蔡同川 張亮

隨著生活及勞動方式的改變，各種原因導致的椎間盤退變性疾病(IDD)發(fā)病率不斷增高[1]。目前除手術治療外，IDD藥物治療研究較少[2]。研究發(fā)現(xiàn)，IDD發(fā)生與椎間盤細胞細胞外基質(ECM)代謝、自噬、凋亡及衰老等多種因素有關。髓核細胞作為椎間盤中最為重要的細胞組成部分之一，其衰老與凋亡則成為IDD發(fā)生發(fā)展的重要影響因素。

白藜蘆醇于1940年由Michio首次從白藜蘆根莖中提取，并由此得名。此外，白藜蘆醇也廣泛存在于各種漿果、花生、大豆及黑巧克力中[3]。目前研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可改善骨關節(jié)炎、神經(jīng)退變性疾病、心血管疾病、糖尿病及血管淀粉樣變等[4]。白藜蘆醇對IDD的治療作用除與其抗氧化、抗炎及調節(jié)糖代謝有關外，還可能通過多個信號轉導通路影響髓核細胞凋亡、自噬及ECM合成[5]。目前白藜蘆醇改善IDD的相關研究還處于基礎階段，本文就白藜蘆醇通過多種途徑改善IDD的研究進展進行綜述。

1 白藜蘆醇對髓核細胞的影響

1.1 影響ECM合成

椎間盤包括軟骨終板、纖維環(huán)及髓核。髓核是一種凝膠狀基質，含有豐富的水、蛋白聚糖及Ⅱ型膠原[6]，維持髓核組織的ECM平衡對椎間盤正常功能至關重要。目前研究發(fā)現(xiàn)，在IDD發(fā)生發(fā)展過程中，髓核組織ECM降解增加，同時合成受到限制，從而影響椎間盤生物力學性能，加重椎間盤退變進程[7]。在細胞層面，機械負荷、活性氧自由基、高糖及炎性因子均可誘導氧化應激反應發(fā)生，從而促進ECM分解代謝[8-10]。在機體層面，高強度的機械壓縮應力可減少ECM合成，增加其降解，破壞基質代謝和平衡[11-12]。

Gao等[8]通過過氧化氫(H2O2)制作髓核細胞氧化應激損傷模型，并施加白藜蘆醇及白藜蘆醇抑制劑(3-MA)干預，結果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇干預后可促進ECM表達，上調自噬相關標記物表達，并與磷脂酰肌醇 3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號轉導通路活性改變顯示出相似趨勢；進一步分析發(fā)現(xiàn)，3-MA通過抑制自噬減少ECM產生，但對PI3K/Akt信號轉導通路沒有影響。由此認為，白藜蘆醇可能通過PI3K/Akt信號轉導通路激活自噬，從而促進ECM合成，進而減輕氧化應激損傷導致的椎間盤退變。Han等[11]通過灌注培養(yǎng)和壓縮應力制作髓核細胞壓縮應力損傷模型，結果發(fā)現(xiàn)損傷后髓核細胞中ECM表達顯著降低，PI3K/Akt信號轉導通路的活性明顯低于未損傷髓核細胞；白藜蘆醇干預后ECM表達呈劑量依賴性增加，可促進PI3K/Akt信號轉導通路活性。這進一步說明白藜蘆醇可能通過激活PI3K/Akt信號轉導通路改善氧化應激及機械應力損傷導致的髓核細胞ECM表達下降。

沈皆亮等[13]提取老年腰椎間盤突出癥患者的髓核細胞并施加白藜蘆醇干預，結果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可以促進髓核細胞合成ECM；進一步將沉默信息轉錄調控因子(SIRT)1特異性siRNA轉染到退變髓核細胞，結果證實白藜蘆醇對人髓核細胞ECM合成影響的機制與SIRT1調節(jié)相關。劉滬喆等[14]進一步研究白藜蘆醇對人髓核細胞ECM合成的調控作用及其機制，結果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可通過抑制Wnt/β-catenin信號轉導通路促進ECM表達。因此，白藜蘆醇可能通過SIRT1及Wnt/β-catenin等信號轉導通路促進人退變髓核細胞ECM合成。

