针刺治疗膝骨关节炎机制的研究进展

杨骏吉 逯子衡 蔡青城 杨家祥 王艳君

1.河北中医药大学第一附属医院针灸科，河北石家庄 050011；2.河北省中医院骨伤二科，河北石家庄 050011

膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是由膝关节软骨纤维化、皲裂、脱失等一系列病变引起，以膝关节周围疼痛、肿胀、僵硬、变形为主要临床表现的退行性改变[1]。我国KOA 发病率为5.4%～30.5%，约占骨关节炎的78.5%，是发病率最高的骨关节炎[2-3]。造成KOA的发病原因似乎是机械、细胞和炎症因素之间相互作用的结果，但其机制仍然未知[4]。随着研究的深入，不再将KOA 视为单纯的退行性疾病，而是一种多因素导致的疾病，其中慢性低度炎症起核心作用[5]。因此，如何减轻其炎症反应是治疗本病的重要内容。针刺治疗是一种临床常用的中医外治法，在减轻KOA 患者膝关节肿胀疼痛、恢复膝关节活动度等方面均有良好的治疗效果[6-7]。本文从调节巨噬细胞、细胞因子、炎症通路、肠道菌群等角度阐述针刺炎症反应改善KOA的相关机制。

1 针刺通过调控巨噬细胞治疗KOA

膝关节发生损伤后，活化的巨噬细胞可以分泌多种细胞因子，促进并扩大KOA 的炎症过程，巨噬细胞还会在滑膜内浸润增加，促进滑膜炎症的形成，这是KOA 发病的重要原因[8]。

巨噬细胞是先天免疫细胞，参与对病原体的主要反应和适应性免疫反应、炎症消退和组织修复。根据不同的环境刺激，巨噬细胞通常会极化为两种不同的亚型，即M1 型和M2 型[9]。在炎症反应产生后，M1 型巨噬细胞被干扰素和脂多糖激活后分泌大量促炎因子和介质，如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白细胞介素（interleukin，IL）-1、IL-6、IL-12 等，这些细胞因子会进一步促进炎症反应，并诱导软骨细胞破坏，是软骨修复的主要障碍[10]。而M2 型巨噬细胞被IL-4 和IL-13 等极化后则分化为特定亚型M2a、M2b、M2c，分泌抗炎细胞因子、免疫抑制因子和促进软骨分化的细胞因子，在减轻炎症反应和促进软骨修复方面发挥重要作用[11-13]。有研究发现，在KOA患者中M1/M2 巨噬细胞比值明显升高，并且与KOA的严重程度有关[14]；可能是治疗本病的靶点。邱丽[15]在探讨电针治疗急性痛风性关节炎的作用机制中发现，电针可以通过激活MAPK 下调一氧化氮合酶2 的表达，促进巨噬细胞从M1 促炎表型转换为M2 抗炎表型，下调IL-1β、NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3 的表达，从而控制炎症反应的程度。余楠楠等[16]采用针刺足三里穴治疗大鼠骨关节炎发现，其可促进M1型巨噬细胞极化为具有免疫调节作用的M2 型巨噬细胞起到抗炎的作用。Wei 等[17]使用火针刺激KOA 模型小鼠犊鼻、内膝眼、梁丘、血海等穴位后发现，火针针刺可以促进巨噬细胞向M2 型巨噬细胞极化，并减少KOA 小鼠M1 型巨噬细胞极化，以此减轻KOA 炎症。因此，针刺治疗可以通过调控M1、M2 型巨噬细胞的比例，产生抗炎作用。

