生物活性因子治疗是椎间盘退变性疾病生物治疗的重要组成部分，包括各类生长因子、炎性因子拮抗因子、生物酶类抑制剂及细胞内调节因子等，可通过不同途径对椎间盘内细胞功能进行调控。常用于椎间盘退变治疗的生物活性因子包括骨形态发生蛋白、转化生长因子 β、促有丝分裂因子和富血小板血浆等。生物活性因子发挥作用需一定的椎间盘微环境，即相当数量的有正常功能状态的椎间盘细胞、足够的营养支持及供氧条件。目前生物活性因子的应用仍存在可导致椎间盘骨化、软骨化等副作用，且缺少稳定可靠的给药途径。探索新的、有效的生物活性因子和其转化应用研究，以及不同生物治疗策略与生物活性因子的联合使用，是生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病的重点和研究方向。该文对生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病的研究进行了综述。
引用本文： 陈华, 刘浩. 生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病的研究进展. 华西医学, 2017, 32(11): 1782-1786. doi: 10.7507/1002-0179.201706100 复制
椎间盘退变性疾病是困扰人们生活的常见疾病，相关疾病的卫生经济负担增长迅速[1-2]。目前其治疗方法主要包括手术治疗和保守治疗[3]，治疗方法多以缓解症状为目的，并未着眼于恢复退变椎间盘的结构和功能。随着生物治疗技术发展，椎间盘退变性疾病生物治疗研究日益受到重视[4-5]，包括生物活性因子治疗、基因治疗、细胞治疗、组织工程学治疗等[6-10]。生物活性因子治疗是在退变椎间盘内导入在椎间盘退变中有重要调控作用的因子或其拮抗因子，调控椎间盘内细胞功能状态，如减少椎间盘内髓核细胞凋亡、促进髓核细胞增殖分化、增加蛋白多糖和Ⅱ型胶原的分泌以维持椎间盘细胞外基质的正常构成等，从而达到治疗椎间盘退变的目的[4-6]。生物活性因子治疗是椎间盘退变性疾病生物治疗的重要组成部分，特别对于早期退变的椎间盘有重要的治疗价值。现对生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病的研究作一综述。
1 生物活性因子分类及作用原理
生物活性因子包括各类生长因子、炎性因子拮抗因子、生物酶类抑制剂及细胞内调节因子等[6]。它们可以通过不同的途径对椎间盘内细胞功能进行调控。生长因子如转化生长因子 β（transfer growth factor-β，TGF-β）、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）等可以促进髓核细胞增殖分化，补充丢失的髓核细胞，调节细胞代谢状态，促进髓核细胞分泌细胞外基质[7-10]。炎性因子拮抗因子可保护髓核内细胞免受免疫炎症反应的攻击，减少髓核细胞凋亡，白细胞介素（interleukin，IL）-1 受体拮抗剂在椎间盘退变早期可降低因 IL-1β 诱导产生的椎间盘降解从而实现椎间盘退变的治疗[11]。生物酶类抑制剂可减少生物酶对椎间盘内正常细胞外基质的降解作用，维持细胞外基质的稳定性，如金属蛋白酶组织抑制因子可抑制金属蛋白酶对椎间盘内细胞外基质的降解作用而发挥抗椎间盘退变的作用[12]。细胞内调节因子多为小分子物质，可进入细胞内，发挥细胞内调控作用，阻断或激活相关信号通路，减少伤害因子释放，增加具有抗椎间盘退变作用的生物因子的释放。如白藜芦醇可抑制核转录因子 κB（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）的激活，阻断 IL-1β 和肿瘤坏死因子 α通过 NF-κB 发挥促髓核细胞凋亡的作用，此外白藜芦醇还可发挥拮抗生物酶类降解细胞外基质的作用[13]。
