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为解决椎间盘退变临床诊断和疗效评估难题，南京中医药大学中西医结合附属医院的研究人员，开展 DTI 参数与退变椎间盘生化成分相关性研究。结果发现二者存在显著关联。该研究为临床诊断和疗效评估提供新参考，值得一读。
在当今社会，腰痛是一个让很多人头疼的问题，就像一个 “隐形的小怪兽”，悄悄影响着人们的生活。据统计，全球大约 80% 的人在一生中都经历过急性或慢性腰痛，大约 6.3 亿人正在被它困扰着，治疗腰痛的费用也高得惊人。随着全球人口逐渐老龄化，由椎间盘退变引起的腰痛，更是成了影响中老年人生活质量的 “大麻烦”，给社会带来了沉重的经济负担。
椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration，IDD）是导致腰痛的一个关键病理机制。椎间盘主要由髓核、纤维环和软骨终板组成，里面的主要成分是胶原蛋白、蛋白聚糖和水。当椎间盘的生化成分出现异常变化，比如蛋白聚糖和胶原蛋白这些大分子物质改变时，椎间盘的材料特性就会被影响，就像房子的结构出了问题，从而导致生物力学失衡，引发退变。一般来说，30 岁以上的人大多都有椎间盘退变的迹象，只是有的人还没有出现腰痛等症状，而且退变还会随着年龄增长越来越严重。所以，能早点发现椎间盘退变，对于修复和再生退变的椎间盘组织非常重要。
水通道蛋白（Aquaporins，AQPs）是一种存在于哺乳动物体内的疏水小分子跨膜蛋白，它在水和溶质的运输中起着关键作用，对各个器官系统和细胞的正常运作至关重要。人体椎间盘的髓核是一种高度可渗透的胶状组织，主要通过调节水含量来适应垂直压力，其营养运输也依赖于水分子的快速移动。研究发现，AQPs 在髓核组织中是有表达的。像水通道蛋白 1（AQP1），它不仅在红细胞、血管内皮、汗腺和肺里有，还具有明显的氧渗透性。在缺氧的情况下，AQP1 表达上调能帮助氧分子跨膜运输，减轻缺氧损伤。不过，有研究表明，随着椎间盘老化，AQP1 的表达会逐渐减少。水通道蛋白 3（AQP3）则负责在细胞膜上跨渗透压梯度运输水分子，在退变的人椎间盘髓核细胞中，AQP3 的表达比正常椎间盘明显要低。所以，AQP1 和 AQP3 在髓核组织的营养供应和代谢物质运输方面发挥着重要作用。
在医学检查中，常规的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI），比如 T2 加权成像（T2WI）和 T1 加权成像（T1WI），主要是通过检测椎间盘内信号强度和形态的变化来定性评估 IDD。但这些方法有局限性，就像戴着有色眼镜看东西，只能发现椎间盘晚期的改变，对早期的退变变化不太敏感，也没办法准确地量化退变程度。目前临床常用的 Pfirrmann 分级系统，主要关注退变椎间盘的形态评估，同样很难精确地量化退变严重程度，对早期病变也不敏感。
而扩散张量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）就像是给医生们提供了一个 “透视眼”，它能定量评估组织的微观结构特征，还能评估神经损伤的程度，是标准 MRI 检查的有力补充。DTI 的主要定量参数部分各向异性分数（Fractional Anisotropy，FA）和表观扩散系数（Apparent Diffusion Coefficient，ADC），可以测量水分子扩散的速度和方向，反映椎间盘的微观结构和功能状态。比如说，研究发现 FA 值降低可能意味着受压神经根的组织损伤、脱髓鞘和轴突损伤，而 ADC 值增加则可能与炎症反应和组织水肿有关。越来越多的研究表明，DTI 在评估腰椎退行性疾病和脊神经损伤方面有很大潜力。
为了深入了解 DTI 参数与退变椎间盘髓核组织中生化成分之间的关系，为椎间盘退变的临床诊断和疗效评估提供参考，南京中医药大学中西医结合附属医院的双陈、孙圣鲁等人在《BMC Musculoskeletal Disorders》期刊上发表了题为 “Exploring the correlation between magnetic resonance diffusion tensor imaging (DTI) parameters and aquaporin expression and biochemical composition content in degenerative intervertebral disc nucleus pulposus tissue: a clinical experimental study” 的论文。他们的研究发现，DTI 的 FA 和 ADC 值，以及 AQPs 的蛋白表达水平，在一定程度上可以反映椎间盘退变的严重程度。而且，椎间盘髓核中的糖胺聚糖（Glycosaminoglycan，GAG）和胶原蛋白含量与 DTI 参数 FA 和 ADC 值之间存在显著相关性。这一研究成果意义重大，意味着磁共振 DTI 定量成像为评估椎间盘内的生化成分变化提供了一种新方法，为临床诊断和评估椎间盘退变疾病的治疗效果提供了有价值的参考。
