脊柱外科杂志  2024, Vol.22 Issue(3): 164-169   PDF    
腰椎椎管狭窄症黄韧带组织中高迁移率族蛋白B1的表达及其与术后疾病转归的相关性
王玉1, 王晓红2, 郭敬然1, 李珊3, 原野1, 赵静4     
1. 唐山市第二医院脊柱一科,唐山 063000;
2. 唐山市第二医院护理部,唐山 063000;
3. 唐山市第二医院医院感染科,唐山 063000;
4. 华北理工大学基础医学院病理系,唐山 063399
摘要: 目的 探讨腰椎椎管狭窄症(LSS)患者黄韧带组织中高迁移率族蛋白B1(HMGB1)表达水平与术后疾病转归的相关性。方法 选取2021年2月—2022年2月唐山市第二医院收治的232例接受经椎间孔入路腰椎椎间融合术(TLIF)治疗的LSS患者进行前瞻性队列研究,收集术中黄韧带组织并测定其中HMGB1表达水平,根据HMGB1水平四分位数将患者分为4组,每组58例。术后1年采用MacNab标准评估疾病转归情况,分析黄韧带组织中HMGB1表达水平对LSS患者术后1年疾病转归的影响与预测价值。结果 所有患者术后1年疗效优良率为78.88%。年龄、是否合并糖尿病、是否合并骨质疏松症、不同Schizas分型及不同黄韧带组织中HMGB1表达水平是患者术后疗效的影响因素。经Kendall’s tau-b相关性检验发现,黄韧带组织中HMGB1表达水平与Schizas分型呈正相关(r=0.340,P < 0.001),与术后1年MacNab标准分级呈负相关(r=-0.316,P < 0.001)。经分层回归分析发现,校正了上述因素后,黄韧带组织中HMGB1高表达是LSS患者术后转归不良的独立危险因子。绘制受试者工作特征(ROC)曲线与决策曲线发现,黄韧带组织中HMGB1表达水平对LSS患者术后疾病转归具有一定预测价值。结论 黄韧带组织中HMGB1表达水平与LSS患者Schizas分型有关,对患者术后疾病转归有一定预测价值。
关键词: 腰椎    椎管狭窄    脊柱融合术    预后    因素分析,统计学    高迁移率族蛋白B1    
Expression of high mobility group box-1 in ligamentum flavum tissue of lumbar spinal stenosis and its correlation with postoperative disease outcome
Wang Yu1, Wang Xiaohong2, Guo Jingran1, Li Shan3, Yuan Ye1, Zhao Jing4     
1. First Department of Spinal Surgery, Second Hospital of Tangshan City, Tangshan 063000, Hebei, China;
2. Department of Nursing, Second Hospital of Tangshan City, Tangshan 063000, Hebei, China;
3. Department of Nosocomial Infection, Second Hospital of Tangshan City, Tangshan 063000, Hebei, China;
4. Department of Pathology, School of Basic Medicine, North China University of Technology, Tangshan 063399, Hebei, China
Abstract: Objective To investigate the correlation between the expression level of high mobility group box-1(HMGB1) in ligamentum flavum tissue in patients with lumbar spinal stenosis(LSS) and postoperative disease outcome. Methods From February 2021 to February 2022, a prospective cohort study was conducted in 232 LSS patients treated by transforaminal lumbar interbody fusion(TLIF) in Second Hospital of Tangshan City. Ligamentum flameum tissues were collected intraoperatively and HMGB1 expression levels were measured. The patients were divided into 4 groups according to the quartile of HMGB1 level, 58 cases in each group. MacNab criteria was used to evaluate the disease outcome at postoperative 1 year, and the effect and predictive value of HMGB1 expression level in ligamentum flavum tissue on the disease outcome of LSS patients were analyzed. Results The 1-year postoperative excellent and good efficacy rate of all the patients was 78.88%. Age, with diabetes mellitus or not, with osteoporosis or not, different Schizas classification and HMGB1 expression level in different ligamentum flavum tissues were the factors influencing the therapeutic effect. Kendall's tau-b correlation test showed that the expression level of HMGB1 in ligamentum flavum tissue was positively correlated with Schizas classification(r=0.340, P < 0.001), and negatively correlated with MacNab criteria at postoperative 1 year(r=-0.316, P < 0.001). Hierarchical regression analysis showed that after correcting the above factors, it was found that high expression of HMGB1 in ligamentum flavum tissue was an independent risk factor for poor postoperative outcomes in LSS patients. Receiver operating characteristic(ROC) curve and decision curve showed that the expression level of HMGB1 in ligamentum flavum tissue had a certain predictive value for the prognosis of LSS patients. Conclusion The expression level of HMGB1 in ligamentum flavum tissue is related to the Schizas classification of LSS patients, which has a certain predictive value for the disease outcome.
Key words: Lumbar vertebrae    Spinal stenosis    Spinal fusion    Prognosis    Factor analysis, statistical    HMGB1    

