引用本文： 桂柯科, 俞永林. 椎間盤退變分子機制與富血小板血漿修復作用的研究現狀. 中國修復重建外科雜志, 2015, 29(1): 123-128. doi: 10.7507/1002-1892.20150025 復制
下腰痛（low back pain，LBP）是最常見的骨骼肌肉系統疾病，常由椎間盤退變（intervertebral disc degeneration，IDD）引起，目前其臨床療效仍不滿意。近年來，國內外學者對IDD的分子機制進行了深入研究，提出了諸如椎間盤細胞移植、干細胞移植、蛋白注射、基因治療等生物學方法，希望能從根本上抑制、阻止甚至逆轉IDD[1-3]。富血小板血漿（platelet-rich plasma，PRP）是采用高速離心方法獲得的自體全血衍生物，含有數倍于生理濃度的血小板，同時含有大量細胞因子，可以促進不同類型細胞的遷移和增殖，為多種軟組織再生修復提供良好微環境[4-6]。關于PRP對IDD的修復作用，目前國內外已進行了包括體外實驗和動物體內實驗的一些基礎研究，但仍處于起步階段，本文對此類研究的現狀進行綜述，并對存在的問題和前景進行分析和展望。
1 IDD分子機制
IDD的發生是多種因素共同作用的結果，除了環境因素以外，基因變異作為IDD的危險因素已得到廣泛證實，目前發現的可能參與IDD進程的基因類型有COL9A2、COL9A3、TaqI、Apa、COLIA1、CS1、5A/6A等[7]。
細胞喪失復制能力的原因可歸結為復制性衰老（replicative senescence，RS）和壓力誘導性早發衰老（stress-induced premature senescence，SIPS）兩類。RS的機制是染色體末端的端粒在反復復制過程中耗盡，導致染色體編碼區失去保護甚至丟失，損傷累積，細胞無法自我修復，停止復制；SIPS則是由于機械損傷、炎性因子釋放等產生氧自由基，導致DNA損傷，進而影響細胞功能和復制。通過對衰老相關酶的研究和對端粒長度的測量發現，在退變椎間盤中細胞會加速衰老，SIPS可能是加速細胞衰老的原因[8-9]。
隨著時間推移，細胞活性發生改變，引起細胞外基質蛋白和蛋白聚糖的組成與濃度變化。在退變的椎間盤中，最初Ⅱ型膠原合成會出現短暫代償性上升，隨后Ⅱ型膠原和IX型膠原合成速度都會加速下降。基質合成下降伴隨著膠原交聯減少，進而影響髓核結構的完整[10]。相反的是，I型膠原和X型膠原表達增加，導致髓核纖維化，髓核和纖維環分界不清。隨著IDD進展，在細胞外基質產生和退變椎間盤修復過程中發揮作用的多種蛋白聚糖表達也下降[11]。
細胞外基質生成減少與退變椎間盤細胞中降解酶生成增加有關。基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）家族不僅直接減少基質生成，還通過激活其他潛在酶間接引起IDD。在退變的椎間盤細胞中，MMP-1、8、13（膠原酶）、MMP-2、9（降解變性膠原）以及MMP-3（間質融素）的表達均上調，提示在減少細胞外基質生成方面發揮作用[12-13]。然而，MMP家族的功能具有復雜性和多樣性，在退變的椎間盤中，MMP-19表達可能下調，從而引起椎間盤的無血管微結構不穩定，導致血管內生長，加速細胞凋亡[14]。帶有血小板凝血酶敏感蛋白樣模體的解整鏈蛋白金屬蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）家族在正常椎間盤中表達，在退變椎間盤中表達增加，提示其可能具有穩定活性，正常狀態下維持基質代謝，在退變椎間盤中加速基質降解[15-16]。
