基于thermoTRP離子通道初探膝骨關節炎(骨痹)“寒邪”為病的分子機制?

殷松江，王培民

(1. 南京中醫藥大學研究生院，南京 210029； 2. 南京中醫藥大學附屬醫院, 南京 210029)

膝骨關節炎(knee osteoarthritis，KOA)是一種導致膝關節結構與功能異常的常見病變，多見于老年患者。據報道，KOA發病率在65歲以上人群超過60%，75歲以上更高達85%，已成為危害人民健康的重大公共衛生問題[1]。KOA臨床表現多為慢性疼痛、腫脹和功能障礙等，其中頑固的慢性疼痛是患者就診的最主要原因[2]。KOA發病機制尚不明確，缺乏特異性治療方案，病程后期常需手術療法。然而約65%～80%的患者術后仍會殘留頑固性疼痛[3]，且部分高齡患者無法耐受手術，對此保守治療顯得尤為重要。長期臨床實踐表明，以中醫外治技術為代表的特色療法在控制KOA疼痛、改善KOA病情方面具有起效快、安全性高等獨特優勢，其療效得到大樣本隨機對照試驗證實[4]。然而由于中醫藥對KOA發病機制認識不足，特別是與現代分子機制的脫節，導致中醫藥特色療法在KOA領域的療效優勢得不到廣泛認同及應用，為此積極尋找中醫理論與骨關節炎發病機制的內在聯系，是實現中醫現代化、發揮中醫藥療效優勢的必由之路。

1 “寒邪”是膝骨關節炎(骨痹)重要致病因素

根據臨床表現，KOA屬于中醫學“骨痹”范疇[5]。“骨痹”之名始于《素問·痹論》：“風寒濕三氣雜至, 合而為痹也。[6]”又如《素問·長刺節論》提出：“病在骨，骨重不可舉，骨髓酸痛，寒氣至，名曰骨痹”[6],這些均表明“寒氣至”是“骨痹”的重要前提。在此基礎上，后世醫家又發現“骨痹”具有鮮明的季節特征。如隋·巢元方《諸病源候論》曰：“冬遇痹者為骨痹，則骨重不可舉，不隨而痛。[7]”唐·孫思邈在《備急千金要方》中亦提出：“以冬遇病為骨痹。[8]”而在現代醫學相關研究也證實，寒冷氣候與骨關節炎患者的疼痛與放射學改變嚴重程度密切相關[9-10]，由此可見，“寒邪”是KOA(骨痹)的重要致病因素。

“寒邪”為六淫之一，冬令主氣屬陰邪，易傷陽氣，其性主凝滯、收引[11]。在KOA(骨痹)發病機理中，“寒邪”為病的作用機制復雜，根據其作用部位不同，具有“致痛”及“致病”2種不同的作用。如若“寒氣客于脈外”則可見“脈寒，脈寒則縮蜷，縮蜷則脈絀急，絀急則外引小絡，故卒然而痛”[6]，從而導致病變部位劇烈疼痛；若“寒客經絡關節”，則見“關節拘攣,步履艱難,骨節沉重,活動不利”[12]，引起關節僵硬和活動障礙。正是由于“寒邪”這種靶點多元化特征，為現代研究闡明其作用機制帶來了困難。近年來，不少學者對“寒邪”為病進行了實驗研究，主要集中于寒冷刺激引起的血壓升高、血管收縮、細胞黏稠度增高等方面[13]。然而在這些研究中，“寒邪”為病在KOA(骨痹)中的作用機制并不能得到很好解釋，有待進一步探討。

2 ThermoTRP通道是“寒邪”為病作用靶點

瞬時感受器電位通道(transient receptor potential, TRP)是細胞膜上的非選擇性Ca2+離子通道，其中參與感知溫度閾值的亞型被稱為thermoTRP，主要包括TRPV1 和TRPV2(感受熱和極熱刺激)、TRPV3和TRPV4(感受溫熱刺激)及TRPA1和TRPM8(感受冷刺激)[14]。ThermoTRP通道均存在一個通道激活的溫度閾值，其中TRPM8在25 ℃以下時開始出現明顯的內向電流，而TRPA1的溫度閾值則低于17 ℃[15-16]，因此這2個通道作為冷覺感受器的功能已被廣泛研究。值得注意的是，TRPM8通道開放比關閉具有更低的溫度依賴性, 故冷刺激更易引起通道的開放。綜上所述，thermoTRP通道能在寒冷刺激中被激活，可以視為“寒邪”為病的作用靶點。

最初關于thermoTRP的研究多集中于病理學疼痛領域，在感覺神經元(背根神經節)上表達的TRPM8、TRPA1不僅能感知冷知覺，被低溫刺激后還參與痛覺調控，可作為神經性疼痛治療的新靶點[17]。近年來，thermoTRP通道在非神經學領域的作用日益受到重視。如TRPA1在角叉菜膠誘發的炎性水腫、腫瘤壞死因子激活的氣道炎癥中均扮演重要的角色，而TRPM8則具有參與細胞增殖和變異的特性等[18-20]。由此可見，thermoTRP通道在不同領域功能性表達的差異性，與“寒邪”為病的多靶點效應十分契合，可能是KOA(骨痹)中“寒邪”為病(包括致痛及致病)的內在分子機制。

