膝关节纤维化治疗方法的研究进展

代显葵，尹文哲，胡逍然，吴桐，张亚龙，蒋雷，周森

(哈尔滨医科大学附属第二医院骨外四科，哈尔滨 150081)

膝关节纤维化是骨关节外科发病率高、治疗难度大的膝关节疾病。有膝关节感染、膝关节周围骨折、膝关节周围开放性创伤、膝关节前后交叉韧带损伤或半月板损伤等骨科常见疾病的患者，术后关节活动受限、疼痛大多与关节纤维化相关[1]。膝关节及关节周围疾病术后炎症反应可导致关节周围滑囊及肌腱挛缩，引起关节活动度下降、疼痛及肿胀等症状。膝关节纤维化严重影响患者的生活质量，及时采取有效的治疗措施对于改善患者的生活质量和预后均非常重要。膝关节纤维化的生理病理过程主要包括肌成纤维细胞增殖的异常增加和凋亡减少，以及细胞外基质(extracellular matrix，ECM)大量合成并形成粘连[2]。ECM生成与降解失调可导致病理性纤维化[2-3]。ECM在膝关节囊内形成粘连，使膝关节周围的肌腱和关节囊收缩，导致关节失去屈曲和(或)伸展功能[4]。目前针对膝关节纤维化临床以外科治疗为主，抗炎、镇痛治疗为辅，其中外科干预治疗主要包括手术松解粘连、切除ECM、麻醉下手法松解术(manipulation under anesthesia，MUA)和物理治疗等[5]。另外，防治器官纤维化的药物对膝关节纤维化的治疗也可能有效[6]。现就膝关节纤维化治疗方法的研究进展予以综述。

1 非药物治疗

目前，关于膝关节纤维化外科治疗的研究主要集中于病理结构的改善、恢复患者膝关节的活动范围。外科干预主要包括：①关节镜下膝关节松解术和切除ECM；②开放手术切除ECM及松解韧带与肌腱；③MUA；④其他治疗方法[如持续被动运动(continuous passive motion，CPM)]也有一定疗效[7-8]。

1.1手术治疗和MUA 关节镜下膝关节松解术是目前治疗膝关节纤维化最常用的方法[7]。膝关节纤维化关节粘连主要发生在关节囊与股骨髁之间以及前间隙、髌下脂肪垫与胫骨隐窝之间[9]。Jerosch和Aldawoudy[10]提出，清除关节腔所有瘢痕、建立内外侧间隙并松解髌骨、切除残留的半月板组织可获得纤维化膝关节平均115°的曲度。少数患者存在广泛的关节周围和关节内纤维化，导致关节镜治疗非常困难，需要进行开放性瘢痕切除、清创和软组织松解。传统的关节切开松解术主要包括ECM切除、肌肉肌腱松解以及关节间隙释放，与关节镜下膝关节松解术相比，传统的关节切开松解术具有创伤大、恢复慢、复发率高等缺点[11]。MUA也常被用于治疗膝关节纤维化或与关节镜联合治疗。在手术室中，患者在全身麻醉、肌肉获得最佳放松状态下屈髋90°，术者握住胫骨近侧1/3处，缓慢弯曲膝关节，如此反复进行，直至听到或者感觉到的粘连分离不再发生为止[12]。

外科干预治疗可很好地解除ECM对关节活动度的物理限制。ECM的清除释放了关节腔内的压力，阻断了由机械压力引起的肌成纤维细胞活化与纤维收缩间的正反馈调节，同时还可促进肌成纤维细胞凋亡；此外，术中ECM的清除还可降低促纤维化介质[如转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)]的水平[13]。然而，临床还需对手术和MUA的疗效进行综合评估。不同的膝关节纤维化患者在症状严重程度、炎症程度和关节纤维化程度方面存在较大差异，且目前在疗效评估以及患者分类方面也尚无统一标准[14]，这些均会影响报告结果。此外，手术损伤导致的肌成纤维细胞异常增加进一步导致膝关节纤维化迅速复发；而MUA也可导致骨折、韧带撕裂和假体损伤等的发生[15]。因此，未来仍需进一步探究手术和MUA对膝关节纤维化的疗效，而收集大量膝关节纤维化临床资料、制订相关的诊疗指南是目前亟待解决的问题。

