椎间盘退行性变(intervertebral disc degeneration, IDD)是指椎间盘随着年龄增长或者由于其他原因(如长期劳损、外伤等)而发生的老化现象。椎间盘退变进一步发展，可能会导致椎间盘突出，即髓核(nucleus pulposus, NP)穿过纤维环(anulus fibrosus, AF)向椎管内或椎间孔突出，压迫脊髓神经，引起严重疼痛、活动受限甚至下肢瘫痪等症状。最新的流行病学调查发现，IDD困扰着全球60%～80%的人口，同时在全球疾病负担、伤害及风险因素研究中，IDD被认为是导致机体运动功能障碍的重要因素之一，严重影响患者的身心健康并持续加重社会经济负担[1,2,3]。IDD的发病机制十分复杂，包括炎症、基因、遗传、免疫及生物力学因素等多个方面[4]。其中炎症反应在IDD中扮演着极其重要的角色，炎症因子的相互作用和异常表达可以破坏细胞外基质代谢的平衡，引起炎症并加速IDD的发展进程。近年来，大量研究发现非编码微小RNA(microRNA,miRNA)作为基因表达的重要调控分子之一，已被证明在各种疾病的发生和发展中发挥绝对关键的作用[5]。miRNA可以通过多种通路介导炎症因子的释放，特别在椎间盘的退变过程中，miRNA可以通过下游途径调控炎症反应[6]。目前还没有适宜的非手术治疗策略逆转IDD,这主要是由于IDD的具体机制尚不清晰，缺乏有效的特异性靶点。随着网络药理学以及信息学研究的不断深入，发现中医药在治疗miRNA介导的IDD方面具有优势。中医药凭借其作用靶点多、不良反应小、远期疗效肯定以及简便廉效的优点，被广泛运用于多种骨科疾患。因此，明确miRNA如何介导椎间盘炎症反应的发生以及探讨中药调控miRNA的异常表达对于防治IDD及下腰痛具有重要意义。

1、miRNA介导炎症反应

炎症反应在IDD中扮演着十分重要的角色，当椎间盘受损后，椎间盘组织中炎性因子的表达增加，椎间盘细胞会分泌多种分解代谢因子，如基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)、凝血酶敏感素蛋白酶4/5等，这些酶加速了细胞外基质分子的降解，如聚集蛋白聚糖和Ⅱ型胶原蛋白等。NP和AF组织中基质分子不断被破坏，逐渐导致椎间盘机械不稳定、纤维环撕裂，加速IDD。此外退变组织中炎症因子的释放增加，进一步增强了椎间盘组织内炎症免疫级联反应，形成恶性循环，加速各个阶段退变的发展进程[7,8]。目前研究认为肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF)、白细胞介素(interleukin, IL)、MMPs和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)是椎间盘组织中炎症发生的主要因素[9]。miRNA是一类长度为18～25个核苷酸的非编码单链RNA,miRNA在与信使RNA(messenger RNA,mRNA)位点组合配对后，通过调节转录后靶基因的表达，可参与调节细胞的活化、增殖、分化、凋亡、生长和生物体的发育。研究表明，miRNA可以通过调节炎症因子表达从而加速或延迟IDD的进程。

1.1 miRNA调节TNF

TNF主要由巨噬细胞产生，是一种非常重要的促炎因子，具有强大的促炎活性。在IDD中，TNF-α表达上调与细胞增殖、基质破坏、细胞衰老、自噬和凋亡以及炎症反应的各种病理过程密切相关。Cao等[10]通过定量聚合酶联反应检测miR-27a在IDD患者NP组织中的表达水平时发现，miR-27a在IDD患者NP组织中高表达。随后检测TNF-α、mRNA以及促炎因子IL-1β、IL-6的表达水平，发现通过抑制miR-27a的表达可以明显降低NP细胞中TNF-α 和IL-1β、IL-6的产生，推测miR-27a可能在IDD中发挥启动作用，而抑制miR-27a则可抑制椎间盘细胞释放促炎因子，这一机制可能通过调控p38/丝裂原活化蛋白激酶信号通路实现。Hasvik等[11]研究miRNA与椎间盘突出患者根性神经痛之间的关系，发现血清中高miR-17水平与脊柱神经根性疼痛的程度存在正相关，并且发现这一途径是TNF通过MMP-3加速了椎间盘炎症反应的发生。郭召[12]研究表明，miRNA-502通过其靶基因TRAF2激活/抑制核因子-κB(NF-κB),从而在TNF-α诱导的细胞凋亡中起保护作用。

