过量胆固醇通过JAK1/STAT1通路促进M1巨噬细胞极化加速椎间盘退变的机制研究

本研究针对高胆固醇血症与椎间盘退变(IVDD)的关联机制展开深入探索，通过临床回顾分析、细胞实验及动物模型验证，首次揭示过量胆固醇可通过激活JAK1/STAT1信号通路促进巨噬细胞M1型极化，进而破坏髓核细胞代谢稳态并加速椎间盘退变进程。该研究为胆固醇代谢异常相关脊柱疾病的防治提供了新靶点和理论依据。

　　

腰痛是全球致残的主要原因，而椎间盘退变(Intervertebral Disc Degeneration, IVDD)是其根本诱因。正常的椎间盘是人体最大的无血管组织，由上下软骨终板(CEP)、中央的髓核(NP)和周围的纤维环(AF)构成。髓核富含II型胶原和聚集蛋白聚糖，形成凝胶状基质以缓冲机械应力。当IVDD发生时，纤维环破裂、髓核突出，可能压迫神经导致疼痛。这一过程伴随着局部慢性炎症、炎症因子水平升高、细胞外基质(ECM)降解和机械功能改变。

血脂异常通常指血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)中一项或多项水平异常。虽然胆固醇等脂质是细胞基本代谢的必需物质，但过高水平会使机体处于慢性炎症状态。既往研究证实血脂异常引起的炎症与糖尿病、肥胖和高血压相关，而局部慢性炎症与IVDD密切相关。尽管有研究报道血脂异常是IVDD的危险因素，但其具体机制尚未完全阐明。

巨噬细胞作为参与机体防御和维持稳态的细胞，在炎症过程中起关键作用，包括经典激活的M1型和替代激活的M2型。M1型巨噬细胞分泌大量炎症因子维持局部炎症水平，而M2型主要发挥抗炎和组织修复功能。脂代谢变化可通过影响NF-κB和AMPK等通路调控巨噬细胞功能。研究表明巨噬细胞调节IVDD进程，退变过程中的血管长入加速巨噬细胞浸润至椎间盘，且浸润程度与IVDD程度、炎症水平和ECM分解强度密切相关。因此，推测血脂异常可能通过影响巨噬细胞极化促进IVDD。

本研究从临床数据、体外实验和体内实验三方面系统阐明血脂异常与IVDD的关系，并探索其潜在机制，旨在为后续治疗提供理论基础和靶点。

研究人员通过回顾性纳入196例腰痛患者，分析血脂参数与IVDD的相关性；采用细胞计数试剂盒(CCK8)、Western blotting、免疫荧光染色、免疫组化、流式细胞术、酶联免疫吸附试验(ELISA)、逆转录定量聚合酶链反应(RT-qPCR)等技术，结合动物模型验证机制。细胞实验使用小鼠RAW264.7巨噬细胞系和髓核细胞(NPCs)，动物实验采用C57BL/6小鼠高胆固醇饮食模型。

临床证据表明高胆固醇血症与腰椎间盘突出(LDH)相关。196例患者基线数据显示，年龄是IVDD的危险因素，而性别和BMI无显著差异。严重退变组TC、TG和LDL-C水平显著高于轻度退变组，HDL-C无差异。相关性分析显示IVDD与TC、TG、LDL-C呈正相关。多因素逻辑回归校正年龄、性别和BMI后，高TC(OR=3.205)、高TG(OR=2.219)和高LDL-C(OR=3.114)是IVDD的独立危险因素。

高胆固醇直接促进NPCs代谢紊乱。水溶性胆固醇处理NPCs后，CCK-8检测显示20-5000μg/mL浓度范围内无显著毒性。qPCR显示胆固醇处理后良性基质标志物(COL2A1, ACAN)表达降低，基质金属蛋白酶MMP13表达增加约3倍，衰老标志物P21和P16表达升高。免疫荧光染色显示胶原II和聚集蛋白聚糖强度降低，MMP-13和γ-H2AX(衰老标志)强度增加，Edu检测表明增殖受损，β-半乳糖苷酶染色显示衰老细胞比例增加4倍。Western blotting验证蛋白水平变化，表明高胆固醇直接破坏NPCs基质稳态、加速衰老并抑制增殖。

