膝骨性关节炎滑膜炎性内环境调控机制及推拿治疗的运用 *

王一洲 ，赵 强

(1.天津市中医药研究院附属医院，天津 300120； 2.天津中医药大学第一附属医院，天津 300380)

膝骨性关节炎(Knee osteoarthritis, KOA)是由多种生物因素和机械因素共同作用而引发的慢性、退行性骨关节病，临床表现为膝关节周围软组织功能退化、功能障碍以及关节软骨缺损引起的慢性疼痛。生理状态下，正常软骨细胞具有一定的分泌功能，其通过细胞外基质的重构响应关节内环境的变化并完成正常的生理代谢；病理情况下，软骨细胞受生物因子诱导进入肥大化程序，细胞外基质过度分解，宏观下表现为软骨下骨硬化及软骨缺损，由此引发了一系列病理过程，如滑膜炎、骨赘生成、软骨下骨髓水肿等。由于其病理变化多表现在关节功能退化方面，因而KOA又被称为退行性骨关节炎[1]。KOA的病变范围累及关节软骨、滑膜、软骨下骨、肌腱、韧带和肌肉，肌肉退变是KOA发病机制的重要一环；但其是否作为引发KOA的启动因素仍存在一定的争议。KOA早期滑膜炎性内环境在该病发生、发展中的重要作用则属于普遍的共识，因此，各类关于KOA的临床指南中，仍将非甾体抗炎药作为KOA的一线用药。流行病学研究[2]发现：膝关节是关节炎最常见的发生部位，尤以中老年人多发，研究显示，截止到2020年关节炎已成为全球范围排名第二的致残因素，全世界约有10.7%的男性和18.3%的女性患病。其中美国KOA的患病率约为12.1%，在我国部分地区65岁以上的老年人KOA的发病率高达72.4%，全国范围内约有1.1亿KOA患者[3]。随着我国人口老龄化进程，KOA将给越来越多的患者和家庭带来生活负担和经济压力，发掘简、便、廉、效的KOA防治方案迫在眉睫。因此，本文将从滑膜炎症角度对KOA的研究热点和前沿进行总结和分析，并将推拿手法在KOA防治中的运用情况进行总结，希望能为研究者们提供相关证据和思路，提升KOA防治技术的研究水平。

1 滑膜炎是KOA早期的主要病理变化

临床上通常将软骨缺损和关节间隙变窄作为KOA的主要病理征象。实际上，早在放射学发生变化之前，KOA患者的滑膜中就存在炎症反应，有研究表明：一些症状明显的KOA病例在影像学检查尚未发现明显改变之前，通过关节镜检查发现滑膜炎与关节内侧微量的软骨缺损存在强烈的关联[4]。很多磁共振(Magnetic resonance imaging, MRI)的检查也同样显示，滑膜炎与KOA的进展具有相关性[5]，43%的早期KOA患者发现了滑膜炎症状，这类患者与同期患者相比疼痛和关节功能障碍程度更重[6]。此类研究提示：早期KOA患者的软骨可能正在遭受滑膜炎症的侵蚀，这为KOA的治疗提供了重要的窗口期，针对早期炎症的干预措施能够抓住治疗先机。滑膜是参与KOA炎症反应的主要部位[7]，正常滑膜衬里有2～3层细胞，炎症发生时，滑膜衬里细胞增生，大量巨噬细胞以及少量T细胞、B细胞浸润，滑膜内环境呈特异性的高渗状态[8]。从炎症在其他慢性疾病中的作用看，慢性炎症是关节内各组织变性的重要驱动因子，主要炎性因子包括：白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)、IL-6、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)等。这些生物信号分子通过自分泌或旁分泌的形式进入滑膜内环境，作为重要的第一信使参与临近组织间的生物信号转导过程。

