椎间盘退变对蛋白多糖的影响

蛋白多糖（PG）在维持椎间盘髓核和纤维环的功能方面发挥着重要的作用。从胎儿到成人，椎间盘中蛋白多糖的结构和含量均发生明显的变化，而且这种变化是逐渐进行的。椎间盘退变时，其生化成分的变化是非常明显的。国内外的研究发现，随着年龄的增长，椎间盘退变，椎间盘中蛋白多糖的含量明显下降，髓核区蛋白多糖的下降大于纤维环。核心蛋白的氨基酸构成成分本身没有明显的变化，但随着年龄的增长，核心蛋白链的长度会变短，其G3区从核心蛋白的羧基末端消失，核心蛋白中丝氨酸和甘氨酸含量下降，精氨酸含量增加。核心蛋白的含量下降，与透明质酸结合的能力下降，从而导致蛋白多糖的聚合能力下降。

蛋白多糖是通过与核心蛋白结合到透明质酸上聚合而成的大分子，性质较稳定。在髓核中与水结合成凝胶状，使之产生弹性与膨胀性。椎间盘退变时，蛋白多糖降解增多，含量明显减少，稳定性下降，分布异常，蛋白多糖各种成分比例改变，导致胶原纤维力学特性下降，椎间盘退变加速。椎间盘突出引起临床症状，然而在其正常对照组椎间盘中，也出现与椎间盘突出症病人相似的退行性改变。二者之间尽管有程度上的不同，但却没有本质的区别。在椎间盘退变时对其进行生物化学分析发现：生物化学改变的规律与形态学变化是一致的。

椎间盘的主要糖胺多糖成分是硫酸软骨素和硫酸角质素。椎间盘退变时，硫酸软骨素合成减少，硫酸软骨素的含量逐渐下降，硫酸角质素与硫酸软骨素比例增高。在椎间盘退变时，糖胺多糖也发生了变化，在硫酸软骨素中，4－硫酸软骨素明显减少，6－硫酸软骨素明显增加，硫酸软骨素含量的下降大于硫酸角质素，致使硫酸角质素/硫酸软骨素的比例升高。葡萄糖胺/半乳糖胺的比例升高。椎间盘的微量蛋白多糖纤维调节素fibromodulin和lumican等增加，非多糖化的双糖链蛋白聚糖（biglycan）和核心蛋白聚糖（decorin）的比例也随年龄的增加而增加。电镜研究还发现，随年龄的增加，椎间盘退变，髓核中蛋白多糖单体上的硫酸软骨素丰富区的长度变短，聚合体长度的易变性增加，聚合体上硫酸软骨素的密度增大，每个聚合体上单体的数量减少。在整个椎间盘中，蛋白多糖聚合体减少，以髓核处最明显，且主要集中在细胞的周围。

尽管透明质酸含量大于最大聚合需要的量，但蛋白多糖的聚合能力下降。退变椎间盘髓核和纤维环中蛋白多糖总量及糖胺多糖均有明显下降，其中硫酸软骨素含量下降尤为明显。退变髓核的总己糖胺含量明显低于正常髓核，半乳糖胺也明显下降，葡萄糖胺则无明显变化。退变椎间盘纤维环中葡萄糖胺与半乳糖胺均明显下降。硫酸软骨素含量随着年龄的增长而下降，而硫酸角质素则增加。研究表明，硫酸角质素含量增高也与椎间盘退变相关。这种蛋白多糖随年龄的变化，可能是由于连接蛋白功能的变化、降解单体的增多或对新合成单体聚合的抑制而造成的。退变椎间盘的蛋白含量减少与退变程度成正比，且蛋白多糖减少可加速椎间盘的退变，这与椎间盘营养来源缺乏和椎间盘细胞功能衰退有关。

Kuiper等（1998）研究认为，硫酸角质素含量的血液检测，可作为椎间盘退变发生的敏感指标。硫酸软骨素中，4－硫酸软骨素含量明显减少，而6－硫酸软骨素含量相对增高。由于核心蛋白的含量减少，因而，蛋白多糖的聚合能力显著降低。郑洪军等的研究结果表明，退变椎间盘中几乎观察不到蛋白多糖的聚合体，胎儿至成人乃至退变的椎间盘中蛋白多糖聚合体含量依次减少，早期可通过自身的修复方法重新合成蛋白多糖聚合体，当组织退变时，这种修复难以进行，最后髓核纤维化，PG被胶原纤维取代，水分随即丧失。在应力作用下，易发生椎间盘髓核脱出。

蛋白多糖的减少与椎间盘退变程度成正比。这是因为一方面椎间盘细胞的退变导致蛋白多糖合成减少，另一方面，椎间盘细胞释放的基质金属蛋白酶（metalloproteinases，MMPs）降解蛋白多糖为短肽碎片，同样是蛋白多糖含量减少的原因。大量证据表明，椎间盘退变时，基质金属蛋白酶（MMPs）含量明显增高，各类型的MMPs，除了降解蛋白多糖外，还对各类胶原及其他基质成分起破坏作用，从而影响了椎间盘的生物力学特性。Crean等（1997）应用酶免疫检测法对34个椎间盘手术标本的MMP 2、MMP 9及蛋白多糖的含量进行检测，发现椎间盘退变时MMP 2、9的活性与含量均增高，蛋白多糖的降解也很明显。Roberts（1994）应用硫酸软骨素残端的单克隆抗体检测蛋白多糖的分布及硫酸软骨素新表位片段，发现硫酸软骨素新表位片段在退变椎间盘中大量表达，其含量明显高于无退变的椎间盘，这种新表位片段的表达与MMPs的降解相关。新表位片段的表达被认为是椎间盘退变的标志。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。

蛋白多糖作为椎间盘组织中的一种主要大分子物质，在椎间盘中具有极其重要的功能，对其结构和功能的进一步研究，将对椎间盘的退变的预防和治疗具有重要意义。