2 常用于椎间盘退变治疗的生物活性因子
2.1 BMP
BMP 在骨骼肌肉系统中广泛表达，研究表明 BMP-7、BMP-2、BMP-14 等可促进软骨样细胞的分化和髓核细胞的再生，增加蛋白多糖和Ⅱ型胶原的合成而维持椎间盘的高度[7, 9, 14-16]。Liao[14]将过表达 BMP-7 的骨髓源性干细胞注射进入退变的大鼠尾椎椎间盘中，结果显示其明显延缓了椎间盘的退变进程。Li 等[15]将 BMP-2 和 BMP-7 制备成二聚体结构，结果显示其可以明显增加体外游离培养的牛尾髓核组织中蛋白聚糖、Ⅱ 型胶原的分泌。BMP-14，也称为生长分化因子 5（growth differentiation factor-5，GDF-5），可以促进髓核细胞代谢，增加蛋白聚糖和Ⅱ型胶原合成。在椎间盘细胞的体外培养基中加入重组人类 GDF-5 可以显著增加细胞活性，增加蛋白多糖和胶原的分泌[17]。Feng 等[18]总结多项体内及体外研究认为 GDP-5 可促进骨髓间充质干细胞向髓核样细胞分化并维持其表型，促进髓核及纤维环细胞增殖和合成代谢，抑制细胞外基质的降解。
2.2 TGF-β
TGF-β是一种形态发生蛋白和细胞功能调控因子，可以减少椎间盘细胞凋亡、促进脊索细胞的增殖和合成代谢，在椎间盘的胚胎发育中具有重要作用[19-22]。TGF-β 在退变椎间盘中存在高表达。Schroeder 等[20]检测腰椎间盘突出症患者退变的椎间盘标本，检测结果表明 TGF-β 含量明显上升。在椎间盘内 TGF-β1 存在 2 个信号通路，发挥着相反的作用，Smad2/3 信号通路可以促进椎间盘细胞分泌细胞外基质，Smad1/5/8 信号通路则可以抑制椎间盘组织的再生。TGF-β1 浓度较低时主要激活 Smad2/3 信号通路，TGF-β1 浓度较高时可同时激活 2 条信号通路，其中 Smad1/5/8 信号通路的激活可抑制 Smad2/3 信号通路导致椎间盘退变的加重。Kwon 等[19]采用拮抗 TGF-β1 的方法减少退变椎间盘中的 TGF-β1 的合成，成功地阻止和部分逆转了椎间盘的退变症状。
2.3 促有丝分裂因子
胰岛素样生长因子 1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、血小板衍生因子（platelet derived growth factor，PDGF）、血管内皮生长因子、表皮生长因子和成纤维细胞生长因子等都具有促进细胞分裂、加快椎间盘细胞增殖速度的作用，被称为促有丝分裂因子[5, 7-8, 23-26]。促有丝分裂因子可以促使退变椎间盘再生，重建椎间盘的形态结构和生物功能。如 IGF-1 具有减少分解代谢，促进合成代谢的作用，Asfour 等[25]研究表明 IGF-1 表达的降低可明显减少椎间盘内蛋白多糖和细胞的密度，这可能与老年性椎间盘退变的发生相关；Liu 等[26]研究显示 IGF-1 可以通过调节椎间盘细胞自噬行为拮抗腰椎间盘的退变。
2.4 富血小板血浆（platelet-rich plasma，PRP）