腰椎椎管狭窄症(LSS)好发于老年人群,是老年人腰椎手术的常见病因。经椎间孔入路腰椎椎间融合术(TLIF)是治疗LSS的主要方法之一,能充分减压并恢复椎管容积,但仍有部分患者术后症状未得到改善,影响日常生活[1]。既往研究[2]显示,年龄、手术节段等是影响LSS患者术后疾病转归的重要因素,但目前仍缺乏对术后疾病转归的有效预测因子。因此,寻找可早期预测LSS患者术后疾病转归的生物学因子并采取有效的治疗,对改善患者预后意义重大。高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是高迁移率族蛋白家族成员,不仅具有致炎作用,可加重局部组织炎性反应,还能通过多种途径促进间充质干细胞成骨分化,参与成骨形成[3-4]。基于此,本研究通过探讨人黄韧带组织中HMGB1表达水平与LSS患者术后疾病转归的关系,为LSS的治疗、预后评估提供一定参考依据。

1 资料与方法 1.1 一般资料

纳入标准:①符合第9版《外科学》[5]LSS诊断标准,经腰椎MRI检查确诊;②Schizas分型[6]为B型及以上;③符合手术适应证,马尾神经损伤且出现症状,伴腰椎侧凸,严重间歇性跛行影响生活,中重度神经根疼痛,且非手术治疗≥3个月症状无改善甚至加重;④拟采用TLIF治疗。排除标准:①合并脊柱恶性肿瘤;②既往有腰椎外伤史或手术史;③合并其他神经源性或肌肉骨骼疾病;④合并腰椎滑脱、脊柱感染或脊柱结核等;⑤合并严重心血管疾病或肝肾功能异常;⑥血糖、血压控制不稳。脱落标准:①TLIF术中或术后发生神经根损伤、手术区感染等并发症;②随访期间失访。根据上述标准,纳入2021年2月—2022年2月唐山市第二医院收治的246例LSS患者,研究过程中失访14例,最终纳入232例患者进行前瞻性队列研究,患者及家属知情并签署研究知情同意书。本研究经唐山市第二医院伦理委员会审核备案。

1.2 黄韧带组织中HMGB1检测

取术中切除的黄韧带组织常规固定、脱钙、包埋、切片,进行HE染色及免疫组化染色,观察HMGB1阳性表达情况(图 1)。采用TRIzol法提取黄韧带组织总RNA,HMGB1引物序列:上游5’-GGAGTCAACGGATTTGGT-3’,下游5’-GTGATGGGATTTCCATTGAT-3’。按照试剂盒说明使用逆转录试剂盒逆转录产生cDNA后实行实时荧光定量聚合酶链式反应(PCR),反应条件为95℃ 5 s、60℃ 34 s、95℃ 15 s,循环45次;自动绘制熔解曲线与荧光曲线得出循环阈值(Ct),计算出相应ΔCt值,根据公式N1/N2=2-ΔΔCt计算HMGB1表达效率。

图 1 LSS患者黄韧带组织HMGB1检测 Fig. 1 Detection of HMGB1 in ligamentum flavum tissue of LSS patients a:HE染色(×20)  b:免疫组化染色(×40) a: HE staining(×20) b: Immunohistochemical staining(×40)
1.3 观察指标

记录患者腰椎狭窄节段(L3/L4、L4/L5、L5/S1)及狭窄部位(中央椎管、神经根管或其他)。记录患者年龄、性别、吸烟史(每天吸烟≥1支且持续1年及以上)、饮酒史(每周饮烈性酒≥1次或饮酒量≥50 mL)、高血压病史、糖尿病病史、高脂血症病史、骨质疏松症病史(骨密度T值≤-2.5或骨密度Z值≤-2.0)。根据患者术前1周内腰椎MRI检查椎管最狭窄层面T2WI序列横断面图像判定Schizas分型:B型,马尾神经占据硬膜囊全部面积,可见神经束状结构;C型,硬膜囊内见灰色均匀信号,椎管间隙可见脂肪信号;D型,硬膜囊内见灰色均匀信号,椎管间隙未见脂肪信号。根据改良MacNab标准[7]评估术后疾病转归:疗效优、良评定为转归良好,疗效中、差评定为转归不良。

