腰椎間盤退變性疾病（IDD），引起嚴重慢性腰腿痛，給患者及社會帶來極大負擔。目前多采用保守治療緩解癥狀，但復發率高。當保守治療無效后，腰椎融合手術成為唯一有效的治療方法。但是該手術需要犧牲正常腰椎活動度，存在鄰近節段椎間盤退變加速，手術風險大、花費大等問題。深入研究腰椎間盤退變的發病機制，從分子水平延緩腰椎間盤退變，成為治療腰椎間盤退變性疾病的新方向。近期世界范圍內發表的免疫反應導致腰椎間盤退變的文獻較多，但免疫細胞誘導腰椎間盤退變的具體分子機制尚未闡明。因此，闡明免疫細胞誘導椎間盤退變的分子機制并尋找干預靶點對于IDD的臨床治療具有重要意義。

近日，上海市第一人民醫院付強教授團隊的郭松醫生（第一作者）在Frontiers in Immunology（IF=7.3）發表文章，利用單細胞轉錄組深入研究人類退行性髓核（NP）骨化和椎間盤退行性病變的分子機制。
 

研究結果

本研究對4例同一病程的腰椎間盤病人髓核進行單細胞測序，通過聚類分群，鑒定了5個具有退行性NP基因表達譜的細胞群。NP作為免疫豁免的器官在病變后巨噬細胞和T細胞顯著增加，免疫細胞的GO和KEGG功能富集分析，發現退行性NP中免疫反應的激活，可能與ECM重構有關，并進一步參與誘導IDD。
 

圖1 退行性髓核的單細胞轉錄圖譜及功能分析

進一步，作者對Blood cell和Stromal cell 進行亞亞群分析，明確了在病變人群中T細胞占比明顯升高，此外，研究者還通過RNA速率發現基質細胞分化為骨化表型的分子軌跡。

圖2 免疫細胞及Stromal細胞亞亞群分析

通過細胞互作分析，發現免疫細胞可以通過免疫因子如TNF-ɑ、CD74和CCL-3，促進基質細胞向骨化表型分化，并在細胞層面和大鼠模型中驗證發現抑制NP中的TNF-ɑ可以緩解椎間盤骨化和退化，表明TNF-ɑ有可能作為IDD的治療靶點。

圖3 細胞互作驗證及分子靶標抑制劑驗證

總之，本研究繪制了退行性髓核的細胞圖譜，確定了免疫細胞在誘導NP中基質細胞向骨化表型分化的作用，并明確了一個延緩IDD的靶點，為IDD治療的藥物開發提供了可能性。該研究中單細胞實驗及生信分析服務由上海生物芯片有限公司提供。
 

文章鏈接：DOI：10.3389/fimmu.2023.1224627