研究背景：下腰痛已经成为一个日益严重的健康问题，越来越多的实验室对椎间盘退变的发病机制进行研究。最近，一些研究表明，炎性因子与椎间盘退变性疾病和椎间盘源性腰痛密切相关。退变椎间盘组织内的微环境复杂多变，而且在这里聚集着多种不同类型的细胞，如浸润的巨噬细胞，白细胞，以及椎间盘细胞。巨噬细胞和白细胞可以分泌炎症因子，而且椎间盘细胞本身也可以分泌炎症因子，它们被认为是退变椎间盘组织内的炎症因子的主要来源。它们可以分泌的炎症因子包括，如IL-6，IL-8，TNF-α，IL-1β，IFN-γ和PGE2等。这些炎症因子不仅可以导致椎间盘的退变，细胞外基质的降解，而且与椎间盘源性腰痛也密切相关。骨髓间充质干细胞（BM-MSCs）被广泛应用于椎间盘退变的治疗研究之中，它们可以促进退变椎间盘内的细胞增殖，细胞外基质的合成，并向“髓核样”细胞分化，具有良好的应用前景。而且，干细胞具有“归巢”作用，即干细胞在细胞因子的诱导之下可以向受到损伤的部位迁移，达到受损部位后，干细胞发挥增殖和分化的功能，修复和再生受损的组织；一些炎症因子，如人巨噬细胞移动抑制因子(MIF)则不利于干细胞的“归巢”作用。然而，由于退变椎间盘组织内微环境的复杂性，移植到退变椎间盘组织内的BM-MSCs的生存问题一直困扰着科学家们。尽管如此，最近的研究表明，椎间盘组织内部的也存在“固有”的干细胞，如软骨终板干细胞（CESCs），而且它们具有和BM-MSCs相似的生物学特性。这些“固有”的干细胞可能更适合退变椎间盘组织内复杂的微环境，而且，一些研究表明，这些“固有”的干细胞可以替代BM-MSCs，并有可能被用于治疗椎间盘退变性疾病。研究人员于1966年，发现活化的T淋巴细胞释放的可溶性因子，并命名为MIF；这种因子可以抑制单核细胞和巨噬细胞的随机游走。随后，研究发现，除了T淋巴细胞之外，脑垂体和单核细胞/巨噬细胞也储存大量的MIF。MIF作为一种上游的炎症放大因子，对炎症反应起着级联放大的作用。MIF可以拮抗糖皮质激素的作用，激活免疫细胞或者炎症细胞，促进基质金属蛋白酶，NO，IL-6，IL-8，TNF-α，IL-1β，IFN-γ和PGE2的释放或表达，而且，它与体内一系列炎症性疾病和自身免疫性疾病密切相关，如关节炎，肾小球肾炎，炎症性肠炎和败血症休克等；椎间盘退变性疾病本身也是一种炎症反应的过程，与MIF相关的基质金属蛋白酶，NO，IL-6，IL-8，TNF-α，IL-1β，IFN-γ和PGE2的表达与椎间盘的退变机制相关。尽管如此，MIF在椎间盘退变性疾病中的表达及其潜在的意义还没有研究进行过阐述。CD74是一种完整的膜蛋白；它是一种位于细胞质膜的Ⅱ类主要组织相容性复合体。CD74是MIF的特异性的受体，它常伴随MIF表达于各种炎症性疾病之中。CD74的表达对于MIF在体内介导的生物信号至关重要，其中MIF-CD74信号转导的第一步就是上调CD74的表达。MIF与CD74结合后，激活细胞内的信号转导系统，如P38MAPK，促进炎症因子的释放；同时，研究还显示，MIF-CD74信号转导可以对MSCs的迁移进行调节。因此，我们假设，MIF及CD74表达于退变椎间盘组织中，它们都参与了椎间盘退变的发病机制。MIF诱导炎症性细胞因子释放，并放大炎症反应；同时，MIF通过MIF-CD74信号转导系统来调节CESCs的迁移。通过ISO-1（MIF特异性拮抗剂）或CD74阻滞剂，抑制或者阻断MIF的生物学功能，可能可以减少体内炎症反应，并且促进CESCs发挥“归巢”作用。本研究的主要目的是调查MIF和CD74在退变椎间盘组织的表达模式，以及它们在退变过程中的功能意义，并为椎间盘的修复和再生研究或治疗探索一种新的方式。方法和结果：免疫萤光染色和免疫组织化学的结果显示，MIF和CD74表达于退变的椎间盘组织内。在ModicⅠ型变化的软骨终板组织中的MIFmRNA和MIF阳性细胞数显著高于ModicⅡ型变化的软骨终板组织的MIFmRNA和MIF阳性细胞数；MIFmRNA和MIF阳性细胞数在Pfirrmann IV级的髓核组织中表达量最高，尽管如此，Pfirrmann I和II级的患者没有包括在我们的研究之中。NP细胞受到炎性因子刺激之后可以分泌MIF（LPS、TNF-α；P＜0.01）；同时，MIF可以诱导NP细胞分泌炎性因子（IL-6，IL-8，和PGE2；P＜0.01），MIF不能诱导NP分泌TNF-α和IL-1β。我们通过ELISA，RT-PCR siRNA沉默技术和细胞迁移实验证实，MIF可以通过MIF-CD74信号转导系统来调节髓核细胞炎症因子的释放；MIF通过CESCs表面的CD74受体来调节CESCs的迁移。ISO-1处理显著降低NP细胞分泌的IL-6，IL-8和PGE2（P＜0.01），同时，ISO-1本身并不会促进这些炎症因子的分泌；细胞迁移实验显示，ISO-1可以拮抗MIF的生物学功能，恢复CESCs的迁移。最后，ELISA结果显示， CD74激活抗体（cd74Ab）可以激活NP细胞表面的CD74受体，促进NP细胞释放炎症因子，同时，细胞迁移实验显示，cd74Ab以剂量依赖的方式抑制CESCs的迁移。结论：1.这项研究表明，“固有”干细胞存在于退化的成体CEP组织中。CESCs和BM-MSCs具有相似的细胞形态，细胞增殖能力，细胞免疫表型，和三系诱导分化能力。2.MIF及CD74表达于退变的椎间盘组织中。MIF在Modic I型软骨终板组织的表达量比其在Modic II型软骨终板组织的表达量高；MIF在PfirrmannⅣ型髓核组织中的表达量最大，然而，我们的实验中没有包括Pfirrmann I和II型的患者。3.炎症因子LPS、TNF-α可以，以浓度依赖的方式诱导髓核细胞分泌MIF。4.MIF可以通过P38MAPK信号通路，诱导髓核细胞分泌IL-6, IL-8和PGE2，尽管如此，MIF不能刺激髓核细胞分泌TNF-α和IL-1β。5.MIF拮抗剂ISO-1本身并没有诱导髓核细胞分泌炎症因子，它可以拮抗MIF的生物学功能，抑制MIF诱导的炎症因子释放，有利于控制椎间盘内的炎症反应和基质降解。6.CESCs能够发生自发的迁移。MIF可以通过MIF-CD74信号通路，以浓度依赖性的方式抑制CESCs的迁移。ISO-1同样可以用来抑制MIF的生物学功能，并恢复CESCs迁移；ISO-1有利于促进CESCs“归巢”作用，帮助髓核组织的修复和再生。