與MMP家族直接降解椎間盤的作用機制不同，促炎因子是通過刺激椎間盤細胞產生炎性介質，進而在IDD進程中間接發揮作用。IL-1是在椎間盤中表達的典型炎癥因子。在正常椎間盤中，IL-1的激活受體IL-1RI和抑制受體IL-1Ra處于平衡狀態，而在退變椎間盤中，平衡狀態被打破，產生抑制細胞外基質生成、促進降解酶生成、建立正反饋促進炎癥因子生成、間接啟動細胞凋亡等作用[17-19]。TNF-α在退變椎間盤中表達增加[12]，其對代謝通路的影響與IL-1有相似之處，但引起疼痛的作用更加突出[20]。既往研究多認為，LBP癥狀主由椎間盤突出壓迫相鄰節段神經根引起的，但目前已有研究證實，疼痛癥狀可部分由TNF-α介導產生[21]。IL-6和IL-8在退變椎間盤中也有表達，但具體作用機制仍不明確[22]。
正常代謝狀態下椎間盤細胞結構的衰退，一定程度上是由細胞凋亡或程序性細胞死亡（programmed cell death，PCD）引起的。在退變的椎間盤中，進入PCD的細胞比例明顯升高，這可能是多種機械因素或生化因素刺激所致。在細胞水平，PCD可通過兩條信號通路激活[23]。其一是通過配體與細胞膜上的死亡受體（如Fas、CD95等）結合啟動，激活半胱天冬酶，裂解細胞內的蛋白，使細胞基本結構解體，導致細胞死亡。另一條通路則是通過抑制凋亡抑制蛋白Bcl-2，釋放線粒體信號蛋白，激活半胱天冬酶，最終引起細胞死亡。
正常的椎間盤內無神經、血管生長，而在退變的椎間盤中，可見神經、血管沿著外層纖維環的裂隙向內生長，這些游離的神經末梢可釋放神經遞質P介導疼痛[24]。正常椎間盤內的蛋白聚糖可抑制神經軸突和血管內皮細胞生長，而將蛋白聚糖去糖基化后模擬退變椎間盤的分子環境，則發現抑制神經軸突和血管內皮細胞生長的能力下降，提示在退變的椎間盤中，細胞外基質減少可能是神經血管內生長的病理機制[25-26]。雖然在退變的椎間盤中均可見血管內生長，但只有在伴疼痛癥狀的IDD中才可見血管內表達NGF，此時神經組織內表達NGF的受體trk-A，從而激活促進神經突生長的信號通路，表明NGF促進神經內生長可能與疼痛癥狀相關[27]。在退變的椎間盤中，椎間盤細胞可釋放BDGF，產生與NGF相似的促進神經內生長和傳導疼痛刺激的作用[28]。
2 PRP的作用機制
PRP在過去20年開始逐漸應用于臨床，最初主要局限在口腔和頜面外科手術[5]。近年來，PRP在骨科和整形外科得到廣泛關注，PRP可促進多種組織再生，尤其能促進嚴重外傷后缺血受損組織愈合[29-30]，同時應用PRP治療多種慢性疼痛的療效也得到證實[6]。
在血小板和鈣離子、凝血酶等其他凝血物質聚集之前，首先通過纖維蛋白原聚合作用產生纖維蛋白凝塊進行止血。纖維蛋白凝塊除了作為止血栓子的功能外，還可以為免疫細胞、成纖維細胞和血管內皮細胞遷移提供基質環境。血小板不僅具有止血功能，而且能分泌多種生長因子參與組織愈合過程，如細胞趨化、增殖和分化、組織碎片移除、血管再生、細胞外基質沉積和組織再生等[31-32]。
儲存在血小板致密顆粒和α顆粒中的細胞因子包括PDGF、IGF、VEGF、EGF、bFGF、結締組織生長因子（connective tissue growth factor,CTGF）、血小板源性血管生長因子（platelet-derived angiogenic factor,PDAF）和TGF-β等，各種生長因子的主要作用見表 1[32]。由于血小板自身被激活后引起生長因子激活和釋放，因此PRP中高濃度血小板聚集可直接產生高濃度生長因子聚集。PRP中的生長因子濃度明顯高于全血濃度，這種高于生理狀態的生長因子聚集，可使傷口愈合和組織再生加速2～3倍[33-34]。體外實驗發現，PRP可促進人類基質和MSCs增殖，抑制過多的炎性反應和細胞凋亡，還可調節MMP活性[6, 35]。
表1
PRP中生長因子的作用
Table1.
