年龄因素对椎间盘生物化学的影响

老化是与年龄有关的生物学行为，是一个退变过程，表现为组织生存力降低、组织脆性增加及组织物理特性的衰变。与病理过程无明显界线。椎间盘组织承受着躯体的重量，在日常生活中容易劳损。加之椎间盘仅含少量的血液供应，随着年龄的增长极易因生物化学及其结构改变而退变，甚至导致疾病。因此，探索年龄因素对椎间盘生物化学的变化规律，有助于寻找预防椎间盘退变的方法，对预防与治疗退变性疾病具有重要意义。

椎间盘主要由细胞及周围基质构成，基质成分的变化是反映椎间盘细胞表型变化的镜子，基质成分变化对椎间盘的生理功能产生较大的影响。

（一）胶原的变化

纤维环中主要含Ⅰ型胶原和Ⅱ型胶原，髓核中主要含Ⅱ型胶原。随着年龄的变化，Ⅰ／Ⅱ型胶原的比例发生改变，Ⅰ型胶原的含量逐渐增加，髓核中Ⅱ型胶原的含量减少，并出现Ⅰ型胶原。利用核酸分子杂交技术分别以Ⅰ、Ⅱ型胶原的cDNA探针对胎儿、成人及病理椎间盘组织切片中的mRNA原位杂交发现：胎儿期，Ⅰ型胶原由纤维环的成纤维细胞活跃表达，纤维环偏外处表达最高，几乎所有细胞均有mRNA表达，纤维环内层近髓核处杂交信号弱；在髓核中，未见Ⅰ型胶原mRNA表达，而髓核中的软骨细胞和脊索细胞合成代谢旺盛，Ⅱ型胶原基因表达活跃。成人阶段，椎间盘髓核细胞出现Ⅰ型胶原杂交信号，Ⅰ型胶原成为纤维环和髓核胶原的主要成分；而此时髓核中Ⅱ型胶原基因表达趋于静止，髓核及纤维环均未见Ⅱ型胶原阳性杂交细胞，基因的变化使Ⅱ型胶原的合成代谢障碍。Nerlich等（1998）对47例0～86岁年龄段的尸体椎间盘连续组织切片，进行组织学观察及免疫组化染色观察，发现活氧张力（oxidative stress）的生化指标——CML（N-carbox methyllysin）在13岁时的髓核中出现，并随年龄增长而增多；成人中，不论是髓核还是纤维环，均广泛存在CML，CML阳性部位与椎间盘退变部位一致。髓核中CML出现后胶原发生相应改变，早期改变是Ⅱ型胶原减少，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原增多；青少年髓核中Ⅳ型胶原明显增多，这一特征均提示与椎间盘退变有关。一般说，20岁后椎间盘开始退变，CML的积累使髓核细胞的表型改变，而导致胶原成分改变。CML是与年龄相关的椎间盘退变的标志。(https://www.daowen.com)

（二）蛋白多糖（PG）的变化

椎间盘中蛋白多糖产生固定的电荷密度，对水及阳离子产生较大的亲合力，以维持椎间盘中的水分。此外，蛋白多糖与透明质酸以非共价键结合形成聚合体，对保持椎间盘的弹性及膨胀性起十分重要作用。随着年龄的增长，水分逐渐减少，蛋白多糖的含量减少，蛋白多糖的聚合体减少，胶原纤维物理特性减弱，影响了椎间盘生理功能的发挥。利用带荧光素的核心蛋白作透明质酸的特异性荧光探针，观察蛋白多糖聚合体的分布状况。结果表明：胎儿、成年人蛋白多糖的分布不同。随着年龄增长，蛋白多糖的聚合体比例下降，从纤维环外层到内层直到髓核，蛋白多糖的聚合体逐渐减少；胎儿PG聚合体极其稳定，儿童的PG聚合体只有少数降解，而成人PG聚合体几乎都发生了降解，其稳定性较差。因此，对椎间盘的功能影响较大。从PG末端降解产物——新表位（neoepitope）与年龄的变化的关系分析：纤维环中新表位随着年龄的增大而增加；年轻人髓核中的新表位水平较高，随着年龄增长，新表位降至最低水平，新表位的形成与椎间盘退变过程中基质金属蛋白酶对PG的降解有关。

（三）软骨终板的生化改变

软骨终板为椎体上下面的透明软骨，是椎间盘营养的主要供应途径。近年来，人们越来越重视软骨终板的生化改变与椎间盘退变的关系，因为椎体上、下的软骨终板如同膝、髋关节的关节软骨，可以承受压力保护椎体，但随着年龄的增长，软骨板内软骨细胞及基质成分的改变，对椎间盘正常代谢与生理功能产生较大影响，被认为是椎间盘退变的原因之一。Antoniou等（1996）对12例不同年龄组脊柱（T12～S1）尸体标本的软骨终板的Ⅰ、Ⅱ型胶原及PG含量作了分析，发现：新生儿及2～5岁年龄组的Ⅰ、Ⅱ型前胶原的标志物以及PG的标志物明显高，随着年龄的增长逐渐减少；而老年组及椎间盘明显退变组，Ⅰ型前胶原再次明显增多。因此认为，生长期前胶原Ⅰ、Ⅱ型及PG等基质成分合成增多；成年期，这种合成能力明显下降；椎间盘退变期，变性的Ⅱ型胶原合成再次增加，但椎间盘严重退变时，合成能力再一次下降。因此，控制软骨终板内基质成分的代谢有助于预防椎间盘退变的发生。本项研究对椎间盘突出症的预防与治疗具有指导意义。