Современные взгляды на патогенез дегенерации межпозвонковых дисков

Введение. Дегенерация межпозвонковых дисков (МпД) определяется как мультифакторное дегенеративное заболевание позвоночника, начинающееся с пульпозного ядра МпД, распространяющееся на фиброзное кольцо и другие элементы позвоночно-двигательного сегмента. В отличие от естественного старения патологический дегенеративный процесс, возникающий в МпД в результате аддитивного эффекта генетической предрасположенности и внешне-средовых факторов, приводит к формированию хронической боли в спине и снижает качество жизни пациента. Несмотря на многолетнее изучение проблемы патогенеза дегенерации МпД, она далека от разрешения, что побуждает нас продолжать исследовать патогенетические механизмы развития дегенеративного заболевания позвоночника.

Цель обзора – обновление знаний практикующих неврологов о результатах современных исследований ведущих механизмов развития дегенерации МпД у человека и их роли в разработке перспективных биомаркеров данной патологии и новых стратегий патогенетической терапии.

Материалы и методы. проведен поиск и анализ публикаций в русскоязычной (e-Library) и англоязычных (PubMed, Oxford Press, Clinical Keys, Springer, Elsevier, Google Scholar) базах с глубиной поиска 5 лет (2018–2023 гг.).

Результаты. представлены проанализированные и обобщенные результаты исследований молекулярных механизмов, влияющих на развитие и прогрессирование данной патологии. Рассмотрены ведущие патогенетические механизмы развития дегенерации МпД, такие как окислительный стресс и система оксида азота, дисбаланс цитокинов, повышение активности матриксных металлопротеиназ, нарушение функции фибриллярных коллагенов и протеогликана, а также их взаимосвязь между собой и с состоянием замыкательных пластин прилежащих тел позвонков. Заключение. Обзор позволяет шире взглянуть на патогенетические механизмы дегенерации МпД, что дает возможность устанавливать новые цели для будущих разработок перспективных терапевтических стратегий.

1. Ткачев А.М., Епифанов А.В., Акарачкова Е.С. и др. Патофизиологические механизмы дегенерации межпозвонковых дисков. РМЖ. Медицинское обозрение 2019;4(2):72–7.

2. Клинические рекомендации. Дегенеративные заболевания позвоночника. 2021. Доступно на: https://cr.minzdrav.gov.ru/schema/727_1

3. Правдюк Н.Г., Шостак Н.А. Дегенеративное поражение позвоночника, ассоциированное с болью в спине: морфогенетические аспекты. Клиницист 2017;11(3–4):17–22. DOI: 10.17650/1818-8338-2017-11-3-4-17-22

4. Сорокин Ю.Н. Боль в спине и дегенерация межпозвонкового диска в Международной классификации болезней 11-го пересмотра. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова 2019;119(8):153–9. DOI: 10.17116/jnevro2019119081153

5. Ашхотов А.В., Шнайдер Н.А., Трефилова В.В. и др. Роль провоспалительных цитокинов в развитии хронического дискогенного болевого синдрома. Якутский медицинский журнал 2023;84(4):128–34. DOI: 10.25789/YMJ.2023.84.30

6. Trefilova V.V., Shnayder N.A., Petrova M.M. et al. Role of polymorphisms in collagen-encoding genes in intervertebral disc degeneration. Biomolecules 2021;11(9):1279. DOI: 10.3390/biom11091279

7. Всемирная организация здравоохранения. Доступно на: https://www.who.int/ru

8. Nurgaliev Z.A., Trefilova V.V., Al-Zamil M. et al. The role of type I сollagen in intervertebral disc degeneration. Personalized Psychiatry and Neurology 2022;2(1):46–56. DOI: 10.52667/2712-91792022-2-1-46-56

9. Frapin L., Clouet J., Delplace V. et al. Lessons learned from intervertebral disc pathophysiology to guide rational design of sequential delivery systems for therapeutic biological factors. Adv Drug Deliv Rev 2019;149–50:49–71. DOI: 10.1016/j.addr.2019.08.007

10. Cao G., Yang S., Cao J. et al. The role of oxidative stress in intervertebral disc degeneration. Oxid Med Cell Longev 2022;12:2166817. DOI: 10.1155/2022/2166817

11. Singh A., Kukreti R., Saso L. et al. Oxidative Stress: A key modulator in neurodegenerative diseases. Molecules 2019;24(8):1583. DOI: 10.3390/molecules24081583

12. Гуманова Н.Г. Оксид азота, его циркулирующие метаболиты NOx и их роль в функционировании человеческого организма и прогнозе риска сердечно-сосудистой смерти (часть I). Профилактическая медицина 2021;24(9):102–9. DOI: 10.17116/profmed202124091102

13. Trefilova V.V., Shnayder N.A., Popova T.E. et al. The role of NO system in low back pain chronification. Personalized Psychiatry and Neurology 2021;1(1):37–45. DOI: 10.52667/2712-9179-2021-1-1-37-45

