사이토카인, 신경가소성 조절인자 및 척추관 협착증과 내시경 감압술에서의 바이오마커

척추관 협착증은 환자에게 통증이나 장애를 유발하는 흔한 근골격계 질환입니다. 그러나 이 질환의 병인은 복잡하며 아직 완전히 규명되지 않았습니다. 요추 척추관 협착증은 척수 뒤쪽에 위치한 구조물의 퇴행성 변화, 즉 황색 인대 비대, 인대 석회화, 관절면 관절의 퇴행 및 비대, 그리고/또는 척수 앞쪽에 위치한 추간판 탈출로 인해 발생합니다. 황색 인대 비대의 병리에는 II형 콜라겐 증식과 관련된 섬유연골 변화, 골화, 칼슘 결정 침착, 콜라겐과 탄성 섬유의 퇴행, 그리고 인대 섬유아세포의 연골화 생성이 포함됩니다. 수많은 과학적 연구들이 전신적, 국소적, 유전적, 환경적 요인을 고려하여 척추 인대의 비대와 골화의 원인을 탐구하려 시도해왔습니다. 그러나 퇴행성 변화 발생 메커니즘은 여전히 완전히 이해되지 않았습니다. 인대에서의 기계적 스트레스와 콜라겐 합성 증가(섬유화) 외에도, 이는 나이를 주요 위험 인자로 만드는데, 염증과 대식세포 침윤의 존재가 퇴행성 변화 발생에 중요한 기여자로 간주됩니다.

따라서 다른 건강 상태-특히 만성적인 것-와 관련된 염증의 존재가 알려지지 않은 정도로 척추 구조물 퇴행 과정에 영향을 미칠 수 있다고 가정하는 것이 합리적입니다. 현재, 비만과 근감소증은 인체의 모든 시스템에 영향을 미치는 장애로서 특히 주목받고 있습니다. 이들의 유병률이 증가하고 있기 때문에, 개별 장기에 미치는 결과를 철저히 이해하는 것은 예방과 건강 보호를 위해 사회적, 실질적으로 중요한 의미를 가집니다.

점점 더 많은 보고서들이 지질 대사 장애와 전염증성 아디포카인 및 사이토카인 분비가 퇴행성 척추 및 관절 질환의 병리생리학적 과정에서 세포 표현형과 운명, 세포외 기질 대사, 염증을 조절하는 데 깊게 관여한다고 지적합니다. 대사 장애는 뼈 대사에 영향을 미치고 척추 인대뿐만 아니라 다른 척추 구조물에서도 이소성 골화와 지방 침착을 초래할 수 있습니다. 또한 근골격계 퇴행성 장애 발생에 대한 아디포키놈의 영향도 주목할 만합니다. 해부학적으로 존재하는 척추관 내 경막외 지방조차도 염증이 생기고 자발적으로 염증성 사이토카인을 분비하여, 척추주위 근육 및 인대와 같은 인접 조직의 기능을 잠재적으로 변경할 수 있습니다. 척추관 협착증을 초래하는 경막외 공간의 지방 조직 과잉이 특징인 척추 경막외 지방종증이 비만과 강하게 연관되어 있다는 점도 언급할 가치가 있습니다.

지금까지, 아디포카인과 그 수용체가 주로 백색 지방 조직에 위치하지만 관절 연골과 척추 골수에도 존재한다는 것이 확인되었습니다. 아디포카인은 염증 반응을 자극하고 병리학적 변화를 촉진함으로써 황색 인대 퇴행을 촉진할 수 있습니다. 렙틴은 인대 골화의 영향을 받은 척추체의 수와 유의미하게 상관관계가 있는 것으로 나타났습니다. Fan 등은 렙틴이 황색 인대 세포에서 알칼리성 인산가수분해효소와 오스테오칼신 mRNA 발현을 현저히 상향 조절한다는 것을 발견했습니다. 골화가 확인된 환자의 황색 인대에서 비스파틴의 높은 수준도 발견되었습니다. 아디프신, 바스핀, 레지스틴, 리포칼린-2, 프로그램린, 케메린, 오멘틴-1 또는 성장 분화 인자-15(GDF-15)와 같은 다른 지방 조직 유래 사이토카인들의 황색 인대 내 존재와 역할에 대한 이용 가능한 데이터는 없습니다. 이 사이토카인들도 척추관 협착증 발생에 관여할 가능성이 매우 높으며, 이것이 우리의 연구 가설을 구성합니다. 협착증이 있는 환자의 경막외 지방 조직에서의 이러한 사이토카인들의 존재와 수준은, 척추관 협착이 없는 환자들과 비교하여, 아직 연구된 바 없습니다. 연구들이 만성 전신성 염증이 다양한 조직에 영향을 미치고 국소 염증이 인접 구조물에 상당히 영향을 미친다는 것을 확인하기 때문에, 우리는 인대, 척추주위 근육, 추간판 등이 경막외 지방 조직이 분비하는 사이토카인에 특히 취약할 수 있다고 가정합니다. 이전의 시험관 내 연구들은 IL-6, IL-1α, 일산화질소 공여체(SNAP), 프로스타글란딘 E2와 같은 사이토카인이 풍부한 국소 환경이 황색 인대 세포에서 콜라겐 I, V, XI 및 오스테오칼신의 유전자 발현을 변경시킨다는 것을 확인했습니다. 그러나 언급된 아디포카인들이 황색 인대 퇴행 발생에 미치는 영향은 아직 결정되지 않았습니다.

