生物活性因子治療是椎間盤退變性疾病生物治療的重要組成部分，包括各類生長因子、炎性因子拮抗因子、生物酶類抑制劑及細胞內調節因子等，可通過不同途徑對椎間盤內細胞功能進行調控。常用于椎間盤退變治療的生物活性因子包括骨形態發生蛋白、轉化生長因子 β、促有絲分裂因子和富血小板血漿等。生物活性因子發揮作用需一定的椎間盤微環境，即相當數量的有正常功能狀態的椎間盤細胞、足夠的營養支持及供氧條件。目前生物活性因子的應用仍存在可導致椎間盤骨化、軟骨化等副作用，且缺少穩定可靠的給藥途徑。探索新的、有效的生物活性因子和其轉化應用研究，以及不同生物治療策略與生物活性因子的聯合使用，是生物活性因子治療椎間盤退變性疾病的重點和研究方向。該文對生物活性因子治療椎間盤退變性疾病的研究進行了綜述。
引用本文： 陳華, 劉浩. 生物活性因子治療椎間盤退變性疾病的研究進展. 華西醫學, 2017, 32(11): 1782-1786. doi: 10.7507/1002-0179.201706100 復制
椎間盤退變性疾病是困擾人們生活的常見疾病，相關疾病的衛生經濟負擔增長迅速[1-2]。目前其治療方法主要包括手術治療和保守治療[3]，治療方法多以緩解癥狀為目的，并未著眼于恢復退變椎間盤的結構和功能。隨著生物治療技術發展，椎間盤退變性疾病生物治療研究日益受到重視[4-5]，包括生物活性因子治療、基因治療、細胞治療、組織工程學治療等[6-10]。生物活性因子治療是在退變椎間盤內導入在椎間盤退變中有重要調控作用的因子或其拮抗因子，調控椎間盤內細胞功能狀態，如減少椎間盤內髓核細胞凋亡、促進髓核細胞增殖分化、增加蛋白多糖和Ⅱ型膠原的分泌以維持椎間盤細胞外基質的正常構成等，從而達到治療椎間盤退變的目的[4-6]。生物活性因子治療是椎間盤退變性疾病生物治療的重要組成部分，特別對于早期退變的椎間盤有重要的治療價值。現對生物活性因子治療椎間盤退變性疾病的研究作一綜述。
1 生物活性因子分類及作用原理
生物活性因子包括各類生長因子、炎性因子拮抗因子、生物酶類抑制劑及細胞內調節因子等[6]。它們可以通過不同的途徑對椎間盤內細胞功能進行調控。生長因子如轉化生長因子 β（transfer growth factor-β，TGF-β）、骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）等可以促進髓核細胞增殖分化，補充丟失的髓核細胞，調節細胞代謝狀態，促進髓核細胞分泌細胞外基質[7-10]。炎性因子拮抗因子可保護髓核內細胞免受免疫炎癥反應的攻擊，減少髓核細胞凋亡，白細胞介素（interleukin，IL）-1 受體拮抗劑在椎間盤退變早期可降低因 IL-1β 誘導產生的椎間盤降解從而實現椎間盤退變的治療[11]。生物酶類抑制劑可減少生物酶對椎間盤內正常細胞外基質的降解作用，維持細胞外基質的穩定性，如金屬蛋白酶組織抑制因子可抑制金屬蛋白酶對椎間盤內細胞外基質的降解作用而發揮抗椎間盤退變的作用[12]。細胞內調節因子多為小分子物質，可進入細胞內，發揮細胞內調控作用，阻斷或激活相關信號通路，減少傷害因子釋放，增加具有抗椎間盤退變作用的生物因子的釋放。如白藜蘆醇可抑制核轉錄因子 κB（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）的激活，阻斷 IL-1β 和腫瘤壞死因子 α通過 NF-κB 發揮促髓核細胞凋亡的作用，此外白藜蘆醇還可發揮拮抗生物酶類降解細胞外基質的作用[13]。