PRP 是自体全血经离心后获得的血小板浓度超过生理浓度数倍的血液制品。PRP 活化后可使血小板释放储存在血小板 α 颗粒中的多种生长因子，具有刺激椎间盘细胞增殖、促进细胞外基质合成代谢及抑制纤维环细胞凋亡等作用[27-30]。Nagae 等[28]分别测定了 PRP 和普通血浆中 TGF-β1 和 PDGF 的含量，结果显示 PRP 中的 TGF-β1 和 PDGF 分别是普通血浆的 23 倍和 70 倍。胡新锋等[29]使用 PRP 干预针刺建模后出现退变的兔椎间盘，与磷酸盐缓冲液比较，组织学及影像学观察发现干预后 2 周，使用 PRP 处理的椎间盘退变终止甚至部分逆转。Gullung 等[30]研究不同椎间盘退变情况下 PRP 的作用效果，在建模后不同时间点（建模后 2 周和 4 周）使用 PRP 分别干预发生退变的椎间盘，结果显示在建模后 2 周进行干预对椎间盘高度的恢复和维持明显优于建模后 4 周进行干预，表明 PRP 在椎间盘退变早期即可发挥抗椎间盘退变作用，在退变早期采用 PRP 可阻止退变的继续进展。
3 生物活性因子的联合应用
椎间盘退变往往是多种病理机制共同作用的结果，单一生物活性因子治疗可能不能达到理想的抗椎间盘退变效果，多种生物活性因子联合应用常能协同强化治疗效果[7-8, 25]。Kim 等[7]研究表明 IGF-1 和 BMP-7 在促进细胞合成代谢方面可互补，协同发挥促进髓核细胞增殖和细胞外基质分泌的作用，IGF-1 可抑制 BMP-7 负反馈调节机制，BMP-7 可增加 IGF-1 受体的表达水平。Hayes 等[8]研究显示， TGF-β 和 IGF-1 联合应用可更明显地促进纤维环细胞增殖，更好地维持椎间盘的高度。因而选择具有协同或互补作用的生物活性因子联合应用可能会获得更好的抗椎间盘退变效果。
4 生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病的局限
生物活性因子发挥作用需要一定的椎间盘微环境，即相当数量的具有正常功能状态的椎间盘细胞和足够的营养支持及供氧条件[6]。故生物活性因子只在椎间盘退变的早期即椎间盘结构和形态明显改变之前才是有效的，这限制了生物活性因子在椎间盘退变性疾病中的应用。生物活性因子存在生物半衰期，而椎间盘退变常伴随椎间盘完整性的破坏，生物活性因子在进入椎间盘后可能从目标椎间盘弥散进入周围组织[4, 6, 31]。在这些因素影响下，生物活性因子难以在椎间盘内长期维持有效浓度，不能持续发挥作用。
生物活性因子还可能存在副作用[5-6]。生物活性因子一方面可以减少髓核细胞凋亡、促进髓核细胞增殖分泌等，发挥抗椎间盘退变的作用；另一方面也可能刺激椎间盘细胞发生表型转化，向软骨细胞、成纤维细胞等方向再分化，介导椎间盘组织纤维化、软骨化、骨化等病理改变，加重或加速椎间盘的退变[32-35]。Huang 等[33]发现将 BMP-2 注射进入椎间盘后椎间盘出现骨化现象，部分上下椎体出现了自发融合。Haschtmann [34]联合 TGF-β3 和 BMP-2 治疗椎间盘退变，结果纤维环出现骨化，远期观察发现治疗后的椎间盘更易退变。椎间盘内细胞和细胞因子环境复杂，目前尚无有效手段调控相关生物活性因子特异性、自限性发挥抗椎间盘退变的作用。而生物活性因子的干预浓度、组织内生物活性因子实际浓度、给药途径等可能是生物活性因子发挥不同作用的影响因素[17]。
