黄韧带是椎管内维持脊柱结构稳定的重要支持韧带之一。腰椎黄韧带肥厚（ligamentum flavum hypertrophy, LFH）是由于年龄增长、肥胖、机械应力、炎症反应等导致黄韧带性质和结构发生改变的慢性病理过程。肥厚的黄韧带会压迫脊髓或神经根而产生腰痛或下肢疼痛麻木等一系列症状，是腰椎椎管狭窄的重要病因。关于LFH的发病病因和机制的文献报道较多，但缺少相应的总结与归纳。本文从病因学和病理机制的角度出发，查阅近5年腰椎LFH相关文献，探讨并总结归纳关于LFH的病因和机制，并阐述黄韧带纤维化及靶向分子干预LFH的研究近况。

黄韧带（ligamentum flavum，LF）位于椎管内椎板和硬脊膜中间，可以防止脊柱过度前屈，保护脊髓神经，是脊柱后柱系统的重要部分。黄韧带肥厚（ligamentum flavum hypertrophy，LFH）时，肥厚的黄韧带会增加对脊髓和神经根的压力，产生一系列压迫症状，甚者导致脊髓中央型狭窄[1]。LFH是导致腰椎管狭窄（lumbar spinal stenosis，LSS）的重要因素，多在高龄人群中发病[2]。随着人口老龄化加剧，LFH发病人数逐渐增加，给社会带来极大压力和挑战[1]。

1 LFH的病因学

年龄与性别差异、肥胖、机械应力、代谢异常及线粒体功能障碍等因素与LFH密切相关，甚者多个因素混合致病，共同参与LF的病理过程。在诸多因素作用下，LF出现纤维化的病理改变，最终导致LFH。

1.1 性别与年龄

腰椎LFH发病与性别、年龄之间的关系目前尚存争议。多数文献报道LFH与性别并无直接关联性[3-6]，但也有研究认为与LFH相关且有症状的腰椎管狭窄患者存在一定性别差异。年龄增长对男性患病率影响较小，而女性在绝经后患病率随着年龄增长而显著升高。研究显示，雌激素对LF有保护作用，雌二醇通过磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，PI3K）信号途径调节基质金属蛋白酶13（matrix metalloproteinase13，MMP13）表达，有助于LF细胞外基质的稳态[7-8]。Takashima等研究了LF厚度、年龄和椎间盘变性三者之间的关联性，发现不同性别患者的椎间盘变性程度在L3-L4、L4-L5节段表现出显著差异，这种差异与年龄相关[9]。有研究测量了119名LSS患者的LF厚度，结果显示，高龄组L4-L5水平平均LF厚度高于低龄组，而临床症状及疼痛程度与LF厚度无关，且伴随退行性病变的LF平均厚度达4.44 mm[10-13]。这表明年龄增加是LFH发病的一个重要因素，而性别对LF的影响没有年龄显著，且与雌激素分泌水平密切相关。然而，关于年龄和性别对LFH发病的影响一直存在争议，仍需大样本、多中心的临床研究[14]。

1.2 肥胖

肥胖是LFH的病因之一。研究表明，脊柱系统疾病包括椎间盘退变、小关节炎以及LFH的发生，不仅有机械性因素，更有代谢性肥胖的特异性途径[15]。体重增加导致腰椎负荷异常，同时肥胖个体具有更低的相对肌肉质量，进一步增加了腰椎应力改变。有研究通过观察肥胖与LSS的相关性发现，肥胖与LSS呈强正相关[16]。身体质量指数（body mass index，BMI）大于25 kg·m^-2的受试者L3-L4节段的LF厚度显著高于BMI小于25 kg·m^-2的受试者，这表明肥胖影响LF增厚过程[17]。除了对骨与软骨、韧带的直接生物力学作用外，体重改变可由机械感受器、细胞因子和生长因子介导产生炎症反应并导致细胞增殖、胶原纤维表达，从而改变骨基质、软骨和LF的特性，致使椎间盘退变和LFH[18-19]。此外，肥胖与椎间盘变性和突出密切相关，而由此导致的椎管内局部组织结构改变以及微环境改变，也影响着LF肥厚程度[20]。

