腰椎退行性改变引起的局部病理解剖学、病理生理学的变化不仅可以导致椎间盘功能异常、腰椎管狭窄,同时还可能影响运动节段的稳定性,出现异常活动,这种异常活动又可以进一步破坏椎间盘的结构与功能,进一步加剧椎间盘的退变与破坏。许多研究结果证实椎间盘是脊柱退变过程中首先发生变化的结构,因此腰椎间盘退变是一系列腰椎退行性疾病的前提和基础病理过程。临床上往往表现为腰椎管狭窄、腰椎节段不稳、腰椎间盘突出等病症,从而表现出神经根、脊髓受压并由此产生一系列相应症状,如腰腿痛,下肢无力、皮肤感觉异常等。目前引起腰椎间盘退变的确切机制尚无定论,腰椎间盘退变的发生除了与传统的力学因素、神经生理因素、生化因素相关之外,还与免疫反应密切相关。近年来,随着分子生物学和分子免疫学的迅速发展以及对细胞因子和炎症介质研究的深入,细胞因子和炎症介质在椎间盘退变的作用越来越受到重视。大量的研究表明退变的腰椎间盘组织中能产生炎性介质,炎性成分已被认为是导致椎间盘退变的主要因素之一。细胞因子与炎症介质介导的髓核细胞凋亡、椎间盘内蛋白多糖含量减少、新生血管的形成等都普遍认为在椎间盘退变过程中发挥着重要作用。随着研究的深入,新生血管在退变椎间盘中的作用逐渐引起研究者重视。早年国外有学者在退变的腰椎间盘组织内发现血管结构,并且发现血管结构在椎间盘突出时更加多见。他们认为新生血管的形成在椎间盘自发性吸收过程中具有重要作用。目前国内外学者对血管形成在椎间盘退变中的作用有两种不同的观点。有学者认为新生血管的形成是机体试图修复组织损伤,延缓椎间盘退变的自发性改变,是一种对抗对退变的反应,因为正常椎间盘无血供,其营养的供应主要是通过两个途径被动扩散而来：一是终板途径,二是纤维环途径。而椎间盘退变早期,营养物质的被动扩散减弱,椎间盘新生血管的形成有助于给椎间盘细胞提供营养物质,因而对机体是有益的。而另一些学者则认为椎间盘血管化是导致椎间盘发生退变的始动因素,是椎间盘退变的病理基础。因为椎间盘退变的实质是基质成分的降解,生理状态下的椎间盘为无血供组织,血管的侵入可能满足了基质金属蛋白酶等基质降解酶激活所需要的条件,从而导致基质的降解,引起椎间盘退变,因而对机体有害。环氧化酶-2 (COX-2)因子是一种多功能的蛋白质,在许多恶性肿瘤组织中表达增高,它与肿瘤细胞增殖、凋亡、血管形成密切相关。而这种相关性主要表现为COX-2对于肿瘤新生血管形成过程中的调控作用。而研究早已证实退变椎间盘内新生血管十分常见,那么COX-2因子在退变椎间盘中新生血管的形成过程中的作用是否也如同其在肿瘤组织新生血管中的作用?此外,COX-2因子还是催化花生四烯酸转化为前列腺素类物质的限速酶,研究人员最早发现,突出的椎间盘组织中前列腺素物质浓度明显高于正常椎间盘,且其浓度存在一定的规律性。而前列腺素类物质对椎间盘细胞蛋白多糖的合成具有抑制作用,而椎间盘髓核蛋白多糖含量减少又是导致椎间盘发生退变的重要原因。诸多研究表明人类退变的椎间盘组织中COX-2因子的表达明显高于正常水平,而临床上运用选择性COX-2抑制剂治疗椎间盘突出的相关研究表明选择性COX-2抑制剂能明显减少椎间盘突出症患者的炎症反应。缺氧诱导因子-1 (HIF-1α)是1992年发现的一种氧依赖转录激活因子,通过与低氧反应元件(HRE)结合,引发下游基因的转录。HIF-1α是一种使组织细胞适应低氧环境的重要分子,它可以增加促红细胞生成素、葡萄糖受体、糖酵解酶、血管生成因子以及调控细胞凋亡和分化相关分子的表达。由于肿瘤生长迅速,其增生速度超过周围血管的生长速度,必然会造成局部组织严重缺氧,进而诱导HIF-1α的表达。早期的研究认为退变的椎间盘由于营养供应不足,造成椎间盘局部的相对缺氧环境,因此有学者提出在退变的人类腰椎间盘中是否有HIF-1α的表达。