14. Lee M., Rey K., Besler K. et al. Immunobiology of nitric oxide and regulation of inducible nitric oxide synthase. Results Probl Cell Differ 2017;62:181–207. DOI: 10.1007/978-3-319-54090-0_8

15. Klimentova E.A., Suchkov I.A., Egorov A.A. et al. Apoptosis and cell proliferation markers in inflammatory fibroproliferative diseases of the vessel wall (review). Sovrem Tekhnologii Med. 2021;12(4):119–26. DOI: 10.17691/stm2020.12.4.13

16. Castania V., Issy A.C., Silveira J.W. et al. The presence of the neuronal nitric oxide synthase isoform in the intervertebral disk. Neurotox Res 2017;31(1):148–61. DOI: 10.1007/s12640-016-9676-7

17. Tao S., Shen Z., Chen J. et al. Red light-mediated photoredox catalysis triggers nitric oxide release for treatment of cutibacterium acne induced intervertebral disc degeneration. ACS Nano 2022;16(12):20376–88. DOI: 10.1021/acsnano.2c06328

18. Das U.N. Bioactive lipids in intervertebral disc degeneration and its therapeutic implications. Biosci Rep 2019;39(10):BSR20192117. DOI: 10.1042/BSR20192117

19. Rajasekaran S., Soundararajan D.C.R., Nayagam S.M. et al. Novel biomarkers of health and degeneration in human intervertebral discs: in-depth proteomic analysis of collagen framework of fetal, healthy, scoliotic, degenerate, and herniated discs. Asian Spine J 2023;17(1):17–29. DOI: 10.31616/asj.2021.0535

20. Zeldin L., Mosley G.E., Laudier D. et al. Spatial mapping of collagen content and structure in human intervertebral disk degeneration. JOR Spine 2020;3(4):e1129. DOI: 10.1002/jsp2.1129

21. Dou Y., Sun X., Ma X. et al. Intervertebral disk degeneration: the microenvironment and tissue engineering strategies. Front Bioeng Biotechnol 2021;9:592118. DOI: 10.3389/fbioe.2021.592118

22. Xie G., Liang C., Yu H. et al. Association between polymorphisms of collagen genes and susceptibility to intervertebral disc degeneration: a meta-analysis. J Orthop Surg Res 2021;16(1):616. DOI: 10.1186/s13018-021-02724-8

23. Takeoka Y., Paladugu P., Kang J.D. et al. Chondroitin sulfate proteoglycan has therapeutic potential for intervertebral disc degeneration by stimulating anabolic turnover in bovine nucleus pulposus cells under changes in hydrostatic pressure. Int J Mol Sci 2021;22(11):6015. DOI: 10.3390/ijms22116015

24. Wei Q., Zhang X., Zhou C. et al. Roles of large aggregating proteoglycans in human intervertebral disc degeneration. Connect Tissue Res 2019;60(3):209–18. DOI: 10.1080/03008207.2018.1499731

25. Harmon M.D., Ramos D.M., Nithyadevi D. et al. Growing a backbone – functional biomaterials and structures for intervertebral disc (IVD) repair and regeneration: challenges, innovations, and future directions. Biomater Sci 2020;8(5):1216–39. DOI: 10.1039/c9bm01288e

26. Liang H., Luo R., Li G. et al. The proteolysis of ECM in intervertebral disc degeneration. Int J Mol Sci 2022;23(3):1715. DOI: 10.3390/ijms23031715

27. Zhang T.W., Li Z.F., Ding W. et al. Decorin inhibits nucleus pulposus apoptosis by matrix-induced autophagy via the mTOR pathway. J Orthop Res 2021;39(8):1777–88. DOI: 10.1002/jor.24882

28. Shnayder N.A., Ashhotov A.V., Trefilova V.V. et al. Cytokine imbalance as a biomarker of intervertebral disk degeneration. Int J Mol Sci 2023;24(3):2360. DOI: 10.3390/ijms24032360

29. Shnayder N.A., Ashhotov A.V., Trefilova V.V. et al. High-tech methods of cytokine imbalance correction in intervertebral disc degeneration. Int J Mol Sci 2023;24(17):13333. DOI: 10.3390/ijms241713333

30. Guo Y., Li C., Shen B. et al. Is There any relationship between plasma IL-6 and TNF-α levels and lumbar disc degeneration? A retrospective single-center study. Dis Markers 2022;2022:6842130. DOI: 10.1155/2022/6842130

31. Xu H.W., Fang X.Y., Liu X.W. et al. α-Ketoglutaric acid ameliorates intervertebral disk degeneration by blocking the IL-6/JAK2/STAT3 pathway. Am J Physiol Cell Physiol 2023;325(4):C1119–30. DOI: 10.1152/ajpcell.00280.2023

32. Wu C., Ge J., Yang M. et al. Resveratrol protects human nucleus pulposus cells from degeneration by blocking IL-6/JAK/STAT3 pathway. Eur J Med Res 2021;26(1):81. DOI: 10.1186/s40001-021-00555-1

33. Zheng-Wei S., Yuan T., Chao-Shuai F. et al. Roles of Hippo-YAP/ TAZ signalling in intervertebral disc degeneration. Biomed Pharmacother 2023;159:114099. DOI: 10.1016/j.biopha.2022.114099

34. Ohnishi T., Iwasaki N., Sudo H. Causes of and molecular targets for the treatment of intervertebral disc degeneration: a review. Cells 2022;11(3):394. DOI: 10.3390/cells11030394

35. Chen J., Mei Z., Huang B. et al. IL-6/YAP1/β-catenin signaling is involved in intervertebral disc degeneration. J Cell Physiol 2019;234(5):5964–71. DOI: 10.1002/jcp.27065.

