膝骨性關節炎滑膜炎性內環境調控機制及推拿治療的運用 *

王一洲 ，趙 強

(1.天津市中醫藥研究院附屬醫院，天津 300120； 2.天津中醫藥大學第一附屬醫院，天津 300380)

膝骨性關節炎(Knee osteoarthritis, KOA)是由多種生物因素和機械因素共同作用而引發的慢性、退行性骨關節病，臨床表現為膝關節周圍軟組織功能退化、功能障礙以及關節軟骨缺損引起的慢性疼痛。生理狀態下，正常軟骨細胞具有一定的分泌功能，其通過細胞外基質的重構響應關節內環境的變化并完成正常的生理代謝；病理情況下，軟骨細胞受生物因子誘導進入肥大化程序，細胞外基質過度分解，宏觀下表現為軟骨下骨硬化及軟骨缺損，由此引發了一系列病理過程，如滑膜炎、骨贅生成、軟骨下骨髓水腫等。由于其病理變化多表現在關節功能退化方面，因而KOA又被稱為退行性骨關節炎[1]。KOA的病變范圍累及關節軟骨、滑膜、軟骨下骨、肌腱、韌帶和肌肉，肌肉退變是KOA發病機制的重要一環；但其是否作為引發KOA的啟動因素仍存在一定的爭議。KOA早期滑膜炎性內環境在該病發生、發展中的重要作用則屬于普遍的共識，因此，各類關于KOA的臨床指南中，仍將非甾體抗炎藥作為KOA的一線用藥。流行病學研究[2]發現：膝關節是關節炎最常見的發生部位，尤以中老年人多發，研究顯示，截止到2020年關節炎已成為全球范圍排名第二的致殘因素，全世界約有10.7%的男性和18.3%的女性患病。其中美國KOA的患病率約為12.1%，在我國部分地區65歲以上的老年人KOA的發病率高達72.4%，全國范圍內約有1.1億KOA患者[3]。隨著我國人口老齡化進程，KOA將給越來越多的患者和家庭帶來生活負擔和經濟壓力，發掘簡、便、廉、效的KOA防治方案迫在眉睫。因此，本文將從滑膜炎癥角度對KOA的研究熱點和前沿進行總結和分析，并將推拿手法在KOA防治中的運用情況進行總結，希望能為研究者們提供相關證據和思路，提升KOA防治技術的研究水平。

1 滑膜炎是KOA早期的主要病理變化

臨床上通常將軟骨缺損和關節間隙變窄作為KOA的主要病理征象。實際上，早在放射學發生變化之前，KOA患者的滑膜中就存在炎癥反應，有研究表明：一些癥狀明顯的KOA病例在影像學檢查尚未發現明顯改變之前，通過關節鏡檢查發現滑膜炎與關節內側微量的軟骨缺損存在強烈的關聯[4]。很多磁共振(Magnetic resonance imaging, MRI)的檢查也同樣顯示，滑膜炎與KOA的進展具有相關性[5]，43%的早期KOA患者發現了滑膜炎癥狀，這類患者與同期患者相比疼痛和關節功能障礙程度更重[6]。此類研究提示：早期KOA患者的軟骨可能正在遭受滑膜炎癥的侵蝕，這為KOA的治療提供了重要的窗口期，針對早期炎癥的干預措施能夠抓住治療先機。滑膜是參與KOA炎癥反應的主要部位[7]，正常滑膜襯里有2～3層細胞，炎癥發生時，滑膜襯里細胞增生，大量巨噬細胞以及少量T細胞、B細胞浸潤，滑膜內環境呈特異性的高滲狀態[8]。從炎癥在其他慢性疾病中的作用看，慢性炎癥是關節內各組織變性的重要驅動因子，主要炎性因子包括：白細胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)、IL-6、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)等。這些生物信號分子通過自分泌或旁分泌的形式進入滑膜內環境，作為重要的第一信使參與臨近組織間的生物信號轉導過程。

