常譯牛 印帥 陳卓 段昭遠 袁潔 張振華 吳楠 馮曉東，

(河南中醫(yī)藥大學 1康復(fù)醫(yī)學院，河南 鄭州 450000；2第一附屬醫(yī)院康復(fù)中心)

膝骨性關(guān)節(jié)炎(KOA)是一種臨床上常見的膝關(guān)節(jié)退行性疾病〔1〕，好發(fā)于中老年人群，并與肥胖、性別、膝關(guān)節(jié)損傷等因素密切相關(guān)〔2〕。其病理特征是關(guān)節(jié)軟骨變性破壞、關(guān)節(jié)周圍骨質(zhì)增生、滑膜病變、關(guān)節(jié)囊攣縮等；臨床主要表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)的疼痛、僵硬等功能障礙，甚至可導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形，嚴重影響患者的生活質(zhì)量〔3〕。KOA已成為全球第四大致殘原因，超過2.5億人受此影響，占全球人口比例的3.6%〔4〕。而我國65歲以上老年人的KOA發(fā)病率高達50%〔5〕，且隨著人口老齡化進程加快，其發(fā)病率也呈上升趨勢〔6〕，成為威脅社會健康的重要公共衛(wèi)生問題之一。

目前KOA的治療手段主要包括：運動治療、物理因子治療、藥物治療等保守療法和軟骨修復(fù)術(shù)、關(guān)節(jié)置換術(shù)等手術(shù)療法，各種方法均取得了一定的療效〔7〕，但保守治療周期較長會給患者帶來較大的痛苦，長期服藥還易產(chǎn)生耐藥性、胃腸道反應(yīng)及肝腎功能的損傷，手術(shù)治療費用高昂且風險較大〔8〕，所以臨床上迫切需要一種安全有效且痛苦較小的KOA治療方法。而體外沖擊波療法(ESWT)因安全有效、無創(chuàng)且不需住院治療等優(yōu)點〔9〕，被越來越多的KOA患者所接受。ESWT可以影響細胞因子表達，減緩炎癥反應(yīng)；也可以改善微循環(huán)，促進炎癥消散，還具有促進軟骨細胞增殖，保護關(guān)節(jié)軟骨的作用〔10〕；也能通過使感覺性無髓鞘纖維失能、抑制疼痛因子釋放等來緩解疼痛，可顯著緩解KOA的癥狀，提高其治療成功率〔11〕。本文就將ESWT治療KOA的作用機制進行明確梳理，方便更好地指導(dǎo)臨床實踐應(yīng)用，并結(jié)合目前的研究現(xiàn)狀作出展望。

1 ESWT對KOA的鎮(zhèn)痛機制

ESWT有良好的鎮(zhèn)痛效應(yīng)〔12〕，能顯著緩解KOA患者的疼痛〔13〕。在KOA的進程中無髓鞘神經(jīng)纖維的形成，是引起關(guān)節(jié)疼痛的原因之一〔14〕，而ESWT可使感覺性無髓鞘纖維失能，降低痛覺感受器神經(jīng)肽降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)的表達，從而減緩疼痛〔15〕。Kawcak等〔16〕發(fā)現(xiàn)ESWT還能有效降低末梢神經(jīng)敏感性，減少P物質(zhì)(SP)等疼痛因子的釋放，抑制疼痛信號的傳遞，并在后續(xù)實驗中得到驗證〔17〕。Ramon等〔18〕認為，ESWT通過對痛覺神經(jīng)感受器的刺激，還可以影響感受器對疼痛的接受頻率及其周圍化學介質(zhì)的組成，而前列腺素(PG)E2、5-羥色胺(HT)、一氧化氮(NO)等作為主要的疼痛因子〔19〕，ESWT可快速降低它們在炎癥局部的釋放；此外，ESWT減少促炎細胞因子的刺激，也可減輕疼痛；還能促使疼痛部位的細胞膜釋放大量的β-內(nèi)啡肽，抑制疼痛信號的產(chǎn)生〔20〕，提高痛閾〔21〕。

2 ESWT對局部微循環(huán)的改善

ESWT可以擴張血管、改善微循環(huán)〔22〕，促進KOA的恢復(fù)。一方面，ESWT產(chǎn)生的機械波在人體組織內(nèi)傳導(dǎo)的過程中，其空化效應(yīng)使組織中的微小氣泡發(fā)生急速膨脹，可直接疏通閉塞的微細血管，改善局部微循環(huán)的凝滯狀態(tài)〔23〕。另一方面，ESWT的機械壓力使細胞發(fā)生彈性形變，可調(diào)節(jié)細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)的功能，激活缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)，使其與多種促血管生成基因的啟動因子結(jié)合，同時還可誘導(dǎo)內(nèi)皮生長因子(VEGF)、內(nèi)皮型NO合酶(eNOS)、基質(zhì)細胞衍生因子(SDF)等血管生成相關(guān)生長因子和趨化因子的早期表達〔24〕，進而促進毛細血管生成；此外，Lee等〔25〕還發(fā)現(xiàn)，ESWT可提高周圍組織線粒體的氧化和光化學作用，從而提高ATP供能，使血管和淋巴管擴張，加快局部血液循環(huán)。

