针灸治疗膝骨性关节炎作用机制研究概况

程露露 李冬静 李梦醒 余洋洋 陈朝晖*

1.安徽中医药大学，安徽 合肥 230012 2.安徽省中医院，安徽 合肥 230031

膝骨性关节炎是由多因素、多环节引起的以关节软骨退行性病变为主的临床常见疾病，目前KOA发病机制仍不明确，主要与患者自身个体因素以及力学因素和生物因素共同作用影响下，导致关节软骨变性损伤、退化及增生的恶性循环，其临床症状的影响导致患者生活质量严重下降。临床研究[1-2]发现，多数KOA患者经针灸治疗后临床症状好转。本文将结合KOA的发病机制从分子生物学、免疫学、生物力学、血液流变学等进行分析和探讨针灸治疗KOA的作用机制。

1 软骨细胞退变

膝关节是下肢功能活动的重要关节，主要负责承受身体重量及行走功能。其中覆盖在相邻关节面的关节软骨主要由软骨细胞及软骨细胞外基质构成，发挥润滑抗磨、传导及分布载荷、吸收震荡作用，其中关节软骨退变是KOA主要病理改变。

《素问·长刺节论篇》记载：“病在骨，骨重不可举，骨髓酸痛，寒气至，名曰骨痹”。KOA在古代文献中虽无记载，结合其症状属“痹症”范畴。从现代医学角度探明，关节软骨细胞外基质成分的合成和分解代谢失衡是导致KOA关节软骨退变的根本因素[3]。其中软骨细胞外基质主要由胶原蛋白、蛋白聚糖、水和电解质组成。胶原蛋白在软骨组织构成三维框架的纤维网架结构，为软骨组织提供抗机械应力作用。蛋白聚糖充填于胶原蛋白框架中，起润滑和弹性缓冲作用。二者可增加关节的荷载能力，维持关节软骨生物学性能。李春等[4]研究发现温针灸干预KOA，取鹤顶、内膝眼、外膝眼穴可阻断纤溶酶原途径，抑制细胞外基质过度降解，可有效保护软骨正常组织结构。乌云额尔敦等[5]研究针刀干预KOA可减少Ⅱ型胶原降解并缓解细胞外基质降解，进一步改善了关节软骨退变，起到治疗作用。

2 分子生物学

《灵枢·官针》记载：“短刺者，刺骨痹，稍摇而深，致针骨，上下摩骨也”。可见针灸治疗膝痹在临床应用中源远流长。从针灸治疗KOA的研究成果来看，其作用机制是多途径、多环节，主要通过细胞因子、信号通路、免疫因子、基因表达等调节起到降低炎症刺激、抑制软骨细胞凋亡以及调节免疫反应等促进关节软骨修复，改善患者临床症状。

2.1 细胞因子

KOA是以关节软骨进行性破坏为主的骨关节疾病。关节软骨变性损伤时细胞因子可催化刺激诱导软骨细胞产生炎症介质等物质，导致软骨细胞外基质的合成与代谢失衡。相关研究[6]表明，影响KOA发生发展的细胞因子主要分两类：一类为损伤性细胞因子包括白细胞介素(interleukin, IL)、肿瘤坏死因-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMPs)、一氧化氮(nitric oxide, NO)、前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)等，而另一类为保护性细胞因子包括转化生长因子-β( transforming growth factor-β1，TGF-β1)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor-1，IGF-1)、骨形态发生蛋白(Bone Morphogenetic Protein, BMP)等。

2.1.1损伤性细胞因子：正常软骨基质结构有赖于各种细胞因子的调控。IL、TNF-α在KOA病理过程中起着关键调控作用，是促进软骨基质降解和关节软骨破坏的最重要损伤性细胞因子。其中IL、TNF-α不仅在关节软骨基质的降解过程中起到促进作用，诱导软骨和滑膜组织释放出MMPs，而且抑制软骨细胞基质中胶原蛋白和蛋白聚糖合成，从而加速关节软骨的炎症发展[7]。在软骨细胞凋亡途径中，IL-1β水平升高时可刺激滑膜细胞NO合成酶表达催化大量 NO 而破坏软骨细胞，同时TNF-α刺激滑膜细胞等靶细胞调节胶原酶的产生，促进PGE2过度表达，降解关节软骨。

李俐依等[8]通过火针密刺阿是穴可加速穴区的血液循环，调节血清IL-1β分泌，从而抑制MMP-3分泌，起到消炎止痛作用。徐小丽等[9]针对KOA患者针刺血海、内外膝眼、阳陵泉四穴，发现针刺治疗后可抑制关节液中IL-1β、IL-6、TNF-α、PGE2 和 MMP-13 的合成与分泌，证明针刺可有效抑制炎性细胞因子分解合成，从而达到保护关节软骨的目的。蔡国锋等[10]利用豪火针联合运动疗法治疗KOA患者，发现治疗后患者血清NO的含量水平降低，提示豪火针治疗可有效控制炎性病灶，减少损伤因子产生，加快病理代谢产物排泄，有利于软骨组织修复。