2 常用于椎間盤退變治療的生物活性因子
2.1 BMP
BMP 在骨骼肌肉系統中廣泛表達，研究表明 BMP-7、BMP-2、BMP-14 等可促進軟骨樣細胞的分化和髓核細胞的再生，增加蛋白多糖和Ⅱ型膠原的合成而維持椎間盤的高度[7, 9, 14-16]。Liao[14]將過表達 BMP-7 的骨髓源性干細胞注射進入退變的大鼠尾椎椎間盤中，結果顯示其明顯延緩了椎間盤的退變進程。Li 等[15]將 BMP-2 和 BMP-7 制備成二聚體結構，結果顯示其可以明顯增加體外游離培養的牛尾髓核組織中蛋白聚糖、Ⅱ 型膠原的分泌。BMP-14，也稱為生長分化因子 5（growth differentiation factor-5，GDF-5），可以促進髓核細胞代謝，增加蛋白聚糖和Ⅱ型膠原合成。在椎間盤細胞的體外培養基中加入重組人類 GDF-5 可以顯著增加細胞活性，增加蛋白多糖和膠原的分泌[17]。Feng 等[18]總結多項體內及體外研究認為 GDP-5 可促進骨髓間充質干細胞向髓核樣細胞分化并維持其表型，促進髓核及纖維環細胞增殖和合成代謝，抑制細胞外基質的降解。
2.2 TGF-β
TGF-β是一種形態發生蛋白和細胞功能調控因子，可以減少椎間盤細胞凋亡、促進脊索細胞的增殖和合成代謝，在椎間盤的胚胎發育中具有重要作用[19-22]。TGF-β 在退變椎間盤中存在高表達。Schroeder 等[20]檢測腰椎間盤突出癥患者退變的椎間盤標本，檢測結果表明 TGF-β 含量明顯上升。在椎間盤內 TGF-β1 存在 2 個信號通路，發揮著相反的作用，Smad2/3 信號通路可以促進椎間盤細胞分泌細胞外基質，Smad1/5/8 信號通路則可以抑制椎間盤組織的再生。TGF-β1 濃度較低時主要激活 Smad2/3 信號通路，TGF-β1 濃度較高時可同時激活 2 條信號通路，其中 Smad1/5/8 信號通路的激活可抑制 Smad2/3 信號通路導致椎間盤退變的加重。Kwon 等[19]采用拮抗 TGF-β1 的方法減少退變椎間盤中的 TGF-β1 的合成，成功地阻止和部分逆轉了椎間盤的退變癥狀。
2.3 促有絲分裂因子
胰島素樣生長因子 1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、血小板衍生因子（platelet derived growth factor，PDGF）、血管內皮生長因子、表皮生長因子和成纖維細胞生長因子等都具有促進細胞分裂、加快椎間盤細胞增殖速度的作用，被稱為促有絲分裂因子[5, 7-8, 23-26]。促有絲分裂因子可以促使退變椎間盤再生，重建椎間盤的形態結構和生物功能。如 IGF-1 具有減少分解代謝，促進合成代謝的作用，Asfour 等[25]研究表明 IGF-1 表達的降低可明顯減少椎間盤內蛋白多糖和細胞的密度，這可能與老年性椎間盤退變的發生相關；Liu 等[26]研究顯示 IGF-1 可以通過調節椎間盤細胞自噬行為拮抗腰椎間盤的退變。
2.4 富血小板血漿（platelet-rich plasma，PRP）
