手法对膝骨关节炎系统生物学影响的研究概况

2016-05-14田林戴七一戴子一罗荣宇蓝崇魏纪湖

风湿病与关节炎 2016年8期

田林戴七一戴子一罗荣宇蓝崇魏纪湖

【摘要】手法治疗作为一种安全有效的膝骨关节炎治疗方法，疗效已得到临床研究的证实。手法治疗的作用机制及系统生物学变化已成为业界研究热点。但膝骨关节炎的发病机制十分复杂，尚需要进一步研究其直接作用机制，并探讨不同证型膝骨关节炎间的代谢环境变化差异。通过对手法治疗膝骨关节炎系统生物学影响的研究文献进行归纳综述，试探讨手法治疗膝骨关节炎的作用机制，为临床防治膝骨关节炎提供新的参考依据。

【关键词】骨关节炎，膝；手法治疗；系统生物学；文献综述

膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是一种以关节疼痛及活动障碍为主要临床表现的骨科常见疾病，具有发病率高、病程长、预后差、医疗费用高等特点[1-4]。有关资料显示，老年女性放射学KOA患病率高达46.6%，临床患病率为15.4%；老年男性放射学和临床KOA患病率分别为27.6%和7.1%[5]。同时，由于大多数KOA缺乏明确病因，所以难以找到针对性的特效干预和控制手段[6]。随着关节软骨的慢性、渐进性退行性改变，KOA发展到中晚期表现为关节功能丧失，甚至残障，严重影响患者生活质量，造成巨大的社会和经济负担[7]。

目前，公认的KOA病因主要有关节软骨生化代谢紊乱、性激素内环境紊乱、氧自由基氧化损伤、生物力学失衡、骨内压升高等。由于本病病因及发病机制尚未完全明确，临床对于KOA的治疗多采用药物对症治疗控制病情，但却无法避免诸如胃肠反应等副作用[8]。相关实验及临床研究表明，手法治疗作为一种安全有效的KOA干预措施，其临床效果已得到国内外多中心、随机对照试验的证实[9-10]。但手法治疗对KOA的机制十分复杂，尚需要进一步归纳研究。

1 中医学对KOA的认识

中医学认为，KOA属“痹证”范畴，是一种本虚标实的疾病[11-12]。KOA患者多肝肾亏虚、气血不足，本虚则易受邪。肾主骨，肾虚髓亏，骨骼失养，则可退变出现骨质增生。关节软骨中医称为“筋”“肝主筋”，肝血亏虚，筋脉失养，则易磨损失用，《素问·脉要精微论》曰：“膝者，筋之府，屈伸不能，行则偻附，筋将疲矣。”在本虚的基础上，或外感风寒湿邪，内阻经络；或邪从内生，瘀血阻络，痰瘀互结等，变证丛生，不一而足，形成KOA的复杂病因病机[12]。

2 系统生物学理论对KOA的认识

现代医学研究表明，KOA是一种多因素、涉及多个分子网络调节的疾病。一般认为KOA的病因有生物力学因素、遗传因素、外源性因素等，累及关节滑膜、软骨及膝周软组织产生炎症代谢反应，主要表现为关节软骨的退变、软骨细胞外基质（ECM）的降解及关节周围骨赘的形成，同时可伴有软骨下骨硬化、滑膜炎性变等，其中关节软骨生化代谢异常已经成为热点研究内容。关节软骨主要由软骨细胞和ECM构成，软骨细胞合成大量的Ⅱ型胶原及蛋白聚糖（PG）等物质，并分泌到ECM中，构成复杂的网架结构，调节细胞的生理活动。蛋白聚糖可使关节软骨具有很好的弹性和抗压性，不仅具有连接、保水、抗压等物理学作用，也具有传递细胞信号、调节细胞基本生命活动等生物学功能[13]。基因组学、蛋白质组学及代谢组学作为系统生物学三大主要组成部分，随着科研技术的发展和业界研究的不断深入，对KOA机体的变化已经深入到代谢层次研究和探索。本文主要对手法干预下KOA机体蛋白质组学及代谢组学的影响变化做如下综述。