高胆固醇通过JAK1/STAT1通路促进RAW264.7细胞向M1表型极化。LPS和胆固醇联合处理使RAW264.7细胞形态变为四边形（向日葵样），Western blot显示iNOS表达升高。qPCR显示促炎基因(IL-1β, IL-6, TNF-α, NOS-2)mRNA水平显著升高，流式细胞术检测CD86(M1标志物)表达增加。ELISA显示IL-6和TNF-α分泌增加。Western blot表明JAK1/STAT1通路激活，p-JAK1和p-STAT1表达上调。

M1型巨噬细胞极化促进NPC代谢紊乱和炎症因子增加。用不同处理巨噬细胞的条件培养基(CM)培养NPCs，qPCR显示CMLPS下调COL2A1/ACAN、上调MMP13/P21/P16，CMLPS+胆固醇加剧这些变化。免疫荧光显示胶原II和聚集蛋白聚糖强度降低，MMP-13和γ-H2AX强度增加，Edu增殖受损，β-半乳糖苷酶染色衰老细胞比例升高。Western blotting验证蛋白水平变化。

阻断STAT1信号通路减少胆固醇对巨噬细胞极化的影响并部分逆转髓核细胞退变。使用氟达拉滨(Flu)抑制STAT1激活，Western blot显示p-STAT1表达降低。NPCs表型显著改善，qPCR显示COL2A1/ACAN表达上调，MMP13/P21/P16表达下调，免疫荧光和Western blotting验证基质合成增加、降解和衰老减轻。

高胆固醇饮食小鼠和高脂血症患者IVDD水平更高。高胆固醇饮食8个月后，小鼠体型增大、腰椎周围脂肪浸润增加。X线显示椎间隙高度降低，MRI显示NP区T2信号减弱、Pfirrmann分级更高。H&E染色显示结构退化，包括椎间盘高度变窄、AF部分退变、胶原排列紊乱、NP-AF边界不清。S-O染色显示蛋白聚糖含量减少、CEP钙化。组织病理学评分表明IVDD严重程度增加。免疫荧光显示胶原II强度降低50%，MMP-13强度增加3倍，CD86染色显示AF外侧M1巨噬细胞浸润，p-STAT1信号增强，TNF-α和IL-6水平升高。人椎间盘组织芯片免疫组化显示高胆固醇患者IL-6、MMP-13和CD86水平更高。

本研究通过综合方法系统分析高胆固醇在IVDD进程中的作用，整合临床数据、细胞实验和动物模型，强有力地证明高胆固醇是椎间盘退变的独立危险因素。同时探索了胆固醇影响椎间盘浅层和深层髓核细胞表型丢失的两种机制：直接促进NPCs代谢紊乱和通过JAK1/STAT1通路增强M1型巨噬细胞极化。临床方面，控制血胆固醇水平可能成为预防椎间盘退变的新靶点。对于已患椎间盘退变和高胆固醇的患者，降胆固醇药物和局部JAK1/STAT1通路抑制剂有望成为新的候选干预药物。

研究优势在于首次应用综合方法系统分析高胆固醇在IVDD中的作用，通过证据链揭示其独立风险因素地位，并探索了不同机制。创新性提出高胆固醇通过JAK1/STAT1通路促进椎间盘区域巨噬细胞向M1方向极化，为已患高胆固醇和椎间盘退变的个体提供了除他汀类药物外的新治疗靶点。

局限性包括体内实验未设置他汀类药物组，无法评估降胆固醇治疗对IVDD进展的临床可逆性；LPS体外模拟椎间盘炎症虽部分反映体内环境，但选择基于M1极化介质的关键作用，而椎间盘区域存在多种复杂炎症因子；小鼠不同性别和年龄椎间盘正常胆固醇范围需明确定义，测量小动物椎间盘组织胆固醇的精确实工具有待开发；手术获取的髓核组织胆固醇浓度与患者血浆胆固醇的相关程度仍需大规模研究验证。

总之，该研究揭示过量胆固醇通过两种机制导致髓核细胞表型丢失，加速IVDD进展。临床上控制血胆固醇水平可能是预防椎间盘退变的新靶标。对于同时患椎间盘退变和高胆固醇的患者，降胆固醇药物和局部JAK1/STAT1通路抑制剂有望成为新的候选干预药物。