2 针刺通过调控细胞因子分泌治疗KOA

细胞因子是由免疫细胞及非免疫细胞分泌合成的一种蛋白质，与免疫应答等方面密切相关，包括IL、脂肪因子、趋化因子等[9]。在KOA 的炎症反应中，关节内部发生的过程不仅有分解代谢效应，抗炎合成代谢过程也不断发生。驱动这些反应的细胞因子可以分为促炎细胞因子和抗炎细胞因子。在KOA 的病理过程中，IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-13 等细胞因子含量明显增加，加重炎症反应及软骨损伤；IL-1β 还会通过促进趋化因子的释放，吸引炎症细胞在膝关节局部聚集，使炎症反应加剧[18]。以IL-13 为代表的抗炎细胞因子则有着显著的抗炎作用，其具有保护软骨细胞，减少炎症细胞因子和金属蛋白酶分泌的作用；同时使IL-1β 与受体结合减少，对IL-1β、TNF-α 和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）的合成有明显抑制作用，可以控制炎症反应的程度[19]。Wang 等[20]使用电针干预KOA 豚鼠内外膝眼，发现TNF-α 和IL-1β 的表达明显降低，减轻了关节局部的炎症反应。Liu 等[21]使用毫针针刺治疗KOA 大鼠，与模型组比较，TNF-α 明显降低；Shi 等[22]使用电针和手针干预8 周后发现，TNF-α、IL-1β 在处理后显著降低，而抗炎细胞因子IL-13 在治疗后显著增高。另有研究表明，脂肪组织分泌的脂肪因子（如瘦素、脂联素、内脂素、抵抗素等）也与KOA 慢性低度炎症密切相关[23]。

综上所述，针刺可以通过调节促炎细胞因子和抗炎细胞因子平衡等方式实现抗感染的目的，从而减轻软骨损伤及KOA 症状，但针对抗炎细胞因子的治疗不能通过阻断分解代谢的途径阻止疾病的进展，因此对于抗炎细胞因子的研究仍需深入。

3 针刺通过调控炎症通路治疗KOA

信号通路就是信息经细胞膜传入细胞内发挥效应的一系列酶促反应通路，各信号通路上游对下游的激活或抑制作用主要通过改变下游蛋白的立体构象完成的[24]。这些“信息”包括神经长因子、细胞因子、激素及其他递质、小分子化合物等。KOA 发生后，产生的炎症因子、趋化因子等过表达，也是通过炎症信号传导通路发生的。

与KOA 炎症反应密切相关的信号通路主要有NF-κB、MAPK、JAK/STAT 及Wnt 信号通路等，其中NF-κB、p38、MAPK 及JAK 信号转导器和STAT 信号通路与炎症反应联系最为密切，下文将介绍这3 种信号通路，以分析针刺调节信号通路的作用。

3.1 TLRs/NF-κB 信号通路

NF-κB 是一条经典的炎症通路，与包括KOA 在内的多种炎症反应有密切联系。其上游TLRs 是固有免疫应答中一类重要模式识别受体，激活后的TLRs 与胞质内衔接蛋白如髓样分化因子88 结合形成复合物，经过系列反应，使NF-κB 进入细胞核，激活NF-κB信号通路，从而诱导产生TNF-α、NOD 样受体热蛋白结构域相关蛋白3 等炎症因子及MMPs 的释放，并在关节内发生炎症级联放大效应，使炎症反应持续[25-28]。阮安民等[26]使用电针干预KOA 新西兰大白兔模型，发现电针可以抑制TLR2、NF-κB 及髓样分化因子88蛋白的表达，降低下游TNF-α、MMP-13 的表达，减轻炎症反应。李惠娟等[29]使用圆利针干预KOA 模型大鼠内外膝眼，发现膝关节滑膜软组织中NF-κB p65 mRNA 含量明显降低。张小琴等[30]使用碘乙酸建立KOA 大鼠模型，使用毫针或电针刺激内外膝眼，发现NF-κB p65 的表达明显降低，其作用机制可能与调节NF-κB 通路有关。

3.2 p38 MAPK 信号通路

p38MAPK 通路与细胞周期、炎症反应的调控相关，其核心成分是p38 MAPK 蛋白[31]。p38 MAPK 信号通路能诱导MMP-13 的表达，导致具有软骨特性的Ⅱ型胶原进行性降解，破坏关节软骨，导致KOA 炎症的发生。NF-κB 作为p38 的下游通路具有调控炎症因子释放的作用，因此p38 的活化往往伴随着下游炎症因子水平的骤升，进一步加重关节腔的炎症[32]。郭建军等[33]使用针刺干预KOA 大鼠模型，其中针刺组大鼠p38 蛋白表达抑制，认为针刺可能通过降低KOA 大鼠p38 中的MAPKs 信号转导通路中关键蛋白的过度磷酸化，抑制过度亢进的MAPKs 信号，产生抗炎止痛的作用。