除氧化應激及機械應力損傷外，炎性反應也是導致ECM降解的重要因素之一。在炎性反應導致的椎間盤退變過程中，基質金屬蛋白酶(MMP)是降解ECM的主要因素。Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可通過激活磷酸腺苷激活蛋白激酶(AMPK)/ SIRTl信號轉導通路抑制腫瘤壞死因子(TNF)-α介導的MMP-3表達，進而表現(xiàn)出對ECM的保護作用。Wu等[16]比較腰椎間盤突出癥手術患者及腰椎骨折手術患者術中取出的髓核組織中SIRT1及ECM表達，結果發(fā)現(xiàn)退變椎間盤髓核中SIRT1及ECM表達減少，MMP-1表達增加，而加入白藜蘆醇后可以逆轉這一情況，由此說明白藜蘆醇可通過影響MMP-1及SIRT1表達促進ECM表達。

此外，隨著髓核細胞培養(yǎng)傳代次數(shù)的增加，去分化細胞比例不斷增加，使得細胞表型發(fā)生改變，從而減少ECM表達。沈皆亮等[17]研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可以通過SIRT1信號轉導通路恢復去分化的髓核細胞表型，從而促進ECM合成。

1.2 影響細胞自噬

自噬是一種高度保守的分解代謝過程，真核細胞可通過激活自噬維持足夠的代謝功能、生物能量水平及氨基酸儲備來促進細胞存活[18]。正常條件下自噬基礎水平較低，主要受壓力和細胞外因子影響而被激活[18]。

研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇作為SIRT1的活化劑，可通過多種途徑調節(jié)髓核細胞自噬，從而對髓核細胞提供保護作用[8,15,19]；白藜蘆醇可激活人退變髓核細胞中SIRT1活性，促使自噬相關蛋白LC3表達增加，促進LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ轉化，進而提高自噬水平[20]。Zhang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可激活髓核細胞自噬并逆轉氧化應激誘導的髓核細胞線粒體損傷；加入自噬抑制劑后，白藜蘆醇介導的線粒體功能保護作用被明顯逆轉。

白藜蘆醇作為SIRT1的激活劑，可抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)活性，延緩細胞衰老[19]。SIRT1/AMPK信號轉導通路是除mTOR信號轉導通路外另一重要的自噬體形成信號級聯(lián)調節(jié)方式，該通路可在熱量限制的情況下誘導自噬。Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可通過激活SIRT1/AMPK信號轉導通路激活髓核細胞發(fā)生自噬，從而減少TNF-α介導的MMP-3表達增加。由于自噬對熱量限制非常敏感，而白藜蘆醇可模擬熱量限制的功能[10,21]，所以通過白藜蘆醇可以模擬熱量限制激活細胞自噬，進而抑制髓核細胞退變。

1.3 影響細胞凋亡

在IDD發(fā)生發(fā)展過程中，髓核細胞先表現(xiàn)出退變性改變，主要表現(xiàn)為細胞凋亡增加[7,22]。因此，可以認為髓核細胞凋亡是IDD的典型特征之一。多種因素如異常應力及各種應激損傷均可導致髓核細胞凋亡。Zhang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，高強度的機械壓縮應力可促進髓核細胞凋亡并激活細胞外調節(jié)蛋白激酶(ERK)1/2信號轉導通路，而白藜蘆醇可以通過劑量依賴性方式抑制髓核細胞凋亡及ERK1/2信號轉導通路，從而推測白藜蘆醇可以通過抑制ERK1/2信號轉導通路抑制壓縮應力導致的髓核細胞凋亡。

近年來，研究證實糖尿病是IDD的重要病因之一[23-25]。Wang等[9]研究白藜蘆醇對高糖誘導的髓核細胞凋亡的影響，結果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可以部分緩解高糖誘導的髓核細胞凋亡、衰老及細胞內活性氧自由基生成，且可降低高糖誘導的PI3K/Akt信號轉導通路，由此證實白藜蘆醇可通過激活PI3K/Akt信號轉導通路減輕高糖誘導的髓核細胞衰老及凋亡。Wang等[9]采用白藜蘆醇及SIRT1抑制劑處理人退變髓核細胞，結果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇干預的髓核細胞凋亡率顯著低于以SIRT1抑制劑處理的髓核細胞，且髓核細胞Akt磷酸化水平也呈相同趨勢，由此認為SIRT1通過Akt抗凋亡信號轉導通路減少人退變髓核細胞凋亡。

此外，細胞炎癥因子也是導致IDD發(fā)生的主要因素之一，白細胞介素(IL)-1β是目前誘導髓核細胞凋亡的常用方法，抑制IL-1β產生可以減少細胞凋亡。Yang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，17b-雌二醇(17b-E2)與白藜蘆醇聯(lián)用可經(jīng)PI3K/Akt/caspase-3信號轉導通路對抗IL-1β誘導的髓核細胞凋亡。Buckley等[27]研究同樣證實，白藜蘆醇可通過激活PI3K/Akt信號轉導通路減少IL-1β誘導的髓核細胞凋亡。