1.1 IL-1β

KOA病程发展中机械因素通常是引发关节内组织器官损伤的启动子，但机械因素并不能诱发和传播炎症，因此，机体通过滑膜上的免疫细胞对伤害源进行识别并向身体发出信号，这种模式被定义为损害(或危险)相关分子模式(damage-associated molecular patterns, DAMP)，IL-1是最早介入DAMP调控的炎性因子之一[9]。活化的滑膜巨噬细胞通过含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Cysteinyl aspartate specific proteinase 1,caspase-1)将IL-1β加工并转化为成熟形式，通过自分泌进入细胞外环境，之后与滑膜成纤维细胞(Fibroblast-like synoviocytes, FLS)上的IL-1受体结合[10]，激活邻近IL-1受体上的核因子—κB (Nuclear factor kappa-B, NF-κB)，激活的NF-κB易位进入细胞核，刺激细胞外调节蛋白激酶(Extracellular regulatory protein kinases，ERK1/2)磷酸化，上调环氧合酶-2(Cyclooxygenase-2，COX-2)诱导前列腺素E2的表达(Prostaglandin E2，PGE2)[11]。IL-1β还能够上调NF-κBp65的瞬时磷酸化水平，促进基质金属蛋白酶13(matrix metalloproteinase 13 MMP-13)的合成[12]，发挥分解细胞外基质(extracellular matrixc, ECM)的作用，共同参与滑膜内环境的重构。

1.2 IL-6

IL-6被认为是与KOA炎症趋化最为密切的细胞因子[13]，研究发现，IL-6在炎症部位的升高可激活B细胞、T细胞，并介导炎症细胞募集到炎症部位[14]。其趋化作用与软骨降解有关，同时与超敏反应、关节痛觉过敏亦有明显联系[15]，IL-6参与了KOA众多症状的形成过程。IL-6通过与细胞膜上的IL-6受体或滑膜腔中可溶性白细胞介素-6受体(Soluble interleukin 6 receptor，sIL-6R)结合后发挥炎症的跨膜信号转导，研究显示，髌下脂肪垫中CD4+的T细胞通过旁分泌途径释放IL-6和sIL-6R调控炎症对软骨破坏的介导[16]。另一些滑膜内组织也被证明，通过级联IL-6上游的脂联素、瘦素、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂等参与调控IL-6的浓度[17]。此外，已经鉴定了在IL-6启动子中与NF-κB、环磷腺苷效应元件结合蛋白(Cycloadenosine effector element-binding protein, CREB)和激活蛋白(Activatorprotein, AP-1)具有一个或多个共有序列，它们丰富了IL-6对外源性刺激的响应机制。Yang F等[18]在研究中发现：相比正常的滑膜细胞，KOA患者的FLS中IL-6启动子的DNA甲基化程度较低，而蛋白组学研究发现其乙酰化水平较高。IL-6的DNA甲基化转录起始点处有丰富的CpG结合位点，MMP13的CpG岛链中甲基化不足同样会诱导其表达增加，并促进编码KOA软骨细胞肥大化进程[19]。各种炎症因子通过改变关键CpG部位的DNA甲基化程度，引起软骨细胞中IL-1β和IL-6的长期诱导，最终形成滑膜内环境的慢性炎症状态[20]。

