常译牛 印帅 陈卓 段昭远 袁洁 张振华 吴楠 冯晓东，

(河南中医药大学 1康复医学院，河南 郑州 450000；2第一附属医院康复中心)

膝骨性关节炎(KOA)是一种临床上常见的膝关节退行性疾病〔1〕，好发于中老年人群，并与肥胖、性别、膝关节损伤等因素密切相关〔2〕。其病理特征是关节软骨变性破坏、关节周围骨质增生、滑膜病变、关节囊挛缩等；临床主要表现为膝关节的疼痛、僵硬等功能障碍，甚至可导致关节畸形，严重影响患者的生活质量〔3〕。KOA已成为全球第四大致残原因，超过2.5亿人受此影响，占全球人口比例的3.6%〔4〕。而我国65岁以上老年人的KOA发病率高达50%〔5〕，且随着人口老龄化进程加快，其发病率也呈上升趋势〔6〕，成为威胁社会健康的重要公共卫生问题之一。

目前KOA的治疗手段主要包括：运动治疗、物理因子治疗、药物治疗等保守疗法和软骨修复术、关节置换术等手术疗法，各种方法均取得了一定的疗效〔7〕，但保守治疗周期较长会给患者带来较大的痛苦，长期服药还易产生耐药性、胃肠道反应及肝肾功能的损伤，手术治疗费用高昂且风险较大〔8〕，所以临床上迫切需要一种安全有效且痛苦较小的KOA治疗方法。而体外冲击波疗法(ESWT)因安全有效、无创且不需住院治疗等优点〔9〕，被越来越多的KOA患者所接受。ESWT可以影响细胞因子表达，减缓炎症反应；也可以改善微循环，促进炎症消散，还具有促进软骨细胞增殖，保护关节软骨的作用〔10〕；也能通过使感觉性无髓鞘纤维失能、抑制疼痛因子释放等来缓解疼痛，可显著缓解KOA的症状，提高其治疗成功率〔11〕。本文就将ESWT治疗KOA的作用机制进行明确梳理，方便更好地指导临床实践应用，并结合目前的研究现状作出展望。

1 ESWT对KOA的镇痛机制

ESWT有良好的镇痛效应〔12〕，能显著缓解KOA患者的疼痛〔13〕。在KOA的进程中无髓鞘神经纤维的形成，是引起关节疼痛的原因之一〔14〕，而ESWT可使感觉性无髓鞘纤维失能，降低痛觉感受器神经肽降钙素基因相关肽(CGRP)的表达，从而减缓疼痛〔15〕。Kawcak等〔16〕发现ESWT还能有效降低末梢神经敏感性，减少P物质(SP)等疼痛因子的释放，抑制疼痛信号的传递，并在后续实验中得到验证〔17〕。Ramon等〔18〕认为，ESWT通过对痛觉神经感受器的刺激，还可以影响感受器对疼痛的接受频率及其周围化学介质的组成，而前列腺素(PG)E2、5-羟色胺(HT)、一氧化氮(NO)等作为主要的疼痛因子〔19〕，ESWT可快速降低它们在炎症局部的释放；此外，ESWT减少促炎细胞因子的刺激，也可减轻疼痛；还能促使疼痛部位的细胞膜释放大量的β-内啡肽，抑制疼痛信号的产生〔20〕，提高痛阈〔21〕。

2 ESWT对局部微循环的改善

ESWT可以扩张血管、改善微循环〔22〕，促进KOA的恢复。一方面，ESWT产生的机械波在人体组织内传导的过程中，其空化效应使组织中的微小气泡发生急速膨胀，可直接疏通闭塞的微细血管，改善局部微循环的凝滞状态〔23〕。另一方面，ESWT的机械压力使细胞发生弹性形变，可调节细胞外调节蛋白激酶(ERK)的功能，激活缺氧诱导因子(HIF)，使其与多种促血管生成基因的启动因子结合，同时还可诱导内皮生长因子(VEGF)、内皮型NO合酶(eNOS)、基质细胞衍生因子(SDF)等血管生成相关生长因子和趋化因子的早期表达〔24〕，进而促进毛细血管生成；此外，Lee等〔25〕还发现，ESWT可提高周围组织线粒体的氧化和光化学作用，从而提高ATP供能，使血管和淋巴管扩张，加快局部血液循环。