2.1 基质金属蛋白酶（MMPs）与KOA MMPs是人体内的一群内肽酶系统，现已发现20多种。根据MMP底物的特异性可分为：胶原酶（主要包括MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18），明胶酶（主要包括MMP-2、MMP-9），膜型金属蛋白酶（主要包括MMP-14、MMP-15、MMP-16等），间充质溶解素类（主要包括MMP-3、MMP-10、MMP-11），两种基质溶素（主要包括MMP-7、MMP-26）[14]。国内外相关研究证实，MMPs是构成ECM降解最主要的蛋白水解系统[15]。其中MMP-1、MMP-3、MMP-8、MMP-13等MMPs类通过破坏ECM来影响软骨细胞降解和重组之间的动态平衡，从而破坏关节内微环境、扰乱细胞功能。蛋白聚糖的丢失、降解引起ECM合成代谢与分解代谢的失衡被认为在骨关节炎（osteoarthritis，OA）早期病变中起着重要的起始作用。

正常情况下，MMPs不会过度表达，因体内存在其抑制因子——基质金属蛋白酶抑制剂（TIMPs），TIMPs能与MMPs的催化位点结合使其失活，同时也能与MMPs酶原的部分位点结合进而阻止其酶原激活，避免了MMPs水解ECM。现已发现，单纯的TIMPs增加相对较少，而软骨破坏程度与MMPs/TIMPs比例失衡呈正相关则被更多人认可。因此，针对OA软骨组织中MMPs及TIMPs的深入研究将有助于进一步明确OA发病机制。

2.2 细胞因子与OA 软骨降解是软骨退变的一个重要方面。大量研究证实，软骨降解与细胞因子表达异常有关[15]。正常情况下，ECM的分解与合成代谢平衡是通过分解性细胞因子和合成性细胞因子（即生长因子）的平衡来维持的。分解性细胞因子如白细胞介素-1（IL-1）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、肿瘤坏死因子-β（TNF-β）、白细胞介素-6（IL-6），通过细胞信号转导通路的级联放大作用刺激特定MMPs的生成，而引起基质的降解。并可通过刺激滑膜细胞增殖和变性，诱导炎性介质形成，促进滑膜细胞MMPs分泌，抑制或干扰软骨细胞及表型表达等。其中IL-1、TNF-β、TNF-α是OA发病机制中重要介质。OA发生时关节滑膜细胞大量增殖，造成IL-1、TNF-α分泌过度并释放入血。从而引发多型核细胞激活、前列腺素E2过度释放及MMPs合成和分泌等一系列反应，最终造成关节软骨的破坏和降解。IL-1、TNF-α主要引发自身免疫反应和无菌性滑膜炎症，而在上述一系列反应后，在MMPs作用下软骨细胞合成蛋白聚糖及促进Ⅱ型胶原转化为I型胶原的作用被抑制，导致关节组织持续损伤、软骨基质被加速降解，最终引发软骨缺损和生物力学改变。可见IL-1、TNF-α、MMP-3在OA病情进展中具有潜在的协同效应[16-19]。

2.3 代谢组物质与KOA 随着系统生物学研究的不断深入和“基因组学-蛋白质组学-代谢组学”科研纵轴的发展。代谢组物质是基因表达和蛋白质代谢的最终产物。通过利用现代分析检测技术和磁共振、色谱、质谱联用的计算机分析方法，对KOA血清样本中的代谢组物质（相对分子量 < 1000）进行系统化分析，能够精准反映KOA机体的变化，并对基因组和蛋白质组学的影响变化起到放大作用[20]。分析KOA患者的代谢组学变化，对探究手法干预下的细胞通路选择、力学信号的释放与传递及能量变化等影响具有重要意义。相关实验研究表明，经磁共振波谱仪检测的KOA血清样本，在氧嘌呤醇、甲硫氨酸含量方面与正常组存在明显差异，并在PCA得分图和PLS-DA载荷图上得到了证实。显著性差异代谢物有甲硫氨酸、氨基乙酸、羟嘌呤醇、α-酮戊二酸、羟丁氨酸等11种氨基酸及肌酐、乳酸、甲醇、乙酸盐等代谢组物质[21]。

其中S-腺苷甲硫氨酸（甲硫氨酸的活性成分，SAM）具有改善细胞代谢过程中生理活性的作用，参与三羧酸循环、硫化甲基化等多种氨基酸代谢反应，不仅参与神经递质、激素等大分子物质的合成和代谢，还具有抗氧化剂形成、解毒抗炎及组织修复等作用。氨基酸类代谢组物质在促进软骨生成与修复、选择性抑制前列腺素α-2方面表现出良好的成效[22-23]。