1.3 TNF-α

肿瘤坏死因子分α和β两种类型，他们具有几近类似的生物活性。TNF-α多由软骨细胞、巨噬细胞和纤维母细胞等产生[21]，在分解软骨细胞基质中具有重要意义，是KOA滑膜炎和软骨重构的重要因子。研究[22]发现：免疫细胞募集和滑膜细胞增殖会引发缺氧的滑膜内环境，缺氧诱导因子-1α(Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)促进缺氧暴露的巨噬细胞释放TNF-α。体外细胞实验[23]发现：TNF-α处理的滑膜来源的B淋巴细胞，其分泌的B淋巴细胞刺激因子(B cell activating factor，BAFF)取决于HIF-1α浓度；BAFF是Ⅱ型跨膜蛋白，其对B细胞成熟和T细胞激活具有重要意义；过表达的BAFF能够强化适应性免疫，激化滑膜内炎性反应的启动[24]。TNF-α诱导的BAFF能够调控滑膜组织中血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达[25]，这也是KOA滑膜组织中少量血管侵入的主要原因；另一方面，滑膜内血管侵入也一定程度的增加了外周循环内自身免疫反应抗体的水平。与IL-1β在炎症反应中的瞬时效应不同，TNF-α通过丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen Activated Protein Kinases,MAPK)在胞外的信号调节激酶ERK，上调c-Jun氨基末端激酶(C-Jun amino-terminal kinase, JNK)的表达，特异性诱导IL-8产生和分泌，IL-8在KOA炎症趋化的持续状态中扮演重要角色。研究[26]发现：通过siRNA转染的KOA滑膜细胞抑制ERK2的表达，由TNF-α诱导的IL-8 mRNA表达减弱，提示TNF-α可能通过MAPK/ERK2/JNK途径诱导炎症持续状态，参与滑膜炎性内环境调控。

2 应力对KOA滑膜炎性内环境的调控作用

软骨组织中没有血管分布，软骨细胞和细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的代谢有赖于表层细胞与关节腔的物质交换。滑膜是一层纤维状或网状的松弛结缔组织，没有内皮层和基膜的紧密连接，这种结构使得滑膜成为关节重要的物质交换窗[27]。如上文所述，滑膜细胞清除关节腔内的代谢产物，分泌透明质酸保证关节腔内的理想物理环境，关节正常活动的频率和应变维持滑膜组织正常的生理功能，当细胞受到向同一方向连续、恒定的外界力学刺激时，会导致细胞骨架重排，FLSs 胞内的细胞骨架蛋白通过黏附斑(Focal adhesion Plaque, FAP)与细胞膜上的整合素相连，参与胞内应力结构响应外界物理刺激的跨膜信号转导[28]。

2.1 应力介导滑膜参与内环境调控的作用

相较于人体其他组织，关节内应力的分布相对复杂，但滑膜并不参与关节的紧密连接，并且其结构相对松弛，因此滑膜细胞在体内所受的主要应力形式是多轴拉伸应力[29]。研究[30]发现：短时间的高频循环动态拉伸对滑膜成纤维细胞的增殖没有明显影响，而多轴静态拉伸能够促进滑膜细胞增殖，多轴静态拉伸增加组织表面积，对细胞骨架的影响明显，这可能是造成细胞增殖的主要原因。对于滑膜内环境而言，细胞增殖对早期炎症是有益的。不同于滑膜细胞，巨噬细胞对周期性拉伸应力相对敏感，机械刺激能够上调神经激肽受体1(Neurokinin receptor 1，NK1R)基因的表达，并通过抑制物质P(substance P，SP)基因和蛋白的表达来介导巨噬细胞黏附激化炎症反应[31]。机械损伤也能引发关节炎症级联反应的启动缓解，Xie C等[32]发现：当组织发生挫伤、撕裂伤时，滑膜液中检出较高的IL-6。这与Sun I通过滑膜细胞应力超载后，培养基上清液中检出的IL-6高表达一致，提示不良应力会介导滑膜细胞分泌炎性物质，参与调控滑膜内环境稳态[33]。