Effects of growth factors in PRP
生長因子釋放后，與細胞表面的跨膜受體結合，啟動細胞內信號通路，引起負責細胞趨化、基質合成和增殖的介質表達。參與組織修復的介質主要包括腺苷、5-羥色胺、組胺和鈣離子等。腺苷是一種細胞保護劑，可阻止組織損傷，腺苷受體激活后具有抗炎作用。5-羥色胺能增加毛細血管通透性，還可作為成纖維細胞的趨化劑并促進其增殖。組胺可增加微循環通透性，也是小吞噬細胞的活化劑。鈣離子則可誘導角化細胞和成纖維細胞增殖分化，也可能參與表皮細胞的遷移[6]。
3 PRP對IDD的修復作用
Thompson等[36]于1991年首先報道了多種生長因子對椎間盤的干預作用，采用成熟犬的椎間盤組織作為研究對象，發現IGF-1、bFGF和TGF-β能促進椎間盤基質合成和細胞增殖，EGF也具有促進增殖的作用。其后學者對不同生長因子的作用進行了深入研究。Osada等[37]發現IGF-1能促進牛椎間盤髓核細胞的蛋白聚糖合成。Gruber等 [38-39]報道TGF-β1能促進人椎間盤纖維環細胞增殖，IGF-1和PDGF能顯著抑制人椎間盤纖維環細胞凋亡。Pratsinis等[40]采用牛尾椎進行實驗研究，發現PDGF、bFGF和IGF-1均能刺激椎間盤細胞增殖。Hayes等[41]研究發現IGF-1和TGF-β1均可有效刺激大鼠椎間盤纖維環細胞外基質合成，而TGF-β1還具有促進細胞呈纖維軟骨表型的功能，可作為IGF-1的有效補充。Fujita等[42]研究發現VEGF具有促進椎間盤髓核細胞存活的作用。Liu等[43]研究表明，CTGF可促進恒河猴腰椎間盤髓核細胞合成蛋白聚糖和Ⅱ型膠原。
雖然已有大量的實驗證實，生長因子具有促進基質合成和細胞增殖的作用，但由于椎間盤自身的動態平衡需要通過多種生長因子的相互作用來維持，因此單獨應用某種生長因子修復椎間盤再生可能無法取得滿意效果。正是基于聯合應用多種生長因子干預IDD的觀點逐步被接受，富含多種生長因子的PRP對IDD的干預作用成為近年研究熱點[44]。目前此類研究仍處于起步階段，主要局限于細胞實驗和小型動物實驗。
Akeda等[45]于2006年報道了體外細胞實驗結果，采用藻酸鹽微球培養豬椎間盤細胞，加入PRP后可有效促進椎間盤細胞增殖和細胞外基質代謝，其刺激作用明顯高于胎牛血清和貧血小板血漿，且對纖維環細胞的作用強于髓核細胞，從而為PRP局部注射促進椎間盤修復或作為椎間盤組織工程的有效補充提供了初步理論依據。同年，Chen等[46]采用PRP和人椎間盤髓核細胞共同培養，發現PRP能顯著上調Sox9、Ⅱ型膠原和蛋白聚糖mRNA表達，促進黏多糖聚集，通過形成膠原支架參與組織工程髓核成軟骨分化，這一過程可能是Smad信號通路介導的，因此PRP作為多種生長因子的復合體，可促進髓核細胞增殖分化和組織工程髓核形成，在IDD進程中發揮治療作用。
Nagae等[47]首次進行了體內實驗，通過吸除部分髓核制備兔IDD模型，抽取兔自身血液高速離心制備PRP，將PRP采用明膠凝膠微球包裹后注入動物模型的髓核中，8周后發現IDD進程受到明顯抑制，髓核和內層纖維環的蛋白聚糖免疫組織化學染色呈強陽性，提示PRP結合明膠凝膠微球注射可能是治療IDD的有效方法。該研究團隊隨后于2009年報道，MRI顯示PRP結合明膠凝膠微球組的椎間盤高度和含水量明顯高于其他對照組，與之相一致的是蛋白聚糖核心蛋白和Ⅱ型膠原的mRNA表達明顯升高，髓核中凋亡細胞明顯減少[48]。