1.2CPM治疗 CPM主要通过模拟人体的自然运动，刺激机体的自然恢复能力，发挥组织代偿作用，对于膝关节纤维化的预防和治疗均具有确切疗效[16]。目前，CPM治疗被广泛应用于骨科的临床治疗中，CPM可增加膝关节的关节活动度，降低不能完全活动患者术后膝关节纤维化的发生风险[17]。已有报道显示，CPM治疗可降低儿童前交叉韧带重建术后和胫骨平台骨折术后膝关节纤维化的发生率[18-19]。但由于不同的研究对CPM的治疗时机、每次治疗持续的时间以及治疗周期的判定不同，故导致目前尚无完善的治疗指南确定其疗效。

2 药物治疗

膝关节纤维化是由异常增高的肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)-1、TGF-β以及其他介质引起的细胞因子失衡造成，因此，对细胞因子和介质水平的调控是一种有效的治疗方法。大量治疗靶点[20]的存在使研究变得复杂而缓慢，而针对多种途径靶向治疗或许可以获得最佳疗效[17]。虽然纤维化被认为是一种不可逆转的疾病，但有研究指出，动物模型和人体中的纤维化均是可以消退的，甚至部分是可以逆转的，提示ECM的合成和降解可能是动态的，可以双向进行[21]。

2.1抗炎药物治疗 虽然抗炎药物不能阻止和清除纤维化[21]，但目前仍广泛用于膝关节纤维化的临床治疗。阿司匹林可通过IκB激酶受体抑制核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)的产生，且能够诱发更稳定、更有效突触体质膜的生成[22]。有研究发现，阿司匹林可降低肝纤维化动物模型的促纤维化介质水平，延缓肝脏纤维化进展[23]。Salib等[24]研究表明，塞来昔布能够选择性地抑制环加氧酶2，从而减轻炎症反应，减少成纤维细胞的激活和病理性ECM堆积；在关节纤维化模型家兔的关节内注射塞来昔布可显著减轻家兔关节纤维化症状。另外，类固醇，尤其是糖皮质激素也常用于膝关节纤维化患者，以减轻患者症状。糖皮质激素(如地塞米松、膜联蛋白及其衍生物)可减轻肺纤维化，并减少中性粒细胞和单核细胞浸润。有研究发现，膜联蛋白衍生物Ac2-26多肽可抑制关节纤维化模型大鼠的胶原蛋白沉积和TGF-β、TNF-α的活性[25]。酮替芬是一种用于治疗哮喘的抗组胺药物，可调节肥大细胞的活性。Monument等[26]发现，酮替芬可通过减少肥大细胞和肌成纤维细胞的数量减轻家兔关节的纤维化。

2.2抗器官纤维化药物治疗 近年来，随着吡非尼酮和尼达尼布的应用，肺纤维化的治疗效果显著改善。吡非尼酮可降低TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症细胞因子水平，同时还可阻断TGF-β、血小板源性生长因子等的产生以及α平滑肌肌动蛋白和成纤维细胞的增殖[27]。已有研究表明，吡非尼酮可减轻小鼠膝关节软骨损伤后的软骨下骨丢失和纤维化程度[28]。抗器官纤维化的治疗方法可能对膝关节纤维化的治疗和预防有效，因此抗纤维化药物可单独或联合其他疗法用于膝关节纤维化的治疗。