1.1 IL-1β

KOA病程發展中機械因素通常是引發關節內組織器官損傷的啟動子，但機械因素并不能誘發和傳播炎癥，因此，機體通過滑膜上的免疫細胞對傷害源進行識別并向身體發出信號，這種模式被定義為損害(或危險)相關分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMP)，IL-1是最早介入DAMP調控的炎性因子之一[9]。活化的滑膜巨噬細胞通過含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Cysteinyl aspartate specific proteinase 1,caspase-1)將IL-1β加工并轉化為成熟形式，通過自分泌進入細胞外環境，之后與滑膜成纖維細胞(Fibroblast-like synoviocytes, FLS)上的IL-1受體結合[10]，激活鄰近IL-1受體上的核因子—κB (Nuclear factor kappa-B, NF-κB)，激活的NF-κB易位進入細胞核，刺激細胞外調節蛋白激酶(Extracellular regulatory protein kinases，ERK1/2)磷酸化，上調環氧合酶-2(Cyclooxygenase-2，COX-2)誘導前列腺素E2的表達(Prostaglandin E2，PGE2)[11]。IL-1β還能夠上調NF-κBp65的瞬時磷酸化水平，促進基質金屬蛋白酶13(matrix metalloproteinase 13 MMP-13)的合成[12]，發揮分解細胞外基質(extracellular matrixc, ECM)的作用，共同參與滑膜內環境的重構。

1.2 IL-6

IL-6被認為是與KOA炎癥趨化最為密切的細胞因子[13]，研究發現，IL-6在炎癥部位的升高可激活B細胞、T細胞，并介導炎癥細胞募集到炎癥部位[14]。其趨化作用與軟骨降解有關，同時與超敏反應、關節痛覺過敏亦有明顯聯系[15]，IL-6參與了KOA眾多癥狀的形成過程。IL-6通過與細胞膜上的IL-6受體或滑膜腔中可溶性白細胞介素-6受體(Soluble interleukin 6 receptor，sIL-6R)結合后發揮炎癥的跨膜信號轉導，研究顯示，髕下脂肪墊中CD4+的T細胞通過旁分泌途徑釋放IL-6和sIL-6R調控炎癥對軟骨破壞的介導[16]。另一些滑膜內組織也被證明，通過級聯IL-6上游的脂聯素、瘦素、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑等參與調控IL-6的濃度[17]。此外，已經鑒定了在IL-6啟動子中與NF-κB、環磷腺苷效應元件結合蛋白(Cycloadenosine effector element-binding protein, CREB)和激活蛋白(Activatorprotein, AP-1)具有一個或多個共有序列，它們豐富了IL-6對外源性刺激的響應機制。Yang F等[18]在研究中發現：相比正常的滑膜細胞，KOA患者的FLS中IL-6啟動子的DNA甲基化程度較低，而蛋白組學研究發現其乙酰化水平較高。IL-6的DNA甲基化轉錄起始點處有豐富的CpG結合位點，MMP13的CpG島鏈中甲基化不足同樣會誘導其表達增加，并促進編碼KOA軟骨細胞肥大化進程[19]。各種炎癥因子通過改變關鍵CpG部位的DNA甲基化程度，引起軟骨細胞中IL-1β和IL-6的長期誘導，最終形成滑膜內環境的慢性炎癥狀態[20]。

