手法对膝骨关节炎系统生物学影响的研究概况.docx

手法对膝骨关节炎系统生物学影响的研究概况 手法对膝骨关节炎系统生物学影响的研究概况 膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是一种以关节疼痛及活动障碍为主要临床表现的骨科常见疾病，具有发病率高、病程长、预后差、医疗费用高等特点1-4。有关资料显示，老年女性放射学KOA患病率高达46.6%，临床患病率为15.4%；老年男性放射学和临床KOA患病率分别为27.6%和7.1%。同时，由于大多数KOA缺乏明确病因，所以难以找到针对性的特效干预和控制手段。随着关节软骨的慢性、渐进性退行性改变，KOA发展到中晚期表现为关节功能丧失，甚至残障，严重影响患者生活质量，造成巨大的社会和经济负担。 目前，公认的KOA病因主要有关节软骨生化代谢紊乱、性激素内环境紊乱、氧自由基氧化损伤、生物力学失衡、骨内压升高等。由于本病病因及发病机制尚未完全明确，临床对于KOA的治疗多采用药物对症治疗控制病情，但却无法避免诸如胃肠反应等副作用。相关实验及临床研究表明，手法治疗作为一种安全有效的KOA干预措施，其临床效果已得到国内外多中心、随机对照试验的证实9-10。但手法治疗对KOA的机制十分复杂，尚需要进一步归纳研究。 1 中医学对KOA的认识 中医学认为，KOA属痹证范畴，是一种本虚标实的疾病11-12。KOA患者多肝肾亏虚、气血不足，本虚则易受邪。肾主骨，肾虚髓亏，骨骼失养，则可退变出现骨质增生。关节软骨中医称为筋肝主筋，肝血亏虚，筋脉失养，则易磨损失用，素问脉要精微论曰：膝者，筋之府，屈伸不能，行则偻附，筋将疲矣。在本虚的基础上，或外感风寒湿邪，内阻经络；或邪从内生，瘀血阻络，痰瘀互结等，变证丛生，不一而足，形成KOA的复杂病因病机。 2 系统生物学理论对KOA的认识 现代医学研究表明，KOA是一种多因素、涉及多个分子网络调节的疾病。一般认为KOA的病因有生物力学因素、遗传因素、外源性因素等，累及关节滑膜、软骨及膝周软组织产生炎症代谢反应，主要表现为关节软骨的退变、软骨细胞外基质（ECM）的降解及关节周围骨赘的形成，同时可伴有软骨下骨硬化、滑膜炎性变等，其中关节软骨生化代谢异常已经成为热点研究内容。关节软骨主要由软骨细胞和ECM构成，软骨细胞合成大量的型胶原及蛋白聚糖（PG）等物质，并分泌到ECM中，构成复杂的网架结构，调节细胞的生理活动。蛋白聚糖可使关节软骨具有很好的弹性和抗压性，不仅具有连接、保水、抗压等物理学作用，也具有传递细胞信号、调节细胞基本生命活动等生物学功能。基因组学、蛋白质组学及代谢组学作为系统生物学三大主要组成部分，随着科研技术的发展和业界研究的不断深入，对KOA机体的变化已经深入到代谢层次研究和探索。本文主要对手法干预下KOA机体蛋白质组学及代谢组学的影响变化做如下综述。 2.1 基质金属蛋白酶（MMPs）与KOA MMPs是人体内的一群内肽酶系统，现已发现20多种。根据MMP底物的特异性可分为：胶原酶（主要包括MMP-1、MMP-8、MMP-13、MMP-18），明胶酶（主要包括MMP-2、MMP-9），膜型金属蛋白酶（主要包括MMP-14、MMP-15、MMP-16等），间充质溶解素类（主要包括MMP-3、MMP-10、MMP-11），两种基质溶素（主要包括MMP-7、MMP-26）。