PRP 是自體全血經離心后獲得的血小板濃度超過生理濃度數倍的血液制品。PRP 活化后可使血小板釋放儲存在血小板 α 顆粒中的多種生長因子，具有刺激椎間盤細胞增殖、促進細胞外基質合成代謝及抑制纖維環細胞凋亡等作用[27-30]。Nagae 等[28]分別測定了 PRP 和普通血漿中 TGF-β1 和 PDGF 的含量，結果顯示 PRP 中的 TGF-β1 和 PDGF 分別是普通血漿的 23 倍和 70 倍。胡新鋒等[29]使用 PRP 干預針刺建模后出現退變的兔椎間盤，與磷酸鹽緩沖液比較，組織學及影像學觀察發現干預后 2 周，使用 PRP 處理的椎間盤退變終止甚至部分逆轉。Gullung 等[30]研究不同椎間盤退變情況下 PRP 的作用效果，在建模后不同時間點（建模后 2 周和 4 周）使用 PRP 分別干預發生退變的椎間盤，結果顯示在建模后 2 周進行干預對椎間盤高度的恢復和維持明顯優于建模后 4 周進行干預，表明 PRP 在椎間盤退變早期即可發揮抗椎間盤退變作用，在退變早期采用 PRP 可阻止退變的繼續進展。
3 生物活性因子的聯合應用
椎間盤退變往往是多種病理機制共同作用的結果，單一生物活性因子治療可能不能達到理想的抗椎間盤退變效果，多種生物活性因子聯合應用常能協同強化治療效果[7-8, 25]。Kim 等[7]研究表明 IGF-1 和 BMP-7 在促進細胞合成代謝方面可互補，協同發揮促進髓核細胞增殖和細胞外基質分泌的作用，IGF-1 可抑制 BMP-7 負反饋調節機制，BMP-7 可增加 IGF-1 受體的表達水平。Hayes 等[8]研究顯示， TGF-β 和 IGF-1 聯合應用可更明顯地促進纖維環細胞增殖，更好地維持椎間盤的高度。因而選擇具有協同或互補作用的生物活性因子聯合應用可能會獲得更好的抗椎間盤退變效果。
4 生物活性因子治療椎間盤退變性疾病的局限
生物活性因子發揮作用需要一定的椎間盤微環境，即相當數量的具有正常功能狀態的椎間盤細胞和足夠的營養支持及供氧條件[6]。故生物活性因子只在椎間盤退變的早期即椎間盤結構和形態明顯改變之前才是有效的，這限制了生物活性因子在椎間盤退變性疾病中的應用。生物活性因子存在生物半衰期，而椎間盤退變常伴隨椎間盤完整性的破壞，生物活性因子在進入椎間盤后可能從目標椎間盤彌散進入周圍組織[4, 6, 31]。在這些因素影響下，生物活性因子難以在椎間盤內長期維持有效濃度，不能持續發揮作用。
生物活性因子還可能存在副作用[5-6]。生物活性因子一方面可以減少髓核細胞凋亡、促進髓核細胞增殖分泌等，發揮抗椎間盤退變的作用；另一方面也可能刺激椎間盤細胞發生表型轉化，向軟骨細胞、成纖維細胞等方向再分化，介導椎間盤組織纖維化、軟骨化、骨化等病理改變，加重或加速椎間盤的退變[32-35]。Huang 等[33]發現將 BMP-2 注射進入椎間盤后椎間盤出現骨化現象，部分上下椎體出現了自發融合。Haschtmann [34]聯合 TGF-β3 和 BMP-2 治療椎間盤退變，結果纖維環出現骨化，遠期觀察發現治療后的椎間盤更易退變。椎間盤內細胞和細胞因子環境復雜，目前尚無有效手段調控相關生物活性因子特異性、自限性發揮抗椎間盤退變的作用。而生物活性因子的干預濃度、組織內生物活性因子實際濃度、給藥途徑等可能是生物活性因子發揮不同作用的影響因素[17]。