目前，在生物活性因子治疗椎间盘退变的研究中多数采用穿刺椎间盘髓核直接注射生物活性因子的方法，这种给药方法可能带来额外的椎间盘损伤及促椎间盘退变效应[36-37]。针刺椎间盘可能进一步破坏椎间盘的完整性，加重相关炎性损伤因子的作用，诱导髓核内细胞凋亡等，可能加速椎间盘的退变。这种因针刺损伤带来的额外退变与穿刺针头直径、形状有关[36]。此外，直接向髓核内注射药物等可能改变椎间盘内静水压[37]，过高的生物应力环境也可能进一步导致椎间盘退变。因而如何选择安全、简便有效的给药方法和给药剂量也是生物活性因子应用于椎间盘退变性疾病治疗所面临的一大挑战[38]。
5 生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病研究的发展方向
5.1 新的、有效的生物活性因子的探索
通过对椎间盘退变机制的深入研究寻找有效的生物活性因子仍是目前椎间盘生物治疗的研究重点之一[6, 19, 39]。Buser 等[39]分析了椎间盘损伤后的病理变化，发现椎间盘损伤早期以炎症反应为主，他们期望采用纤维蛋白胶来实现局限和阻断相关炎症反应的目的，结果表明将纤维蛋白胶注射进入部分去除髓核的椎间盘内可以恢复椎间盘的形态结构、细胞组成和机械性能。蛋白组学和基因组学的发展也为研究者们寻找有效的生物活性因子开辟了新的途径。Kwon 等[19]利用蛋白组学的方法比较了 12 种动物来源的核心蛋白聚糖的蛋白序列，发现这些动物核心蛋白聚糖都具有一个富含亮氨酸的、组成相同的、非重复的七肽结构，这一七肽结构具有 TGF-β1 的结合位点，他们将之命名为 Peniel 2000（P2K）。他们在体外及体内发现 P2K 成功地调节了 TGF-β1 的功能状态，显著地提高了椎间盘内蛋白多糖含量和椎间盘的组织学及影像学评分。
5.2 不同生物治疗策略的联合使用
生物活性因子与基因治疗、细胞治疗、组织工程等联合应用，可以拓宽生物治疗的适应证，克服单一生物治疗策略存在的缺点[6, 7, 17, 40]。
将编码生物活性因子的基因转导进入椎间盘内，通过基因编码合成内源性的生物活性因子进而发挥生物学作用，这已经成为椎间盘生物治疗中普遍采取的方法。Liang 等[17]应用腺病毒作为载体将 GDF-5 的基因转导进入针刺模型造成退变的椎间盘内，成功维持了椎间盘的高度，恢复了退变椎间盘的功能。生物活性因子与细胞治疗相结合，将生物活性因子与间充质干细胞一起植入椎间盘内，生物活性因子促进干细胞增殖并诱导干细胞定向分化为椎间盘细胞，分泌相关细胞外基质，进而恢复椎间盘内细胞组成和功能状态。Chaofeng 等[41]将包含可高表达 BMP-7 的脊索细胞的组织工程髓核移植进入狗的椎间盘内，成功阻止了椎间盘的退变，在 24 周后这些细胞仍然存活并具有分泌功能，BMP-7 表达明显增强。
组织工程技术可以为生物活性因子缓释系统的开发提供新的途径，利用组织工程的方法，将组织工程支架作为生物活性因子的载体，注射或植入椎间盘，可以延长生物活性因子的作用时间，又为椎间盘再生提供支架结构[27, 42]。Nagae 等[28]采用组织工程方法制成可生物降解的明胶凝胶微球，并将 PRP 与这种明胶凝胶微球结合后注射进入退变椎间盘，与单纯使用 PRP 和明胶凝胶微球相比，使用 PRP 结合明胶凝胶微球显著抑制了椎间盘的退变，椎间盘高度、髓核含水量、蛋白多糖核心蛋白以及 Ⅱ 型胶原表达均增加，髓核组织中细胞凋亡明显减少。Ragab 等[43]利用可降解的磷酸三钙陶瓷制备皮质醇缓释胶囊，将之固定于椎间盘穿刺损伤处，在椎间盘损伤早期发挥抗炎作用，与常规给药方式相比，明显减少了损伤后早期椎间盘内软骨样细胞的增长。