3.3 JAK/STAT 信号通路

JAK/STAT 信号通路与KOA 进展中的炎症及免疫反应、软骨重塑密切相关[34]。例如细胞因子如IL-6结合受体后可活化JAK1，并促使STAT3 的磷酸化和转录激活，调控炎症反应[35]。吴明霞等[36]使用电针干预木瓜蛋白酶诱导KOA 大鼠模型，刺激内膝眼、犊鼻，发现电针可激活大鼠JAK-STAT 通路的上游受体——瘦蛋白，从而提高大鼠关节软骨细胞中STAT3的表达。张艳玲等[37]使用温针刺激KOA 模型兔的内膝眼、外膝眼、鹤顶、足三里，结果显示p-JAK2/JAK2、p-STAT3/STAT3 和血清MMP-9 蛋白在兔软骨中表达均明显降低。可见针刺技术可通过介导JAK/STAT信号通路的蛋白表达起到治疗KOA 的作用。

综上所述，NF-κB、p38 MAPK、JAK/STAT 三条炎症通路与KOA 关系密切，是针刺治疗KOA 的重要靶点。上述研究表明，针刺可以通过介导炎症通路中关键蛋白的表达，调节炎症通路，起到减轻炎症反应和软骨破坏的作用，达到治疗KOA 的效果。

4 针刺通过调控肠道菌群治疗KOA

肠道菌群被定义为肠道微生物群的集合，负责一系列代谢、免疫、结构和神经功能，如维持代谢稳态、免疫系统发育和成熟、抵抗感染和产生神经递质[38]。肠道菌群失调则主要表现为厚壁菌门丰度增加及拟杆菌门丰度减少，厚壁菌门与拟杆菌门比值增加，导致细菌与宿主之间的关系发生变化，导致代谢失调，出现代谢综合征，影响膝关节局部代谢平衡，从而影响关节局部的炎症反应[39-40]。有学者提出，针灸可能通过调节肠道微生物的数量和比例，调节肠道黏膜的通透性，控制慢性低度炎症，发挥抗感染的作用，进而对KOA 的症状发挥预防和治疗效果[41]。有研究通过针刺足三里、阴陵泉等穴位后发现，肠道菌群内的肠杆菌门及肠球菌丰度均降低，提示针刺可有效调节肠道菌群的菌属比例[42]。Xie 等[43]发现，电针刺激足三里和阳陵泉可以抑制肠道微生物组促炎转移，增加拟杆菌/厚壁菌的比例，并促进梭菌、阿克曼西亚、丁酸单胞菌和乳球菌相对丰度的恢复。Wang 等[44]认为，电针可以通过改变肠道微生物群中的几个属来改善炎症效应，特别是减少肠道中致病细菌（如链球菌）的数量，并增加肠道中有益细菌（包括嗜酸乳杆菌和拟杆菌）的数量。

综上所述，针刺可能通过调节肠道菌群比例，减少致病菌群，使有益菌增加。最终改善菌群失调，减轻全身性炎症及调整代谢平衡，从而减轻KOA 局部的炎症反应。

5 小结

炎症反应在KOA 发病过程中占据重要地位，针刺可以调控各种细胞因子、炎症介质、炎症反应通路、肠道菌群等调控炎症反应。针刺是我国传统医学常用的治疗方法，在治疗KOA 方面效果显著，目前对于针刺治疗机制的研究也在逐步深入。但是其作用机制复杂，如炎症因子复杂多样，多条细胞通路针刺对炎症反应具有明确的效果。目前关于针刺治疗机制的研究也在逐步深入，但是其作用机制复杂，很多方面仍需进一步挖掘研究。例如：①炎症因子复杂多样，各自之间存在交叉作用，使炎症因子在KOA 病理、生理过程中如何发挥作用尚不明确。②多条信号通路相互作用，是否存在更多的靶点影响针刺治疗KOA。③肠道菌群等全身性炎症影响因素对KOA 的研究仍然较少，其作用机制仍不明确。关于针刺治疗KOA 的研究仍需要进一步地挖掘和深入。

利益冲突声明：本文所有作者均声明不存在利益冲突。