3 ESWT對關(guān)節(jié)軟骨的保護

關(guān)節(jié)軟骨由軟骨細胞及細胞外基質(zhì)組成，細胞外基質(zhì)包括水、Ⅱ型膠原蛋白網(wǎng)和蛋白多糖〔26〕。軟骨退變是KOA病變的關(guān)鍵〔27〕，而ESWT具有保護關(guān)節(jié)軟骨的作用。ESWT可通過降低促炎細胞因子〔白介素(IL)-1、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α等〕和降解蛋白〔基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)、一氧化氮合酶(iNOS)等〕的表達〔28〕抑制關(guān)節(jié)軟骨降解，還可促進Smad3蛋白與轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)特異性結(jié)合形成異聚體，進入胞核內(nèi)與DNA特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，調(diào)節(jié)基因表達，進一步抑制關(guān)節(jié)軟骨降解。

ESWT除了可抑制關(guān)節(jié)軟骨降解之外，還可以促進軟骨細胞再生，有利于細胞外基質(zhì)合成及軟骨下骨重建。ESWT激活Wnt5a/Ca2+〔29〕、JNK (c-Jun、c-Fos)信號通路〔30〕，觸發(fā)成骨細胞分化，可重建軟骨下骨；ESWT通過調(diào)控ERK的活性、提高超氧化物歧化酶(SOD)的歧化作用清除多余的氧自由基〔31〕，均可促進軟骨細胞增殖和細胞外基質(zhì)合成〔32〕。

4 ESWT對細胞因子水平的調(diào)控

大量的細胞因子在KOA的進程中扮演重要角色〔33〕，主要分為以IL-1β、IL-6、TNF-α等為主的促炎細胞因子和以TGF-β、胰島素樣生長因子(IGF)、IL-10等為主的抗炎細胞因子。無論是促炎細胞因子的減少，還是抗炎細胞因子的增加，均有利于KOA的恢復(fù)。

4.1促炎細胞因子 IL-1β、IL-6和TNF-α是KOA發(fā)病過程中調(diào)節(jié)炎癥的始動因素〔34〕。IL-1β可通過高水平的粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子促進生成，也能以自分泌方式產(chǎn)生〔35〕，席立成等〔28〕發(fā)現(xiàn)，ESWT可以通過抑制NF-κB的核定位來阻滯IL-1β的表達；TNF-α作為炎癥前因子，不僅可引起組織炎性損傷，還可刺激IL-6等促炎因子的合成〔36〕；IL-6是促炎作用最強的細胞因子，可與TNF-α協(xié)同促進KOA的炎癥反應(yīng)〔37〕，Hazan-Molina等〔38〕在實驗中觀察到，低能量ESWT能有效下調(diào)NF-κB信號通路的活化，進而減少TNF-α的表達，此結(jié)論也在劉洪柏等〔39〕實驗研究中得到證實。ESWT通過NF-κB通路可有效抑制IL-1β和TNF-α的分泌，而TNF-α分泌減少還可減輕對IL-6合成的刺激，最終使得 IL-6、IL-1β、TNF-α的表達均下降。ESWT使促炎細胞因子的表達下降，可從源頭上減緩炎癥反應(yīng)，對于KOA的防治至關(guān)重要。

4.2抗炎細胞因子 TGF-β被認為是最強的促生長因子〔40〕，具有抑制關(guān)節(jié)軟骨的變性、凋亡的作用。IL-10可由T細胞、B細胞、單核細胞和巨噬細胞產(chǎn)生，具有抑制炎癥反應(yīng)的作用〔41〕。IGF是生長激素產(chǎn)生生理作用過程中必需的一種活性蛋白多肽物質(zhì)，可誘導(dǎo)軟骨生成。TGF-β、IL-10、IGF均具有抑制促炎性細胞因子的作用，可延緩KOA的進程〔42〕。ESWT通過影響miR-140的基因表達，調(diào)控TGF-β信號通路，可促進TGF-β的表達〔43〕，后續(xù)的研究也證實ESWT可以提高KOA血清、關(guān)節(jié)液中抗炎細胞因子TGF-β、IGF〔44〕、IL-10〔28〕的水平，雖然部分抗炎因子的表達機制仍不清楚，有待臨床和實驗室進一步研究，但ESWT提高抗炎細胞因子的表達，對治療KOA起到的積極作用，是值得肯定的。

5 ESWT影響關(guān)節(jié)組織微環(huán)境中蛋白的表達

關(guān)節(jié)組織中的蛋白種類眾多，但根據(jù)其對KOA病情的影響，也可分為兩類。

一類是MMPs、軟骨降解蛋白酶和iNOS等降解關(guān)節(jié)基質(zhì)的蛋白酶，它們可加重KOA病情。ESWT通過其機械應(yīng)力的刺激，調(diào)控上游細胞內(nèi)絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路蛋白ERK、c-Jun氨基末端激酶(JNK)的表達，發(fā)揮對MAPKs信號通路蛋白表達的影響，降低MMPs水平〔45〕；還可通過JNK信號通路〔46〕調(diào)控其下游轉(zhuǎn)錄因子AP-1蛋白(c-JUN、c-Fos、AFr-2)，減少p-JNK的表達，也可降低MMPs的水平〔47〕。ESWT刺激產(chǎn)生的IL-10通過對酪氨酸激酶信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(JAK-STAT)信號通路的調(diào)控，可抑制iNOS和軟骨降解蛋白酶的表達〔28〕。