2.2 不同应力方案对滑膜的作用

虽然滑膜组织结构松弛，但滑膜成纤维细胞本身具有丰富的细胞骨架结构，因此不同的应力刺激通过对骨架结构的重排诱导滑膜细胞的各项生理功能。各种机械刺激事件中，刺激频率和应变量是应力方案的最主要因素。研究[34]发现：应变为6%、10%、16%的静态拉伸应力，在持续48 h的培养时间中，并未发现明显的细胞增殖，但拉伸16%的滑膜成纤维细胞上清液中存在乳酸脱氢酶(lactic dehydrogenase，LDH)表达增高，提示应力超载可能引起滑膜细胞凋亡。不同刺激方案对炎性因子也具有不同的作用，16%静态拉伸48 h，TNF-α mRNA的表达明显增高，同时上清液中COX-2的表达增高，提示长期处于不良应力暴露下，会增加关节腔内的炎性因子释放[35]。在幅度为2% 0.2 Hz 2 h与幅度为15% 0.5 Hz 2 h进行的短频循环拉伸应力刺激下，观察到IL-6、IL-1βmRNA的表达显著降低[36]，提示类似正常活动的短暂间歇性应力刺激，在一定程度上能够抑制滑膜炎性因子释放。不同应力刺激对滑膜的分泌功能也有不同的影响，应力超载会显著抑制透明质酸酶1(Hyalase 1，HAS-1)mRNA的表达，而2%的静态拉伸应力能够促进透明质酸的分泌[37]。

3 推拿防治KOA炎症相关机制的研究现状

推拿手法是一种具有特定频率和幅度的外源性机械刺激。大量临床研究证实，推拿手法对KOA的疗效显著，推拿手法的相关机制研究也在不断深入。曲崇正等[38]发现：通过具有松解特性的推拿手法治疗后，能够显著降低血清Ⅱ型胶原羧基端端肽(type-Ⅱcollagencarboxy terminal peptide，CTX-Ⅱ)的表达，调控关节软骨分解代谢。薛明新等[39]发现：膏摩法能够明显降低KOA模型兔血清NO、IL-1、LTB4、CTX-Ⅱ的含量，调控KOA的炎症启动子，减轻软骨分解代谢。韦嵩等[40]运用可视针刀对KOA兔经髌韧带入路，对内、外侧副韧带，髌韧带，髌下脂肪垫等组织进行松解，结果显示对髌骨下极的松解能够减轻软骨破坏。其机制可能是通过下调TLR4，抑制髓样分化因子(MyD88)、NF-κB的表达，进一步调控炎症趋化和IL-1R受体的活化。无论是针刀还是推拿手法，充分的松解关节固定装置，减轻滑膜皱襞和髌股关节面的应力集中，这一思路是目前调控应力解决早期炎症变化的关键。刘菲等[41]通过弹拨、拉伸、摇膝等具有多向拉伸作用的手法治疗KOA，结果显示，手法治疗能够明显提升患者活动功能，p38蛋白激酶(p38MAPK)和 NF-κB的血清浓度，这与多项前文提及的细胞实验相符。滑膜是推拿手法的直接作用器官，膝关节的推拿操作大多具有以髌骨为杠杆的多轴拉伸作用，手法具有降低KOA患者血清炎性因子的作用，可能是通过适度的拉伸启动滑膜机械-生物信号转导通路发挥作用的。

4 小 结

本文就膝关节骨性关节炎发病机制中炎症和应力介导的相关环节进行了探讨，从目前的研究来看，滑膜炎是比较公认的早期症状，对KOA病程发展具有重要意义，后期关节软骨病变和重构亦有炎症参与调节。部分学者认为，应力是KOA发病中的独立因素。笔者总结发现，应力失调与滑膜炎在时间和参与器官上均有可能的相关性。推拿具有调节肌肉张力、松解关节粘连、改善骨骼代谢的作用，从上文的总结以及其他的一些研究中可以看出，推拿治疗能够调节关节内应力，介导滑膜内环境调控，减轻滑膜炎症，促进软骨保护，其可能的相关通路和介质包括：MAPK、Wnt、Notch、MCP-1、TLR、NF-κB和TGFβ等。由于KOA发展过程中各种因素之间的复杂作用，在未来的研究中我们更不能忽视各种因素之间的串扰。推拿手法防治KOA疗效确切，患者易于接受，作为一种单纯的机械刺激方案，推拿手法的应用对减轻患者镇痛药物滥用、改善关节功能具有重大意义，希望通过笔者的整理和发掘为KOA防治方案的研究提供新的思路。