2.1.2保护性细胞因子：TGF-β1与IGF-1是具有代表性的促关节修复的转化生长因子，在正常表达情况下，可抑制IL-1、IL-6、NO等生物活性，对软骨细胞的生长、增殖及分化和细胞外基质形成、软骨修复重建起到重要的调节作用。TGF-β1与IGF-1 对软骨组织的作用有剂量-效应关系[11]，在病理条件下两者产生过高水平表达，与损伤性细胞因子产生协同作用，促进软骨基质降解，加速软骨细胞崩解、凋亡，导致软骨过度骨化，并诱发骨赘形成。其中TGF-β超家族中骨形态发生蛋白 (bone morphogenetic protein, BMP)是刺激骨生成过程的重要一员，BMP2在软骨细胞调控信号中起着重要作用，是促进骨与软骨修复的关键因子。郭倩等[12]以经外奇穴温针灸治疗KOA患者，发现温针灸后KOA患者血清中TGF-β和IGF-1水平升高，关节液中IL、TNF-α及NO水平降低，推断温针灸可加速血液循环，调节TGF-β和IGF-1水平，同时艾灸热效应可促进软骨细胞增殖，对关节软骨起到促生成作用。修忠标等[13]利用针刀松解治疗KOA患者，调节膝关节下肢力线平衡，增加关节液中TGF-β1水平，改善软骨代谢，保护关节软骨及其基质。相关研究表明针灸可有效刺激保护性细胞因子的释放进行正常表达，使得软骨损伤自我修复加快，有效阻止软骨细胞破坏。

2.2 信号通路

KOA的发病机制尚未明确，关于涉及针灸促进或抑制KOA多条信号通路的研究逐渐扩展和深入，信号通路与KOA发生、发展关系密切，主要涉及到软骨细胞、细胞外基质及软骨下骨合成和降解过程有关。针对KOA采用针灸治疗可通过抑制基质细胞衍生因子1(SDF-1)/趋化因子受体4(CXCR4)信号通路、TLR信号通路、MAPKs信号通路和Wnt信号通路[14]等来调控软骨细胞凋亡、改善关节软骨代谢，达到延缓KOA病理进程的目的。OPG/RANK/RANKL信号通路可调节骨保护蛋白(OPG)和NF-κB受体活化因子(RANK)的水平，促进OPG的表达来竞争性结合NF-κB受体活化因子配体(RANKL)，下调RANKL、RANK的表达来减少二者的结合，使二者保持平衡以抑制破骨细胞的活性，从而阻碍KOA的发生发展。

表1 针灸治疗KOA涉及信号通路Table.1 Acupuncture treatment of KOA involves signaling pathways

3 生物力学

《灵枢·痿论》记载：“宗筋主束骨而利关节也”。说明筋连属关节，主司关节运动。结合现代医学，经筋可归为韧带、肌腱、肌肉及筋膜等结缔组织构成的肌肉系统[21]。膝关节经筋是膝关节稳定的动态调节器[21]，其正常与否关系到维持关节稳定性，下肢筋骨畸形导致力学失衡可造成下肢KOA的发病与产生[22-23]。在下肢力学平衡中，下肢力线是从股骨头中心经髌骨中心或稍偏内侧至踝关节中心的连线，是衡量膝关节筋骨平衡的根本生物力学指标。在KOA的病理表现中，下肢力学结构失衡[24]、关节面过度负重或应力不均衡等力学刺激影响软骨细胞外基质的合成和代谢，通过细胞骨架蛋白在软骨细胞内力学-生物学信号转导中干预软骨细胞的增殖凋亡。乌云额尔敦等[25]针对KOA兔模型采用针刀干预，观察膝周肌肉萎缩状态及相应弹性模量的影响，结果表明示针刀可改善KOA兔伸肌-屈肌萎缩程度，增加相关肌肉拉伸弹性模量，恢复膝关节伸肌-屈肌生物力学，发挥止痛、改善关节活动受限的作用。王晓玲等[26]对KOA患者进行为期3周的温针灸治疗，患者膝关节屈伸肌峰力矩比值降低，趋于正常，提示温针灸可提高患者曲伸肌力量及肌力平衡，改善主动肌、拮抗肌协调性，恢复膝关节的正常生物力学。