1.2 miRNA调节IL

IL主要包括IL-1、IL-6及IL-10等，其中IL-1及IL-6与IDD的关系较为密切。Lu等[13]用脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)刺激NP细胞模拟IDD的体外模型，并检测miR-589-3p及炎症因子的表达量，结果发现IDD模型的NP细胞中miR-589-3p高表达，这种高表达会增加NP细胞的凋亡率和促炎因子TNF-α、IL-1和IL-6的产生，研究还证实了Smad 4是miR-589-3p的直接靶基因，并在NP细胞中被miR-589-3p负向调控。Zhao等[14]研究结果证明，miR-19b-3p高表达会抑制IDD患者的椎间盘组织中IL-1β、TNF-α水平以及NP细胞凋亡。

1.3 miRNA调节MMPs

MMP是一类依赖锌的蛋白水解酶，可降解细胞外基质中的多类蛋白质，椎间盘组织中细胞外基质的破坏是IDD发生的重要标志。其中MMP-2、MMP-3及MMP-9由于可以溶解胶原纤维及蛋白多糖，从而在IDD中发挥着重要作用[15]。Zhang等[16]研究发现，miR-155在IDD患者NP组织中的表达水平明显降低，而MMP-16的表达量与椎间盘组织退变的严重程度呈正相关。Hua等[17]研究表明，在IDD组织中，miR-127-5p过表达引起NP细胞中Ⅱ型胶原(typeⅡcollagen, ColⅡ)表达上调，MMP-13表达降低；而抑制miR-127-5p表达后，ColⅡ表达降低，MMP-13表达则增加。Ji等[18]研究显示，miR-193a-3p的过表达可增加NP细胞中ColⅡ的合成，抑制miR-193a-3p的表达可导致MMP-14表达上调，从而降解ColⅡ,促进IDD的发生。

1.4 miRNA调节PGE2

PGE2是局部炎症反应的一种标志性物质，在椎间盘疾病中，可刺激神经根异常放电，直接诱发根性神经痛，并且能够增强MMP的活性，加速基质分解，破坏椎间盘。年宝宁[19]通过使用PGE2受体EP4的拮抗剂HL-1-148观察椎间盘的形态学及相关炎症改变，发现HL-1-148能够促进椎间盘细胞的功能，延缓椎间盘的退行性病变以及减轻退变中产生的疼痛。陈璐璐[20]研究发现，PGE2可以通过调节miR-130-STAT3信号轴，促进脐带间充质干细胞向肝类样细胞的分化，证明miRNA-前列腺素、前列腺素-IDD之间存在关联，但目前国内外尚无miRNA-前列腺素-IDD轴的直接研究证据。

1.5 miRNA干预信号通路

Shen等[21]研究miRNA与Toll样受体4(TLR4)/NF-κB信号通路在椎间盘炎症反应中的关系，发现在IDD患者中TLR4/NF-κB信号通路普遍被激活，促炎细胞因子水平升高，同时miRNA微阵列显示15个miRNA在IDD组织中出现了失调，其中上调最显著的是miR-625-5p,证明miR-625-5p与TLR4/NF-κB信号通路之间存在相互影响的关系。Cai等[22]研究炎症小鼠模型雌激素受体-α(estrogen receptor-α,ER-α)与MiR-203-3p在IDD患者NP细胞中的表达，发现当发生椎间盘炎症反应时，MiR-203-3p高表达，ER-α低表达，故通过抑制miR-203-3p的表达可以上调ER-α,从而抑制椎间盘炎症。Xi等[23]研究表明在IDD炎症大鼠模型中，上调的miR-146a抑制了TNF受体关联因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6,TRAF6)/NF-κB的mRNA和蛋白表达水平，并明显降低了NP细胞中促炎因子的水平。此外，还有众多的miRNA已被验证与炎症有密切关系，更多的miRNA-炎症通路-炎症因子轴被发现，miRNA也一直作为治疗IDD的生物标志物或药物，但是人体的环境非常复杂，具有调节炎症反应的miRNA靶点也与日俱增，这种方法能否起到积极的作用尚不清楚。