1.3 机械应力

长期机械应力或机械应力增加诱导LF产生慢性炎症，从而破坏弹性纤维和软骨基质等组织结构，导致LFH。机械应力对脊柱后柱结构有显著影响，在LF中，机械应力可导致反复性和积累性微损伤，进而诱发慢性炎症和组织纤维化[21]。长期机械应力刺激引起LF肥大的同时，进行性弹性纤维断裂和软骨基质产生伴成肌纤维纤维细胞增生[22]。Liu等通过建立一种新型双足站立的小鼠模型，研究了机械应力与LFH之间的病理关系，实验比较了双足站立小鼠和四足站立小鼠的LF面积，发现机械应激10周后，双足小鼠的LF面积显著大于后者[23]。此外，有学者通过新型多扭转机械应力拉伸加载装置，证实了机械应力可以增强炎性细胞因子和新生血管的生成，并改变细胞外基质（extracellular matrix，ECM）调节酶的表达[24]。同时，在骨骼系统中，机械载荷刺激产生胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor1，IGF-1）。IGF-1是哺乳动物组织微环境中的重要生长因子，通过激活雷帕霉素靶蛋白复合物1（mammalian target of rapamycin complex 1，mTORC1）信号通路在组织纤维化中发挥重要作用。在LFH中，IGF-1高表达会促进Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白产生，致使LF纤维化[25]。

1.4 代谢紊乱

1.4.1 血脂代谢紊乱

LSS患者常伴有以动脉粥样硬化为基础的外周动脉疾病和主动脉疾病，血脂异常导致局部微环境改变，致使人体多组织和器官纤维化[26]。氧化型低密度脂蛋白（low-density lipoprotein，LDL）是具有氧化修饰成分的LDL颗粒，通过凝集素型氧化型低密度脂蛋白受体-1（lectin-like oxidized low-density lipoprotein receptor-1，LOX-1）在加速炎症过程中起关键性作用[27]。而参与动脉粥样硬化的氧化型LDL同时影响LF肥大。Nagai等通过人LF样本研究了氧化型LDL/凝集素型LOX-1系统在LF肥大中的潜在作用，结果显示，氧化型LDL通过丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinases，MAPKs）信号通路影响LF肥大[28]。血脂代谢异常导致LF细胞氧化代谢异常，LF细胞线粒体的结构和功能障碍，进而导致LF出现炎症和纤维化病理过程[29]。同时，血脂代谢异常还参与黄韧带以及后纵韧带骨化的慢性病理改变[30]。

1.4.2 血糖代谢异常

糖代谢异常同样影响LF的病理变化。有研究对比了糖尿病（diabetes mellitus，DM）患者与非糖尿病患者的LF，结果发现，DM组LF明显肥厚[31]。进一步研究发现，DM使MMP13表达增加，继而纤维化和细胞外基质重塑，最终导致LFH。MMP13在炎症和纤维化过程中起着重要作用，MMP13参与胶原纤维降解的同时参与细胞外基质重塑，而高糖环境会增加MMP13在血管和角膜中的表达[32]。这表明与高糖环境相关的MMP13是导致LF纤维化和肥大的因素之一。研究发现，DM患者LF中晚期糖基化终产物（advanced glycation end products，AGEs）的累积量明显增加，AGEs会随着年龄增长加速LF的变性和肥大，并导致DM患者LSS患病率增加[33]。同时，DM患者山梨醇水平增加导致LF中促炎因子和致纤维化因子产生，从而导致LFH[34]。

1.5 退行性病变

年龄增长、长期应力积累及代谢紊乱等因素影响脊柱发生缓慢性退行性病变。脊柱后柱系统是相互关联且高度统一的密闭结构，当某一处的组织结构改变或发生炎症时，邻近组织会产生代偿改变和炎症弥漫，由此可导致邻近结构的慢性炎症反应，使LF发生病理改变[22]。当椎间盘变性或突出时，突出的椎间盘组织会产生炎症反应，分泌炎性细胞因子，并进一步影响邻近的LF，从而诱导LF的肥大和骨化[35]。炎性细胞因子如白介素-1α（interleukin-1α，IL-1α）、白介素-6（interleukin-6，IL-6）、转化生长因子-α（transforming growth factor-α，TNF-α）、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE 2）和一氧化氮（nitric oxide，NO）等通过椎管局部环境影响LF，导致成纤维细胞增殖、细胞外基质合成和骨化[36]。腰椎椎体及小关节长期负重磨损使骨质增生、关节僵硬、韧带钙化，也可导致慢性炎症。LFH伴随着年龄增长而显著增加，而伴有腰椎退行性改变的LF增厚明显，在L4-5、L5-S1水平表现尤为突出。长期机械磨损、应力改变及外伤等引起的腰椎退化是LFH的主要病因。代谢性疾病在老年人群中发病率较高，血糖血脂紊乱及衰老变性疾病常混合发病，可共同作用于LF。