5.3 生物活性因子的转化应用研究
目前尚无成熟的生物活性因子可以应用于临床。如何进一步将研究成果转化为实际医疗技术为患者服务是广大科研工作者们始终关注的话题[4]。GDF-5 已经被美国食品药品监督管理局批准进行临床安全性和有效性评价，有望成为首个可临床应用的生物活性因子[19]。
6 展望
虽然生物活性因子治疗椎间盘退变的研究已取得了大量研究成果，但同时也面临着许多挑战，还有许多问题亟待解决，与临床实际应用尚有较大差距。以生物活性因子治疗为基础的生物治疗是未来椎间盘退变性疾病治疗的理想方法，值得研究者们进一步进行探索。
椎间盘退变性疾病是困扰人们生活的常见疾病，相关疾病的卫生经济负担增长迅速[1-2]。目前其治疗方法主要包括手术治疗和保守治疗[3]，治疗方法多以缓解症状为目的，并未着眼于恢复退变椎间盘的结构和功能。随着生物治疗技术发展，椎间盘退变性疾病生物治疗研究日益受到重视[4-5]，包括生物活性因子治疗、基因治疗、细胞治疗、组织工程学治疗等[6-10]。生物活性因子治疗是在退变椎间盘内导入在椎间盘退变中有重要调控作用的因子或其拮抗因子，调控椎间盘内细胞功能状态，如减少椎间盘内髓核细胞凋亡、促进髓核细胞增殖分化、增加蛋白多糖和Ⅱ型胶原的分泌以维持椎间盘细胞外基质的正常构成等，从而达到治疗椎间盘退变的目的[4-6]。生物活性因子治疗是椎间盘退变性疾病生物治疗的重要组成部分，特别对于早期退变的椎间盘有重要的治疗价值。现对生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病的研究作一综述。
1 生物活性因子分类及作用原理
生物活性因子包括各类生长因子、炎性因子拮抗因子、生物酶类抑制剂及细胞内调节因子等[6]。它们可以通过不同的途径对椎间盘内细胞功能进行调控。生长因子如转化生长因子 β（transfer growth factor-β，TGF-β）、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）等可以促进髓核细胞增殖分化，补充丢失的髓核细胞，调节细胞代谢状态，促进髓核细胞分泌细胞外基质[7-10]。炎性因子拮抗因子可保护髓核内细胞免受免疫炎症反应的攻击，减少髓核细胞凋亡，白细胞介素（interleukin，IL）-1 受体拮抗剂在椎间盘退变早期可降低因 IL-1β 诱导产生的椎间盘降解从而实现椎间盘退变的治疗[11]。生物酶类抑制剂可减少生物酶对椎间盘内正常细胞外基质的降解作用，维持细胞外基质的稳定性，如金属蛋白酶组织抑制因子可抑制金属蛋白酶对椎间盘内细胞外基质的降解作用而发挥抗椎间盘退变的作用[12]。细胞内调节因子多为小分子物质，可进入细胞内，发挥细胞内调控作用，阻断或激活相关信号通路，减少伤害因子释放，增加具有抗椎间盘退变作用的生物因子的释放。如白藜芦醇可抑制核转录因子 κB（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）的激活，阻断 IL-1β 和肿瘤坏死因子 α通过 NF-κB 发挥促髓核细胞凋亡的作用，此外白藜芦醇还可发挥拮抗生物酶类降解细胞外基质的作用[13]。
2 常用于椎间盘退变治疗的生物活性因子
2.1 BMP