1.4 统计学处理

采用SPSS 25.0软件对数据进行统计分析,用Shapiro-Wilk正态分布检验计量资料,符合正态分布的计量资料以x±s表示,两组间比较采用独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析;计数资料以例数和百分比表示,采用χ2检验;等级资料采用秩和检验;采用Kendall’s tau-b相关性分析检验HMGB1表达水平与Schizas分型、MacNab标准的相关性;采用分层回归分析检验黄韧带组织中HMGB1表达对LSS患者术后疾病转归的影响;绘制受试者工作特征(ROC)曲线,并计算曲线下面积(AUC),分析HMGB1表达水平对LSS患者术后疾病转归的预测价值,AUC < 0.5为无价值,AUC≥0.5且 < 0.7为价值较低,AUC≥0.7且 < 0.9为价值中等,AUC≥0.9为价值高;以P < 0.05为差异有统计学意义。采用R 4.1.0软件,以高风险阈值为横坐标、净收益率为纵坐标,绘制HMGB1表达水平预测LSS患者术后疾病转归的决策曲线。

2 结果

所有患者术后通过门诊、电话等方式随访1年,MacNab标准评估疗效,优、良183例,中、差49例,疗效优良率为78.88%。232例患者黄韧带组织中HMGB1水平为(20.43±6.16)ng/mL,其中Schizas分型B型83例HMGB1水平为(18.37±5.18)ng/mL,C型94例HMGB1水平为(20.16±5.35)ng/mL,D型55例HMGB1水平为(24.02±7.23)ng/mL,不同Schizas分型患者黄韧带组织中HMGB1表达水平两两比较差异均有统计学意义(P < 0.05)。

根据232例患者黄韧带组织中HMGB1水平四分位数将患者分为4组(n=58):Q1组HMGB1 < 16.48 ng/mL,Q2组HMGB1≥16.48 ng/mL且 < 20.38 ng/mL,Q3组HMGB1≥20.38 ng/mL且 < 23.97 ng/mL,Q4组HMGB1≥23.97 ng/mL。相关分析结果显示,年龄、是否合并糖尿病、是否合并骨质疏松症、不同Schizas分型及黄韧带组织中不同HMGB1表达水平是患者术后疗效的影响因素(表 1)。

表 1 术后疗效的影响因素 Tab. 1 Factors influencing postoperative efficacy

经Kendall’s tau-b相关性检验发现,黄韧带组织中HMGB1表达水平与Schizas分型、术后1年MacNab标准分级呈正相关(r=0.249、0.201,P < 0.001)。将LSS患者术后1年疾病转归情况作为因变量(0=MacNab标准分级优、良,1=MacNab标准分级中、差),Model 1为未调整其他变量,Model 2为校正年龄,Model 3为在Model 2基础上校正合并糖尿病、骨质疏松症,Model 4为在Model 3基础上校正合并Schizas分型,进行分层回归分析(表 2)。

表 2 黄韧带组织中HMGB1表达影响LSS患者术后疾病转归的分层回归分析 Tab. 2 Hierarchical regression analysis of effect of HMGB1 expression in ligamentum flavum on postoperative disease outcome in patients with LSS

将黄韧带组织中HMGB1表达水平作为检验变量,将LSS患者术后1年疾病转归作为状态变量(0=MacNab标准分级优、良,1=MacNab标准分级中、差),绘制ROC曲线,结果显示,AUC为0.715(95%置信区间为0.621 ~ 0.808,P < 0.05,图 2);且当cut-off值取25.175时,可获得最佳预测价值,此时灵敏度为0.531,特异度为0.874,约登指数为0.405。绘制决策曲线(图 3),在高风险阈值0 ~ 0.66范围内,黄韧带组织中HMGB1表达水平预测LSS患者术后疾病转归的净收益率 > 0,具有临床意义。

图 2 黄韧带组织中HMGB1表达水平预测LSS患者术后1年疾病转归的ROC曲线 Fig. 2 ROC curve of HMGB1 expression level in ligamentum flavum tissue to predict prognosis of LSS patients at postoperative 1 year

图 3 黄韧带组织中HMGB1表达水平预测LSS患者术后1年疾病转归的决策曲线 Fig. 3 Decision curve of HMGB1 expression level in ligamentum flavum tissue to predict prognosis of LSS patients at postoperative 1 year
3 讨论