目前，在生物活性因子治療椎間盤退變的研究中多數采用穿刺椎間盤髓核直接注射生物活性因子的方法，這種給藥方法可能帶來額外的椎間盤損傷及促椎間盤退變效應[36-37]。針刺椎間盤可能進一步破壞椎間盤的完整性，加重相關炎性損傷因子的作用，誘導髓核內細胞凋亡等，可能加速椎間盤的退變。這種因針刺損傷帶來的額外退變與穿刺針頭直徑、形狀有關[36]。此外，直接向髓核內注射藥物等可能改變椎間盤內靜水壓[37]，過高的生物應力環境也可能進一步導致椎間盤退變。因而如何選擇安全、簡便有效的給藥方法和給藥劑量也是生物活性因子應用于椎間盤退變性疾病治療所面臨的一大挑戰[38]。
5 生物活性因子治療椎間盤退變性疾病研究的發展方向
5.1 新的、有效的生物活性因子的探索
通過對椎間盤退變機制的深入研究尋找有效的生物活性因子仍是目前椎間盤生物治療的研究重點之一[6, 19, 39]。Buser 等[39]分析了椎間盤損傷后的病理變化，發現椎間盤損傷早期以炎癥反應為主，他們期望采用纖維蛋白膠來實現局限和阻斷相關炎癥反應的目的，結果表明將纖維蛋白膠注射進入部分去除髓核的椎間盤內可以恢復椎間盤的形態結構、細胞組成和機械性能。蛋白組學和基因組學的發展也為研究者們尋找有效的生物活性因子開辟了新的途徑。Kwon 等[19]利用蛋白組學的方法比較了 12 種動物來源的核心蛋白聚糖的蛋白序列，發現這些動物核心蛋白聚糖都具有一個富含亮氨酸的、組成相同的、非重復的七肽結構，這一七肽結構具有 TGF-β1 的結合位點，他們將之命名為 Peniel 2000（P2K）。他們在體外及體內發現 P2K 成功地調節了 TGF-β1 的功能狀態，顯著地提高了椎間盤內蛋白多糖含量和椎間盤的組織學及影像學評分。
5.2 不同生物治療策略的聯合使用
生物活性因子與基因治療、細胞治療、組織工程等聯合應用，可以拓寬生物治療的適應證，克服單一生物治療策略存在的缺點[6, 7, 17, 40]。
將編碼生物活性因子的基因轉導進入椎間盤內，通過基因編碼合成內源性的生物活性因子進而發揮生物學作用，這已經成為椎間盤生物治療中普遍采取的方法。Liang 等[17]應用腺病毒作為載體將 GDF-5 的基因轉導進入針刺模型造成退變的椎間盤內，成功維持了椎間盤的高度，恢復了退變椎間盤的功能。生物活性因子與細胞治療相結合，將生物活性因子與間充質干細胞一起植入椎間盤內，生物活性因子促進干細胞增殖并誘導干細胞定向分化為椎間盤細胞，分泌相關細胞外基質，進而恢復椎間盤內細胞組成和功能狀態。Chaofeng 等[41]將包含可高表達 BMP-7 的脊索細胞的組織工程髓核移植進入狗的椎間盤內，成功阻止了椎間盤的退變，在 24 周后這些細胞仍然存活并具有分泌功能，BMP-7 表達明顯增強。
組織工程技術可以為生物活性因子緩釋系統的開發提供新的途徑，利用組織工程的方法，將組織工程支架作為生物活性因子的載體，注射或植入椎間盤，可以延長生物活性因子的作用時間，又為椎間盤再生提供支架結構[27, 42]。Nagae 等[28]采用組織工程方法制成可生物降解的明膠凝膠微球，并將 PRP 與這種明膠凝膠微球結合后注射進入退變椎間盤，與單純使用 PRP 和明膠凝膠微球相比，使用 PRP 結合明膠凝膠微球顯著抑制了椎間盤的退變，椎間盤高度、髓核含水量、蛋白多糖核心蛋白以及 Ⅱ 型膠原表達均增加，髓核組織中細胞凋亡明顯減少。Ragab 等[43]利用可降解的磷酸三鈣陶瓷制備皮質醇緩釋膠囊，將之固定于椎間盤穿刺損傷處，在椎間盤損傷早期發揮抗炎作用，與常規給藥方式相比，明顯減少了損傷后早期椎間盤內軟骨樣細胞的增長。
5.3 生物活性因子的轉化應用研究