BMP 在骨骼肌肉系统中广泛表达，研究表明 BMP-7、BMP-2、BMP-14 等可促进软骨样细胞的分化和髓核细胞的再生，增加蛋白多糖和Ⅱ型胶原的合成而维持椎间盘的高度[7, 9, 14-16]。Liao[14]将过表达 BMP-7 的骨髓源性干细胞注射进入退变的大鼠尾椎椎间盘中，结果显示其明显延缓了椎间盘的退变进程。Li 等[15]将 BMP-2 和 BMP-7 制备成二聚体结构，结果显示其可以明显增加体外游离培养的牛尾髓核组织中蛋白聚糖、Ⅱ 型胶原的分泌。BMP-14，也称为生长分化因子 5（growth differentiation factor-5，GDF-5），可以促进髓核细胞代谢，增加蛋白聚糖和Ⅱ型胶原合成。在椎间盘细胞的体外培养基中加入重组人类 GDF-5 可以显著增加细胞活性，增加蛋白多糖和胶原的分泌[17]。Feng 等[18]总结多项体内及体外研究认为 GDP-5 可促进骨髓间充质干细胞向髓核样细胞分化并维持其表型，促进髓核及纤维环细胞增殖和合成代谢，抑制细胞外基质的降解。
2.2 TGF-β
TGF-β是一种形态发生蛋白和细胞功能调控因子，可以减少椎间盘细胞凋亡、促进脊索细胞的增殖和合成代谢，在椎间盘的胚胎发育中具有重要作用[19-22]。TGF-β 在退变椎间盘中存在高表达。Schroeder 等[20]检测腰椎间盘突出症患者退变的椎间盘标本，检测结果表明 TGF-β 含量明显上升。在椎间盘内 TGF-β1 存在 2 个信号通路，发挥着相反的作用，Smad2/3 信号通路可以促进椎间盘细胞分泌细胞外基质，Smad1/5/8 信号通路则可以抑制椎间盘组织的再生。TGF-β1 浓度较低时主要激活 Smad2/3 信号通路，TGF-β1 浓度较高时可同时激活 2 条信号通路，其中 Smad1/5/8 信号通路的激活可抑制 Smad2/3 信号通路导致椎间盘退变的加重。Kwon 等[19]采用拮抗 TGF-β1 的方法减少退变椎间盘中的 TGF-β1 的合成，成功地阻止和部分逆转了椎间盘的退变症状。
2.3 促有丝分裂因子
胰岛素样生长因子 1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、血小板衍生因子（platelet derived growth factor，PDGF）、血管内皮生长因子、表皮生长因子和成纤维细胞生长因子等都具有促进细胞分裂、加快椎间盘细胞增殖速度的作用，被称为促有丝分裂因子[5, 7-8, 23-26]。促有丝分裂因子可以促使退变椎间盘再生，重建椎间盘的形态结构和生物功能。如 IGF-1 具有减少分解代谢，促进合成代谢的作用，Asfour 等[25]研究表明 IGF-1 表达的降低可明显减少椎间盘内蛋白多糖和细胞的密度，这可能与老年性椎间盘退变的发生相关；Liu 等[26]研究显示 IGF-1 可以通过调节椎间盘细胞自噬行为拮抗腰椎间盘的退变。
2.4 富血小板血浆（platelet-rich plasma，PRP）
PRP 是自体全血经离心后获得的血小板浓度超过生理浓度数倍的血液制品。PRP 活化后可使血小板释放储存在血小板 α 颗粒中的多种生长因子，具有刺激椎间盘细胞增殖、促进细胞外基质合成代谢及抑制纤维环细胞凋亡等作用[27-30]。Nagae 等[28]分别测定了 PRP 和普通血浆中 TGF-β1 和 PDGF 的含量，结果显示 PRP 中的 TGF-β1 和 PDGF 分别是普通血浆的 23 倍和 70 倍。胡新锋等[29]使用 PRP 干预针刺建模后出现退变的兔椎间盘，与磷酸盐缓冲液比较，组织学及影像学观察发现干预后 2 周，使用 PRP 处理的椎间盘退变终止甚至部分逆转。Gullung 等[30]研究不同椎间盘退变情况下 PRP 的作用效果，在建模后不同时间点（建模后 2 周和 4 周）使用 PRP 分别干预发生退变的椎间盘，结果显示在建模后 2 周进行干预对椎间盘高度的恢复和维持明显优于建模后 4 周进行干预，表明 PRP 在椎间盘退变早期即可发挥抗椎间盘退变作用，在退变早期采用 PRP 可阻止退变的继续进展。