2 LFH的发病机制

2.1 LFH的病理改变

正常LF是一种界限清楚的弹性结缔组织，主要由成纤维细胞及其分泌的ECM组成，ECM则主要由弹性纤维、胶原纤维、蛋白聚糖和糖蛋白组成，其中弹性纤维和胶原纤维以4 ∶ 1的比例混合[37]。LF肥大时稳定的成纤维细胞转化为分泌性成纤维细胞，弹性纤维与胶原纤维比例失调，表现为弹性纤维降解、胶原纤维增加且无序排列[38]。胶原纤维及弹性纤维比例失调和结构紊乱是LF发生病理改变的开始。

纤维化被认为是LFH的主要病理改变[39]。Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的生成被认为是纤维化开始的标志。在特定病理条件下，人体组织会纤维化，纤维化是一种修复性或反应性过程，主要特征是大量纤维结缔组织分泌和沉积，致使组织进行性结构重塑[40]。变性的ECM和机械微环境为LF提供了进行性组织硬化和促纤维变性转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）激活的正反馈回路，产生纤维化闭环状态，导致LFH的病理过程不断加重[41]。此外，受机械应力和张力影响产生的肌成纤维细胞，是纤维化过程中的关键效应细胞，在TGF-β的刺激下分化为成纤维细胞。TGF-β是唯一被确定能促进LFH细胞外胶原沉积的细胞因子，是一种对成纤维细胞趋化的多效性生长因子，能够刺激成纤维细胞增殖和胶原纤维沉积[42]。

LFH晚期可出现弹性纤维缺失、胶原纤维增加、钙化、弹性纤维变性、骨化及软骨化生等综合表现，主要表现为慢性炎症。新生血管区域炎性细胞高度浸润，巨噬细胞、血管内皮和散在分布的T淋巴细胞组成的弹性基质显著变性，表现为弹性纤维出现大部分紊乱和碎裂[43]。同时，巨噬细胞和血管内皮细胞促进胶原沉积强诱导剂TGF-β表达，刺激成纤维细胞增殖，并增加了胶原蛋白合成[44]。

2.2 炎症

炎症反应是LF纤维化形成的前提，是LFH发病机制中的基础环节。浸润性免疫细胞、内皮细胞、上皮细胞和损伤组织会释放一系列炎性介质，刺激成纤维细胞增殖和过量的ECM产生，致使正常的LF组织在慢性炎症下产生破坏，最后出现LFH[45]。导致LF产生炎症的因素有很多，根据原因不同可分为机械应力性炎症、退行性炎症、代谢性炎症等[46]。

2.2.1 机械应力性炎症

腰椎LF中机械应力性炎症的发生是一个缓慢过程。过度的机械应力负担导致LF出现损伤，而愈合与反复刺激的过程会导致纤维变性发生和纤维瘢痕形成[47]。机械运动增加导致LF组织中炎性因子转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）、白介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和TNF-α的表达显著增加。其中炎性细胞因子TGF-β1扮演着重要角色。研究发现，机械应力诱导TGF-β1释放，进而介导胶原纤维合成、弹性纤维丢失和ECM沉积，最终导致LFH[23]。在机械应力下LF细胞从成纤维细胞向肌成纤维细胞细胞样细胞转化及TGF-β1诱导是ECM的主要来源。此外，机械应力诱导炎症相关的miRNAs通过特定信号通路表达白介素-11（interleukin-11, IL-11），而IL-11是一种强烈的促纤维化因子，在诱导纤维化指标Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白的生成中发挥重要作用[48]。由此可见，机械应力致使致炎因子、促纤维化因子表达增加是导致纤维化的重要途径。而TGF-β1信号途径能够进一步研究机械应力在LFH中的重要作用，是诠释LF与机械应力的重要着力点。

