DCE-MRI參數(shù)聯(lián)合IFIT1基因?qū)ρ甸g盤突出患者椎間盤退變程度的評估價值

杜志坡，馬淑芳，李 警，王建波，張 朝，崔坤坤

保定市第四中心醫(yī)院，河北 保定 072350

腰背部疼痛是21世紀重要的社會健康問題，據(jù)統(tǒng)計，近80%的人一生中至少有過一次腰痛發(fā)作[1]。最常見的腰痛來源是椎間盤退變(intervertebral disc degeneration，IDD)，導(dǎo)致退行性椎間盤疾病和腰椎間盤突出癥(lumbar disc herniation，LDH)[2]。目前，多種病理和影像學(xué)檢測手段已經(jīng)在臨床上用于評價IDD情況，其中包括組織學(xué)檢測、X線片、椎管造影、腰椎間盤CT和MRI等[3-6]。其中，MRI是公認的效果最好的檢測手段。目前，一些新技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于IDD的評價中，如動態(tài)對比增強磁共振成像(dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)[7,8]。由于DCE-MRI可以觀察并量化釓對比劑從毛細血管進入特定組織間隙的速率，即跨膜轉(zhuǎn)運常數(shù)(K-trans)，可反映椎間盤血供和微血管的浸潤情況，從而有助于IDD的診斷[9]。然而，目前尚不清楚K-trans對LDH患者IDD程度的評估價值。另外，炎癥在LDH產(chǎn)生神經(jīng)疼痛中的作用已經(jīng)得到了充分的證實。另外，其他文獻報道，干擾素誘導(dǎo)基因(IFITs)在退變的人椎間盤中上調(diào)并且可能加速退變[10]。然而，目前尚不清楚IFITs是否可反映LDH患者的IDD程度。本研究進一步分析了K-trans和IFIT1基因與日本骨科學(xué)會評分(Japanese Orthopaedic Association score，JOA)、視覺模擬評分(visual analogue score，VAS)的相關(guān)性，及其聯(lián)合診斷LDH患者IDD程度的潛在價值，從而為LDH患者IDD程度的診斷提供新的候選方法。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機選取2016年2月至2020年7月在我院確診的66例LDH患者作為研究對象，其中，男36例，女30例，年齡范圍21～68歲。所有患者均知情同意，本研究已經(jīng)過醫(yī)院倫理委員會批準。根據(jù)改良Pfirrmann分級法[11]將患者分為2組：輕中度IDD(Ⅰ～Ⅲ級)組(46例)和重度IDD(Ⅳ～Ⅴ級)組(20例)。納入標準：年齡20～70歲；臨床信息完整；圖像符合診斷需要既往無脊柱手術(shù)史；患者已簽署同意書。排除標準：存在脊柱嚴重感染、惡性腫瘤等其他嚴重疾??；伴有嚴重心腦血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)性疾病、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病及其他疾??；伴有腰部手術(shù)病史或受到過外傷；已經(jīng)接受過治療的患者或近期有抗生素等藥物服用史；存在精神障礙，無法自主完成檢查。

1.2 方法

1.2.1DCE-MRI檢查

采用美國GE Signa Excite 1.5T超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)及脊柱表面線圈，取仰臥位對患者進行MRI檢查，范圍為L1/L2～L5/S1椎間盤。對比劑為釓噴酸葡胺注射液(廣州康臣藥業(yè)有限公司)。DCE-MRI掃描主要序列包括T1WI冠狀面，T2WI橫斷面及動態(tài)增強序列(3D-THRIVE)。檢查過程中可見髓核與椎體間存在條帶狀低信號區(qū)，參考文獻[12]所述方法，將患者的腰椎正中矢狀位層面的終板區(qū)域的椎間隙的分為7個區(qū)域，即上椎體、下椎體、上終板、下終板、上周圍髓核、下周圍髓核及中央髓核區(qū)域，將這一區(qū)域確定為感興趣區(qū)(ROI)。K-trans值定義為被觀測區(qū)域的K-trans最大值。

1.2.2腰椎功能和疼痛評估

患者入組當(dāng)天，采用日本骨科學(xué)會評分(JOA)[13]評估腰椎功能，評分越高說明患者的腰椎功能越好。采用視覺模擬評分(VAS)[14]評估腰部疼痛，評分越高說明患者的疼痛程度越高。

