Μελέτη της έκφρασης των αγγειογενετικών αυξητικών παραγόντων και των μεταλλοπρωτεϊνασών στην κήλη του μεσοσπονδυλίου δίσκου

Abstract

Intervertebral disc (ID) degeneration is an aberrant cell-mediated response to its progressive structural failure caused by injury or accelerated wear. Intervertebral disc herniation is the most prevalent clinical manifestation of this wear process. Serial magnetic resonance imaging studies have shown a progressive resorption of herniated disc fragments followed by the remission of symptoms. Herniated discs have also shown increased neovasscularization compared with normal discs. Numerous inflammatory mediators, such as interleukins and the tumor necrosis factor-a, growth factors and matrix metalloproteinases (MMPs) are more frequently expressed in herniated discs. It has been hypothesized that under the effect of different growth factors and with an unknown mechanism, the neo-vascularization in the periphery of the ID leads to macrophage infiltration and the release of inflammatory mediators which result in the expression of proteolytic enzymes, such as MMPs. The interactions between growth factors and MMPs are thought to form a cascade, in which growth factors simultaneously induce and inhibit MMP expression. Therefore, the present study aimed to concomitantly examine the transcript levels of a large number of MMPs and growth factors in herniated and control disc specimens in order to elucidate their mRNA expression profile, as well as to investigate their correlation with the clinicopathologic profile of patients suffering from symptomatic lumbar ID herniation. mRNA expression levels were determined by means of the real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) in 63 surgical specimens from lumbar herniated discs and 10 control ID specimens. Our results showed multiple positive correlations among all MMPs and ADAMTS-4 mRNA in herniated samples indicating their possible synergistic effect in ID herniation. 18 MMP-9 and -13 mRNA levels were significantly elevated in patients with chronic pain, presumably as a consequence of neovascularization and chronic inflammation. Smoking habits were found to have a negative dose-dependent effect on the transcript levels of MMP-3 and MMP-13 and a positive correlation with pain intensity, suggesting an unfavorable role for smoking in the regression process of herniated disc fragments. Multiple positive correlations were found between the transcript levels of the growth factors examined in the ID herniation group. VEGF mRNA expression was significantly increased in protruded compared with extruded discs suggesting that the neo-vascularization process is already induced, through increased VEGF expression, in the earliest stages of ID herniation. The duration and intensity of patients’ symptoms significantly affected PDGF transcript levels suggesting that it plays a role in the acute phase of radiculopathy in an metabolic attempt of tissue healing. Our findings provide evidence on the molecular portrait of growth factors and MMPs in lumbar ID herniation as well as their association with the patients’ clinical-pathologic profile reinforcing the hypothesis of their involvement in the natural history of ID herniation. However, further studies are needed to elucidate the exact role of MMPs in the resorption process of herniated lumbar discs.

