요추 후관절 활액막액이 척추 황색인대의 비대화와 골화에 미치는 영향

Abstract

[한글]요추 척추관 협착증에서 흔히 동반하는 후관절의 퇴행성 변화가 황색인대의 변화와 관계 있는지 방사선학적으로 알아보고, 시험관내에서 분리 배양한 황색인대 세포를 요추 척추관 협착증 환자의 후관절에서 얻은 활액막액으로 자극하였을 때, 후관절의 활액막액이 황색인대 세포의 증식, 교원질 생성 및 골형성에 어떤 영향을 끼치는 지에 대하여 알아보고자 하였다.60세에서 70세 사이의 요추부 통증으로 척추 자기공명 영상검사를 시행한 80명의 환자에서 제4-5요추 후관절의 퇴행성 변화 정도와 추간판의 퇴행성 변화 정도, 추간판의 높이, 황색인대의 두께를 측정하여 그 연관성을 비교 분석하였다. 또한 요추 척추관 협착증 환자의 수술 시 얻은 황색인대와 후관절의 활액막액을 배양하였다. 활액막 상층액을 처리하여 황색인대 세포를 배양한 실험군과, 처리하지 않은 대조군으로 나누어 실험하였다. 세포의 대사 활성 및 생존력을 확인하기 위해 alamarblue assay를 실시하였고, 골형성 관련 유전자 및 osteocalcin, 그리고 교원질 유전자의 변화를 확인하고자 RT-PCR을 통하여 분석하였다. 골형성 능력을 알아보기 위해alkaline phosphatase 염색을 실시하였고, western blot을 이용하여 osteocalcin 단백질 발현 정도를 알아보았다.방사선학적으로 후관절의 퇴행변화가 심할수록 척추 황색인대의 두께가 증가됨을 알 수 있었다. (p<0.05)Aalamarblue assay를 한 결과, 황색인대 세포에 활액막액이 무독성인 것을 확인하였으며, 실험군에서 골형성 전사인자인 Dlx5, Runx2, 그리고 osterix의 mRNA발현이 대조군에 비해 유의하게 증가하였으며, osteocalcin과 교원질의 mRNA의 발현 역시 급격한 증가를 보였고, alkaline phosphatase 염색을 통해 골화가 진행되는 것을 확인할 수 있었고 western blot을 통해 골형성 표지자인 osteocalcin 단백질의 발현이 증가함을 알 수 있었다.즉 척추 후관절의 퇴행성 변화가 심할수록 척추 황색인대가 비대해지는 것을 방사선학적으로 알 수 있었으며, 요추 척추관 협착증 환자로부터 추출한 요추 후관절의 활액막 상층액은 황색인대 세포의 증식 및 골형성 인자 발현과 교원질 발현을 증가시켰다. 따라서 척추 후관절의 퇴행 변화는 황색인대의 비후 및 골화에 중요한 영향을 끼치는 것으로 생각된다.

[영문]Hypertrophy or ossification of ligamentum flavum is caused by genetics, aging, repetitive stretching, and various local factors including cytokines. It is well known that degenerative facet joint synovium spontaneously produces inflammatory cytokines and catabolic enzymes like knee joint. Therefore degenerated facet joint synovial fluid might render important mechanism of hypertrophy and ossification of ligamentum flavum, which is one of pathomechanisms of spinal stenosis. Our study was performed to evaluate the effect of degenerated facet joint synovial fluid on ligamentum flavum cells radiographically and biochemically and to identify the role of degenerated facet joint synovial fluid in the pathogenesis of ligamentum flavum hypertrophy and ossification.Magnetic resonance images of lumbar spine in eighty patients with seventh decade who had lower back pain, were reviewed to check correlation between the degree of facet joint degeneration and ligamentum flavum hypertrophy and the grade of disc degeneration and disc height.Interlaminar portion of the ligamentum flavum and synovial fluid of degenerated facet joint were collected during surgical procedures with spinal stenosis. Ligamentum flavum cells were cultured. For comparable study, specimens were divided into two groups. In experimental group(30), synovial supernatant was added to ligamentum flavum cells. In the control group(30), only ligamentum flavum cells were used. Cytotoxicity was analyzed by alamarblue assay. The mRNA expression of Dlx5, Runx2, Osterix, osteocalcin were calculated via RT-PCR. The mRNA expression of type I, III, V and XI collagen were performed by RT-PCR and measured with densitometry. Alkaline phosphatase stain for biochemical assay and western blotting for osteocalcin protein expression were performed.Radiographically, the facet joint degeneration was positively correlated with the thickness of ligamentum flavum. Biochemically, there was no cytotoxicity in LF cells treated with facet joint synovial supernatants. There were significant increase in mRNA expression of Dlx5, Runx2, osterix, osteocalcin, type I, III, V and XI collagen in ligamentum flavum cultures with synovial supernatant. LF cell culture with synovial supernatant demonstrated strong positive stains for alkaline phosphatase and increased expression of osteocalcin protein compared with the control group. Degenerated facet joint synovial fluid might provide an important pathomechanisms in hypertrophy and ossification of the ligamentum flavum. Degenerated facet joint synovial fluid can influence ligamentum flavum via inflammatory cytokines and cause hypertrophy and ossification of the ligamentum flavum, making spinal stenosis.