国内外相关研究证实，MMPs是构成ECM降解最主要的蛋白水解系统。其中MMP-1、MMP-3、MMP-8、MMP-13等MMPs类通过破坏ECM来影响软骨细胞降解和重组之间的动态平衡，从而破坏关节内微环境、扰乱细胞功能。蛋白聚糖的丢失、降解引起ECM合成代谢与分解代谢的失衡被认为在骨关节炎（osteoarthritis，OA）早期病变中起着重要的起始作用。 正常情况下，MMPs不会过度表达，因体内存在其抑制因子基质金属蛋白酶抑制剂（TIMPs），TIMPs能与MMPs的催化位点结合使其失活，同时也能与MMPs酶原的部分位点结合进而阻止其酶原激活，避免了MMPs水解ECM。现已发现，单纯的TIMPs增加相对较少，而软骨破坏程度与MMPs/TIMPs比例失衡呈正相关则被更多人认可。因此，针对OA软骨组织中MMPs及TIMPs的深入研究将有助于进一步明确OA发病机制。 2.2 细胞因子与OA 软骨降解是软骨退变的一个重要方面。大量研究证实，软骨降解与细胞因子表达异常有关。正常情况下，ECM的分解与合成代谢平衡是通过分解性细胞因子和合成性细胞因子（即生长因子）的平衡来维持的。分解性细胞因子如白细胞介素-1（IL-1）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、肿瘤坏死因子-β（TNF-β）、白细胞介素-6（IL-6），通过细胞信号转导通路的级联放大作用刺激特定MMPs的生成，而引起基质的降解。并可通过刺激滑膜细胞增殖和变性，诱导炎性介质形成，促进滑膜细胞MMPs分泌，抑制或干扰软骨细胞及表型表达等。其中IL-1、TNF-β、TNF-α是OA发病机制中重要介质。OA发生时关节滑膜细胞大量增殖，造成IL-1、TNF-α分泌过度并释放入血。从而引发多型核细胞激活、前列腺素E2过度释放及MMPs合成和分泌等一系列反应，最终造成关节软骨的破坏和降解。IL-1、TNF-α主要引发自身免疫反应和无菌性滑膜炎症，而在上述一系列反应后，在MMPs作用下软骨细胞合成蛋白聚糖及促进型胶原转化为I型胶原的作用被抑制，本文由收集整理导致关节组织持续损伤、软骨基质被加速降解，最终引发软骨缺损和生物力学改变。可见IL-1、TNF-α、MMP-3在OA病情进展中具有潜在的协同效应16-19。 2.3 代谢组物质与KOA 随着系统生物学研究的不断深入和基因组学-蛋白质组学-代谢组学科研纵轴的发展。代谢组物质是基因表达和蛋白质代谢的最终产物。通过利用现代分析检测技术和磁共振、色谱、质谱联用的计算机分析方法，对KOA血清样本中的代谢组物质（相对分子量 1000）进行系统化分析，能够精准反映KOA机体的变化，并对基因组和蛋白质组学的影响变化起到放大作用。分析KOA患者的代谢组学变化，对探究手法干预下的细胞通路选择、力学信号的释放与传递及能量变化等影响具有重要意义。相关实验研究表明，经磁共振波谱仪检测的KOA血清样本，在氧嘌呤醇、甲硫氨酸含量方面与正常组存在明显差异，并在PCA得分图和PLS-DA载荷图上得到了证实。显著性差异代谢物有甲硫氨酸、氨基乙酸、羟嘌呤醇、α-酮戊二酸、羟丁氨酸等11种氨基酸及肌酐、乳酸、甲醇、乙酸盐等代谢组物质。 