Gullung等[49]通過經皮纖維環穿刺建立大鼠IDD模型，進行PRP椎間盤內注射干預，應用MRI和病理組織學評估治療效果，結果顯示PRP對退變的椎間盤具有保護作用，且早期干預效果明顯優于晚期干預。Obata等[50]和胡新鋒等[51]均采用纖維環穿刺法建立兔IDD模型，高速離心制備自體PRP，行椎間盤內注射，MRI和病理組織學觀察顯示PRP對IDD有修復作用。
Kim等[52]通過體外實驗研究PRP對人椎間盤髓核細胞的抗炎作用，將分離的人椎間盤髓核細胞置于膠原基質中培養，加入促炎因子TNF-α和IL-1β刺激后，發現Ⅱ型膠原和蛋白聚糖等基質合成基因表達下降，環氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）和MMP-3等基質降解基因表達上升，而再加入PRP持續培養后，上述基質合成基因表達逐漸恢復，基質降解基因表達開始下降，提示PRP聯合膠原基質可以抑制促炎因子的作用，穩定髓核細胞的分化環境。
Chen等[53]采用木瓜凝乳蛋白酶消化誘導產生豬IDD的體外和體內模型，分析MSCs、PRP以及兩者聯合的干預作用，發現無論體內還是體外，兩者單獨應用均可上調成軟骨分化和特異性細胞外基質分泌，促進髓核再生，在體內模型中還可見椎間盤高度指數顯著增加，但同時在兩者聯合應用的體外模型中意外發現異位骨化趨勢。孟繁星等[54]研究顯示，在兔退變椎間盤內注射PRP或脂肪來源MSCs/PRP復合體均有利于減少退變對椎間盤的影響，其中脂肪來源MSCs/PRP復合體注射效果更為突出。
雖然目前大部分實驗結果均肯定了PRP修復IDD的作用，但也有學者對此持保留意見。Mietsch等[55]選取了兩種細胞（MSCs和退變椎間盤髓核細胞），兩種介質（PRP和TGF-β1）、兩種方式（藻酸鹽微球和三維球團）進行培養，發現PRP組所有類型細胞的成軟骨分化基因（蛋白聚糖、Ⅰ型膠原、Ⅱ型膠原和Sox9）表達均明顯低于TGF-β1組，認為PRP作為生長因子的混合物，促進的是細胞增殖而非細胞的成軟骨分化，因此不建議將PRP應用于髓核組織工程。
4 展望
IDD的分子機制十分復雜，涉及到基因影響、細胞衰老、細胞外基質改變、降解酶生成增加、促炎因子表達、細胞凋亡、神經內生長等多個方面。PRP富含高濃度血小板，能釋放多種生長因子，促進傷口愈合和組織再生。目前有關PRP對IDD修復作用的研究仍處于起步階段，初步研究結果顯示，PRP可促進椎間盤細胞增殖分化和細胞外基質合成、抑制細胞凋亡，對退變的椎間盤具有保護作用，這為PRP局部注射促進退變椎間盤修復或作為椎間盤組織工程的有效補充提供了理論依據。然而，目前仍有大量問題有待解決，如：① 體外細胞實驗的微環境具有多樣性與可控性，無法真實模擬體內環境；② 小型動物體內實驗采用的是退變早期椎間盤，而PRP對多因素引起的晚期IDD修復效果尚不明確；③ 體內椎間盤代謝主要通過軟骨終板途徑，而發生IDD時常伴軟骨終板硬化，此時椎間盤細胞代謝受到影響，PRP是否仍可有效促進細胞增殖和基質合成尚不明確；④ 退變椎間盤中活性細胞數量減少，臨床應用中是否需要同時進行細胞移植尚不明確；⑤ 雖然形態學和病理組織學的干預效果滿意，但這是否意味著患者疼痛癥狀和局部功能肯定改善尚不確定[56]。綜上述，雖然PRP在修復IDD方面的應用前景令人鼓舞，但仍需進行深入研究。