3 ESWT对关节软骨的保护

关节软骨由软骨细胞及细胞外基质组成，细胞外基质包括水、Ⅱ型胶原蛋白网和蛋白多糖〔26〕。软骨退变是KOA病变的关键〔27〕，而ESWT具有保护关节软骨的作用。ESWT可通过降低促炎细胞因子〔白介素(IL)-1、IL-6、肿瘤坏死因子(TNF)-α等〕和降解蛋白〔基质金属蛋白酶(MMPs)、一氧化氮合酶(iNOS)等〕的表达〔28〕抑制关节软骨降解，还可促进Smad3蛋白与转化生长因子(TGF)特异性结合形成异聚体，进入胞核内与DNA特异转录因子结合，调节基因表达，进一步抑制关节软骨降解。

ESWT除了可抑制关节软骨降解之外，还可以促进软骨细胞再生，有利于细胞外基质合成及软骨下骨重建。ESWT激活Wnt5a/Ca2+〔29〕、JNK (c-Jun、c-Fos)信号通路〔30〕，触发成骨细胞分化，可重建软骨下骨；ESWT通过调控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〕，均可促进软骨细胞增殖和细胞外基质合成〔32〕。

4 ESWT对细胞因子水平的调控

大量的细胞因子在KOA的进程中扮演重要角色〔33〕，主要分为以IL-1β、IL-6、TNF-α等为主的促炎细胞因子和以TGF-β、胰岛素样生长因子(IGF)、IL-10等为主的抗炎细胞因子。无论是促炎细胞因子的减少，还是抗炎细胞因子的增加，均有利于KOA的恢复。

4.1促炎细胞因子 IL-1β、IL-6和TNF-α是KOA发病过程中调节炎症的始动因素〔34〕。IL-1β可通过高水平的粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子促进生成，也能以自分泌方式产生〔35〕，席立成等〔28〕发现，ESWT可以通过抑制NF-κB的核定位来阻滞IL-1β的表达；TNF-α作为炎症前因子，不仅可引起组织炎性损伤，还可刺激IL-6等促炎因子的合成〔36〕；IL-6是促炎作用最强的细胞因子，可与TNF-α协同促进KOA的炎症反应〔37〕，Hazan-Molina等〔38〕在实验中观察到，低能量ESWT能有效下调NF-κB信号通路的活化，进而减少TNF-α的表达，此结论也在刘洪柏等〔39〕实验研究中得到证实。ESWT通过NF-κB通路可有效抑制IL-1β和TNF-α的分泌，而TNF-α分泌减少还可减轻对IL-6合成的刺激，最终使得 IL-6、IL-1β、TNF-α的表达均下降。ESWT使促炎细胞因子的表达下降，可从源头上减缓炎症反应，对于KOA的防治至关重要。

4.2抗炎细胞因子 TGF-β被认为是最强的促生长因子〔40〕，具有抑制关节软骨的变性、凋亡的作用。IL-10可由T细胞、B细胞、单核细胞和巨噬细胞产生，具有抑制炎症反应的作用〔41〕。IGF是生长激素产生生理作用过程中必需的一种活性蛋白多肽物质，可诱导软骨生成。TGF-β、IL-10、IGF均具有抑制促炎性细胞因子的作用，可延缓KOA的进程〔42〕。ESWT通过影响miR-140的基因表达，调控TGF-β信号通路，可促进TGF-β的表达〔43〕，后续的研究也证实ESWT可以提高KOA血清、关节液中抗炎细胞因子TGF-β、IGF〔44〕、IL-10〔28〕的水平，虽然部分抗炎因子的表达机制仍不清楚，有待临床和实验室进一步研究，但ESWT提高抗炎细胞因子的表达，对治疗KOA起到的积极作用，是值得肯定的。

5 ESWT影响关节组织微环境中蛋白的表达

关节组织中的蛋白种类众多，但根据其对KOA病情的影响，也可分为两类。

一类是MMPs、软骨降解蛋白酶和iNOS等降解关节基质的蛋白酶，它们可加重KOA病情。ESWT通过其机械应力的刺激，调控上游细胞内丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路蛋白ERK、c-Jun氨基末端激酶(JNK)的表达，发挥对MAPKs信号通路蛋白表达的影响，降低MMPs水平〔45〕；还可通过JNK信号通路〔46〕调控其下游转录因子AP-1蛋白(c-JUN、c-Fos、AFr-2)，减少p-JNK的表达，也可降低MMPs的水平〔47〕。ESWT刺激产生的IL-10通过对酪氨酸激酶信号传导和转录激活因子(JAK-STAT)信号通路的调控，可抑制iNOS和软骨降解蛋白酶的表达〔28〕。