氧化應激損傷也是常見的髓核細胞凋亡原因。Li等[28]采用硝普鈉制作髓核細胞氧化應激損傷模型，結果發(fā)現(xiàn)硝普鈉可誘導髓核細胞凋亡，促進細胞內活性氧自由基及一氧化氮水平增加；白藜蘆醇可顯著抑制細胞凋亡、活性氧自由基產生及細胞骨架破壞。由此可知，白藜蘆醇同樣可以改善氧化應激損傷導致的髓核細胞凋亡。

1.4 影響細胞衰老

在IDD發(fā)生發(fā)展過程中，髓核細胞衰老也是重要誘因之一。Buckley等[27]通過白藜蘆醇干預由機械應力損傷誘導的髓核細胞衰老，結果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇在機械應力下以濃度依賴方式減少活性氧自由基產生及合成并降低核因子(NF)-κB信號轉導通路活性，進而減輕髓核細胞衰老。Wang等[9]的研究同樣證實，白藜蘆醇可通過激活PI3K/Akt信號轉導通路減輕高糖引起的髓核細胞衰老。

2 白藜蘆醇動物實驗研究

雖然目前理論上白藜蘆醇保護髓核細胞的作用已被證實，但絕大多數(shù)研究仍停留在細胞水平，僅有少量動物模型的研究。Xia等[29]通過椎間盤穿刺的方法制作SD大鼠IDD模型，并通過灌胃方式灌入白藜蘆醇。隨后的影像學檢查發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可改善椎間盤退變表現(xiàn)，提取的髓核組織中SIRT1表達增加，p16表達減少；對SIRT1缺陷大鼠進行相同研究則發(fā)現(xiàn)椎間盤退變程度加重，同時p16表達增加。這提示白藜蘆醇可通過激活SIRT1抑制p16表達，進而抑制穿刺誘導的椎間盤退變。Lin等[30]研究SD大鼠的動物行為，結果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可顯著減少損傷部位免疫反應導致的神經(jīng)根性疼痛癥狀。但大多數(shù)動物實驗研究以SD大鼠作為模型，極少數(shù)采用幼豬，因此可能對研究結果造成一定影響。

然而，白藜蘆醇由于水溶性差、穩(wěn)定性差、代謝速度快及在椎間盤局部難以達到有效血藥濃度等原因，應用潛力受到一定影響。近年來，隨著材料學的不斷進步，聚(乳酸-共-乙醇酸)納米氣泡(NB)被研制。Shen等[31]通過應用雙乳液法將白藜蘆醇與NB復合，然后運用碳化二亞胺法將生物素標記物N-鈣黏蛋白抗體(AbCDH2)與NB進一步結合，結果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇/AbCDH2-NB復合物具有較高的白藜蘆醇負載能力和藥物釋放效率，同時可增強從白藜蘆醇/AbCDH2-NB復合物釋放的白藜蘆醇與髓核細胞結合的靶向性并增強局部血藥濃度，由此達到靶向治療目的；在兔退變椎間盤模型中也證實，白藜蘆醇/AbCDH2-NB局部注射可有效延緩椎間盤退變進程。

3 研究局限性

目前白藜蘆醇對髓核細胞影響的研究仍較少，且存在一定的局限性。首先，在細胞來源方面，目前主要采用SD大鼠，少部分采用幼豬。但就椎間盤發(fā)育而言，牛、羊等大型哺乳動物比大鼠更接近人類。其次，目前尚未發(fā)現(xiàn)合適的細胞表型來區(qū)分髓核組織中的脊索細胞，因此脊索細胞的存在可能會影響最終研究結果。最后，目前髓核細胞體外擴增培養(yǎng)多在有氧環(huán)境下進行，雖然對生長無明顯影響，但這與實際生存的低氧環(huán)境并不相符，所以一定程度上局限了研究結果的實際應用。

4 結語

IDD發(fā)生與機械應力、高糖、炎癥反應、氧化應激及細胞衰老等諸多因素相關，這些因素可通過影響髓核細胞功能促進IDD發(fā)生發(fā)展。白藜蘆醇可通過調節(jié)髓核細胞ECM合成、激活髓核細胞自噬、抑制髓核細胞凋亡與衰老等多種方式達到保護髓核細胞的作用，對IDD防治具有重要意義。