1.3 TNF-α

腫瘤壞死因子分α和β兩種類型，他們具有幾近類似的生物活性。TNF-α多由軟骨細胞、巨噬細胞和纖維母細胞等產生[21]，在分解軟骨細胞基質中具有重要意義，是KOA滑膜炎和軟骨重構的重要因子。研究[22]發現：免疫細胞募集和滑膜細胞增殖會引發缺氧的滑膜內環境，缺氧誘導因子-1α(Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)促進缺氧暴露的巨噬細胞釋放TNF-α。體外細胞實驗[23]發現：TNF-α處理的滑膜來源的B淋巴細胞，其分泌的B淋巴細胞刺激因子(B cell activating factor，BAFF)取決于HIF-1α濃度；BAFF是Ⅱ型跨膜蛋白，其對B細胞成熟和T細胞激活具有重要意義；過表達的BAFF能夠強化適應性免疫，激化滑膜內炎性反應的啟動[24]。TNF-α誘導的BAFF能夠調控滑膜組織中血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表達[25]，這也是KOA滑膜組織中少量血管侵入的主要原因；另一方面，滑膜內血管侵入也一定程度的增加了外周循環內自身免疫反應抗體的水平。與IL-1β在炎癥反應中的瞬時效應不同，TNF-α通過絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinases,MAPK)在胞外的信號調節激酶ERK，上調c-Jun氨基末端激酶(C-Jun amino-terminal kinase, JNK)的表達，特異性誘導IL-8產生和分泌，IL-8在KOA炎癥趨化的持續狀態中扮演重要角色。研究[26]發現：通過siRNA轉染的KOA滑膜細胞抑制ERK2的表達，由TNF-α誘導的IL-8 mRNA表達減弱，提示TNF-α可能通過MAPK/ERK2/JNK途徑誘導炎癥持續狀態，參與滑膜炎性內環境調控。

2 應力對KOA滑膜炎性內環境的調控作用

軟骨組織中沒有血管分布，軟骨細胞和細胞外基質(extracellular matrix,ECM)的代謝有賴于表層細胞與關節腔的物質交換。滑膜是一層纖維狀或網狀的松弛結締組織，沒有內皮層和基膜的緊密連接，這種結構使得滑膜成為關節重要的物質交換窗[27]。如上文所述，滑膜細胞清除關節腔內的代謝產物，分泌透明質酸保證關節腔內的理想物理環境，關節正常活動的頻率和應變維持滑膜組織正常的生理功能，當細胞受到向同一方向連續、恒定的外界力學刺激時，會導致細胞骨架重排，FLSs 胞內的細胞骨架蛋白通過黏附斑(Focal adhesion Plaque, FAP)與細胞膜上的整合素相連，參與胞內應力結構響應外界物理刺激的跨膜信號轉導[28]。

2.1 應力介導滑膜參與內環境調控的作用

相較于人體其他組織，關節內應力的分布相對復雜，但滑膜并不參與關節的緊密連接，并且其結構相對松弛，因此滑膜細胞在體內所受的主要應力形式是多軸拉伸應力[29]。研究[30]發現：短時間的高頻循環動態拉伸對滑膜成纖維細胞的增殖沒有明顯影響，而多軸靜態拉伸能夠促進滑膜細胞增殖，多軸靜態拉伸增加組織表面積，對細胞骨架的影響明顯，這可能是造成細胞增殖的主要原因。對于滑膜內環境而言，細胞增殖對早期炎癥是有益的。不同于滑膜細胞，巨噬細胞對周期性拉伸應力相對敏感，機械刺激能夠上調神經激肽受體1(Neurokinin receptor 1，NK1R)基因的表達，并通過抑制物質P(substance P，SP)基因和蛋白的表達來介導巨噬細胞黏附激化炎癥反應[31]。機械損傷也能引發關節炎癥級聯反應的啟動緩解，Xie C等[32]發現：當組織發生挫傷、撕裂傷時，滑膜液中檢出較高的IL-6。這與Sun I通過滑膜細胞應力超載后，培養基上清液中檢出的IL-6高表達一致，提示不良應力會介導滑膜細胞分泌炎性物質，參與調控滑膜內環境穩態[33]。