另一類是肌糖蛋白C、SOD、Smad3蛋白、膠原蛋白等利于KOA恢復(fù)的蛋白。其中Smad3蛋白可由TGF-β誘導(dǎo)產(chǎn)生；ESWT刺激軟骨細胞后在血小板衍生生長因子的作用下，可促進膠原蛋白產(chǎn)生〔48〕，而ESWT影響患者SOD和肌糖蛋白C的表達機制目前還不清楚。但據(jù)目前研究表明，ESWT既可以抑制MMPs、iNOS和軟骨降解蛋白酶的表達，也可以促進SOD、肌糖蛋白C、Smad3蛋白和膠原蛋白的表達，對KOA的治療具有積極意義。

6 ESWT對MicroRNA(miRNA)表達的影響

miRNA是一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為22個核苷酸的非編碼單鏈小分子RNA〔49〕，不同的miRNA對軟骨細胞代謝、增殖及細胞外基質(zhì)合成、代謝產(chǎn)生影響，比如miR-34a可調(diào)節(jié)軟骨細胞的凋亡〔50〕、miR-27a和miR-27b能夠調(diào)節(jié)MMP-13的表達〔51〕加重KOA病情等，可見miRNA在KOA的始動和進展中起重要作用。荊琳等〔51〕通過動物實驗證明，人軟骨miRNA與動物標本miRNA的峰值在理論上一致，并且篩選出5種在KOA關(guān)節(jié)軟骨中高表達的miRNA，證明這5個高表達的miRNA是KOA的潛在致病基因；之后Cheng等〔52〕通過下一代測序技術(shù)，評估了經(jīng)ESWT干預(yù)后的KOA模型大鼠，在其miRNA表達譜中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)ESWT治療后miRNA在關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨中的表達關(guān)系得到改善，有利于KOA的恢復(fù)。ESWT影響miRNA的表達對KOA的治療有重要意義，找出存在差異表達的miRNA在KOA病程中的作用，進一步研究ESWT對KOA潛在致病基因的調(diào)控機制，可以為KOA的防治提供新思路。

綜上，ESWT可以針對影響KOA的相關(guān)因素進行多層面、多環(huán)節(jié)、系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。目前，ESWT對KOA的治療已經(jīng)得到廣泛的認可，但在對其作用機制梳理的過程中也發(fā)現(xiàn)一些不足：機制研究以動物模型實驗為主，樣本量較小，能流密度、波形選擇也不統(tǒng)一，影響實驗結(jié)果的精確性；ESWT促進抗炎細胞因子IL-10、IGF及SOD、肌糖蛋白C等的表達機制還不清楚。ESWT通過對潛在致病基因的調(diào)控，影響KOA關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)miRNA的表達，對于KOA的治療也有積極意義，其機制也有待進一步研究。此外，隨著神經(jīng)影像學技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)KOA中樞神經(jīng)功能、結(jié)構(gòu)存在重塑現(xiàn)象，但目前尚缺乏有關(guān)ESWT對KOA的中樞機制研究。

為了進一步完善ESWT治療KOA的機制基礎(chǔ)，更好地指導(dǎo)臨床實踐應(yīng)用，特做出以下展望：(1)探索實驗中ESWT的最佳參數(shù)(能流密度、波形、治療周期等)，再適當擴大樣本量，嚴格把控實驗質(zhì)量，提高結(jié)果的精確性和可重復(fù)性；(2)考慮物種的差異性，在符合倫理學研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)當積極開展以患者為對象的機制研究，更直接的獲取實驗證據(jù)；(3)可從ESWT調(diào)控信號通路、基因表達等角度，繼續(xù)研究IL-10、IGF等抗炎細胞因子及SOD、肌糖蛋白C等軟骨組織蛋白的表達機制，進一步完善ESWT促進KOA關(guān)節(jié)軟骨再生的機制；(4)可在原有基礎(chǔ)上，進一步研究ESWT對KOA關(guān)節(jié)軟骨的miRNA調(diào)控機制，為KOA的防治提供新思路；(5)可運用多模態(tài)成像技術(shù)如：血氧水平依賴功能磁共振成像(BOLD-f MRI)、正電子發(fā)射斷層顯像(PET)-CT等從結(jié)構(gòu)、功能、代謝等角度，交叉印證ESWT治療KOA的作用機制。只有繼續(xù)深入對ESWT治療KOA的機制進行實質(zhì)性系統(tǒng)性研究，揭示ESWT在KOA治療過程中各環(huán)節(jié)、各層面的客觀規(guī)律，才能促進ESWT在治療KOA方面取得更好的進展。