2、中药调节miRNA表达

中医学将IDD归属于“痹证”的范畴，病变脏腑在肝肾，其病机是外有风寒湿邪侵袭，内有久伤劳倦所致的肝肾虚损，两者往往相合致病。中药治疗腰痛的历史由来已久。现有研究表明，多个中药有效成分及中药复方均可对miRNA异常表达进行调控，这种调控作用是多药物、多成分、多靶点协同作用的结果。

2.1 中药复方

许多动物实验和细胞学研究发现多种中药方剂及其含药血清对miRNA的异常表达有明显的调节作用。何坚[24]在芍药甘草汤对兔颈型颈椎病模型颈椎间盘和颈部肌组织形态学的实验研究中发现，芍药甘草汤治疗颈型颈椎病可以升高颈后肌组织中miR-146a的表达，降低miR-155、TLR4、TRAF-6的表达，且其效果与剂量呈正相关。miR-146a可以抑制炎症反应的发生发展，改善炎症损伤，miR-155则起促炎作用，TLR4、TRAF-6是NF-κB信号通路的关键节点。说明芍药甘草汤抑制椎间盘的炎症损伤，可能是通过调节miRNA的异常表达进而干预NF-κB信号通路。吕峰[25]则通过NP细胞体外实验，研究分析miR-146a和TRAF6、NF-κB的相关性，结果表明miR-146a过量表达可以通过抑制TRAF/NF-κB通路减轻IDD炎症反应。张震[26]运用不同剂量的补肾壮督方干预IDD患者并测量外周血中miRNA的表达水平，研究发现IDD患者外周循环血浆中miR-4767和miR-125a-5p的表达显著降低，而补肾壮督方干预后的椎间盘组织及血浆中的miR-4767和miR-125a-5p表达则明显上调，并下调其靶基因TP53INP1及P21基因及相应蛋白的表达，且与剂量呈正相关。孙天宇等[27]研究结果则认为miR-125a-5p可以抑制NF-κB信号通路，降低炎症反应和细胞凋亡，促进脊髓神经再生，改善大鼠神经运动功能恢复。陈俊等[28]报道经典名方独活寄生汤含药血清能增加退变软骨细胞中miR-140的表达，减轻炎症对软骨组织的刺激。刘宗超等[29]研究表明独活寄生汤可抑制椎间盘炎症因子(TNF-α、IL-1β)以及MMP-3、MMP-1的表达，促进NP细胞外基质的合成，该作用可能与抑制基质细胞衍生因子-1/趋化因子受体4/NF-κB通路有关。研究表明，miR-140可降低炎症因子IL-1β、IL-6和IL-8的表达，减轻软骨组织的炎症反应；增加软骨保护性蛋白SOX9、ACAN和CSGALNACT1的水平，是软骨修复和软骨再生的重要基因[30]。陈国材等[31]探讨补肾活血方含药血清对退变型人原代软骨细胞miRNA表达谱的影响，发现该方的含药血清能显著升高miR-140-5p在退变型人软骨细胞中的表达，从而调节ADAMTS-5和MMP-13等下游靶基因表达，对维持细胞外基质稳态具有重要作用。莫志生等[32]研究以黄芩、巴戟天、生地黄、熟地黄、薏苡仁、枸杞子、泽泻、红花、沙参、紫丹参、羌活组成的补肾活血祛湿方对大鼠血清中炎症因子以及miRNA表达的影响，结果显示，补肾活血祛湿方可抑制miR-26a、NF-κB mRNA、TRL4 mRNA表达水平，进而抑制miR-26a/NF-κB/TRL4通路的激活，最终降低了血清中IL-4、IL-1β、TNF-α等炎症因子的表达。此外，其他经典方以及临床经验方如身痛逐瘀汤、血府逐瘀汤、通督活血汤、补肾活血方、补骨壮筋汤等都有研究表明其对椎间盘炎症通路、炎症因子及细胞外基质具有下调作用，但尚缺乏对相关miRNA的实验研究。

