庄汝杰 陈冠军 庄伟 陈芳

腰椎Modic I、Ⅱ型面积改变率与TNF-α相关性研究

庄汝杰 陈冠军 庄伟 陈芳

目的 探讨腰椎Modic I、Ⅱ型面积改变率与对应终板中TNF-α含量的相关性。 方法 52例因下腰痛手术患者（男29例，女23例），平均年龄（51．0±11．89）岁。术前行MRI检查，其中无Modic改变型16例，Modic I型15例，ModicⅡ型21例。测量3组在MRI T2正中矢状位上Modic改变面积及对应椎体面积大小，计算Modic改变率。术中收集椎间盘髓核、椎体终板部分组织作TNF-α免疫组化染色，观察其在髓核和终板组织中的差异，统计与终板面积改变率的相关性。 结果 无Modic改变型：髓核和终板组织中TNF-α染色极少，Modic I型组：TNF-ɑ在终板的表达明显高于髓核，与面积变化率的相关系数r=0．431，P=0．021，两者具有正相关性。ModicⅡ型组：TNF-ɑ在终板的表达与髓核组织相似，与面积变化率的相关系数r=0．322，P=0．043，两者具有正相关性。 结论 下腰痛患者中Modic I、Ⅱ型面积改变率与所对应终板中TNF-ɑ炎性因子含量密切相关。

腰椎 终板Modic改变 TNF-α

腰椎间盘终板变化由美国放射科医生Modic首先发现，腰椎终板磁共振（MRI）信号的异常，导致终板及脊柱的生物力学变化并由此影响下腰痛。本研究观察52例Modic各型患者的临床资料，分析Modic在MRI上的改变率与对应终板中所含炎性因子TNF-ɑ的关系，进一步认识Modic病变与下腰痛的关系。

1 资料和方法

1.1 一般资料 本组52例患者（男29例，女23例），均系2011年12月至2012年6月浙江中医药大学附属第一医院骨科收治因下腰痛而入院手术的患者，平均年龄（51.0±11.89）岁，病程6个月至54个月，平均（26± 4.3）个月。所有患者术前均作腰椎MRI检查，根据MRI影像学上的终板Modic变化判断分型，其中无Modic改变型16例，Modic I型15例，ModicⅡ型21例，排除ModicⅢ型、混合型多节段者。

1.2 方法

1.2.1 Modic改变率测定 应用GE Signa 1.5 T磁共振成像仪，行腰椎矢状面T1W1、T2W1扫描以及横断面T2W1扫描。因不同患者的椎体面积大小有差异，为避此差异给实验带来误差，我们以Modic面积改变率作为观察指标，来判断其与下腰痛的相互关系。采用浙大维科公司Mediaview软件在MRI图像上测量两组终板Modic改变在T2加权上中线矢状面图像上的面积及所在椎体的面积，计算其比值得到Modic面积改变率，每组数据测量3次，求其平均值。

1.2.2 免疫组化染色和观察方法 收集术中椎间盘髓核、椎体终板部分组织，髓核组织在中性缓冲福尔马林（pH7.4）固定12h，终板组织固定后采用12%EDTA在室温下脱钙4周，其中每隔3d震荡1次、每隔1周更换EDTA 1次,取材脱水。60～62℃石蜡包埋组织，层厚3～4μm，连续切片后烘箱烤片2～4h。切片分别间隔作HE染色形态学检查和TNF-α免疫组化染色观察。髓核和终板组织石蜡切片的（TNF-α稀释度为1∶60，mouse来源的单克隆抗体；切片脱蜡、水化（二甲苯脱蜡后，按100%，95%，80%，70%乙醇逐级脱水），PBS洗2次，3% H2O2（80%甲醇）滴加在TMA上，室温静置10min，PBS洗2～3次各5min，抗原修复（微波处理进行抗原修复），PBS洗2～3次各5min，滴加1%BSA封闭液，室温20min。甩去多余液体，滴加TNF-α抗体501（1∶400，鼠抗CD68单克隆抗体，福建Maixin公司），室温静置1h，PBS洗3次各5min，1∶200生物素标记的羊抗小鼠IgG用于TNF-α抗体处理的切片，室温静置30min；PBS洗3次各5min；DAB显色5～10min，在显微镜下掌握染色程度，PBS冲洗10min，苏木精复染2min，脱水，封片。设阴性对照，不加特异性一抗。镜下观察结果：在细胞浆和或核内出现黄、棕色颗粒为阳性，免疫组化半定量计分方法：首先根据染色强度打分，0分为无色，1分为淡黄色，2分为棕黄色，3分为棕褐。染色深浅需与背景着色相对比，再将阳性细胞所占的百分比打分，0分为阴性，1分为阳性细胞≤10%，2分为11%～50%，3分为51%～75%，4分为≈76%。染色强度与阳性细胞百分比的乘积＞3分，才算免疫反应（+），计算TNF-α半定量计分。

1.3 统计学处理 所有影像学资料均由2位骨科医师独立双盲分析，对2人的评估结果进行Kappa一致性检验。数据采用SPSS Statistics 19分析软件进行分析，各型Modic面积改变率采用Pearson相关分析。

2 结果

免疫组化染色显示，无Modic改变型：髓核和终板组织中TNF-α染色极少，仅少量分布胞浆内，TNF-α半定量值分别为0.8±0.4、0.9±0.2，两者差异无统计学意义（图1）。Modic I型：TNF-ɑ在终板的表达明显高于髓核，多分布于胞浆内和散在基质中，TNF-α半定量值分别为7.2±0.5、9.2±0.7，两者相比差异有统计学意义（P＜ 0.05，图2）。其变化率和终板中TNF-ɑ炎性因子的相关系数为r=0.431，P=0.021，两者具有正相关性。ModicⅡ型：TNF-ɑ在终板的表达与髓核组织相似，半定量值分别为4.2±0.4、4.5±0.9，两者相比差异无统计学意义（P＞0.05，图3）。其变化率和终板中TNF-ɑ炎性因子的相关系数r=0.322，P=0.043，两者具有正相关性（表1）。

