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【关键词】 黄韧带退变 病理特点
黄韧带位于相邻的椎弓板之间，前面构成椎管后壁，后面与棘间韧带相邻，主要作用是限制脊柱过度前屈和维持人体直立姿势，它是脊柱后部的重要连接结构，主要由弹性纤维、胶原纤维、网状纤维和基质4种成分构成，其中弹性纤维所占比例约达75%左右[1]。随着年龄的增加，黄韧带出现肥大、钙化和骨化等退变反应。临床上，影像学诊断技术的发展使得越来越多由黄韧带退变引起的脊髓压迫性病变能够被诊断，压迫严重者甚至可导致截瘫。近年来，学者们对黄韧带超微结构、组织学及其生物力学等方面进行了深入研究，对其病理状态及其发病机制的认识有了进一步的发展。
1 黄韧带退变的病理特点
黄韧带的弹性纤维含量达75%以上。弹性蛋白链的自由螺旋形式使其自身即使处于很大的变形状态下也不会受到损伤[2]。戴力扬等[3]对手术后的黄韧带标本进行组织学研究显示：弹性纤维含量下降以及胶原纤维数量增加，正是黄韧带变性的原因。刘瑞等[4]用透射电镜观察后发现肥厚的黄韧带弹性纤维成分大为减少，呈带状，形状不规则，分枝相互吻合，直径大小不一。相反胶原纤维成分却大为增加，排列紊乱，新生胶原纤维直径同正常韧带中胶原纤维直径大致相等，但排列杂乱。韧带中可见相当数量代谢旺盛的成纤维细胞，软骨样细胞则常见，增殖中的软骨细胞呈扁长椭圆形，细胞突起少，胞质中可见较为丰富的粗面内质网和线粒体。Kosaka等[1]全面研究腰椎管狭窄病人的病史，并对黄韧带标本进行胶原和弹性纤维mRNA检测后指出，黄韧带弹性的减少主要是由韧带弹性纤维减少及II型胶原纤维增加所致，而这种变化在韧带的背侧尤为明显。黄韧带的肥大由正常的弹力层及非正常的胶原层肥大所致，而黄韧带的肥大常常导致椎管狭窄。黄韧带正是通过这种弹性及胶原纤维的变化，才慢慢从韧带背侧向腹侧发生退变，并导致黄韧带的肥大、钙化甚至骨化，从而对脊髓造成压迫。黄韧带的钙化和骨化是在韧带增生、胶原纤维变性的基础上逐渐发展而来的。Yayama等[5]对手术切除的270例黄韧带标本进行研究后发现约36%韧带组织里有磷酸钙晶体的沉积，晶体周围则可见肥大软骨细胞。而黄韧带骨化的本质就是脊柱韧带内的一种异位骨化，并可根据病理变化分为成熟型骨化和非成熟型骨化[6]。在体内这些非成熟型骨化部位的软骨会进一步发育、增大成为骨块[7]，这种骨化的过程符合软骨内骨化的特点。
2 黄韧带退变的病理机制
由于黄韧带的退变是一个随着年龄增长而缓慢发生的病理过程，所以到目前为止，尽管国内外专家对黄韧带的生物力学、细胞学、遗传学等进行了大量的研究，其退变的确切机制仍不清楚。动物模型及细胞培养已经成功复制了退变的黄韧带，但其与正常人体缓慢退变的黄韧带相比，在生物学行为上是否具有相似性， 目前还不能做出正确判断。目前国际上就黄韧带的退变机制有以下观点。
2.1 力学因素
各种使黄韧带骨附着部符合异常增加的因素均能造成黄韧带的损伤[8]，而反复的损伤和修复是黄韧带的肥大、骨化的基本病因之一。Nakatani等[9]的研究显示，随着年龄增加脊柱发生退变而导致的椎体不稳，会引起黄韧带所受机械牵张力的增加，而机械牵张力在体外的黄韧带细胞培养中可以使黄韧带的I、Ⅲ、V型胶原合成增加，同时增加的胶原能够抑制TGF-β抗体的出现，使TGF-β的含量增加而使黄韧带发生退变。张喜善等[10]对颈椎不稳大鼠的黄韧带观察结果表明，颈椎不稳模型术后早期就观测到TGFβI表达量明显上升，这种变化可能是由于颈椎不稳定导致局部应力改变所致，而这种早期的变化可能成为韧带退变的始动因素之一。通过对胸椎黄韧带的研究作者可以得知，胸椎黄韧带骨化的发生率及骨化的大小均与小关节的旋转活动范围有关，在旋转活动范围最大的T10、T11水平，骨化的发生率最高，骨化的体积也最大[11]。Ben Hamouda等[12]的报告也显示脊柱活动较大的下胸段发生黄韧带骨化的发病率明显高于中上胸段。尽管上述研究都显示了生物力学的改变可能是导致黄韧带发生退变的原因之一，但其中的机制还有待进一步研究。
2.2 TGF-β和BMP因素
