电针对骨关节炎软骨细胞外基质调节机制探讨

邵翔等

【摘 要】 软骨细胞外基质主要包括胶原、蛋白多糖、水，软骨细胞外基质成分的过度丢失对骨关节炎的病理进展有着重要的作用，调控软骨细胞外基质的过度丢失可以起到保护软骨、促进软骨修复、维护正常的关节生物学特性的作用。通过查阅国内外相关文献，综合、分析、归纳电针治疗骨关节炎的作用机制，发现电针通过调节基质金属蛋白酶、炎症因子、碱性成纤维生长因子抑制软骨细胞外基质过度丢失，从而延缓软骨衰变。

【关键词】 骨关节炎；电针；软骨细胞外基质；基质金属蛋白酶；水通道蛋白

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.07.009

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种以软骨退变为主要特征的疾病，目前尚无有效的方法可以完全阻断其病理进程。软骨细胞的凋亡和软骨基质的过度丢失对OA的病理进展有着至关重要的作用[1]。软骨细胞外基质（extracellular matrix，

ECM）具有保护软骨细胞免受机械应力破坏的作用，其合成和分解代谢的动态平衡维持着正常关节的完整功能。研究表明，在OA患者的软骨中，软骨细胞自身的生长和增殖，及其基质的合成和代谢均出现紊乱[2]。电针临床上具有疏通经络、消炎止痛之功效[3-4]，可增强机体的免疫功能，通过调节软骨细胞的增殖、分化、凋亡抑制软骨基质的退变[5]。本文通过探讨电针对OA中ECM的调控机制，旨在为研究电针治疗OA的作用靶点提供新的思路。

1 ECM成分及正常生物学功能

ECM主要由胶原纤维、蛋白多糖聚合体以及水构成，除此之外还有少量的矿物质以及微量的非胶原糖蛋白、溶菌酶和脂类[6]。在软骨组织中大量胶原蛋白以直角交织排列的方式重叠、绞合，形成胶原纤维。胶原纤维网的作用在于维持软骨的硬度和抗张力的强度。软骨中的胶原成分包括Ⅱ型胶原、Ⅵ型胶原、Ⅸ型胶原、Ⅹ型胶原、Ⅺ型胶原

5种[7]，其中Ⅱ型胶原占80%～95%[8]，对关节的承受力和耐摩擦起到很重要的作用[9]，Ⅹ型胶原可与Ⅱ型胶原纤维发生联系，对软骨的结构和强度产生影响[10]。蛋白多糖（proteoglycan，PG）也是ECM中的一个重要功能成分，具有很好的亲水性。PG对软骨水含量的维持起到很大作用，可以为负载的软骨提供抗压、耐冲击、吸收能力。

水是软骨内最丰富的成分，正常软骨中水的含量约占70%～98%，其中包含大部分的结合水和少量的自由水。结合水主要由胶原和蛋白多糖的水合作用形成；自由水游离于软骨细胞、滑膜之间，与结合水共同保证关节软骨营养物质的吸收、废物的交换和气体的弥散。水与胶原、蛋白多糖结合成凝胶状，对于关节软骨正常生物力学特性的维持起到关键的作用。水有助于关节间的润滑，同时可以为关节软骨提供一定的膨胀压[11]，维持关节软骨正常内环境。

2 OA中ECM成分的改变

ECM过度丢失，胶原纤维网的破坏，胶原蛋白的组成由Ⅱ型胶原转变为Ⅰ型胶原[12]，是OA软骨基质退变的主要病理表现。在OA早期，Ⅱ型胶原合成量代偿性上调，OA中后期Ⅱ型胶原合成量明显低于正常软骨细胞。Ⅱ型胶原质和量的改变，可以直接导致软骨正常生物力学特性的改变，从而促进OA病程的进展。同时，各种因素引起的蛋白多糖过度降解，导致其质和量明显降低[13]，也是引起软骨基质退变的重要因素。蛋白多糖过度降解可造成软骨含水量降低，软骨弹性变差，从而影响软骨的力学特性。在OA中软骨表层基质破坏，蛋白多糖会大量进入关节液，导致滑液中蛋白多糖的含量出现异常变化并始终伴随OA病程进展[14]。

OA中关节软骨自由水与结合水的比例出现进行性改变[15]，理论上是由于蛋白多糖和胶原的过度丢失结合水呈进行性丢失，所占比例同时减少。OA早期由于细胞肿胀关节软骨含水率有所增加，随着OA的进展，ECM中的水进行性丢失和流动性逐渐增大，会对软骨的正常形态和力学特性造成破坏，软骨表面纤维化、产生裂缝。

3 影响软骨ECM的因素以及电针对其调控机制

3.1 电针对软骨细胞中基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）及相关炎症因子的调控 MMPs是一种存在于软骨细胞外的蛋白质水解家族，可以降解ECM中的蛋白质。目前在人体中发现的MMPs大约有20多种，根据其分子量大小及底物的不同大致可以分为5类[16]：胶原酶、明胶酶、间质溶素、基质溶解因子、膜型MMPs[17]。MMPs基本上可以降解所有的ECM，因此在OA病程进展中有着至关重要的作用。目前文献报道研究较多的主要有MMP-1、MMP-3、MMP-9、