36. Lu K., Wang Q., Jiang H. et al. Upregulation of β-catenin signaling represents a single common pathway leading to the various phenotypes of spinal degeneration and pain. Bone Res 2023;11(1):18. DOI: 10.1038/s41413-023-00253-0

37. Du X., Liang K., Ding S. et al. Signaling mechanisms of stem cell therapy for intervertebral disc degeneration. Biomedicines 2023;11(9):2467. DOI: 10.3390/biomedicines11092467

38. Guo Z., Qiu C., Mecca C. et al. Elevated lymphotoxin-α (TNFα) is associated with intervertebral disc degeneration. BMC Musculoskelet Disord 2021;22(1):77. DOI: 10.1186/s12891-020-03934-7

39. Fischer R., Kontermann R.E., Pfizenmaier K. Selective targeting of TNF receptors as a novel therapeutic approach. Front Cell Dev Biol 2020;8:401. DOI: 10.3389/fcell.2020.00401

40. Chen D., Jiang X. Correlation between proteolytic enzymes and microangiogenesis in degenerative intervertebral disc nucleus. J Invest Surg 2021;34(6):679–84. DOI: 10.1080/08941939.2019.1679921

41. Silagi E.S., Shapiro I.M., Risbud M.V. Glycosaminoglycan synthesis in the nucleus pulposus: Dysregulation and the pathogenesis of disc degeneration. Matrix Biol 2018;71–2:368–79. DOI: 10.1016/j.matbio.2018.02.025

42. Родионова Л.В., Самойлова Л.Г., Сороковиков В.А. Активность генов матричных металлопротеиназ и их ингибиторов в Ligamentum flavum пациентов со стенозирующими процессами позвоночного канала и дурального мешка. Acta Biomedica Scientifica 2021;6(6–2):58–72. DOI: 10.29413/ABS.2021-6.6-2.7

43. Gradišnik L., Maver U., Gole B. et al. The endplate role in degenerative disc disease research: the isolation of human chondrocytes from vertebral endplate-an optimised protocol. Bioengineering (Basel) 2022;9(4):137. DOI: 10.3390/bioengineering9040137

44. Fields A.J., Ballatori A., Liebenberg E.C., Lotz J.C. Contribution of the endplates to disc degeneration. Curr Mol Biol Rep 2018;4(4):151–60. DOI: 10.1007/s40610-018-0105-y

45. Chen L., Battié M.C., Yuan Y. et al. Lumbar vertebral endplate defects on magnetic resonance images: prevalence, distribution patterns, and associations with back pain. Spine J 2020;20(3):352–60. DOI: 10.1016/j.spinee.2019.10.015

46. Velnar T., Gradisnik L. Endplate role in the degenerative disc disease: a brief review. World J Clin Case 2023;11(1):17–29. DOI: 10.12998/wjcc.v11.i1.17

47. Feng Z., Liu Y., Yang G. et al. Lumbar vertebral endplate defects on magnetic resonance images: classification, distribution patterns, and associations with modic changes and disc degeneration. Spine (Phila Pa 1976) 2018;43(13):919–27. DOI: 10.1097/BRS.0000000000002450

48. Lv B., Yuan J., Ding H. et al. Relationship between endplate defects, modic change, disc degeneration, and facet joint degeneration in patients with low back pain. Biomed Res Int 2019;2019:9369853. DOI: 10.1155/2019/9369853

49. Pfirrmann C.W., Metzdorf A., Zanetti M. et al. Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration. Spine (Phila Pa 1976) 2001;26(17):1873–8. DOI: 10.1097/00007632-200109010-00011

50. Ling Z., Li L., Chen Y. et al. Changes of the end plate cartilage are associated with intervertebral disc degeneration: a quantitative magnetic resonance imaging study in rhesus monkeys and humans. J Orthop Translat 2020;24:23–31. DOI: 10.1016/j.jot.2020.04.004

51. Nehru A.P., Kanna R.M., Shetty A.P., Shanmuganathan R. Intervertebral disc degeneration and vertebral end plate damage in acute lumbar disc herniation. Indian Spine Journal 2023;6(2):118–24. DOI: 10.4103/isj.isj_11_22

52. Куренков Е.Л., Макарова В.В. Некоторые аспекты патогенеза дегенеративных изменений межпозвонкового диска у человека. Вятский медицинский вестник 2018;(2):52–8.