随后他们通过免疫组化的方法证实,在突出椎间盘HIF-1α的表达要明显高于正常椎间盘,同时还证实HIF-1α的表达和椎间盘细胞凋亡存在相关性。近年来有研究者证实在大鼠椎间盘髓核细胞内也有HIF-1α的表达,并且在不同的诱导环境下诱导出的HIF-1α表达程度也不同。HIF-1α的表达程度与细胞凋亡程度之间存在高度相关性,随着椎间盘凋亡程度的增加,髓核内HIF-1α的表达也相应增加。研究目的早前的研究已经表明环氧化酶-2 (COX-2)和缺氧诱导因子-1 (HIF-la)是肿瘤内部新生血管形成的重要因子,而COX-2, HIF-1α则更是已经被证实在人类椎间盘中表达。然而早先国内外相关研究仅仅局限于这两种因子分别在椎间盘退变过程中的作用和机制,并没有联合检测这两种因子在椎间盘退变过程中的影响,相关文献也未曾有报道COX-2, HIF-1α在椎间盘退变过程中的相关关系研究。因此探讨它们在退变椎间盘组织内的表达相关性以及与退变椎间盘内新生血管形成之间的关系,对于进一步揭示和完善椎间盘退变的机制,以及对于椎间盘退变早期的预防和治疗都有着十分重大的意义。那么在退变的椎间盘组织中二者的表达是否有关、二者与椎间盘内新生血管的形成是否有关、以及他们之间的表达差异如何,都是本研究需要探讨的。研究方法选取手术摘除的退变椎间盘组织及少量正常椎间盘组织,将所得的椎间盘组织固定,制成病理切片。采用免疫组化技术,显示出COX-2因子、HIF-1α因子以及CD34标记的新生血管在退变椎间盘及正常椎间盘中表达状况,并计数退变椎间盘中微血管的密度。统计学分别描述退变椎间盘中COX-2因子与HIF-1α因子的表达相关性以及微血管密度(MVD)与COX-2因子、HIF-1α因子的表达情况。研究结果1.光镜检测结果：正常的椎间盘髓核组织切片经HE染色后光镜下可见髓核组织中胶原纤维相互平行排列,纤维粗细较均匀,可见少量类软骨细胞,未见囊泡状空腔和裂隙；而退变的椎间盘髓核组织中纤维细胞增生明显,胶原纤维粗细不均、排列紊乱,甚至发生断裂,并可见大量纤维软骨样组织。髓核基质发生玻璃样变性,可见散在或灶状坏死区,有的坏死物液化、吸收,遗留下长短不等、大小不一的蜂窝状、囊泡状空腔和裂隙。2.免疫组化染色结果：经免疫组化染色后发现HIF-1α、COX-2在作为对照组的正常椎间盘髓核中仅有微弱表达或几乎不表达。但在退变的髓核内其表达明显增加,其中COX-2在退变的椎间盘中表达的阳性率为42.5%。切片上的染色阳性部位大部分为椎间盘髓核细胞的胞质或胞膜,镜下表现为髓核细胞胞质或胞膜上出现棕黄色染色颗粒,并且附近大多有新生血管生成。HIF-1α因子在退变的椎间盘中表达的阳性率为45%。切片上的染色阳性部位大部分为椎间盘髓核细胞的胞质与胞核,镜下表现为髓核细胞胞质或胞核上出现棕黄色染色颗粒,并且出现染色阳性细胞的部位与表达COX-2的阳性细胞的位置存在明显重叠。用CD34标记的新生血管经免疫组化染色后,镜下表现为棕色的单个内皮细胞或内皮细胞簇。在正常的髓核组织中未出现阳性结果,但是在退变的髓核中其阳性结果明显增多。3.统计学分析结果：经Spearman等级相关分析,退变椎间盘髓核组织内HIF-1α、COX-2之间呈显著正相关关系(P<0.01,r=0.406)。经独立样本t检验,退变椎间盘髓核组织中MVD值在HIF-1α阳性组的表达高于阴性组,两者有统计学差异(t=-4.052, P=0.000),退变椎间盘髓核组织中MVD值在COX-2阳性组的表达高于阴性组,两者有统计学差异(t=-5.103,P=0.000)。结论1.HIF-1α、COX-2在退变的髓核内其表达明显增加；2.退变椎间盘髓核组织内HIF-1α、COX-2的表达呈显著正相关关系；3.退变椎间盘髓核组织中MVD值在HIF-1α阳性组的表达高于阴性组；4.退变椎间盘髓核组织中MVD值在COX-2阳性组的表达高于阴性组。