MMP-13。

MMP-13属于MMPs中的胶原酶亚型，可以直接降解Ⅱ型胶原，并且裂解活性最强，降解效率最高[18]，其他MMPs亚型对Ⅱ型胶原的降解都需要通过它来起作用。MMP-1属于胶原酶的一种，可以直接降解ECM，尤其对Ⅱ型胶原的降解有着启动和加快降解速率的作用。MMP-3一般在正常ECM中表达，但是MMP-3可以降解多种基质蛋白底物，还可以通过激活MMP-1、

MMP-8、MMP-9的活性加速胶原的病理性降解[19]。MMP-9属于明胶酶的一种，对软骨ECM中的胶原、蛋白聚糖有降解作用。

研究表明，电针可以明显降低OA软骨细胞MMP-13的表达，从而起到抑制对Ⅱ型胶原的过度降解，增加蛋白多糖的合成，保护关节软骨[20]。研究发现，在OA软骨细胞中MMP-1的表达呈逐渐升高的趋势[21-22]。理论上认为，降低MMP-1的表达能起到抑制软骨ECM过度降解的作用，电针干预后OA软骨细胞MMP-1的表达明显降低[23]。有研究报道，电针治疗后OA患者血清中MMP-3的表达量明显降低[24]。OA软骨细胞中的MMP-9表达较正常软骨细胞表达量明显升高[25]，目前电针对OA中MMP-9的调控机制尚不明确。

白细胞介素（interleukin，IL）-6、IL-1等炎症因子能显著增加MMPs的表达，从而加快对软骨ECM的降解[26]。IL-1β可以显著增加MMP-13的表达，从而抑制Ⅱ型胶原和蛋白多糖的表达，IL-6则对IL-1β起到协同放大的作用，加快对软骨ECM的降解。研究表明，电针可以有效降低关节液中IL-6和IL-1β的浓度，起到保护软骨ECM的作用[27]。

3.2 电针对软骨细胞中金属蛋白酶组织抑制因子（tissue inhibitor of matrix metalloproteinase，TIMPs）

的调控 TIMPs属于MMPs抑制物的一种，目前已发现包括TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3、TIMP-4共4种亚型[28]。TIMPs可以抑制MMPs的活性，其与活化的MMPs 1∶1形成不可逆的非共价结合，抑制MMPs对ECM的降解[29]。TIMPs与MMPs的平衡是维持正常ECM代谢的关键，OA中MMPs增长显著高于TIMPs增长，二者的失衡导致了软骨ECM的过度降解进而引起关节功能的异

常[30]。研究发现，电针干预后，OA软骨细胞MMP-1、MMP-3表达显著下调，TIMP-1表达上调[31]，

表明电针可以纠正二者之间的失衡从而起到抑制ECM过度降解的作用[32]。

3.3 电针对碱性成纤维生长因子（basic fibroblast growth factors，bFGF）的调控 bFGF具有调节细胞增殖和分化的功能，经研究发现，bFGF对体外培养的软骨细胞中的蛋白多糖和Ⅱ型胶原的表达具有明显促进作用[33]。电针可以通过上调OA软骨中bFGF的表达起到保护软骨ECM，修复软骨的

作用[34]。

3.4 电针对OA的ECM中水的调控 水通道蛋白（aquaporins，AQP）是一类位于包膜上的仅供水通透的非亲水性的、高度保守的转运蛋白[35]。AQP3是水通道蛋白的一种，是水与甘油的双重通道，其主要参与水和甘油的运输，能够促进细胞迁移，同时在关节软骨细胞和滑膜细胞上有表达。研究发现，AQP3在OA软骨中表达上调，提示AQP3参与OA的病理进程[36]。同时也有研究表明，OA患者的AQP3表达量低于正常组[37]。AQP3在OA发病机制中的具体作用尚不明确，但可以明确的是，AQP3的异常影响着软骨中水的转运进而影响OA的病情进展。水作为软骨ECM中的重要组成部分，对于OA的病程进展有着至关重要的作用，但是目前关于电针对OA软骨ECM中水的调控尚无研究，推测电针可能通过调控AQP3的表达量进而起到相应的作用。

4 展 望

电针在针刺腧穴得气的基础上通过微量电脉冲刺激，加强了针刺的临床效果。目前电针疗法主要包括单纯电针疗法、电热电针疗法、电针联合疗法、术后电针增效疗法[38-39]。临床研究表明，电针可以有效缓解疼痛，改善OA患者股四头肌功能以及膝关节活动范围[40-41]，而且实验表明，电针可以抑制OA软骨细胞凋亡及ECM成分的过度丢失[42-43]。目前，电针对于OA作用机制的解释还有所欠缺，通过从软骨ECM成分的变化入手，进一步探讨电针对于OA的作用机制。电针具有低成本、近乎无创、无明显副作用等优点，进一步的深入研究可以为电针的临床推广提供有力

证据。

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收稿日期：2015-03-31；修回日期：2015-05-18