目前尚無成熟的生物活性因子可以應用于臨床。如何進一步將研究成果轉化為實際醫療技術為患者服務是廣大科研工作者們始終關注的話題[4]。GDF-5 已經被美國食品藥品監督管理局批準進行臨床安全性和有效性評價，有望成為首個可臨床應用的生物活性因子[19]。
6 展望
雖然生物活性因子治療椎間盤退變的研究已取得了大量研究成果，但同時也面臨著許多挑戰，還有許多問題亟待解決，與臨床實際應用尚有較大差距。以生物活性因子治療為基礎的生物治療是未來椎間盤退變性疾病治療的理想方法，值得研究者們進一步進行探索。
椎間盤退變性疾病是困擾人們生活的常見疾病，相關疾病的衛生經濟負擔增長迅速[1-2]。目前其治療方法主要包括手術治療和保守治療[3]，治療方法多以緩解癥狀為目的，并未著眼于恢復退變椎間盤的結構和功能。隨著生物治療技術發展，椎間盤退變性疾病生物治療研究日益受到重視[4-5]，包括生物活性因子治療、基因治療、細胞治療、組織工程學治療等[6-10]。生物活性因子治療是在退變椎間盤內導入在椎間盤退變中有重要調控作用的因子或其拮抗因子，調控椎間盤內細胞功能狀態，如減少椎間盤內髓核細胞凋亡、促進髓核細胞增殖分化、增加蛋白多糖和Ⅱ型膠原的分泌以維持椎間盤細胞外基質的正常構成等，從而達到治療椎間盤退變的目的[4-6]。生物活性因子治療是椎間盤退變性疾病生物治療的重要組成部分，特別對于早期退變的椎間盤有重要的治療價值。現對生物活性因子治療椎間盤退變性疾病的研究作一綜述。
1 生物活性因子分類及作用原理
生物活性因子包括各類生長因子、炎性因子拮抗因子、生物酶類抑制劑及細胞內調節因子等[6]。它們可以通過不同的途徑對椎間盤內細胞功能進行調控。生長因子如轉化生長因子 β（transfer growth factor-β，TGF-β）、骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）等可以促進髓核細胞增殖分化，補充丟失的髓核細胞，調節細胞代謝狀態，促進髓核細胞分泌細胞外基質[7-10]。炎性因子拮抗因子可保護髓核內細胞免受免疫炎癥反應的攻擊，減少髓核細胞凋亡，白細胞介素（interleukin，IL）-1 受體拮抗劑在椎間盤退變早期可降低因 IL-1β 誘導產生的椎間盤降解從而實現椎間盤退變的治療[11]。生物酶類抑制劑可減少生物酶對椎間盤內正常細胞外基質的降解作用，維持細胞外基質的穩定性，如金屬蛋白酶組織抑制因子可抑制金屬蛋白酶對椎間盤內細胞外基質的降解作用而發揮抗椎間盤退變的作用[12]。細胞內調節因子多為小分子物質，可進入細胞內，發揮細胞內調控作用，阻斷或激活相關信號通路，減少傷害因子釋放，增加具有抗椎間盤退變作用的生物因子的釋放。如白藜蘆醇可抑制核轉錄因子 κB（nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells，NF-κB）的激活，阻斷 IL-1β 和腫瘤壞死因子 α通過 NF-κB 發揮促髓核細胞凋亡的作用，此外白藜蘆醇還可發揮拮抗生物酶類降解細胞外基質的作用[13]。
2 常用于椎間盤退變治療的生物活性因子
2.1 BMP