1.2.3IFIT1的mRNA表達檢測

抽取患者的外周靜脈血5 mL，枸櫞酸鈉抗凝后，應(yīng)用淋巴細胞分離液(上海吉至生化科技有限公司)分離外周血單個核細胞(PBMC)。使用TRIzol試劑(美國Invitrogen)提取PBMC總RNA，用super一步法RT-PCR(M-MLV)試劑盒(江蘇凱基生物技術(shù)股份有限公司)合成cDNA。在美國ABI 7900HT實時熒光定量PCR儀上使用SYBR Premix Ex Taq(日本TaKaRa公司)進行聚合酶鏈反應(yīng)。將IFIT3的表達水平標準化為β-actin。通過2-ΔΔCt方法確定IFIT1的mRNA相對表達量。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 輕中度IDD組和重度IDD組患者的基線資料比較

患者的基線資料如表1所示，兩組患者的性別、年齡和病程比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。然而，輕中度IDD組VAS評分顯著低于重度IDD組，而JOA評分顯著高于重度IDD組(P<0.05)。

表1 輕中度IDD(Ⅰ～Ⅲ級)組(46例)和重度IDD(Ⅳ～Ⅴ級)組患者的基線資料

2.2 輕中度IDD組和重度IDD組患者的K-trans值比較

DCE-MRI檢查中獲取的K-trans值如圖1所示，輕中度IDD組的K-trans值顯著低于重度IDD組[0.09(0.07, 0.11)vs0.14(0.13, 0.14)，Z=-6.068，P<0.001]。

圖1 輕中度IDD組和重度IDD組患者的K-trans值

2.3 輕中度IDD組和重度IDD組患者PBMC中的IFIT1 mRNA水平比較

RT-PCR檢測的PBMC中的IFIT1mRNA水平如圖2所示，輕中度IDD組患者PBMC中的IFIT1mRNA相對表達量顯著低于重度IDD組[0.99(0.87, 1.10)vs2.12(1.59, 2.27)，Z=-5.171，P<0.001]。

圖2 輕中度IDD組和重度IDD組患者PBMC中的IFIT1 mRNA水平

2.4 K-trans值和PBMC中的IFIT1 mRNA水平與JOA和VAS評分的相關(guān)性

Pearson相關(guān)分析結(jié)果如表2所示，K-trans值與PBMC中的IFIT1mRNA水平和VAS評分顯著正相關(guān)，與JOA評分顯著負相關(guān)(P<0.05)。PBMC中的IFIT1mRNA水平與VAS評分顯著正相關(guān)，與JOA評分顯著負相關(guān)(P<0.05)。VAS評分與JOA評分顯著負相關(guān)(P<0.05)。

表2 K-trans值和PBMC中的IFIT1 mRNA水平與JOA和VAS評分的相關(guān)性

2.5 K-trans值和PBMC中的IFIT1 mRNA水平對LDH患者IDD程度的診斷價值

通過ROC曲線(圖3)分析了K-trans值和PBMC中的IFIT1mRNA水平對LDH患者IDD程度的診斷價值。由表3可知，K-trans值、PBMC中的IFIT1mRNA水平，以及兩者聯(lián)合診斷重度IDD的曲線下面積(AUC)值分別為0.970、0.903和0.991,診斷價值高。

表3 K-trans值和PBMC中的IFIT1 mRNA水平對LDH患者IDD程度的診斷價值

圖3 K-trans值、PBMC中的IFIT1 mRNA水平及二者聯(lián)合診斷IDD程度的ROC曲線

3 討論

隨著年齡的增加，IDD的風(fēng)險也在逐漸升高，臨床研究顯示，一般左右的腰痛與IDD有關(guān)[15]。IDD發(fā)生后會引起髓核突出破裂纖維外環(huán)(AF)并壓迫神經(jīng)根，導(dǎo)致LDH的形成，這也是腰痛及下肢麻木的主要致病原因[16]。目前，國內(nèi)外研究均證實MRI在成像方面的優(yōu)勢可為LDH診斷提供更準確的數(shù)據(jù)[17]。DCE-MRI已被廣泛用于評價活體骨髓的血流灌注，用于檢查骨髓良惡性病變和淋巴增生性疾病伴骨髓彌漫性病變的患者，并監(jiān)測對化療的反應(yīng)[18]。此外，DCE-MRI檢查中的K-trans值已被廣泛用于研究腫瘤及軟組織的微循環(huán)狀況，可有效反映腫瘤血管密度及灌注量[19,20]。然而，目前尚無文獻報道DCE-MRI對LDH患者IDD程度的評估價值。