下腰痛（low back pain，LBP）是最常見的骨骼肌肉系統疾病，常由椎間盤退變（intervertebral disc degeneration，IDD）引起，目前其臨床療效仍不滿意。近年來，國內外學者對IDD的分子機制進行了深入研究，提出了諸如椎間盤細胞移植、干細胞移植、蛋白注射、基因治療等生物學方法，希望能從根本上抑制、阻止甚至逆轉IDD[1-3]。富血小板血漿（platelet-rich plasma，PRP）是采用高速離心方法獲得的自體全血衍生物，含有數倍于生理濃度的血小板，同時含有大量細胞因子，可以促進不同類型細胞的遷移和增殖，為多種軟組織再生修復提供良好微環境[4-6]。關于PRP對IDD的修復作用，目前國內外已進行了包括體外實驗和動物體內實驗的一些基礎研究，但仍處于起步階段，本文對此類研究的現狀進行綜述，并對存在的問題和前景進行分析和展望。
1 IDD分子機制
IDD的發生是多種因素共同作用的結果，除了環境因素以外，基因變異作為IDD的危險因素已得到廣泛證實，目前發現的可能參與IDD進程的基因類型有COL9A2、COL9A3、TaqI、Apa、COLIA1、CS1、5A/6A等[7]。
細胞喪失復制能力的原因可歸結為復制性衰老（replicative senescence，RS）和壓力誘導性早發衰老（stress-induced premature senescence，SIPS）兩類。RS的機制是染色體末端的端粒在反復復制過程中耗盡，導致染色體編碼區失去保護甚至丟失，損傷累積，細胞無法自我修復，停止復制；SIPS則是由于機械損傷、炎性因子釋放等產生氧自由基，導致DNA損傷，進而影響細胞功能和復制。通過對衰老相關酶的研究和對端粒長度的測量發現，在退變椎間盤中細胞會加速衰老，SIPS可能是加速細胞衰老的原因[8-9]。
隨著時間推移，細胞活性發生改變，引起細胞外基質蛋白和蛋白聚糖的組成與濃度變化。在退變的椎間盤中，最初Ⅱ型膠原合成會出現短暫代償性上升，隨后Ⅱ型膠原和IX型膠原合成速度都會加速下降。基質合成下降伴隨著膠原交聯減少，進而影響髓核結構的完整[10]。相反的是，I型膠原和X型膠原表達增加，導致髓核纖維化，髓核和纖維環分界不清。隨著IDD進展，在細胞外基質產生和退變椎間盤修復過程中發揮作用的多種蛋白聚糖表達也下降[11]。
細胞外基質生成減少與退變椎間盤細胞中降解酶生成增加有關。基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）家族不僅直接減少基質生成，還通過激活其他潛在酶間接引起IDD。在退變的椎間盤細胞中，MMP-1、8、13（膠原酶）、MMP-2、9（降解變性膠原）以及MMP-3（間質融素）的表達均上調，提示在減少細胞外基質生成方面發揮作用[12-13]。然而，MMP家族的功能具有復雜性和多樣性，在退變的椎間盤中，MMP-19表達可能下調，從而引起椎間盤的無血管微結構不穩定，導致血管內生長，加速細胞凋亡[14]。帶有血小板凝血酶敏感蛋白樣模體的解整鏈蛋白金屬蛋白酶（a disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS）家族在正常椎間盤中表達，在退變椎間盤中表達增加，提示其可能具有穩定活性，正常狀態下維持基質代謝，在退變椎間盤中加速基質降解[15-16]。