3 生物活性因子的联合应用
椎间盘退变往往是多种病理机制共同作用的结果，单一生物活性因子治疗可能不能达到理想的抗椎间盘退变效果，多种生物活性因子联合应用常能协同强化治疗效果[7-8, 25]。Kim 等[7]研究表明 IGF-1 和 BMP-7 在促进细胞合成代谢方面可互补，协同发挥促进髓核细胞增殖和细胞外基质分泌的作用，IGF-1 可抑制 BMP-7 负反馈调节机制，BMP-7 可增加 IGF-1 受体的表达水平。Hayes 等[8]研究显示， TGF-β 和 IGF-1 联合应用可更明显地促进纤维环细胞增殖，更好地维持椎间盘的高度。因而选择具有协同或互补作用的生物活性因子联合应用可能会获得更好的抗椎间盘退变效果。
4 生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病的局限
生物活性因子发挥作用需要一定的椎间盘微环境，即相当数量的具有正常功能状态的椎间盘细胞和足够的营养支持及供氧条件[6]。故生物活性因子只在椎间盘退变的早期即椎间盘结构和形态明显改变之前才是有效的，这限制了生物活性因子在椎间盘退变性疾病中的应用。生物活性因子存在生物半衰期，而椎间盘退变常伴随椎间盘完整性的破坏，生物活性因子在进入椎间盘后可能从目标椎间盘弥散进入周围组织[4, 6, 31]。在这些因素影响下，生物活性因子难以在椎间盘内长期维持有效浓度，不能持续发挥作用。
生物活性因子还可能存在副作用[5-6]。生物活性因子一方面可以减少髓核细胞凋亡、促进髓核细胞增殖分泌等，发挥抗椎间盘退变的作用；另一方面也可能刺激椎间盘细胞发生表型转化，向软骨细胞、成纤维细胞等方向再分化，介导椎间盘组织纤维化、软骨化、骨化等病理改变，加重或加速椎间盘的退变[32-35]。Huang 等[33]发现将 BMP-2 注射进入椎间盘后椎间盘出现骨化现象，部分上下椎体出现了自发融合。Haschtmann [34]联合 TGF-β3 和 BMP-2 治疗椎间盘退变，结果纤维环出现骨化，远期观察发现治疗后的椎间盘更易退变。椎间盘内细胞和细胞因子环境复杂，目前尚无有效手段调控相关生物活性因子特异性、自限性发挥抗椎间盘退变的作用。而生物活性因子的干预浓度、组织内生物活性因子实际浓度、给药途径等可能是生物活性因子发挥不同作用的影响因素[17]。
目前，在生物活性因子治疗椎间盘退变的研究中多数采用穿刺椎间盘髓核直接注射生物活性因子的方法，这种给药方法可能带来额外的椎间盘损伤及促椎间盘退变效应[36-37]。针刺椎间盘可能进一步破坏椎间盘的完整性，加重相关炎性损伤因子的作用，诱导髓核内细胞凋亡等，可能加速椎间盘的退变。这种因针刺损伤带来的额外退变与穿刺针头直径、形状有关[36]。此外，直接向髓核内注射药物等可能改变椎间盘内静水压[37]，过高的生物应力环境也可能进一步导致椎间盘退变。因而如何选择安全、简便有效的给药方法和给药剂量也是生物活性因子应用于椎间盘退变性疾病治疗所面临的一大挑战[38]。
5 生物活性因子治疗椎间盘退变性疾病研究的发展方向