2.3TGF-β信号修饰药物治疗 TGF-β是纤维化的主要诱导物[29]。TGF-β的产生、激活和信号转导均由不同的途径完成，因此，在临床试验中可应用抗体、反义寡核苷酸、配体竞争性多肽和抑制剂等进行膝关节纤维化的靶向治疗。有研究报道，二甲双胍可减少TGF-β的生成、干扰其信号转导，从而降低炎症细胞因子(包括IL-6、IL-17和IL-18)以及肺纤维化动物模型的TNF-α水平，减少纤维化开始后的胶原沉积和成纤维细胞增殖，同时减轻肾脏、肺、肝脏和心脏的纤维化[30]。Zheng等[31]研究发现，二甲双胍可减少大鼠肌腱粘连和α平滑肌肌动蛋白的表达，减轻大鼠肌腱纤维化。Qin等[32]报道，二甲双胍可降低体外炎症细胞因子的信使RNA水平以及体内韧带成纤维细胞碱性磷酸酶的活性。可见，二甲双胍在治疗关节纤维化方面潜力巨大且安全性良好，具有较高的应用价值。

Smad3蛋白可促进促纤维化蛋白和微RNA的产生，是纤维化过程中必不可少的物质[32]。而卤夫酮可以通过TGF-β直接抑制Smad3的信号转导[3]；同时，卤夫酮还可通过灭活活化蛋白激酶NF-κB p65降低辅助性T细胞17的数量和炎症细胞因子水平[33]。卤夫酮不仅可降低成纤维细胞中的Ⅰ型胶原水平，抑制肌成纤维细胞增殖，而且还可降解和逆转动物模型中已经形成的纤维化；卤夫酮抑制TGF-β生成及其信号调节的能力对治疗活动性关节纤维化具有重要意义，而其诱发胶原蛋白降解以及破坏已经形成的纤维化的作用对膝关节纤维化患者也具有潜在帮助[3]。

2.4表观遗传调控药物治疗 针对表观遗传调控的药物可同时通过多种途径改变基因转录，在治疗甚至逆转纤维化方面具有广阔的应用前景[34]。Evans等[35]研究发现，抑制DNA甲基化酶可以逆转肺成纤维细胞中环加氧酶2表达的下调，并使其激活。另有研究发现，肌成纤维细胞基因的重排或灭活可抑制TGF-β信号通路的异常调节、炎症细胞因子的产生以及ECM的合成和交联[36]。但作用于表观遗传调控的特定抑制剂和促进剂可影响多种细胞并产生靶外效应，因此仍需进一步研究以明确特定抑制剂和促进剂的功能，如蛋白质的去乙酰化[37]。Zeybel等[34]证明，涂有肌成纤维细胞特异性抗体的脂质体可靶向作用于肝纤维化的肌成纤维细胞，这可能有助于解决靶外效应的问题。

组蛋白去乙酰化酶抑制剂在治疗大鼠肝、肾纤维化方面具有较好的疗效[38]。Schuetze等[39]研究表明，多种组蛋白去乙酰化酶抑制剂均可抑制体外心脏成纤维细胞的增殖。此外，在动物实验中，敲除非编码RNA可通过抑制TGF-β信号通路而减轻小鼠肝脏的纤维化[40]；而去乙酰化酶可通过NF-κB亚基的脱乙酰作用下调炎症细胞因子和M1型巨噬细胞的表达[37]。Zhang等[41]研究发现，在体外实验中，异常高水平的去乙酰化酶可通过抑制TGF-β和NF-κB信号通路阻止人体肌成纤维细胞的分化，治疗膝关节纤维化。

目前，许多安全性较好的处方药也被作为表观遗传调控药进行试用。作为一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂，丙戊酸在体外实验中可以逆转人肝肌成纤维细胞的活化[42]。长期应用丙戊酸治疗可抑制小鼠心脏纤维化细胞中活性氧类、TNF-α、IL-6、IL-1β和NF-κB等的激活及表达[43]。另外，还有多种可能用于治疗纤维化疾病的表观遗传学药物用于膝关节纤维化的治疗[37,44]。