2.2 不同應力方案對滑膜的作用

雖然滑膜組織結構松弛，但滑膜成纖維細胞本身具有豐富的細胞骨架結構，因此不同的應力刺激通過對骨架結構的重排誘導滑膜細胞的各項生理功能。各種機械刺激事件中，刺激頻率和應變量是應力方案的最主要因素。研究[34]發現：應變為6%、10%、16%的靜態拉伸應力，在持續48 h的培養時間中，并未發現明顯的細胞增殖，但拉伸16%的滑膜成纖維細胞上清液中存在乳酸脫氫酶(lactic dehydrogenase，LDH)表達增高，提示應力超載可能引起滑膜細胞凋亡。不同刺激方案對炎性因子也具有不同的作用，16%靜態拉伸48 h，TNF-α mRNA的表達明顯增高，同時上清液中COX-2的表達增高，提示長期處于不良應力暴露下，會增加關節腔內的炎性因子釋放[35]。在幅度為2% 0.2 Hz 2 h與幅度為15% 0.5 Hz 2 h進行的短頻循環拉伸應力刺激下，觀察到IL-6、IL-1βmRNA的表達顯著降低[36]，提示類似正常活動的短暫間歇性應力刺激，在一定程度上能夠抑制滑膜炎性因子釋放。不同應力刺激對滑膜的分泌功能也有不同的影響，應力超載會顯著抑制透明質酸酶1(Hyalase 1，HAS-1)mRNA的表達，而2%的靜態拉伸應力能夠促進透明質酸的分泌[37]。

3 推拿防治KOA炎癥相關機制的研究現狀

推拿手法是一種具有特定頻率和幅度的外源性機械刺激。大量臨床研究證實，推拿手法對KOA的療效顯著，推拿手法的相關機制研究也在不斷深入。曲崇正等[38]發現：通過具有松解特性的推拿手法治療后，能夠顯著降低血清Ⅱ型膠原羧基端端肽(type-Ⅱcollagencarboxy terminal peptide，CTX-Ⅱ)的表達，調控關節軟骨分解代謝。薛明新等[39]發現：膏摩法能夠明顯降低KOA模型兔血清NO、IL-1、LTB4、CTX-Ⅱ的含量，調控KOA的炎癥啟動子，減輕軟骨分解代謝。韋嵩等[40]運用可視針刀對KOA兔經髕韌帶入路，對內、外側副韌帶，髕韌帶，髕下脂肪墊等組織進行松解，結果顯示對髕骨下極的松解能夠減輕軟骨破壞。其機制可能是通過下調TLR4，抑制髓樣分化因子(MyD88)、NF-κB的表達，進一步調控炎癥趨化和IL-1R受體的活化。無論是針刀還是推拿手法，充分的松解關節固定裝置，減輕滑膜皺襞和髕股關節面的應力集中，這一思路是目前調控應力解決早期炎癥變化的關鍵。劉菲等[41]通過彈撥、拉伸、搖膝等具有多向拉伸作用的手法治療KOA，結果顯示，手法治療能夠明顯提升患者活動功能，p38蛋白激酶(p38MAPK)和 NF-κB的血清濃度，這與多項前文提及的細胞實驗相符。滑膜是推拿手法的直接作用器官，膝關節的推拿操作大多具有以髕骨為杠桿的多軸拉伸作用，手法具有降低KOA患者血清炎性因子的作用，可能是通過適度的拉伸啟動滑膜機械-生物信號轉導通路發揮作用的。

4 小 結

本文就膝關節骨性關節炎發病機制中炎癥和應力介導的相關環節進行了探討，從目前的研究來看，滑膜炎是比較公認的早期癥狀，對KOA病程發展具有重要意義，后期關節軟骨病變和重構亦有炎癥參與調節。部分學者認為，應力是KOA發病中的獨立因素。筆者總結發現，應力失調與滑膜炎在時間和參與器官上均有可能的相關性。推拿具有調節肌肉張力、松解關節粘連、改善骨骼代謝的作用，從上文的總結以及其他的一些研究中可以看出，推拿治療能夠調節關節內應力，介導滑膜內環境調控，減輕滑膜炎癥，促進軟骨保護，其可能的相關通路和介質包括：MAPK、Wnt、Notch、MCP-1、TLR、NF-κB和TGFβ等。由于KOA發展過程中各種因素之間的復雜作用，在未來的研究中我們更不能忽視各種因素之間的串擾。推拿手法防治KOA療效確切，患者易于接受，作為一種單純的機械刺激方案，推拿手法的應用對減輕患者鎮痛藥物濫用、改善關節功能具有重大意義，希望通過筆者的整理和發掘為KOA防治方案的研究提供新的思路。