與MMP家族直接降解椎間盤的作用機制不同，促炎因子是通過刺激椎間盤細胞產生炎性介質，進而在IDD進程中間接發揮作用。IL-1是在椎間盤中表達的典型炎癥因子。在正常椎間盤中，IL-1的激活受體IL-1RI和抑制受體IL-1Ra處于平衡狀態，而在退變椎間盤中，平衡狀態被打破，產生抑制細胞外基質生成、促進降解酶生成、建立正反饋促進炎癥因子生成、間接啟動細胞凋亡等作用[17-19]。TNF-α在退變椎間盤中表達增加[12]，其對代謝通路的影響與IL-1有相似之處，但引起疼痛的作用更加突出[20]。既往研究多認為，LBP癥狀主由椎間盤突出壓迫相鄰節段神經根引起的，但目前已有研究證實，疼痛癥狀可部分由TNF-α介導產生[21]。IL-6和IL-8在退變椎間盤中也有表達，但具體作用機制仍不明確[22]。
正常代謝狀態下椎間盤細胞結構的衰退，一定程度上是由細胞凋亡或程序性細胞死亡（programmed cell death，PCD）引起的。在退變的椎間盤中，進入PCD的細胞比例明顯升高，這可能是多種機械因素或生化因素刺激所致。在細胞水平，PCD可通過兩條信號通路激活[23]。其一是通過配體與細胞膜上的死亡受體（如Fas、CD95等）結合啟動，激活半胱天冬酶，裂解細胞內的蛋白，使細胞基本結構解體，導致細胞死亡。另一條通路則是通過抑制凋亡抑制蛋白Bcl-2，釋放線粒體信號蛋白，激活半胱天冬酶，最終引起細胞死亡。
正常的椎間盤內無神經、血管生長，而在退變的椎間盤中，可見神經、血管沿著外層纖維環的裂隙向內生長，這些游離的神經末梢可釋放神經遞質P介導疼痛[24]。正常椎間盤內的蛋白聚糖可抑制神經軸突和血管內皮細胞生長，而將蛋白聚糖去糖基化后模擬退變椎間盤的分子環境，則發現抑制神經軸突和血管內皮細胞生長的能力下降，提示在退變的椎間盤中，細胞外基質減少可能是神經血管內生長的病理機制[25-26]。雖然在退變的椎間盤中均可見血管內生長，但只有在伴疼痛癥狀的IDD中才可見血管內表達NGF，此時神經組織內表達NGF的受體trk-A，從而激活促進神經突生長的信號通路，表明NGF促進神經內生長可能與疼痛癥狀相關[27]。在退變的椎間盤中，椎間盤細胞可釋放BDGF，產生與NGF相似的促進神經內生長和傳導疼痛刺激的作用[28]。
2 PRP的作用機制
PRP在過去20年開始逐漸應用于臨床，最初主要局限在口腔和頜面外科手術[5]。近年來，PRP在骨科和整形外科得到廣泛關注，PRP可促進多種組織再生，尤其能促進嚴重外傷后缺血受損組織愈合[29-30]，同時應用PRP治療多種慢性疼痛的療效也得到證實[6]。
在血小板和鈣離子、凝血酶等其他凝血物質聚集之前，首先通過纖維蛋白原聚合作用產生纖維蛋白凝塊進行止血。纖維蛋白凝塊除了作為止血栓子的功能外，還可以為免疫細胞、成纖維細胞和血管內皮細胞遷移提供基質環境。血小板不僅具有止血功能，而且能分泌多種生長因子參與組織愈合過程，如細胞趨化、增殖和分化、組織碎片移除、血管再生、細胞外基質沉積和組織再生等[31-32]。
儲存在血小板致密顆粒和α顆粒中的細胞因子包括PDGF、IGF、VEGF、EGF、bFGF、結締組織生長因子（connective tissue growth factor,CTGF）、血小板源性血管生長因子（platelet-derived angiogenic factor,PDAF）和TGF-β等，各種生長因子的主要作用見表 1[32]。由于血小板自身被激活后引起生長因子激活和釋放，因此PRP中高濃度血小板聚集可直接產生高濃度生長因子聚集。PRP中的生長因子濃度明顯高于全血濃度，這種高于生理狀態的生長因子聚集，可使傷口愈合和組織再生加速2～3倍[33-34]。體外實驗發現，PRP可促進人類基質和MSCs增殖，抑制過多的炎性反應和細胞凋亡，還可調節MMP活性[6, 35]。
表1
PRP中生長因子的作用
Table1.