由于腰椎間盤是成人體內(nèi)的無血管組織。通過從周圍血管擴散向椎間盤提供營養(yǎng)[21]。2001年，Kurunlahti等[22]通過磁共振血管造影觀察到腰動脈血流受損與血液向腰椎間盤的擴散減少有關(guān)，并可能作為椎間盤退變的促進劑。同樣，其他研究人員也報道腰椎區(qū)域的動脈粥樣硬化改變與椎間盤退變[23]和下腰痛[24]密切相關(guān)。在本研究中，輕中度IDD患者的K-trans值顯著低于重度IDD患者，并且K-trans值與VAS評分正相關(guān)，與JOA評分負相關(guān)。這些結(jié)果說明DCE-MRI檢查中的K-trans值可反映IDD程度、患者的腰椎功能及疼痛程度。其原因可能是退變越嚴重的椎間盤內(nèi)越容易出現(xiàn)微血管的浸潤。

椎間盤由髓內(nèi)核(NP)和纖維外環(huán)(AF)組成。中央NP是膠原蛋白分泌的部位，含有大量的蛋白多糖，有助于保持水分，產(chǎn)生靜水壓力來抵抗脊柱的軸向壓縮[25]。NP主要由II型膠原蛋白組成，占其總干重的20%。相反，AF的功能是在蛋白多糖含量較低的情況下將NP保持在椎間盤的中心[25]。椎間盤生物學(xué)上的幾個變化是導(dǎo)致LDH的原因之一。這些包括NP中的水分保持減少，NP和內(nèi)AF中I型膠原的百分比增加，膠原和細胞外基質(zhì)的降解，以及細胞凋亡、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)表達和炎癥途徑等降解系統(tǒng)的上調(diào)[26-28]。炎癥在腰椎間盤突出癥產(chǎn)生神經(jīng)疼痛中的作用已經(jīng)得到了充分的證實。椎間盤是免疫缺陷區(qū)域。因此，椎間盤的內(nèi)容物，特別是NP，如果NP組織伸入硬膜外間隙時，血管內(nèi)皮細胞的變化會引發(fā)血管通透性增加、血管擴張、免疫細胞向該部位的黏附和遷移，以及炎癥細胞因子信號傳遞[29]。此外，COX-2、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等炎癥因子在LDH患者的椎間盤局部和全身濃度則會增加[30]。本研究中觀察到的重度IDD患者的K-trans值升高可能是由于血管浸潤越來越顯著，導(dǎo)致炎性因子通過微血管浸潤到椎間盤基質(zhì)和髓核細胞內(nèi)，從而加重了IDD。

干擾素誘導(dǎo)基因IFIT家族與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)[31]。已有研究表明，IFITs可能通過抑制細胞增殖，負調(diào)控細胞周期，直接或間接誘導(dǎo)細胞凋亡[32]，從而導(dǎo)致AF細胞生長停滯[32]。另外，Guo等[10]的蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)結(jié)果顯示，干擾素誘導(dǎo)的3個基因(IFIT1、IFIT2和IFIT3)在退變的人椎間盤中富集，上調(diào)的IFITs可能會負向調(diào)節(jié)細胞周期，從而減少椎間盤細胞的數(shù)量，從而加速退變。然而，目前尚不清楚IFITs是否可反映LDH患者的IDD程度。本研究RT-PCR檢測到輕中度IDD患者PBMC中的IFIT1mRNA相對表達量顯著低于重度IDD患者，并且PBMC中的IFIT1mRNA水平與VAS評分正相關(guān)，與JOA評分負相關(guān)。這些結(jié)果也說明IFIT1mRNA水平可反映IDD程度、患者的腰椎功能及疼痛程度。

本研究通過ROC曲線進一步評價了K-trans值和PBMC中的IFIT1mRNA水平對LDH患者IDD程度的診斷價值。結(jié)果顯示K-trans值和PBMC中的IFIT1mRNA水平聯(lián)合診斷重度IDD的AUC值和特異性均高于單獨診斷，提示二者結(jié)合可能在臨床中有助于判斷LDH患者的IDD變化趨勢。此外，K-trans值反映的椎間盤微血管浸潤增加可能導(dǎo)致IFIT1在病變部位富集，IFIT1可能會負向調(diào)節(jié)細胞周期，從而減少椎間盤細胞的數(shù)量，最終加速椎間盤退變。

總之，本研究結(jié)果表明DCE-MRI檢查中的K-trans值聯(lián)合PBMC中的IFIT1mRNA水平可用于LDH患者IDD程度的診斷，并且可反映患者的腰椎功能和疼痛程度。