LSS主要表现为间歇性跛行、马尾神经损伤症状,严重可导致下肢瘫痪,影响患者日常生活。虽然手术治疗能解除椎管狭窄对神经、脊髓的压迫,但部分患者转归不良。国外有研究[8]显示,LSS患者术后按照MacNab标准评估疗效优良率为80.0%。另有荟萃分析[9]结果显示,显微内窥镜手术治疗LSS,术后1年MacNab标准评估疗效优良率为75.0%。本研究中232例LSS患者术后1年按照MacNab标准评估疗效,优良率为78.88%,与上述研究结果相近。因此,探讨与LSS患者术后疾病转归有关的指标或许能为疾病的治疗提供新的方向。

高迁移率族蛋白广泛存在于细胞核中,可复制细胞因子活性,引起细胞的炎性反应,并且能调节细胞核转录因子的转录能力[10]。其中,HMGB1参与了多种骨骼疾病的发生。本研究结果显示,不同Schizas分型患者黄韧带组织中HMGB1表达水平存在显著差异,说明HMGB1表达水平与LSS分型相关。其可能机制为,高表达的HMGB1能诱导肿瘤坏死因子-α(TNF-α)及白细胞介素(IL)-1、IL-6、IL-8等多种炎性因子释放;同时,炎性介质又进一步促进HMGB1分泌,形成循环增长,增强了LSS患者的炎性反应[11-12]。而炎性因子能通过释放弹性蛋白酶对内皮细胞造成损伤,引起微循环血流障碍,加重LSS患者椎间盘病变,导致马尾神经受压加重,引起变形、粘连,使马尾神经周围脑脊液量减少,导致Schizas分型更高[13-14]。本研究还发现,黄韧带组织中HMGB1表达水平与LSS患者术后1年MacNab标准分级具有相关性,说明HMGB1表达影响LSS患者术后转归。分析其原因,高表达的HMGB1能通过p38-MAPK信号通路促进成骨分化,增加成骨细胞,进而增加LSS患者黄韧带骨化风险,而黄韧带骨化会影响腰椎整体活动度,并加重对马尾神经的压迫,造成混合型神经元损伤,最终导致疾病转归不良[15-16]。有研究[17]发现,敲除小鼠体内HMGB1不仅会抑制炎性疾病,也能减少破骨细胞生成。同时,黄韧带中HMGB1可通过破骨细胞分化因子等多种骨吸收信号从骨髓间充质干细胞中释放,促进破骨细胞迁移,增强对骨质的破坏,导致术后疼痛难以缓解,影响疾病转归[18]。黄韧带组织中HMGB1表达升高提示炎性反应加重,也是导致LSS患者术后疼痛改善不理想的重要原因。

本研究结果还显示,年龄≥60岁、合并糖尿病、合并骨质疏松症、Schizas分型高是影响LSS患者术后疾病转归的危险因素。经分层回归分析,校正了上述因素后发现,黄韧带组织中HMGB1≥23.97 ng/mL时LSS患者术后1年疾病转归不良风险仍较高,进一步说明黄韧带组织中HMGB1高表达是LSS患者术后转归不良的独立危险因子。经ROC曲线与决策曲线分析显示,黄韧带组织中HMGB1表达水平对LSS患者术后1年疾病转归具有一定的预测价值。LSS是一个慢性发展过程,HMGB1在疾病发生、进展过程中均发挥作用,黄韧带组织切除前的HMGB1水平能反映患者术前疾病严重程度及局部组织炎性反应程度,对术后疾病的转归预测具有一定价值。因此,临床上可通过检测LSS患者术前黄韧带组织中HMGB1的表达水平来预测疾病术后的转归情况,并采取针对性治疗抑制HMGB1表达,例如HMGB1的中和抗体或可溶性晚期糖基化终产物受体,可有助于抑制黄韧带骨化进程而改善LSS患者的预后。

本研究初步验证了黄韧带组织中HMGB1表达与LSS患者术后疾病转归的相关性,经分层回归校正弥补了数据分布不均的问题。但本研究存在不足:①未纳入健康对照人群黄韧带组织中HMGB1的表达水平与LSS患者进行对比;②HMGB1与炎性因子之间的作用机制尚未阐明;③未持续监测LSS患者术后HMGB1的表达水平与疾病术后恢复、复发的关系。后续仍需深入探讨HMGB1在LSS发生、进展及预后中的作用,希望能为LSS的预防及新的治疗方案制订提供参考。

综上所述,黄韧带组织中HMGB1表达水平与LSS患者Schizas分型有关,可作为患者术后疾病转归的有效预测因子,临床上可通过监测黄韧带组织中HMGB1表达水平预测患者疾病转归,并为后续治疗方案的制订提供参考。

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