Η εκφύλιση του µεσοσπονδυλίου δίσκου είναι µία αντιδραστική βιολογική απάντηση στην προοδευτική δοµική καταστροφή του, ως αποτέλεσµα τραυµατισµού ή επιταχυνόµενης φθοράς του. Η κήλη του µεσοσπονδυλίου δίσκου αποτελεί τη σηµαντικότερη κλινική εκδήλωση αυτής της διαδικασίας φθοράς. Με διαδοχικό απεικονιστικό έλεγχο προπίπτοντων δίσκων που αντιµετωπίστηκαν συντηρητικά, έχει παρατηρηθεί µια σταδιακή µείωση του µεγέθους της κήλης µε ταυτόχρονη κλινική βελτίωση. Σε δίσκους µε κήλη παρατηρείται µεγαλύτερος βαθµός αγγειογένεσης σε σχέση µε τους φυσιολογικούς. Διάφοροι φλεγµονώδεις µεσολαβητές (ιντερλευκίνες, παράγοντας νέκρωσης των όγκων κ.α.), αγγειογενετικοί/αυξητικοί παράγοντες, καθώς και µεταλλοπρωτεϊνάσες εκφράζονται σε µεγαλύτερη συχνότητα σε αυτές τις περιπτώσεις. Έχει διατυπωθεί η υπόθεση ότι, υπό την επίδραση των διαφόρων αγγειογενετικών παραγόντων και µε άγνωστο στις λεπτοµέρειές του µηχανισµό, η προκαλούµενη νεοαγγείωση στην περιφέρεια του δίσκου οδηγεί στη διαπίδυση µακροφάγων και στην έκλυση προφλεγµονωδών παραγόντων που έχουν ως αποτέλεσµα την έκκριση πρωτεολυτικών ενζύµων, όπως οι µεταλλοπρωτεϊνάσες¹. Η αλληλεπίδραση µεταξύ αυξητικών παραγόντων και µεταλλοπρωτεϊνασών πιστεύεται ότι παίρνει την µορφή καταρράκτη, όπου ο αγγειογενετικός παράγοντας δρα ταυτόχρονα επαγωγικά και ανασταλτικά². Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η ταυτόχρονη εξέταση των µεταγραφικών επιπέδων ενός συνόλου αγγειογενετικών παραγόντων και µεταλλοπρωτεϊνασών στα ίδια δείγµατα κήλης µεσοσπονδυλίου δίσκου και η πιθανή συσχέτιση των αποτελεσµάτων µε τα κλινικοπαθολογικά χαρακτηριστικά ασθενών µε συµπτώµατα ισχιαλγίας. Για τους σκοπούς της µελέτης τα επίπεδα mRNA των υπό εξέταση παραγόντων µετρήθηκαν µε τη βοήθεια ποσοτικής αλυσιδωτής αντίδρασης πολυµεράσης πραγµατικού 16 χρόνου (real-time PCR) σε 63 δείγµατα οσφυικής κήλης ΜΣΔ ασθενών µε συµπτώµατα ισχιαλγίας και σε 10 πτωµατικά δείγµατα ως οµάδα ελέγχου. Τα αποτελέσµατά µας έδειξαν πολλαπλές θετικές συσχετίσεις µεταξύ όλων των µεταλλοπρωτεϊνασών και της ADAMTS-4 στα δείγµατα µε κήλη, υποδεικνύοντας µία πιθανή συνεργική δράση τους στην κήλη του ΜΣΔ. Τα µεταγραφικά επίπεδα των ΜΜΡ-9 και -13 ήταν σηµαντικά αυξηµένα σε ασθενείς µε χρόνιο πόνο, πιθανώς ως αποτέλεσµα της χρόνιας φλεγµονής και της νέο-αγγείωσης. Το κάπνισµα είχε σηµαντική ποσοτική επίδραση στα µεταγραφικά επίπεδα των ΜΜΡ-3 και -13 και θετική συσχέτιση µε την ένταση του πόνου, υποδηλώνοντας έναν αρνητικό ρόλο του καπνίσµατος στο ρυθµό υποστροφής των προπιπτουσών κηλών. Πολλαπλές θετικές συσχετίσεις καταγράφηκαν µεταξύ των αυξητικών παραγόντων στην οµάδα της κήλης του ΜΣΔ. Η έκφραση mRNA του VEGF ήταν σηµαντικά υψηλότερη σε δίσκους µε προβολή (protrusion) σε σύγκριση µε αυτούς µε πρόπτωση (extrusion) υποδεικνύοντας ότι η διαδικασία της νεοαγγειογένεσης επάγεται, µέσω της αυξηµένης έκφρασης της VEGF, από τα πρώιµα στάδια της κήλης του ΜΣΔ. Η ένταση και διάρκεια των συµπτωµάτων των ασθενών επηρέασαν σηµαντικά τα µεταγραφικά επίπεδα του PDGF υποδηλώνοντας ότι ο PDGF διαδραµατίζει σηµαντικό ρόλο στην οξεία φάση της εµφάνισης της ισχιαλγίας οπότε και ενεργοποιείται σε µια µεταβολική προσπάθεια επούλωσης της ιστικής βλάβης. Τα αποτελέσµατά µας παρέχουν ενδείξεις για το µοριακό προφίλ των µεταλλοπρωτεϊνασών και των αυξητικών παραγόντων στην κήλη του ΜΣΔ καθώς και για τη σχέση τους µε τα κλινικό-παθολογικά χαρακτηριστικά των ασθενών που µελετήθηκαν, ενισχύοντας την υπόθεση της εµπλοκής των παραγόντων αυτών στη φυσική ιστορία της νόσου. Περαιτέρω έρευνα ωστόσο απαιτείται ώστε να διαφωτιστεί ο ακριβής ρόλος των µεταλλοπρωτεϊνασών στη διαδικασία υποστροφής των κηλών του ΜΣΔ.