其中S-腺苷甲硫氨酸（甲硫氨酸的活性成分，SAM）具有改善细胞代谢过程中生理活性的作用，参与三羧酸循环、硫化甲基化等多种氨基酸代谢反应，不仅参与神经递质、激素等大分子物质的合成和代谢，还具有抗氧化剂形成、解毒抗炎及组织修复等作用。氨基酸类代谢组物质在促进软骨生成与修复、选择性抑制前列腺素α-2方面表现出良好的成效22-23。 3 手法治疗KOA 医宗金鉴正骨心法要旨手法释义阐释手法治疗机制为：按其经络，以通郁闭之气，摩其壅聚，以散瘀结之肿。手法治疗KOA主要意图在于尽量扩大髌骨活动度、发挥伸膝装置的力学效益，促进关节血液循环，松解关节周围组织粘连、增加髌骨活动度，增强膝关节的活动范围、扩大关节间隙，从而协同降低膝关节内压，同时改善膝关节周围及关节囊的血液循环，增强关节营养供给，加快软骨代谢物质效率，进而减缓关节软骨组织的退变。 手法治疗KOA作为中医骨伤的特色疗法，大量临床病例和实验研究证实，手法可明显缓解症状，改善关节功能。叶枫继承陈福林老中医的思想，强调手法治疗前要先进行手法诊断，只有知其体相，才能识其部位，认为手法主要是通过恢复筋主司一身运动之功能，而达到治疗目的。吕亚南等通过点穴舒筋手法调气、运气和飞经走气，以舒筋解痉、消散筋结、疏经通络止痛，针对性地对筋结进行处理，取得了良好的临床效果。王衍全等使用六指六穴（血海、阴谷穴、内膝眼、梁丘、膝阳关穴、外膝眼）点压及膝关节旋转屈伸手法，调补肝肾、行气止痛、活血化瘀。中医学认为，胃为气血生化之源，脾主肌肉，血海、梁丘分别为胃经和脾经腧穴，以达调和气血、协调肌肉之目的。肝主筋、肾主骨，膝阳关穴、阴谷穴在胆经及肾经，选此2穴以补肝肾、强筋骨；内外膝眼作为膝前奇穴而被选用，以奏活血定痛之功。在点按六穴基础上加旋转屈伸手法可解除交锁，松解关节粘连，保持关节力学平衡，调节关节活动度。 随着代谢组学及中医循证医学的发展，近年来关于手法治疗KOA的分子生物学研究业已成为科研热点，将有助于进一步从分子水平明确KOA发病机制、探讨手法对KOA治疗取效的可能作用机制，为临床上治疗KOA提供新的靶点。朱鸿飞等 通过模拟按压手法进行动物实验研究表明，手法能降低体内MMP-13、TNF-α含量，促进整合素α1、β1释放，改善软骨细胞外基质代谢，诱导组织抗炎，抑制软骨基质破坏。对比软骨形态学变化，经Mankin评分后发现，手法治疗后关节软骨病理损害程度较对照组轻。王春林等研究证实，手法可降低关节液中TNF-α、IL-1β等浓度，抑制软骨基质降解和软骨破坏，达到软骨损伤修复的目的。戴七一等30-32研究证实，手法对于上调抑制凋亡基因Bcl-2表达，下调促进凋亡基因Bax和Fas表达具有统计学意义。手法可明显促进软骨细胞增殖，这可能反映了手法临床取效的原因。手法对动物模型血常规变化无明显的影响作用；但能明显降低血清MMP-9、MMP-13、IL-1β、IL-6、TNF-α含量，升高TIMP-1的含量，降低MMP-9/TIMP-1比值，这可能是手法延缓膝关节软骨组织退变的机制之 一33-36。杜宁经过基础实验研究推测手法治疗KOA的机制为：手法能改善关节周围代谢环境，促进炎性物质吸收和软骨细胞新陈代谢，减缓软骨退变。增加抗炎介质和修复因子的表达，抑制免疫损害，增强软骨细胞的功能，延缓病理进程。刺激相关胶原基因mRNA的表达，增加型胶原蛋白合成，维持软骨的结构和数量，同时促进软骨的修复。这可能是手法治疗KOA最直接的证据表现；但不同手法对KOA