2.2.2 退行性炎症

椎体损伤、椎间盘及关节突关节退变所分泌的炎性细胞因子（IL-6、TNF-α、PGE 2和NO等）通过椎管扩散到LF中，导致纤维生成和各型胶原蛋白及骨钙素mRNA上调和表达，引发炎症反应，从而刺激细胞增殖[35-36]。通过研究椎间盘变性或突出对LF的影响发现，椎间盘退化、变性或突出所分泌的炎性细胞因子会影响LF代谢，从而导致LF肥大和骨化。同时腰椎间盘变性或突出和LF之间通过炎性细胞因子相互作用，共同导致腰椎结构发生退行性改变[49]。有实验通过造模使大鼠腰椎LF出现肥大和纤维化，观察到LF与椎间盘之间的炎症反应驱动了巨噬细胞浸润、IL-6、IL-1β以及COX2表达增加，使组织细胞肥大[50]。腰椎椎体、椎间盘、小关节及韧带等退行性病变均会对LF的病理变化产生影响，并且相互作用，加重椎管内微环境改变，从而产生临床症状。

2.2.3 代谢性炎症

代谢紊乱时，炎性因子介导的炎症反应是导致LF产生病理变化的主要机制。高糖状态会触发醛糖还原酶（aldose reductase，AR）活性，AR是多元醇、山梨醇途径的主要酶，促使葡萄糖转化为山梨醇，并在组织中积累，致使各种细胞因子激活，其中之一就是TGF-β，以此调节炎症反应[34]。高脂状态下，氧化型LDL及其受体途径会增加IL-6和TNF-α表达，从而介导炎症产生。慢性炎症与氧化型LDL/LOX-1系统之间的密切关联是LF肥大发病机制的一部分，氧化型LDL、TNF-α和IL^-1β激活了LF细胞中MAPKs和核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信号通路[51]。辛伐他汀可以通过抵消氧化型LDL介导的LF肥大标志物mRNA的表达而产生治疗作用，同时降低了MAPKs和NF-κB信号通路的磷酸化[27]。由此可见，调节机体血糖、血脂代谢紊乱可以抑制LF慢性炎症产生，阻断LF纤维化进程。

炎症反应过程是LF纤维化的基本过程，由于没有特异性的靶向纤维化药物，基于炎症在纤维化中的重要作用，靶向抗炎途径治疗策略有望成为未来的研究热点[45]。

2.3 氧化应激

氧化应激（oxidative stress，OS）是引起LFH的重要机制之一，OS能诱导LF产生慢性炎症、激活LF细胞凋亡和免疫细胞活化。根据衰老自由基理论，活性氧（reactive oxygen species，ROS）引起的OS会诱发衰老人群的功能下降[52]。OS会诱发包括退行性骨骼肌肉病变在内的许多疾病，同样参与LF肥大的病理过程，诱导LF产生炎症反应和纤维化[53]。通过对LF细胞进行H₂O₂诱导的OS体外研究发现，ROS快速激活AKt、JNK和p38MAPK通路，触发信号级联后，增强了炎性和纤维化标志物的表达，表明LFH进程中炎症、纤维化和OS共存[54]。此外，LF受到OS后，内在的凋亡途径会被激活，加速LF细胞凋亡，从而促进肥大。有研究报道，铁超载介导的OS会诱发LFH，从而导致LSS，过量的铁会促进免疫细胞活化，引起炎症反应和ROS产生[55]。抑制氧化的相关研究发现，抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（N-Acetyl-L-cysteine，NAC）可有效抑制LF肥大，通过给药使肥大的LF细胞中致纤维化和促炎OS效应退化[56]。NAC治疗会抵消OS介导的LF肥大标志物mRNA表达的诱导作用，抑制OS途径的关键细胞内信号因子（p38、Erk、p65）磷酸化[57]。同时这种效应亦能在变性的椎间盘中表达，因为OS会在其他细胞中诱导慢性炎症，在脊柱中主要见于椎间盘和LF[58]。研究者认为NAC可能具有作为治疗剂的潜力。同样，抗OS途径可能是预防或治疗LFH的重要药理学靶点 [59]。

2.4 淀粉样蛋白沉积

LF淀粉样蛋白沉积也是导致腰椎LFH的重要病理变化之一。研究发现，177例LSS术后LF标本中，16.9%出现野生型甲状腺素运载蛋白淀粉样变性（amyloidosis thyroxine transporter wild-type，ATTRwt）[60]。进一步研究发现，淀粉样蛋白导致炎症级联反应的启动破坏LF中胶原蛋白和弹性蛋白，二者比例失常，导致LFH。同时淀粉样蛋白直接沉积和淀粉样纤维聚集致使LFH。临床中有能够通过结合并稳定ATTRwt四聚体的药物治疗淀粉样沉积，然而，LF淀粉样蛋白沉积仅是病理变化，关于二者的确切机制尚未明确。