3 生物制剂治疗

多种TGF-β中和抗体已被应用于膝关节纤维化等纤维化疾病的早期临床试验中[45]。由于TGF-β中和抗体可以终止肌成纤维细胞与细胞因子间的正反馈调节，因此生物制剂将是一种治疗膝关节纤维化非常有效的治疗方法，或许能够彻底治愈活动性膝关节纤维化。IL-1抗体可与IL-1结合并使其失活，IL-1受体拮抗剂阿那白滞素已成功用于器官纤维化的预防[46]。表明IL-1在纤维化发生过程中起重要作用，但阿那白滞素及其类似产品用于预防和治疗关节纤维化的疗效还有待进一步研究。

TNF-α抗体已经被证明可减轻和预防小鼠肺纤维化[47]，TNF-α抗体可通过中和TNF-α阻断其他炎症细胞因子(如IL-1和IL-6)发生的炎症级联反应，并减轻由该炎症级联反应造成的组织损伤，同时减少炎症级联反应中活性氧类的产生[48]。TNF-α抗体可降低TGF-β、TGF-β受体及Ⅰ型胶原蛋白等的预期效果[47]，提示TNF-α抗体在治疗关节纤维化疾病方面前景广泛。Verjee等[48]研究表明，TNF-α抗体可抑制迪皮特朗病患者的肌成纤维细胞收缩。此外，动物研究表明，TNF-α抗体能够减轻脂肪肝大鼠的炎症和纤维化，并降低血清中的TGF-β水平[47]。TNF-α对周围神经痛具有敏化作用[49]，因此TNF-α抗体可能有利于疼痛的治疗。但TNF-α抗体治疗关节纤维化的疗效目前尚不清楚。TNF-α抗体具有多效性，其在器官纤维化中的作用仍存在争议，且TNF-α对不同器官可能存在不同作用[46]。因此，TNF-α在纤维化过程中的重要性还有待明确，TNF-α抗体作为纤维化疾病治疗药物的有效性也有待进一步研究。间充质干细胞能够定位到损伤的组织，并可分化为不同类型的组织[50]。间充质干细胞可以通过改变免疫细胞的活性和增殖能力，起到调节机体免疫功能的作用，但其抗炎作用目前正处于肺纤维化治疗的临床试验阶段[51]。未来，间充质干细胞治疗关节纤维化疾病的安全性与疗效仍需进一步明确。

4 其他疗法

抗纤维化药物可以作为植入物或支架的涂层用来预防术后关节纤维化的发生。其中，卤夫酮就是一种有应用前景的抗纤维化候选药物。有研究表明，以卤夫酮作为涂层的植入物可以减轻大鼠的关节纤维化[52]。Arsoy等[53]成功地将含有罗格列酮的水凝胶支架植入兔创伤性关节纤维化模型的关节内，结果显示，因纤维化导致的兔关节活动度下降显著减轻。另外，低氧在膝关节纤维化治疗中的作用也值得研究。以缺氧诱导因子1或其下游信号为靶点可阻止局部组织纤维化过程中的血管减少，减少正反馈调节相关TGF-β的产生，抑制肌成纤维细胞的激活[54]。另一个可以早期干预的靶点为P物质，在动物模型中敲除P物质受体可以减轻动物肝脏纤维化[55]；有动物实验显示，P物质受体拮抗剂能够下调一些促关节纤维化基因的表达，减轻结肠的纤维化和炎症[56]。还有研究发现，向关节内注射分解特定胶原蛋白的胶原酶，可以增加动物模型膝关节纤维化的关节活动度[57]。

5 小 结

目前，临床关于关节纤维化疾病治疗的研究较多，但大多仍处于基础研究阶段。手术松解或切除ECM和MUA是治疗膝关节纤维化的主要方法，但手术治疗的潜在益处与风险同时存在。此外，器官纤维化疗法可能对关节纤维化有效，多种抗器官纤维化药物(包括表观遗传调控制剂、生物制剂等)在治疗膝关节纤维化中具有潜在的应用前景，值得进一步探究。目前针对膝关节纤维化的治疗大多疗效不佳，而针对膝关节纤维化病理机制的药理学治疗大多仍处于动物研究阶段，故未来需进一步深入研究。