4 微循环与骨内压

根据KOA的证候特点属“痹症”之骨痹，现代研究表明骨内压增高产生的主要原因为骨内微循环瘀滞，也是KOA发病的重要因素。《景岳全书》提到：“盖痹者闭也，以气血为邪所闭，不得通行而病也”。病机则在于气血瘀滞贯穿KOA整个病程。KOA患者血流变障碍、血液黏滞性明显增高导致局部酸性代谢产物堆积，当内容物增加而骨髓腔容积不变可引起骨内高压，从而会导致营养血管血流减少，营养软骨成分减少，诱发关节软骨下骨细胞变性凋亡，导致软骨降解[27]。

贺文华等[28]以针刺治疗KOA患者膝关节周围可增加局部浅表微循环血流灌注量，缓解患者临床症状，同时又反证KOA客观存在微循环障碍的病理性质与状态。肖锋[29]针对KOA患者进行常规针刀联合骨减压针治疗，治疗后患者全血黏度、血浆黏度和红细胞聚集指数均降低，结果表明利用该减压治疗方法，关节面局部压迫降低，炎症减少，可有效改善患者的局部微循环和血流动力学。

5 抗炎镇痛

《灵枢·经筋》云“经筋之为病，治在燔针劫刺，以知为数，以痛为输”。《灵枢·九针十二原》记载有：“欲以微针通其经脉，调其血气，营其逆顺出入之会”。针灸治疗，以痛为输，直达病处，促通经脉，通畅气血，解除镇痛。中枢敏化是KOA患者产生疼痛的主要机制。目前，从外周到中枢的多方位研究表明，针刺治疗KOA到达“通则不痛”的治疗效果主要涉及神经、内分泌和免疫多因素相互作用的动态过程。针刺通过阻滞疼痛上行传导或促进下行抑制系统可迅速镇痛，而反复针刺的治疗过程通过抑制中枢小胶质细胞的兴奋以及疼痛局部产生抗炎效应，进而降低外周和中枢敏化达到慢性止痛效果[30]。

杨昆吾等[31]利用电针干预KOA鼠模型“阳陵泉”、“内膝眼”，采用ELISA检测大鼠脊髓背角和背根神经节的疼痛因子水平，治疗后疼痛因子PGE2、降钙素基因相关肽和P物质水平明显降低，从而缓解脊髓伤害性感觉神经元痛觉过敏，减少疼痛因子产生，缓解疼痛，减缓KOA发展速度。李惠娟等[32]采用针刀、圆利针干预KOA模型大鼠，治疗时可减少膝周神经末梢的疼痛刺激，加速中枢神经产出内源性阿片肽，通过抑制痛觉递质P物质的释放，降低外周及中枢敏感化，起到镇痛作用。

针对针灸治疗KOA除了上述从神经-内分泌-免疫角度探讨其镇痛的作用基础，目前国内外其镇痛机制也从神经成像角度进行多方面探讨针刺效应的中枢机制[33]，证实KOA患者的大脑中枢发生疼痛敏化，针灸干预后可激活相应脑区与疼痛降低具有相关性。

6 结语

针对KOA治疗不论单用针灸还是联合其他疗法，从目前相关研究来看，在动物实验研究、临床研究两个方面，对其作用机理进行了多方面探讨，主要涉及分子生物学、生物力学、微循环、抗炎镇痛等方面。在软骨退行性病变的研究上，实验证明：在分子生物学方面，针灸可以抑制膝骨关节的炎性表达，调控相应信号通路、促进保护细胞因子释放，加速血液循环，从而达到软骨组织修复的作用。在生物力学方面，针灸经力学刺激改善膝周肌肉运动协调，通过力学-生物学信号通路干预软骨细胞的代谢。在神经免疫系统中，针灸对KOA患者可调控相应的疼痛脑区以及炎症靶点达到镇痛的效果。

由于针灸治疗KOA方法多样化以及针具选择、取穴、针刺角度、进针深浅、刺激参数、疗程等尚无统一标准，因此对其具体的作用机制研究存在一定的局限性。总结如下：①相关研究多局限于细胞因子、微循环、以及KOA的发生发展信号通路研究等，针对各细胞、分子及信号通路之间的相互关系报道较少，缺乏对多通路、多层面协同作用的研究。②针灸治疗KOA研究多集中在动物实验和细胞实验方面，相关实验动物模型无法进行辨证论治施以配穴，影响针灸疗效。③因针灸治疗KOA机制有待于进一步挖掘，可利用神经影像学技术从不同角度、不同层次解读针灸治疗KOA的中枢机制。④缺乏针灸干预KOA作用机制远期疗效及相关指标的实验研究。

在后期研究中，针灸治疗KOA的研究应从中医整体观和辨证论治的角度出发，探讨不同证型KOA的症状特点和取穴规律，同时结合现代医学技术方法和规范，制定明确的诊疗标准和取穴规范等，加强针灸对KOA治疗的全面探索，以构建更完整的KOA发生、发展、治疗的理论-临床实践体系。