Effects of growth factors in PRP
生長因子釋放后，與細胞表面的跨膜受體結合，啟動細胞內信號通路，引起負責細胞趨化、基質合成和增殖的介質表達。參與組織修復的介質主要包括腺苷、5-羥色胺、組胺和鈣離子等。腺苷是一種細胞保護劑，可阻止組織損傷，腺苷受體激活后具有抗炎作用。5-羥色胺能增加毛細血管通透性，還可作為成纖維細胞的趨化劑并促進其增殖。組胺可增加微循環通透性，也是小吞噬細胞的活化劑。鈣離子則可誘導角化細胞和成纖維細胞增殖分化，也可能參與表皮細胞的遷移[6]。
3 PRP對IDD的修復作用
Thompson等[36]于1991年首先報道了多種生長因子對椎間盤的干預作用，采用成熟犬的椎間盤組織作為研究對象，發現IGF-1、bFGF和TGF-β能促進椎間盤基質合成和細胞增殖，EGF也具有促進增殖的作用。其后學者對不同生長因子的作用進行了深入研究。Osada等[37]發現IGF-1能促進牛椎間盤髓核細胞的蛋白聚糖合成。Gruber等 [38-39]報道TGF-β1能促進人椎間盤纖維環細胞增殖，IGF-1和PDGF能顯著抑制人椎間盤纖維環細胞凋亡。Pratsinis等[40]采用牛尾椎進行實驗研究，發現PDGF、bFGF和IGF-1均能刺激椎間盤細胞增殖。Hayes等[41]研究發現IGF-1和TGF-β1均可有效刺激大鼠椎間盤纖維環細胞外基質合成，而TGF-β1還具有促進細胞呈纖維軟骨表型的功能，可作為IGF-1的有效補充。Fujita等[42]研究發現VEGF具有促進椎間盤髓核細胞存活的作用。Liu等[43]研究表明，CTGF可促進恒河猴腰椎間盤髓核細胞合成蛋白聚糖和Ⅱ型膠原。
雖然已有大量的實驗證實，生長因子具有促進基質合成和細胞增殖的作用，但由于椎間盤自身的動態平衡需要通過多種生長因子的相互作用來維持，因此單獨應用某種生長因子修復椎間盤再生可能無法取得滿意效果。正是基于聯合應用多種生長因子干預IDD的觀點逐步被接受，富含多種生長因子的PRP對IDD的干預作用成為近年研究熱點[44]。目前此類研究仍處于起步階段，主要局限于細胞實驗和小型動物實驗。
Akeda等[45]于2006年報道了體外細胞實驗結果，采用藻酸鹽微球培養豬椎間盤細胞，加入PRP后可有效促進椎間盤細胞增殖和細胞外基質代謝，其刺激作用明顯高于胎牛血清和貧血小板血漿，且對纖維環細胞的作用強于髓核細胞，從而為PRP局部注射促進椎間盤修復或作為椎間盤組織工程的有效補充提供了初步理論依據。同年，Chen等[46]采用PRP和人椎間盤髓核細胞共同培養，發現PRP能顯著上調Sox9、Ⅱ型膠原和蛋白聚糖mRNA表達，促進黏多糖聚集，通過形成膠原支架參與組織工程髓核成軟骨分化，這一過程可能是Smad信號通路介導的，因此PRP作為多種生長因子的復合體，可促進髓核細胞增殖分化和組織工程髓核形成，在IDD進程中發揮治療作用。
Nagae等[47]首次進行了體內實驗，通過吸除部分髓核制備兔IDD模型，抽取兔自身血液高速離心制備PRP，將PRP采用明膠凝膠微球包裹后注入動物模型的髓核中，8周后發現IDD進程受到明顯抑制，髓核和內層纖維環的蛋白聚糖免疫組織化學染色呈強陽性，提示PRP結合明膠凝膠微球注射可能是治療IDD的有效方法。該研究團隊隨后于2009年報道，MRI顯示PRP結合明膠凝膠微球組的椎間盤高度和含水量明顯高于其他對照組，與之相一致的是蛋白聚糖核心蛋白和Ⅱ型膠原的mRNA表達明顯升高，髓核中凋亡細胞明顯減少[48]。