5.1 新的、有效的生物活性因子的探索
通过对椎间盘退变机制的深入研究寻找有效的生物活性因子仍是目前椎间盘生物治疗的研究重点之一[6, 19, 39]。Buser 等[39]分析了椎间盘损伤后的病理变化，发现椎间盘损伤早期以炎症反应为主，他们期望采用纤维蛋白胶来实现局限和阻断相关炎症反应的目的，结果表明将纤维蛋白胶注射进入部分去除髓核的椎间盘内可以恢复椎间盘的形态结构、细胞组成和机械性能。蛋白组学和基因组学的发展也为研究者们寻找有效的生物活性因子开辟了新的途径。Kwon 等[19]利用蛋白组学的方法比较了 12 种动物来源的核心蛋白聚糖的蛋白序列，发现这些动物核心蛋白聚糖都具有一个富含亮氨酸的、组成相同的、非重复的七肽结构，这一七肽结构具有 TGF-β1 的结合位点，他们将之命名为 Peniel 2000（P2K）。他们在体外及体内发现 P2K 成功地调节了 TGF-β1 的功能状态，显著地提高了椎间盘内蛋白多糖含量和椎间盘的组织学及影像学评分。
5.2 不同生物治疗策略的联合使用
生物活性因子与基因治疗、细胞治疗、组织工程等联合应用，可以拓宽生物治疗的适应证，克服单一生物治疗策略存在的缺点[6, 7, 17, 40]。
将编码生物活性因子的基因转导进入椎间盘内，通过基因编码合成内源性的生物活性因子进而发挥生物学作用，这已经成为椎间盘生物治疗中普遍采取的方法。Liang 等[17]应用腺病毒作为载体将 GDF-5 的基因转导进入针刺模型造成退变的椎间盘内，成功维持了椎间盘的高度，恢复了退变椎间盘的功能。生物活性因子与细胞治疗相结合，将生物活性因子与间充质干细胞一起植入椎间盘内，生物活性因子促进干细胞增殖并诱导干细胞定向分化为椎间盘细胞，分泌相关细胞外基质，进而恢复椎间盘内细胞组成和功能状态。Chaofeng 等[41]将包含可高表达 BMP-7 的脊索细胞的组织工程髓核移植进入狗的椎间盘内，成功阻止了椎间盘的退变，在 24 周后这些细胞仍然存活并具有分泌功能，BMP-7 表达明显增强。
组织工程技术可以为生物活性因子缓释系统的开发提供新的途径，利用组织工程的方法，将组织工程支架作为生物活性因子的载体，注射或植入椎间盘，可以延长生物活性因子的作用时间，又为椎间盘再生提供支架结构[27, 42]。Nagae 等[28]采用组织工程方法制成可生物降解的明胶凝胶微球，并将 PRP 与这种明胶凝胶微球结合后注射进入退变椎间盘，与单纯使用 PRP 和明胶凝胶微球相比，使用 PRP 结合明胶凝胶微球显著抑制了椎间盘的退变，椎间盘高度、髓核含水量、蛋白多糖核心蛋白以及 Ⅱ 型胶原表达均增加，髓核组织中细胞凋亡明显减少。Ragab 等[43]利用可降解的磷酸三钙陶瓷制备皮质醇缓释胶囊，将之固定于椎间盘穿刺损伤处，在椎间盘损伤早期发挥抗炎作用，与常规给药方式相比，明显减少了损伤后早期椎间盘内软骨样细胞的增长。
5.3 生物活性因子的转化应用研究
目前尚无成熟的生物活性因子可以应用于临床。如何进一步将研究成果转化为实际医疗技术为患者服务是广大科研工作者们始终关注的话题[4]。GDF-5 已经被美国食品药品监督管理局批准进行临床安全性和有效性评价，有望成为首个可临床应用的生物活性因子[19]。
6 展望
虽然生物活性因子治疗椎间盘退变的研究已取得了大量研究成果，但同时也面临着许多挑战，还有许多问题亟待解决，与临床实际应用尚有较大差距。以生物活性因子治疗为基础的生物治疗是未来椎间盘退变性疾病治疗的理想方法，值得研究者们进一步进行探索。