BMP 在骨骼肌肉系統中廣泛表達，研究表明 BMP-7、BMP-2、BMP-14 等可促進軟骨樣細胞的分化和髓核細胞的再生，增加蛋白多糖和Ⅱ型膠原的合成而維持椎間盤的高度[7, 9, 14-16]。Liao[14]將過表達 BMP-7 的骨髓源性干細胞注射進入退變的大鼠尾椎椎間盤中，結果顯示其明顯延緩了椎間盤的退變進程。Li 等[15]將 BMP-2 和 BMP-7 制備成二聚體結構，結果顯示其可以明顯增加體外游離培養的牛尾髓核組織中蛋白聚糖、Ⅱ 型膠原的分泌。BMP-14，也稱為生長分化因子 5（growth differentiation factor-5，GDF-5），可以促進髓核細胞代謝，增加蛋白聚糖和Ⅱ型膠原合成。在椎間盤細胞的體外培養基中加入重組人類 GDF-5 可以顯著增加細胞活性，增加蛋白多糖和膠原的分泌[17]。Feng 等[18]總結多項體內及體外研究認為 GDP-5 可促進骨髓間充質干細胞向髓核樣細胞分化并維持其表型，促進髓核及纖維環細胞增殖和合成代謝，抑制細胞外基質的降解。
2.2 TGF-β
TGF-β是一種形態發生蛋白和細胞功能調控因子，可以減少椎間盤細胞凋亡、促進脊索細胞的增殖和合成代謝，在椎間盤的胚胎發育中具有重要作用[19-22]。TGF-β 在退變椎間盤中存在高表達。Schroeder 等[20]檢測腰椎間盤突出癥患者退變的椎間盤標本，檢測結果表明 TGF-β 含量明顯上升。在椎間盤內 TGF-β1 存在 2 個信號通路，發揮著相反的作用，Smad2/3 信號通路可以促進椎間盤細胞分泌細胞外基質，Smad1/5/8 信號通路則可以抑制椎間盤組織的再生。TGF-β1 濃度較低時主要激活 Smad2/3 信號通路，TGF-β1 濃度較高時可同時激活 2 條信號通路，其中 Smad1/5/8 信號通路的激活可抑制 Smad2/3 信號通路導致椎間盤退變的加重。Kwon 等[19]采用拮抗 TGF-β1 的方法減少退變椎間盤中的 TGF-β1 的合成，成功地阻止和部分逆轉了椎間盤的退變癥狀。
2.3 促有絲分裂因子
胰島素樣生長因子 1（insulin-like growth factor-1，IGF-1）、血小板衍生因子（platelet derived growth factor，PDGF）、血管內皮生長因子、表皮生長因子和成纖維細胞生長因子等都具有促進細胞分裂、加快椎間盤細胞增殖速度的作用，被稱為促有絲分裂因子[5, 7-8, 23-26]。促有絲分裂因子可以促使退變椎間盤再生，重建椎間盤的形態結構和生物功能。如 IGF-1 具有減少分解代謝，促進合成代謝的作用，Asfour 等[25]研究表明 IGF-1 表達的降低可明顯減少椎間盤內蛋白多糖和細胞的密度，這可能與老年性椎間盤退變的發生相關；Liu 等[26]研究顯示 IGF-1 可以通過調節椎間盤細胞自噬行為拮抗腰椎間盤的退變。
2.4 富血小板血漿（platelet-rich plasma，PRP）
PRP 是自體全血經離心后獲得的血小板濃度超過生理濃度數倍的血液制品。PRP 活化后可使血小板釋放儲存在血小板 α 顆粒中的多種生長因子，具有刺激椎間盤細胞增殖、促進細胞外基質合成代謝及抑制纖維環細胞凋亡等作用[27-30]。Nagae 等[28]分別測定了 PRP 和普通血漿中 TGF-β1 和 PDGF 的含量，結果顯示 PRP 中的 TGF-β1 和 PDGF 分別是普通血漿的 23 倍和 70 倍。胡新鋒等[29]使用 PRP 干預針刺建模后出現退變的兔椎間盤，與磷酸鹽緩沖液比較，組織學及影像學觀察發現干預后 2 周，使用 PRP 處理的椎間盤退變終止甚至部分逆轉。Gullung 等[30]研究不同椎間盤退變情況下 PRP 的作用效果，在建模后不同時間點（建模后 2 周和 4 周）使用 PRP 分別干預發生退變的椎間盤，結果顯示在建模后 2 周進行干預對椎間盤高度的恢復和維持明顯優于建模后 4 周進行干預，表明 PRP 在椎間盤退變早期即可發揮抗椎間盤退變作用，在退變早期采用 PRP 可阻止退變的繼續進展。