转化生长因子β(TGF-β)可刺激脊髓基质细胞的增殖与分化，促进成骨细胞、成软骨细胞增殖及其细胞外基质的合成。骨形态发生蛋白(BMP)是目前骨组织工程中研究最为深入的一种生物活性因子，也是目前唯一已确定具有诱导成骨潜能细胞向成骨细胞方向转化、从而异位诱导成骨的生长因子。Sairyo K等[13]对减压手术后获得的腰椎黄韧带标本进行了多学科的研究发现，由黄韧带的上皮细胞生成的TGF-β可以刺激韧带发生纤维化而导致韧带肥厚。由于TGF-β在体内来源广泛，这种变化可能是韧带退变的始动因素之一。我国学者王哲等[14]利用组织块培养法建立退变的黄韧带细胞模型，经过免疫组织化学染色发现退变黄韧带9株细胞株中有7株细胞的胞浆有BMP-2的阳性表达，提示骨形成蛋白可能参与黄韧带退变过程，并起重要作用。骨形成蛋白可诱导、激发程序性的细胞反应而导致软骨骨发生，从而导致异位骨化，它们很可能在损伤后被释放，从而参与黄韧带的修复过程。日本学者Kon[15]对后纵韧带骨化研究中发现，BMP-2可特异性地诱导取自后纵韧带骨化患者未骨化部位的后纵韧带细胞向骨发生的方向分化，而对正常对照的非骨化患者的后纵韧带细胞无诱导效应。更多的研究则显示了在黄韧带退变的过程中，这两个因子共同发挥了作用。毛兆光等[16]通过其研究结果并结合文献指出，黄韧带的过度拉伸导致了TGF-β的过度表达，从而导致了胶原纤维大量增生并导致韧带肥厚，而BMP也参与了这一过程，并可能与黄韧带的软骨化有一定关联。在异位骨化的研究中也证实TGF-β可以和BMP一起共同促进成骨，但TGF-β本身不能单独诱导异位骨化。这些研究提示了BMP是韧带骨化的启动因子，通过刺激间质母细胞分化启动骨化过程，而TGF-β可能通过特定的软骨母细胞，在骨化的后期刺激骨形成。
2.3 血管-炎性因素
黄韧带骨化初期有着丰富的血管增生。Hirakawa等[18]的研究表明，小外伤的累积可以诱导黄韧带背侧毛细血管增生，并向毛细血管较少的硬脊膜侧延伸。正在生长的毛细血管内皮细胞间缺乏特殊的连接复合体，管壁的渗透性增高，结合钙的大分子物质可以穿过内皮细胞间隙进入血管周围的结缔组织中，引发钙盐结晶的形成，易于成骨。泰德安等[19]发现退变黄韧带中血管内皮生长因子(VEGF)和环氧化酶2(COX2)的表达阳性，通过细胞培养发现低氧刺激可以使黄韧带细胞高表达VEGF和COX2，从而推测低氧是黄韧带退变的因素之一。VEGF是重要的血管生成调节物质，亦具有明显的成骨特性，正常成年组织不表达或低水平表达。COX2是诱导型酶，正常一般不表达或低表达，对骨代谢有强力调节作用，参与骨折的愈合过程。目前最有效预防异位骨化的是非甾体类抗炎药COX2抑制剂。研究显示VEGF与COX2的关系密切，COX2可以促进VEGF的表达从而促进局部血管的生成。Bouletreau等[20]研究认为缺氧和VEGF高表达可以促进黄韧带内皮细胞分泌BMP，提示VEGF的成骨作用是通过BMP介导的。Yayama等[5]的实验证实了腰椎黄韧带的退变与肥大软骨细胞和新血管的生成有关，而肥大软骨细胞的免疫组化显示其TGF和VEGF染色阳性。
2.4 其他因素
黄韧带骨化多见于亚洲人，特别是日本人，而在白种人中发病较少，发病的种族差异提示遗传因素可能与发病有关。Kong等[21]通过对338例标本进行单核苷酸多态性的研究，认为COL6A1的多态性是黄韧带骨化的易感因素。Shiigi等[22]报告日本人的黄韧带骨化与维生素D受体基因有关，27例韧带骨化患者中等位基因为bb的26例，为Bb的l例，显示等位基因B对黄韧带骨化的发病有一定抑制作用。弹性纤维异常是韧带退变的一个表现，Hadley-Miller等[23]的研究表明，编码原纤维的基因(位于第15条染色体上的单基因)突变，会导致成纤维细胞合成的原纤维不能掺合到细胞外基质中去，使弹性纤维含量减少导致韧带退变。在退变的黄韧带组织，钙、磷等含量明显升高，与正常黄韧带组织相比差异有统计学意义。同时，铜含量也显著增高，而与铜发生竞争性拮抗的锌、锰、铝的组织含量显著下降，铜含量增高可直接反映黄韧带中胶原合成增加，引起弹性纤维与胶原纤维比例下降，是黄韧带发生退变的重要因素[24]。黄韧带的骨化基于黄韧带退变，但退变病不能直接导致骨化，氟及其化合物可通过激活腺苷酸环化酶，使细胞内cAMP含量升高引起细胞浆内钙离子浓度显著升高，最终导致软骨细胞钙化、韧带骨化，这样的结果已经在高氟饮食的大鼠模型中复制出来[25]。此外，阶段性高氟摄入启动韧带骨化反应后，即使血清氟含量下降至正常水平，韧带内氟含量仍高于正常，骨化仍继续进展。除上述研究外，还有研究表明胰岛素样生长因子(IGF-I)、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)等都参与了黄韧带的退变过程。
3 展望
黄韧带是一个功能活跃、易受损伤的组织，但其确切的退变机制仍在探索当中，很多现象仍然无法用以上观点来解释。一些年轻、无外伤及特殊饮食习惯的患者亦能发现因黄韧带退变而导致的脊髓压迫症状。因此，黄韧带的退变也许是一个多种因素共同作用的结果，作者单独孤立的研究某一个或几个致病因素，可能也就很难得到正确的结果。今后对黄韧带退变的研究要立足临床，以生理学和病理学为基础，从整体到局部，从个体到分子，作者相信随着细胞分子生物学的发展，黄韧带退变的病因一定能被找到。
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作者单位：第四军医大学西京医院 a 骨科，b 整形外科，西安 710032