Gullung等[49]通過經皮纖維環穿刺建立大鼠IDD模型，進行PRP椎間盤內注射干預，應用MRI和病理組織學評估治療效果，結果顯示PRP對退變的椎間盤具有保護作用，且早期干預效果明顯優于晚期干預。Obata等[50]和胡新鋒等[51]均采用纖維環穿刺法建立兔IDD模型，高速離心制備自體PRP，行椎間盤內注射，MRI和病理組織學觀察顯示PRP對IDD有修復作用。
Kim等[52]通過體外實驗研究PRP對人椎間盤髓核細胞的抗炎作用，將分離的人椎間盤髓核細胞置于膠原基質中培養，加入促炎因子TNF-α和IL-1β刺激后，發現Ⅱ型膠原和蛋白聚糖等基質合成基因表達下降，環氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）和MMP-3等基質降解基因表達上升，而再加入PRP持續培養后，上述基質合成基因表達逐漸恢復，基質降解基因表達開始下降，提示PRP聯合膠原基質可以抑制促炎因子的作用，穩定髓核細胞的分化環境。
Chen等[53]采用木瓜凝乳蛋白酶消化誘導產生豬IDD的體外和體內模型，分析MSCs、PRP以及兩者聯合的干預作用，發現無論體內還是體外，兩者單獨應用均可上調成軟骨分化和特異性細胞外基質分泌，促進髓核再生，在體內模型中還可見椎間盤高度指數顯著增加，但同時在兩者聯合應用的體外模型中意外發現異位骨化趨勢。孟繁星等[54]研究顯示，在兔退變椎間盤內注射PRP或脂肪來源MSCs/PRP復合體均有利于減少退變對椎間盤的影響，其中脂肪來源MSCs/PRP復合體注射效果更為突出。
雖然目前大部分實驗結果均肯定了PRP修復IDD的作用，但也有學者對此持保留意見。Mietsch等[55]選取了兩種細胞（MSCs和退變椎間盤髓核細胞），兩種介質（PRP和TGF-β1）、兩種方式（藻酸鹽微球和三維球團）進行培養，發現PRP組所有類型細胞的成軟骨分化基因（蛋白聚糖、Ⅰ型膠原、Ⅱ型膠原和Sox9）表達均明顯低于TGF-β1組，認為PRP作為生長因子的混合物，促進的是細胞增殖而非細胞的成軟骨分化，因此不建議將PRP應用于髓核組織工程。
4 展望
IDD的分子機制十分復雜，涉及到基因影響、細胞衰老、細胞外基質改變、降解酶生成增加、促炎因子表達、細胞凋亡、神經內生長等多個方面。PRP富含高濃度血小板，能釋放多種生長因子，促進傷口愈合和組織再生。目前有關PRP對IDD修復作用的研究仍處于起步階段，初步研究結果顯示，PRP可促進椎間盤細胞增殖分化和細胞外基質合成、抑制細胞凋亡，對退變的椎間盤具有保護作用，這為PRP局部注射促進退變椎間盤修復或作為椎間盤組織工程的有效補充提供了理論依據。然而，目前仍有大量問題有待解決，如：① 體外細胞實驗的微環境具有多樣性與可控性，無法真實模擬體內環境；② 小型動物體內實驗采用的是退變早期椎間盤，而PRP對多因素引起的晚期IDD修復效果尚不明確；③ 體內椎間盤代謝主要通過軟骨終板途徑，而發生IDD時常伴軟骨終板硬化，此時椎間盤細胞代謝受到影響，PRP是否仍可有效促進細胞增殖和基質合成尚不明確；④ 退變椎間盤中活性細胞數量減少，臨床應用中是否需要同時進行細胞移植尚不明確；⑤ 雖然形態學和病理組織學的干預效果滿意，但這是否意味著患者疼痛癥狀和局部功能肯定改善尚不確定[56]。綜上述，雖然PRP在修復IDD方面的應用前景令人鼓舞，但仍需進行深入研究。
