愛爾蘭國立大學Abhay Pandit教授在自然出版社與川大華西醫院生物治療國家重點實驗室聯合主辦的《Signal Transduction and Targeted Therapy》（STTT）上發表研究性論文，發現老化會影響硫酸軟骨素及其在椎間盤中的合成酶。該文的通訊作者為Abhay Pandit教授，第一作者為Estelle C Collin博士。

頸部和腰部疼痛是常見的職業病，具有相當的社會和經濟成本。經統計，在英國，由此帶來的醫療保健支持在2000年達到110億英鎊。而美國每年為此支出的醫療保健成本約為500至900億美元。 頸部和腰部疼痛與椎間盤（IVD）退變強烈相關，這些疼痛在流行病學上被定義為“與正常老化相關的過程以及與身體負荷有關的變化”。但事實上，椎間盤退變與椎間盤的正常老化過程之間的區別尚不清楚。 然而已經有研究表明，椎間盤可能由于外部因素（例如環境和遺傳因素）而退變，而這個退變與老化過程無關。

椎間盤的退變和衰老的特征都是椎間盤細胞外基質（ECM）的分解代謝，這會導致椎間盤功能的喪失。ECM的降解由許多促炎因子如白細胞介素-1β （IL-1β）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘導發生。已有研究發現這兩種細胞因子能激活基質降解酶【如基質金屬蛋白酶-7（MMP-7），MMP-13和（ADAMTS）-4】的生成，誘導膠原蛋白和蛋白多糖（PG）的降解。 PG是連接有糖胺聚糖（GAG）鏈的糖蛋白。 GAG家族包括硫酸乙酰肝素（HS），硫酸軟骨素（CS），硫酸皮膚素（DS）和硫酸角質素（KS）。聚集蛋白聚糖（Aggrecan）是椎間盤組織中的ECM中的主要蛋白多糖。而聚集蛋白聚糖功能特性與其中的硫酸軟骨素和透明質酸（HA）的含量有關。在椎間盤退化和老化過程中，GAG鏈結構發生變化，如CS鏈越來越短。 CS鏈的消耗導致組織水合的減少，從而導致流體運動的損失，進而細胞凋亡、神經生長抑制的喪失，以及最終導致椎間盤功能喪失。已經表明，許多組織中的細胞行為不僅受CS的結構的影響，而且還受其硫酸化模式的變化的影響。如圖1。

<圖1  Schematic of CS synthesis [adapted from Laboratories K. KEGG Pathway Maps.>

愛爾蘭國立大學的Abhay Pandit教授課題組通過分離牛相鄰脊椎的椎間盤獲得牛軟骨樣品。他們觀察了6個月大，2歲和8歲的牛的組織，以確定硫酸軟骨素（CS）的水平變化，這是軟骨的關鍵組成部分。（圖2 ）隨著骨骼的成熟，研究人員觀察到CS的質量和數量在椎間盤的堅韌圓形外表面及其軟內核中逐漸減少。

<圖2  Gross morphologies of 6-month-old (1), 2-year-old (2), and 8-year-old (3) bovine caudal intervertebral discs. A decrease of the NP/AF ratio is observed upon ageing.>

這些變化與CS合成中涉及的兩個關鍵酶的表達降低相關，即木糖基轉移酶I（XT-I）和β-1,3-葡萄糖醛酸轉移酶I（GT-1）。如圖3。

<圖3  Representative images of nucleus pulposus tissue

stained with (a–c) Safranin O/ fast green (FCF), 

(d–f) for XT-I, and (g–i) for GT-I in 6-month-old ，

2-year-old and 8-year-old bovine IVD tissues.> 

本研究突出了椎間盤衰老期間GAG組成的顯著變化。 在老化過程中，CSs，IVD中存在的主要GAG以及合成CSs的關鍵酶的含量和組成都受到影響，保護CS的治療策略可以幫助對抗退行性椎間盤疾病等脊髓問題。對此的研究可以更好地了解椎間盤生物學，在開發不同的椎間盤再生和修復治療方法中起著至關重要的作用。

參考文獻：

（1）A Srivastava, ILM Isa, P Rooney, A Pandit. Bioengineered three-dimensional diseased intervertebral disc model revealed inflammatory crosstalk. Biomaterials. 123, 127-141.

（2）Urban JP, Roberts S. Degeneration of the intervertebral disc. Arthritis Res Ther 2003; 5: 120–130.

（3）Williams FMK, Sambrook PN. Neck and back pain and intervertebral disc degeneration: role of occupational factors. Best Pract Res Clin Rheumatol 2011; 25: 69–79.

Abhay Pandit 教授簡介

Abhay Pandit教授是愛爾蘭國立大學醫學設備研究中心（CúRAM）愛爾蘭科威特基金會的主任。Pandit教授的研究生工作側重于修飾纖維蛋白支架以提供治療性生物分子，并在伯明翰阿拉巴馬大學燒傷中心進行臨床試驗。翰阿拉被列入“國際專業人士”，并被評為“美國大學人才”。Pandit教授在肯德爾公司的傷口護理研發團隊進行研究，獲得了專利和FDA批準的商業傷口敷料。Pandit教授領導了外科密封劑公司的生物材料研究小組，其基于膠原蛋白的血管密封劑獲得了IDE認證。Pandit教授發表了多篇優秀的SCI 論文。

個人主頁：https://www.nuigalway.ie/our-research/people/ engineering-and-informatics/abhaypandit/

Signal Transduction and Targeted Therapy簡介

《Signal Transduction and Targeted Therapy》（STTT）是自然出版集團和四川大學華西醫院生物治療國家重點實驗室合作出版的全英文生物醫學專業期刊（網站：http://www.nature. com/sigtrans，點擊本網站最下方"閱讀原文”）。主編由美國俄亥俄州立大學Carlo M. Croce教授（美國三院院士，Cancer Research前主編），UCSD的張康教授、川大華西醫院魏于全教授/院士擔任。有來自全球等多個國家及地區的多位相關領域的近百位著名學者組成編委會。本雜志每周五發表文章，歡迎各位投稿，包括論著或綜述。對于原創性成果采取“快速通道”模式，幫助作者以最快的速度發表文章，最快一周可接收。該雜志發表論文可免收發表費。該雜志投稿格式不限，正式發表之前再按雜志格式修改。感謝將此信息轉發給您們的同事、朋友以及學生等。

實驗室網站：http://labs.wpi.edu/dempskilab/

點擊“閱讀原文”可查看原文并免費下載PDF