3 手法治疗KOA

《医宗金鉴·正骨心法要旨·手法释义》阐释手法治疗机制为：“按其经络，以通郁闭之气，摩其壅聚，以散瘀结之肿。”手法治疗KOA主要意图在于尽量扩大髌骨活动度、发挥伸膝装置的力学效益，促进关节血液循环，松解关节周围组织粘连、增加髌骨活动度，增强膝关节的活动范围、扩大关节间隙，从而协同降低膝关节内压，同时改善膝关节周围及关节囊的血液循环，增强关节营养供给，加快软骨代谢物质效率，进而减缓关节软骨组织的退变[24]。

手法治疗KOA作为中医骨伤的特色疗法，大量临床病例和实验研究证实，手法可明显缓解症状，改善关节功能。叶枫[25]继承陈福林老中医的思想，强调手法治疗前要先进行手法诊断，只有“知其体相”，才能“识其部位”，认为手法主要是通过恢复“筋主司一身运动”之功能，而达到治疗目的。吕亚南等[26]通过点穴舒筋手法调气、运气和飞经走气，以舒筋解痉、消散筋结、疏经通络止痛，针对性地对“筋结”进行处理，取得了良好的临床效果。王衍全等[27]使用六指六穴（血海、阴谷穴、内膝眼、梁丘、膝阳关穴、外膝眼）点压及膝关节旋转屈伸手法，调补肝肾、行气止痛、活血化瘀。中医学认为，胃为气血生化之源，脾主肌肉，血海、梁丘分别为胃经和脾经腧穴，以达调和气血、协调肌肉之目的。肝主筋、肾主骨，膝阳关穴、阴谷穴在胆经及肾经，选此2穴以补肝肾、强筋骨；内外膝眼作为膝前奇穴而被选用，以奏活血定痛之功。在点按六穴基础上加旋转屈伸手法可解除交锁，松解关节粘连，保持关节力学平衡，调节关节活动度。

随着代谢组学及中医循证医学的发展，近年来关于手法治疗KOA的分子生物学研究业已成为科研热点，将有助于进一步从分子水平明确KOA发病机制、探讨手法对KOA治疗取效的可能作用机制，为临床上治疗KOA提供新的靶点。朱鸿飞等[28]

通过模拟按压手法进行动物实验研究表明，手法能降低体内MMP-13、TNF-α含量，促进整合素α1、β1释放，改善软骨细胞外基质代谢，诱导组织抗炎，抑制软骨基质破坏。对比软骨形态学变化，经Mankin评分后发现，手法治疗后关节软骨病理损害程度较对照组轻。王春林等[29]研究证实，手法可降低关节液中TNF-α、IL-1β等浓度，抑制软骨基质降解和软骨破坏，达到软骨损伤修复的目的。戴七一等[30-32]研究证实，手法对于上调抑制凋亡基因Bcl-2表达，下调促进凋亡基因Bax和Fas表达具有统计学意义。手法可明显促进软骨细胞增殖[28]，这可能反映了手法临床取效的原因。手法对动物模型血常规变化无明显的影响作用[29]；但能明显降低血清MMP-9、MMP-13、IL-1β、IL-6、TNF-α含量，升高TIMP-1的含量，降低MMP-9/TIMP-1比值，这可能是手法延缓膝关节软骨组织退变的机制之

一[33-36]。杜宁[37]经过基础实验研究推测手法治疗KOA的机制为：①手法能改善关节周围代谢环境，促进炎性物质吸收和软骨细胞新陈代谢，减缓软骨退变。②增加抗炎介质和修复因子的表达，抑制免疫损害，增强软骨细胞的功能，延缓病理进程。③刺激相关胶原基因mRNA的表达，增加Ⅱ型胶原蛋白合成，维持软骨的结构和数量，同时促进软骨的修复。这可能是手法治疗KOA最直接的证据表现；但不同手法对KOA代谢组学的影响基本相同，而不同证型间KOA的代谢经手法治疗后未见明显细微差异。

综上所述，手法作为一种力学干预因素，在治疗KOA的过程中，经ECM-整合素-细胞骨架信号传导通路实现力学因素的干预，引发软骨细胞内一系列生化反应和代谢组学变化，有效延缓软骨细胞的退变和降解，最终改善KOA症状及关节功能。根据代谢组学和分子生物学相关数据变化，明确手法干预的作用途径，探讨其具体信号传导机制，指导临床调整手法作用的力量、频率及治疗周期，尚需进一步研究。

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