이 연구는 척추관 협착증과 추간판 탈출증 환자로부터 수술 중 정기적으로 제거되는 조직에서 사이토카인(특히 아디포카인)과 신경가소성 조절제의 농도와 그 mRNA 발현을 검사하는 것, 그리고 수술 전과 수술 후 2개월 후의 추적 방문 시 각각 두 번에 걸쳐 환자로부터 혈액을 채취하는 것을 포함할 것입니다.

목표

1. 협착증 환자의 요추 부위에서 채취된 황색 인대, 척추주위 근육, 경막외 지방 샘플에서 선택된 바이오마커 농도의 차이를 척추관 퇴행이 없는 환자와 비교하여 확인합니다.
2. 조직에서 선택된 바이오마커의 발현이 환자의 혈액 내 존재와 상관관계가 있는지, 그리고 퇴행 정도, 장애, 통증 강도, 체중과 관련이 있는지 확인합니다.
3. 수술 전과 회복기 2개월 후의 바이오마커 수준을 비교하여 척추관 감압 수술의 효과를 모니터링하기 위한 잠재적 바이오마커를 선별합니다.
4. 황색 인대의 대사와 염증을 조절하는 잠재적 단백질을 확인합니다.
5. 선택된 사이토카인과 경막외 지방 조직의 아디포키놈이 황색 인대 세포 배양에서 대사와 염증에 미치는 영향을 평가합니다.

연구 대상 집단 설명

이 연구에는 포즈난 의과대학 정형외과-재활 임상 병원의 남성과 여성 모두를 포함한 100명의 환자가 참여합니다:

• 요추 척추관 협착증 환자 50명, 연령 40-90세
• 추간판 탈출증 환자 50명, 연령 18-40세, 수술적 치료가 필요한 자 참가자들은 과학 연구에 자신의 조직 사용에 대해 사전 동의를 제공하는 경우 수술을 받게 됩니다.
• 연구군은 내시경적 척추관 감압술을 받으며, 이는 신경 구조물을 압박하는 조직(뼈, 인대, 관절)을 제거하고, 가능하면 변위된 추간판 조각을 제거하는 것을 포함합니다.
• 대조군은 고립된 추간판 탈출증 수술을 받으며, 이는 변위된 추간판 조각을 제거하는 것을 포함합니다.

방법 수술 전(48시간 이내)과 수술 후 2개월 후에 각 환자로부터 20ml의 정맥혈을 채취합니다.

수술 중 다음과 같은 샘플을 채취합니다:

• 척추주위 근육 조직
• 황색 인대
• 경막외 지방 조직

연구에서는 다음 방법/도구를 사용합니다:

1. 장애와 통증 강도를 위한 표준화된 설문지
2. 요추부 MRI (수술 전 정기적으로 수행됨)

3. 분자 검사

   1. 사이토카인(GDF-15, 아디프신, 바스핀, 레지스틴, 리포칼린-2, 프로그램린, 케메린, 오멘틴-1)의 mRNA 발현은 PCR을 사용하여 측정됩니다.
   2. 상용 ELISA 키트를 사용한 면역분석법을 조직 균질액과 혈청에 수행하여 단백질 농도(GDF-15, 아디프신, 바스핀, 레지스틴, 리포칼린-2, 프로그램린, 케메린, 오멘틴-1)를 결정합니다.
4. 세포 배양 및 사이토카인과 지방 조직에서 얻은 배지로 세포 자극 생물학적 물질의 1/3은 세포 배양 연구에 할당됩니다. 황색 인대, 척추주위 근육, 경막외 지방 조직 샘플은 수술 직후 채취되어 적절한 운반 매체가 들어 있는 무균 용기에 놓입니다.

모든 샘플은 채취 후 가능한 가장 짧은 시간 내에 무균 상태로 세포 배양 실험실로 즉시 운반됩니다. 실험실 도착 시, 각 조직 유형의 특성에 맞게 사전에 설정된 적절한 세포 분리 프로토콜을 거치게 됩니다.

노출 기간 후, 근육세포와 황색 인대 섬유아세포 배양에서 수집된 조건 배지 내 사이토카인, 섬유화 마커, 뼈 마커, 세포외 기질 단백질, 기질 분해 효소의 mRNA 및 단백질 수준 발현을 측정할 것입니다.