图1 无Modic改变型TNF-α在髓核和终板组织中的染色（× 200）

图2 Modic I型TNF-α在髓核和终板组织中的染色（×200）

图3 Modic II型TNF-α在髓核和终板组织中的染色（×200）

表1 ModicⅠ、Ⅱ型面积改变率终板中TNF-ɑ炎性因子的相关性分析

3 讨论

免疫学研究发现，退变椎间盘内存在多种高浓度炎性因子，而正常椎间盘内不存在这些炎症因子。腰椎间盘突出症和盘源性下腰痛患者神经纤维环中均有通道联系髓核和椎间盘外环境，相应髓核内也证明有炎性因子。这两种疾病也是Modic的危险因素[1]。TNF-α参与炎症反应的全部过程，在炎症局部血管通透性增加、白细胞附壁、渗出和致病因子消除等过程中均起到促进作用。许多研究证明，TNF-α的含量在腰椎间盘退化症的患者中的含量较高[2-4]。Burke等[5]通过实验测定了Modic各型改变中的TNF-α含量，发现其各型之间炎症介质含量存在显著的差别。

本研究结果显示ModicI型终板中的TNF-α含量高于髓核，且与终板面积改变率呈正相关。这是由于ModicⅠ型为炎症水肿期，其表现为软骨终板变薄，细胞不同程度变性及减少，甚至中断或消失，由于终板撕裂血管可进入髓核，甚至髓核亦可进入终板形成许莫氏结节。ModicI型终板损伤严重，更多的髓核组织及其中更多的炎性因子如TNF-α通过终板裂隙到达椎体内。ModicⅡ型主要表现脂肪型，目前认为此型相对于ModicI型已趋于稳定，但本组实验结果显示：ModicⅡ型终板组织中仍含有TNF-α因子，TNF-α可促进中性粒细胞积聚，促使间叶组织（脂肪组织）释放蛋白溶解酶，导致蛋白多糖的水解减少以及随之引起的水分减少，使软骨终板的渗透性降低，使椎间盘营养发生障碍，导致椎间盘退变。可见ModicⅡ型并非真正的稳定只是Modic改变中的一过渡时期，该型患者的下腰痛症状是由终板和髓核退变共同参与导致的结果。

本研究通过对ModicⅠ、Ⅱ型面积改变率及TNF-ɑ炎性因子含量检测，结果提示ModicⅠ、Ⅱ型，面积改变率越大TNF-ɑ炎性因子含量越高，最终导致的临床症状越重。同时可见TNF-ɑ炎性因子在炎症反应与Modic改变产生的过程中发挥着重要作用，是Modic改变的病因之一。

[1] 丁文元,李宝俊,海涌，等．前炎症因子在脊髓型颈椎病发病早期的表达[J]．脊柱外科杂志,2006,4(4):219-22．

[2]Karchevsky M,Schweitzer M E,Carrino J A．Reactive endplate marrow changes:a systematic morphologic and epidemiologic evaluation[J]．Skeletal Radiol,2005,34(3):125-129．

[3]Marshman L A,Trewhella M,Friesem T．Reverse transformation of Modic type 2 changes to Modic type 1 changes during sustained chronic low-back pain severity．Report of two cases and review of the literature[J]．J Neurosurg Spine,2007,6:152-155．

[4]Dominik W,Marco Z,Juerg H,et al．Painful Lumbar Disk Derangement:Relevance of Endplate Abnormalities at MR Imaging [J]．Radiology,2001,218:420-427．

[5]Burke G,Watso G,McCormack D,et al．Intervertebral discs which cause low back pain secrete high levels of pro-inflammatory mediators[J]．J Bone Joint Surg,2002,84-B:196-201．

Correlation of TNF-ɑ expression with Modic changes in vertebral endplates of patients with low back pain

Objective To investigate the correlation of TNF-ɑ expression with Modic changes in vertebral endplates of patients with low back pain．Methods Seventy patients(29 males and 23 females)with an average age of 51．0±11．89 undergoing low back pain surgery were examined with MRI．Among them,16 cases had no Modic changes,15 cases were Modic I and 21cases were Modic II．The Modic changes at sagittal plane on MRI T2 and the area of corresponding vertebral were measured．The samples of intervertebral disc endplates and nucleus pulposus were collected and the expression of TNF-ɑ was detected with immunohistochemistry．Results TNF-ɑ was scarcely expressed in the non-Modic type．In Modic type I,the expression of TNF-ɑ in endplate was higher than that in nucleus and the expression of TNF-ɑ was positively correlated with the area change rate(r=0．431,P=0．021)．In Modic type II there was no difference in TNF-ɑ expressions between endplate and nucleus,and the correlation coefficient between TNF-ɑ expression and area change rate was 0．322(P=0．043)．Conclusion The TNF-ɑ level in endplates was correlated with the change area rate of Modic I and II in low back pain patients．

Lumbar vertebra Modic change TNF-ɑ

2013-05-06)

（本文编辑：田云鹏)

浙江省自然科学基金项目（Y2110746）

310006 杭州，浙江中医药大学附属第一医院骨科（庄汝杰、陈冠军、陈芳）；杭州市萧山区中医院骨科（庄伟）

陈芳，E-mail：funchen@163.com