腰部脊柱管狭窄症に関連したFlavum靭帯の超微細構造変化の分子プロファイル

Molecular profile of ultrastructure changes of the ligamentum flavum related to lumbar spinal canal stenosis.

• Eliezer Sidon
• Shai S Shemesh
• Lisa Mor-Yossef Moldovan
• Yarden Wiesenfeld
• Nissim Ohana
• Dafna Benayahu

抄録

腰部脊柱管狭窄症（LSCS）は、腰部神経内容物の圧迫を引き起こすFlavum靭帯（LF）の肥大によって観察される変性疾患である。糖尿病（DM）はこの疾患の危険因子であり、私たちはこれまでにDMがLSCS患者の線維化と弾性繊維の喪失を増加させることを示してきました。本研究の目的は、この臨床病態の発症に関与するタンパク質を探し出し、タンパク質発現に及ぼすDMの影響を明らかにすることであった。LSCSと診断された患者（中にはDMと診断された患者もいる）から採取したLF組織を、パルプ状核ヘルニア（HNP）と診断された患者から採取したLFと比較した。組織を質量分析法で分析し、タンパク質プロファイルの変化を調べた。その結果、LSCS/DM患者のLFでは、プロテオグリカン蛋白質と潜在形質転換成長因子β結合蛋白質（LTBP2およびLTBP4）のレベルが有意に高いことがわかった。さらに、HTRAセリンプロテアーゼ1とインスリン様成長因子結合タンパク質5の増加が認められた。また、より高い線維化は、炎症に関連するタンパク質およびより遅い組織修復に関連していた。コラーゲン６およびトランスフォーミング成長因子インヒビターは、組織修復に関連する抗炎症性Ｍ２経路の活性化に関連していた。LSCS/DMにおけるこれらのタンパク質発現の減少は、M1プロ炎症性経路のレベルの増加および活性化と関連している。興味深いことに、補体複合体のC3およびC4bメンバーとマンノース受容体様タンパク質(CLEC18)の類似タンパク質は、LSCS/DM患者のサンプルでのみ検出可能であった。組織学的解析の結果、糖尿病患者の高血糖状態により炎症が誘導され、マトリックス組成の変化に関与していることが明らかになった。このことから、LFに影響を及ぼす炎症経路に関連した蛋白質プロファイルは、高血糖状態下では変性疾患を発症しやすくなることが示唆された。

Lumbar spinal canal stenosis (LSCS) is a degenerative disease observed by hypertrophy of the ligamentum flavum (LF) that cause compression of the lumbar neural content. Diabetes mellitus (DM) is a risk factor for the disease and we have shown previously that DM increases the fibrosis and elastic fiber loss in patients with LSCS. The purpose of this study was to find the proteins that play a role in the development of this clinical pathogenesis and the effect of DM on protein expression. LF tissue retrieved from patients diagnosed with LSCS, some were also diagnosed with DM, were compared with LF from patients diagnosed with herniated nucleus pulposus (HNP). The tissues were analyzed by mass spectrometry for proteins profile alteration. We found that LF of LSCS/DM patients exhibited significantly higher levels of proteoglycan proteins and latent transforming growth factor β-binding protein (LTBP2 and LTBP4). Additionally, an increase of HTRA serine protease 1 and insulin-like growth factor binding protein-5 were noted. The higher fibrosis was also associated with proteins related to inflammation and slower tissue repair. Collagen 6 and transforming growth factor inhibitor are related to activation of the anti-inflammatory M2 pathway that is associated with tissue repair. The decrease of these proteins expression in LSCS/DM is associated with increased levels and activation of M1 pro-inflammatory pathways. Interestingly, C3 and C4b members of the complement complex and mannose receptor-like protein (CLEC18) paralogous proteins were detectable solely at the LSCS/DM patients' samples. Histology analysis shows that inflammatory was induced by the hyperglycemic conditions in diabetic patients involve in altering the matrix compositions. Thus, the protein profiles associated with inflammatory pathways affecting the LF suggested increasing susceptibility of developing the degeneration under hyperglycemic conditions.

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