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腰痛是全球致残的主要原因之一，其中椎间盘退变（IDD）是重要诱因。研究人员构建了髓核细胞（NPC）调控网络模型（RNM），该模型可反映正常椎间盘情况，还能预测 IDD 进展，为研究 IDD 提供了新工具。
在人体的 “脊梁”—— 椎间盘的健康维护中，一场看不见的 “战争” 正在悄然打响。随着年龄增长、生活习惯改变，椎间盘退变（Intervertebral Disc Degeneration，IDD）问题愈发突出，成为引发腰痛（Low Back Pain，LBP）的重要 “元凶”。据统计，2020 年全球腰痛病例超过 5 亿，而 IDD 在腰痛病因中占比 26% - 42%。这一现象严重影响着人们的生活质量，让许多人在日常活动中备受折磨。
以往的研究手段，无论是体内实验还是体外实验，都难以全面揭示 IDD 过程中从合成代谢到分解代谢转变的起始因素。有限元模型（Finite Element Models，FEM）虽能模拟椎间盘力学加载，但在细胞和亚细胞层面建模存在局限。在这样的背景下，研究人员急需一种新的方法，来深入探究 IDD 的奥秘，找到更有效的治疗策略。
来自西班牙庞培法布拉大学（Universitat Pompeu Fabra）等机构的研究人员挺身而出，开展了一项意义重大的研究。他们致力于构建一个全面的知识驱动网络模型，以模拟椎间盘细胞活动。经过不懈努力，研究人员成功构建了髓核细胞（Nucleus Pulposus Cell，NPC）调控网络模型（Regulatory Network Model，RNM）。该模型涵盖 33 种蛋白质和 153 种相互作用，能准确反映正常椎间盘条件下 NPC 的活动，还可预测 IDD 的进展，为理解细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）降解机制提供了全新视角，为后续实验研究和治疗策略开发指明了方向。这项研究成果发表在《npj Systems Biology and Applications》上，为该领域的发展注入了新的活力。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是文献综述，通过全面检索 PubMed 数据库，筛选出 34 篇相关研究，为构建初始网络模型奠定基础；其次，采用 Mendoza 方法，利用模糊逻辑将布尔逻辑转化为常微分方程，实现对网络动态行为的半定量模拟；最后，借助 STRING 数据库进行网络富集，并通过敏感性分析确定关键调节因子。
下面来详细看看研究结果：
- 知识驱动的 RNM 构建：通过文献综述收集影响 NPC 活动的可溶性蛋白质信息，构建初始拓扑结构，包含 31 个节点和 59 条边。采用 Mendoza 方法计算节点激活，结果显示促分解代谢或异常基质成分激活丰富，而合成代谢 / 抗分解代谢成分激活较少，如 COL2A 和 ACAN 激活水平低12。
- 富集 RNM：初始模型倾向于促分解代谢状态，为构建代表非退变椎间盘的模型，研究人员通过 STRING 数据库富集网络，纳入人类蛋白质 - 蛋白质相互作用及软骨细胞调节相关信息。富集后的模型包含 33 种蛋白质和 153 种相互作用，能代表促合成代谢活动34。
- 整体语料库结果：文献综述和富集过程中，共使用 103 篇同行评审论文，其中 38 篇包含 IVD NPC 体外培养结果，98 条蛋白质 - 蛋白质相互作用链接纳入网络。按椎间盘病理状态分类，56 条链接来自非退变组织研究，50 条来自退变组织研究5。
- 网络评估：通过模拟两种独立实验，用促炎细胞因子 TNF 和 IL - 1β 刺激网络，结果与文献预期相符，证明模型能定性反映实验结果。此外，研究人员还模拟了退变环境，测试抗炎细胞因子和生长因子的作用，发现它们可促进合成代谢或减少分解代谢67。
- 敏感性分析：确定 IL - 1Ra 对 ECM 合成蛋白和降解酶影响最大，TGF - β 对所选蛋白组影响显著。这表明 IL - 1Ra 和 TGF - β 在调节 ECM 稳态中起关键作用，可能成为治疗 IDD 的潜在靶点8。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功构建了代表非退变椎间盘状态的 NPC 调控网络模型，发现 TGF - β 在椎间盘再生方面具有潜力，同时也表明需要进一步探索 IL - 4 和 IL - 10 的抗炎作用。此外，研究还发现节点初始状态对系统响应至关重要，为后续研究提供了方向。然而，目前的模型存在局限性，未涵盖细胞内变化和通路，未来需进一步完善。但不可否认的是，这项研究为理解 IDD 的分子机制提供了重要依据，为开发更有效的治疗策略奠定了坚实基础，有望在未来改善众多受 IDD 困扰患者的生活质量。