3 生物活性因子的聯合應用
椎間盤退變往往是多種病理機制共同作用的結果，單一生物活性因子治療可能不能達到理想的抗椎間盤退變效果，多種生物活性因子聯合應用常能協同強化治療效果[7-8, 25]。Kim 等[7]研究表明 IGF-1 和 BMP-7 在促進細胞合成代謝方面可互補，協同發揮促進髓核細胞增殖和細胞外基質分泌的作用，IGF-1 可抑制 BMP-7 負反饋調節機制，BMP-7 可增加 IGF-1 受體的表達水平。Hayes 等[8]研究顯示， TGF-β 和 IGF-1 聯合應用可更明顯地促進纖維環細胞增殖，更好地維持椎間盤的高度。因而選擇具有協同或互補作用的生物活性因子聯合應用可能會獲得更好的抗椎間盤退變效果。
4 生物活性因子治療椎間盤退變性疾病的局限
生物活性因子發揮作用需要一定的椎間盤微環境，即相當數量的具有正常功能狀態的椎間盤細胞和足夠的營養支持及供氧條件[6]。故生物活性因子只在椎間盤退變的早期即椎間盤結構和形態明顯改變之前才是有效的，這限制了生物活性因子在椎間盤退變性疾病中的應用。生物活性因子存在生物半衰期，而椎間盤退變常伴隨椎間盤完整性的破壞，生物活性因子在進入椎間盤后可能從目標椎間盤彌散進入周圍組織[4, 6, 31]。在這些因素影響下，生物活性因子難以在椎間盤內長期維持有效濃度，不能持續發揮作用。
生物活性因子還可能存在副作用[5-6]。生物活性因子一方面可以減少髓核細胞凋亡、促進髓核細胞增殖分泌等，發揮抗椎間盤退變的作用；另一方面也可能刺激椎間盤細胞發生表型轉化，向軟骨細胞、成纖維細胞等方向再分化，介導椎間盤組織纖維化、軟骨化、骨化等病理改變，加重或加速椎間盤的退變[32-35]。Huang 等[33]發現將 BMP-2 注射進入椎間盤后椎間盤出現骨化現象，部分上下椎體出現了自發融合。Haschtmann [34]聯合 TGF-β3 和 BMP-2 治療椎間盤退變，結果纖維環出現骨化，遠期觀察發現治療后的椎間盤更易退變。椎間盤內細胞和細胞因子環境復雜，目前尚無有效手段調控相關生物活性因子特異性、自限性發揮抗椎間盤退變的作用。而生物活性因子的干預濃度、組織內生物活性因子實際濃度、給藥途徑等可能是生物活性因子發揮不同作用的影響因素[17]。
目前，在生物活性因子治療椎間盤退變的研究中多數采用穿刺椎間盤髓核直接注射生物活性因子的方法，這種給藥方法可能帶來額外的椎間盤損傷及促椎間盤退變效應[36-37]。針刺椎間盤可能進一步破壞椎間盤的完整性，加重相關炎性損傷因子的作用，誘導髓核內細胞凋亡等，可能加速椎間盤的退變。這種因針刺損傷帶來的額外退變與穿刺針頭直徑、形狀有關[36]。此外，直接向髓核內注射藥物等可能改變椎間盤內靜水壓[37]，過高的生物應力環境也可能進一步導致椎間盤退變。因而如何選擇安全、簡便有效的給藥方法和給藥劑量也是生物活性因子應用于椎間盤退變性疾病治療所面臨的一大挑戰[38]。
5 生物活性因子治療椎間盤退變性疾病研究的發展方向
5.1 新的、有效的生物活性因子的探索