2.5 分子信号机制

随着研究的深入，更多影响LFH的分子机制逐渐被诠释和发现，TGF-β1/pSmad3、Wnt等信号通路均能调控LFH。此外，遗传调控和基因修饰也会引起LF微环境改变，导致LF纤维化。

研究发现，表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）和TGF-β1的激活介导下游信号通路，从而在LF的病理改变中发挥重要作用。EGF高表达会激活TGF-β1/pSmad3信号通路，增加胶原纤维产生而参与LFH的病理过程[61]。实验发现，厄洛替尼可以阻断EGF介导的TGF-β1/pSmad3信号通路，抑制LF血管生成，同时EGF/TGF-β1/pSmad3可能是治疗LFH型腰椎管狭窄的重要靶点[14]。有实验研究了肥厚型腰椎管狭窄患者LF组织中的miRNA表达谱，发现miR-221下调可能会诱导基质金属蛋白酶抑制剂（TIMP-2）促进Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白增加，从而促进LF肥大[62]。在机械应力致纤维化途径中，TGF-β1前体在细胞内合成后以无活性的潜伏复合物分泌到ECM中，与细胞表面受体激活素受体样激酶结合，通过SMAD3途径引发下游信号传导，介导纤维化反应[23]。

Wnt信号通路能够调控细胞增殖和运动、细胞极性形成和干细胞更新，在诸多组织稳态失衡疾病中起调控作用。同样，Wnt信号通路也是干预LFH的重要信号通路，该信号通路中糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kiase -3β，GSK-3β）和β-catenin在LF纤维化中起关键作用。有研究结果显示，LSS组LF中α-平滑肌肌动蛋白（α- smooth muscle actin，α-SMA）、GSK-3β、β-catenin含量明显高于对照组，表明LF厚度与p-GSK-3β水平呈正相关[63]。此外，WNT1诱导的信号通路蛋白1（WISP-1）是LF纤维化的关键驱动力，节段不稳定的机械牵张刺激增强了WISP-1调节Hedgehog信号通路途径，促使成纤维细胞向肌成纤维转化[64]。

Duan等利用人LF的mRNA测序分析，随后通过RT-qPCR、蛋白质印迹和免疫组化确认，鉴定了LFH组织和细胞中的转录因子7（transcription factor 7，TCF7）含量，结果表明，TCF7过表达可促使体外LFH细胞过度增殖和纤维化表型；深入研究发现，TCF7与SNAI2启动子相互作用，反式激活SNAI2表达，从而促进体外LFH细胞过度增殖和纤维化表型[65]。此外，SNAI2负调控的miR-4036可以直接结合TCF7 mRNA 3'-UTR来负反馈调节TCF7表达，从而抑制体外LFH细胞过度增殖和纤维化表型，通过该靶点能干预LF纤维化进展。

3 小结

LFH是由一个或多个病因引起的LF性质和结构发生慢性改变的疾病，其病因包括年龄与性别、肥胖、机械应力、代谢紊乱和腰椎退行性病变等，其中机械应力和腰椎退行性改变则是LFH的主要致病因素。炎症是LFH机制中诸多因素的共同途径，是病理改变的基本环节，长期慢性炎症会诱导LF纤维化，进而导致LFH，这一过程中亦或伴有腰痛等临床症状。LFH病因和机制研究仍在探索中，目前有诸多问题尚未解决：研究人群多为老年患者，缺少低年龄组或正常人群的数据对比资料；临床研究多为体外研究，标本多为手术切除的LF肥厚组织；高糖、高脂等代谢紊乱研究中缺乏长期系统的临床随访观察和数据；潜在的治疗靶点需要进一步的药理学研究和临床实验研究；由于代谢性因素导致LFH等。因此，多学科联合研究也是必要的。

伴随分子机制的讨论和阐述，许多分子基因层面的机制逐渐被发现和诠释，也出现了许多新的纤维化临床治疗途径和药理学靶点，其中最重要的是抗炎药物干预和治疗，这将是LF纤维化的重要靶点。此外，抗氧化剂和调糖降脂药物能阻断LFH的病理进程，有望成为临床中潜在治疗药物。然而，LFH潜在机制仍未完全明确，已有研究仍处于基础研究阶段，抗纤维化靶向研究是今后重要课题。

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