2.2 单味中药及其活性成分

除中药方剂组方能干预miRNA的表达外，单味中药也被证实可以调节miRNA从而改变椎间盘的炎症反应。张宗余[33]研究发现三七提取物三七总皂苷单独作用能够通过调控NF-κB相关的信号通路抑制大鼠组织及血液中IL-1E及其他炎性因子的表达，从而减缓IDD。同时三七总皂苷干预后的IDD组织中miR-328显著上调，miR-328可以通过靶向PAK6调节NP细胞的增殖和凋亡。李本健[34]研究益气活血经典药对“黄芪-丹参”的主要组分黄芪甲苷及丹参酮ⅡA对miR-223-5p在IDD中的表达及对NP细胞功能的影响，发现低浓度的黄芪甲苷及丹参酮ⅡA培养液中的miR-223-5p的相对表达量明显高于其他各组，并且证明了miR-223-5p的高表达能够抑制NP细胞炎症反应，减轻髓核细胞外基质的降解，抑制髓核细胞的凋亡，从而减缓椎间盘退变。提示黄芪甲苷及丹参酮ⅡA可通过促进miR-223-5p高表达来发挥抑制炎症反应防治IDD的作用。安宏强[35]研究发现miR-19a-5p可以通过与IL-17A mRNA、UTR碱基互补或直接结合，调控IL-17A mRNA和蛋白的表达，进而调控炎症反应，并且中药有效单体成分金丝桃苷可升高miR-19a-5p,降低IL-17A的表达，减轻炎症反应。时利军[36]观察淫羊藿苷对大鼠骨髓来源的巨噬细胞miRNA表达的影响，发现淫羊藿苷组的大鼠骨髓源性巨噬细胞活性低于普通高糖培养的对照组，表明中药提取物淫羊藿苷可以调控miR-125b-5p介导的炎症反应。陈伟达等[37]研究认为川续断总皂苷可上调miR-19a的表达进而激活SOX9 mRNA和蛋白表达，抑制NF-κB mRNA和蛋白表达，进而抑制炎症反应的发生。另外，还有一些研究表明桑寄生水提物、牛膝总皂苷、杜仲苷、槲皮素等也有干预miRNA从而调控炎症反应的作用[38]。

3、结语

椎间盘退行性变是多因素、多方面共同作用的结果，发病机制较为复杂，各机制之间存在一定的关联，但炎症反应始终是一个绕不开的重要因素。目前已知可在椎间盘表达的调控炎症因子及通路的miRNA共29条，其中表达下调miRNA共23条，表达上调的6条[39,40,41]。通过干预miRNA的表达，可以抑制炎症反应的发生，达到修复椎间盘组织的作用。IDD在中医药“整体观念、辨证论治”理念下的组方配药往往有多靶点、多效应的药理特点，且其简便廉效的特点也更容易被患者接受，值得更深入挖掘[42,43,44]。无论是中药组方或是中药单体均可通过多个不同途径及靶点干预miRNA的表达，从而影响椎间盘的炎症反应，甚至可以干预NP细胞的凋亡增殖、炎症因子的释放、细胞外基质的降解以及AF变性等。但目前的研究大多依旧是对中药针对炎症通路及炎症因子的研究，对于中药-miRNA-炎症的治疗途径大多也在现象和机制的推测阶段，真正对于中药及其有效成分干预miRNA表达从而调节椎间盘炎症反应的研究目前十分缺乏[45]。虽然有望通过中药组方及单体开发出能同时调节多个miRNA表达的药物，但实际的结果尚待研究与完善。

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基金资助:国家自然科学基金项目(81760877);国家中医药管理局基金项目(GZY-FJS-2020-213);甘肃省重大科技项目(21ZD4FA009);甘肃省科技厅重点研发计划社会发展类项目(20YF3FA016);兰州市创新人才项目(2018-RC-99);

文章来源:马俊飞,赵继荣,史凡凡,等.中药通过干预miRNA表达治疗椎间盘退行性变[J].中医学报,2024,39(06):1151-1156.