另一类是肌糖蛋白C、SOD、Smad3蛋白、胶原蛋白等利于KOA恢复的蛋白。其中Smad3蛋白可由TGF-β诱导产生；ESWT刺激软骨细胞后在血小板衍生生长因子的作用下，可促进胶原蛋白产生〔48〕，而ESWT影响患者SOD和肌糖蛋白C的表达机制目前还不清楚。但据目前研究表明，ESWT既可以抑制MMPs、iNOS和软骨降解蛋白酶的表达，也可以促进SOD、肌糖蛋白C、Smad3蛋白和胶原蛋白的表达，对KOA的治疗具有积极意义。

6 ESWT对MicroRNA(miRNA)表达的影响

miRNA是一类由内源基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码单链小分子RNA〔49〕，不同的miRNA对软骨细胞代谢、增殖及细胞外基质合成、代谢产生影响，比如miR-34a可调节软骨细胞的凋亡〔50〕、miR-27a和miR-27b能够调节MMP-13的表达〔51〕加重KOA病情等，可见miRNA在KOA的始动和进展中起重要作用。荆琳等〔51〕通过动物实验证明，人软骨miRNA与动物标本miRNA的峰值在理论上一致，并且筛选出5种在KOA关节软骨中高表达的miRNA，证明这5个高表达的miRNA是KOA的潜在致病基因；之后Cheng等〔52〕通过下一代测序技术，评估了经ESWT干预后的KOA模型大鼠，在其miRNA表达谱中发现，经ESWT治疗后miRNA在关节软骨和软骨下骨中的表达关系得到改善，有利于KOA的恢复。ESWT影响miRNA的表达对KOA的治疗有重要意义，找出存在差异表达的miRNA在KOA病程中的作用，进一步研究ESWT对KOA潜在致病基因的调控机制，可以为KOA的防治提供新思路。

综上，ESWT可以针对影响KOA的相关因素进行多层面、多环节、系统的调节。目前，ESWT对KOA的治疗已经得到广泛的认可，但在对其作用机制梳理的过程中也发现一些不足：机制研究以动物模型实验为主，样本量较小，能流密度、波形选择也不统一，影响实验结果的精确性；ESWT促进抗炎细胞因子IL-10、IGF及SOD、肌糖蛋白C等的表达机制还不清楚。ESWT通过对潜在致病基因的调控，影响KOA关节软骨内miRNA的表达，对于KOA的治疗也有积极意义，其机制也有待进一步研究。此外，随着神经影像学技术的发展，发现KOA中枢神经功能、结构存在重塑现象，但目前尚缺乏有关ESWT对KOA的中枢机制研究。

为了进一步完善ESWT治疗KOA的机制基础，更好地指导临床实践应用，特做出以下展望：(1)探索实验中ESWT的最佳参数(能流密度、波形、治疗周期等)，再适当扩大样本量，严格把控实验质量，提高结果的精确性和可重复性；(2)考虑物种的差异性，在符合伦理学研究的基础上，应当积极开展以患者为对象的机制研究，更直接的获取实验证据；(3)可从ESWT调控信号通路、基因表达等角度，继续研究IL-10、IGF等抗炎细胞因子及SOD、肌糖蛋白C等软骨组织蛋白的表达机制，进一步完善ESWT促进KOA关节软骨再生的机制；(4)可在原有基础上，进一步研究ESWT对KOA关节软骨的miRNA调控机制，为KOA的防治提供新思路；(5)可运用多模态成像技术如：血氧水平依赖功能磁共振成像(BOLD-f MRI)、正电子发射断层显像(PET)-CT等从结构、功能、代谢等角度，交叉印证ESWT治疗KOA的作用机制。只有继续深入对ESWT治疗KOA的机制进行实质性系统性研究，揭示ESWT在KOA治疗过程中各环节、各层面的客观规律，才能促进ESWT在治疗KOA方面取得更好的进展。