通過對椎間盤退變機制的深入研究尋找有效的生物活性因子仍是目前椎間盤生物治療的研究重點之一[6, 19, 39]。Buser 等[39]分析了椎間盤損傷后的病理變化，發現椎間盤損傷早期以炎癥反應為主，他們期望采用纖維蛋白膠來實現局限和阻斷相關炎癥反應的目的，結果表明將纖維蛋白膠注射進入部分去除髓核的椎間盤內可以恢復椎間盤的形態結構、細胞組成和機械性能。蛋白組學和基因組學的發展也為研究者們尋找有效的生物活性因子開辟了新的途徑。Kwon 等[19]利用蛋白組學的方法比較了 12 種動物來源的核心蛋白聚糖的蛋白序列，發現這些動物核心蛋白聚糖都具有一個富含亮氨酸的、組成相同的、非重復的七肽結構，這一七肽結構具有 TGF-β1 的結合位點，他們將之命名為 Peniel 2000（P2K）。他們在體外及體內發現 P2K 成功地調節了 TGF-β1 的功能狀態，顯著地提高了椎間盤內蛋白多糖含量和椎間盤的組織學及影像學評分。
5.2 不同生物治療策略的聯合使用
生物活性因子與基因治療、細胞治療、組織工程等聯合應用，可以拓寬生物治療的適應證，克服單一生物治療策略存在的缺點[6, 7, 17, 40]。
將編碼生物活性因子的基因轉導進入椎間盤內，通過基因編碼合成內源性的生物活性因子進而發揮生物學作用，這已經成為椎間盤生物治療中普遍采取的方法。Liang 等[17]應用腺病毒作為載體將 GDF-5 的基因轉導進入針刺模型造成退變的椎間盤內，成功維持了椎間盤的高度，恢復了退變椎間盤的功能。生物活性因子與細胞治療相結合，將生物活性因子與間充質干細胞一起植入椎間盤內，生物活性因子促進干細胞增殖并誘導干細胞定向分化為椎間盤細胞，分泌相關細胞外基質，進而恢復椎間盤內細胞組成和功能狀態。Chaofeng 等[41]將包含可高表達 BMP-7 的脊索細胞的組織工程髓核移植進入狗的椎間盤內，成功阻止了椎間盤的退變，在 24 周后這些細胞仍然存活并具有分泌功能，BMP-7 表達明顯增強。
組織工程技術可以為生物活性因子緩釋系統的開發提供新的途徑，利用組織工程的方法，將組織工程支架作為生物活性因子的載體，注射或植入椎間盤，可以延長生物活性因子的作用時間，又為椎間盤再生提供支架結構[27, 42]。Nagae 等[28]采用組織工程方法制成可生物降解的明膠凝膠微球，并將 PRP 與這種明膠凝膠微球結合后注射進入退變椎間盤，與單純使用 PRP 和明膠凝膠微球相比，使用 PRP 結合明膠凝膠微球顯著抑制了椎間盤的退變，椎間盤高度、髓核含水量、蛋白多糖核心蛋白以及 Ⅱ 型膠原表達均增加，髓核組織中細胞凋亡明顯減少。Ragab 等[43]利用可降解的磷酸三鈣陶瓷制備皮質醇緩釋膠囊，將之固定于椎間盤穿刺損傷處，在椎間盤損傷早期發揮抗炎作用，與常規給藥方式相比，明顯減少了損傷后早期椎間盤內軟骨樣細胞的增長。
5.3 生物活性因子的轉化應用研究
目前尚無成熟的生物活性因子可以應用于臨床。如何進一步將研究成果轉化為實際醫療技術為患者服務是廣大科研工作者們始終關注的話題[4]。GDF-5 已經被美國食品藥品監督管理局批準進行臨床安全性和有效性評價，有望成為首個可臨床應用的生物活性因子[19]。
6 展望
雖然生物活性因子治療椎間盤退變的研究已取得了大量研究成果，但同時也面臨著許多挑戰，還有許多問題亟待解決，與臨床實際應用尚有較大差距。以生物活性因子治療為基礎的生物治療是未來椎間盤退變性疾病治療的理想方法，值得研究者們進一步進行探索。