为了开展这项研究，研究人员主要用到了以下几种关键技术方法：首先是 DTI 检查，他们用配备专门 8 通道脊柱线圈的多传输扫描仪系统，对患者进行术前腰椎定量磁共振成像，扫描后用 qMRLAB 2.4.2 软件处理数据，测量髓核的 FA 和 ADC 值；其次是蛋白质免疫印迹（Western blotting）实验，用来检测退变组织中 AQP1 和 AQP3 的表达水平；另外，还用了二甲基亚甲蓝（DMMB）比色法来量化 GAG 含量，用 Sircol 可溶性胶原蛋白检测试剂盒评估胶原蛋白含量；最后，运用统计学方法，通过 IBM SPSS Statistics 25.0 和 GraphPad Prism 9.5.1 软件对数据进行分析。
下面来看看具体的研究结果：
研究对象的一般特征
研究共纳入了 39 例腰椎间盘突出症（Lumbar Disc Herniation，LDH）患者，其中男性 19 例，女性 20 例，平均年龄 54.41 岁。按照 Pfirrmann 分级系统，椎间盘分级的分布情况为：9 例 II 级，10 例 III 级，10 例 IV 级，10 例 V 级。
蛋白质免疫印迹实验检测髓核组织中 AQP1 和 AQP3 蛋白的表达
蛋白质免疫印迹实验结果显示，和 A 组（II 级）相比，B 组（III 级）、C 组（IV 级）和 D 组（V 级）的 AQP1 和 AQP3 蛋白表达明显降低。而且，C 组和 D 组的 AQP1 和 AQP3 蛋白表达又比 B 组低。不过，C 组和 D 组之间 AQP1 和 AQP3 的表达没有明显差异。这说明随着人类髓核组织的退变加重，含水量减少，AQP1 和 AQP3 的蛋白水平也会逐渐降低。
不同 Pfirrmann 退变等级髓核组织中糖胺聚糖和胶原蛋白的含量
通过 DMMB 检测发现，A 组 GAG 浓度为 89.80 ± 7.68 μg/mL，B 组为 78.46 ± 8.95 μg/mL，C 组为 60.79 ± 8.61 μg/mL，D 组为 43.37 ± 9.92 μg/mL，各组之间差异显著。用 Sircol 可溶性胶原蛋白检测发现，随着 Pfirrmann 分级的增加，髓核中的胶原蛋白含量显著增加。这表明随着椎间盘退变，GAG 含量减少，胶原蛋白含量增加。
不同 Pfirrmann 退变等级髓核组织的 FA 和 ADC 值
DTI 扫描结果显示，髓核 FA 值的参考范围是 0 - 0.4（
），C 组和 D 组之间没有显著差异，但其他组之间差异明显。髓核 ADC 值的参考范围是 1.2 - 2.2（
），同样 C 组和 D 组之间无显著差异，其他组之间差异显著。而且，随着人类髓核退变程度增加，FA 值上升，ADC 值持续下降。
人类退变髓核组织中 FA、ADC 值与糖胺聚糖、胶原蛋白含量的相关性分析
相关性分析表明，髓核 DTI 的 FA 值与 GAG 含量呈中度负相关（
，
），与胶原蛋白含量呈强正相关（
，
）。ADC 值与 GAG 含量呈中度正相关（
，
），与胶原蛋白含量呈强负相关（
，
）。
综合研究结果和讨论部分来看，椎间盘退变是引发一系列问题的 “罪魁祸首”，它可能导致椎间盘突出、椎体滑脱、骨质增生、脊柱不稳定等并发症，严重的还会引起下肢肌肉功能障碍。目前对于椎间盘退变的发病机制，主要有机械压迫理论、化学炎症理论和自身免疫理论这三种。早期诊断椎间盘退变对于治疗相关疾病至关重要，而 DTI 技术为这一诊断提供了新的可能。
在椎间盘退变过程中，髓核组织的生化变化起着关键作用。代谢失衡会导致 GAG 和胶原蛋白的变化，进而影响椎间盘的结构和功能。AQP1 和 AQP3 在髓核组织的营养供应和代谢物质运输中不可或缺，它们的表达变化与椎间盘退变密切相关。研究人员通过对 39 例患者的研究，发现随着椎间盘退变加重，AQP1 和 AQP3 蛋白表达减少，GAG 含量降低，胶原蛋白含量增加，同时 FA 值升高，ADC 值降低。而且，FA、ADC 值与 GAG、胶原蛋白含量之间存在显著相关性。
不过，这项研究也存在一些局限性。比如样本量相对较小，未来需要更大规模、多中心的前瞻性研究；DTI 扫描的切片厚度为 3mm，在严重退变、椎间盘高度明显塌陷的情况下可能会有问题；蛋白质免疫印迹检测 AQPs 相对表达时，组蛋白标记的敏感性和特异性可能会影响结果。尽管如此，该研究依然意义非凡，它为临床医生们提供了一个新的 “武器”—— 磁共振 DTI 定量成像，让他们能更好地评估椎间盘的生化变化，从而更准确地诊断椎间盘退变疾病，还能更科学地评估治疗效果，为患者的健康带来了新的希望。相信随着研究的不断深入，未来在椎间盘退变的诊断和治疗方面会取得更大的突破。