3 背根神經節thermoTRP通道介導膝骨關節炎(骨痹)“寒邪”致痛機制

慢性疼痛是KOA病程中最為主要的癥狀，嚴重影響患者生活質量，是臨床上亟待解決的難題[21]。KOA患者關節疼痛病因復雜，其中thermoTRP介導冷痛敏途徑是誘發KOA病理性疼痛的重要機制。冷痛敏指的是對寒冷刺激的疼痛閾值下降(即相同低溫刺激下疼痛程度增加)，而感覺神經元(背根神經節)上thermoTRP通道的高表達及活化則是介導冷痛敏的內在分子機制[22]。相應的，thermoTRP選擇性拮抗劑的應用能顯著改善冷痛敏狀態，減輕患者寒冷刺激所誘發的疼痛[23]。

近年來在骨科慢性疼痛的研究中，背根神經節thermoTRP通道的作用逐步受到關注。首先，相關研究表明，KOA患者表現出典型的冷痛敏狀態，這與“骨痹”中“寒邪”致痛具有的“遇寒加劇、得溫則減”臨床特征高度吻合[24-25]；且在動物實驗中，KOA大鼠存在明顯的冷刺激疼痛閾值下降，當特異性阻斷TRPM8、TRPA1通道時，疼痛閾值出現相應提高[26]。其次，先是TRPV1被發現在KOA支配膝關節區域的背根神經節呈高表達的活化狀態，隨后又證實背根神經節上TRPV1、TRPA1等通道蛋白的表達及開放水平與KOA疼痛存在關聯[27-29]。最后，前列腺素E2能顯著增強thermoTRP通道蛋白激活，這從另外一個渠道解釋了為何非甾體類抗炎藥也能一定程度緩解KOA 疼痛[30]。這些結果進一步證實了KOA冷痛敏與thermoTRP通道之間的密切關聯，表明背根神經節thermoTRP通道-冷痛敏途徑介導膝骨關節炎(骨痹)“寒邪”致痛機制。

4 膝關節thermoTRP通道參與膝骨關節炎(骨痹)“寒邪”致病機制

KOA由多種致病因素誘發，病理特征包括軟骨降解、骨贅形成及滑膜炎癥。其中，膝關節內低度炎癥狀態是導致軟骨降解、關節退變和加速KOA病情進展的重要環節[31]。KOA關節內低度炎癥是一種由多種致病因素激活的先天免疫過程，免疫激活后釋放的炎性因子參與KOA的基本病理變化，如白介素(interleukin，IL)-1β 直接參與KOA滑膜炎癥和軟骨基質降解，基質金屬蛋白酶(matrix metalloprotei-nases，MMPs)被公認為蛋白多糖“殺手”,會引起關節軟骨基質降解及退變，而IL-6則與KOA患者膝關節放射學改變密切相關[32-34]。

ThermoTRP通路是細胞膜上的非選擇性Ca2+離子通道，該通道的激活引起Ca2+離子快速內流，而胞內Ca2+離子的濃度增加往往會增加炎性因子的基因表達而發揮促炎效應[35-36]。其中，thermoTRP通道在非神經元細胞上的功能性表達(多表現為促炎效應)陸續被發現，成牙質細胞上的TRPA1的激活促進三磷酸腺苷的分泌[37]；平滑肌細胞TRPM8的功能性表達介導MMP-2的激活[38]；甚至KOA患者人軟骨組織中亦發現TRPA1的高表達，從而促進MMP-1、IL-6等炎性因子的釋放[39]，以及在正常人滑膜成纖維細胞上亦發現TRPA1、TRPM8的功能性表達，低溫刺激激活該通道后引起Ca2+離子快速內流，提示thermoTRP通道可能在滑膜成纖維細胞的促炎作用中扮演著重要角色[40]。

近年來，感受冷刺激的thermoTRP通道在KOA病情進展中的作用得到了諸多研究證實，如KOA大鼠滑膜組織中TRPA1、TRPM8通道蛋白表達量顯著升高，且這種表達上調伴隨著滑膜及軟骨明顯的組織學變化[26]；TRPA1的活化誘導骨關節炎小鼠模型的滑膜炎癥及軟骨退變，且基因敲除TRPA1后小鼠滑膜及軟骨病變均得到明顯改善[28,41]。由此可見，KOA膝關節內存在thermoTRP通道功能性的高表達，并表現出一定的促炎效應，是膝骨關節炎(骨痹)“寒邪”致病的作用靶點。

5 結語

綜上所述，既往研究證實“寒邪”為病在膝骨關節炎(骨痹)發病機制中的重要作用，并根據其作用靶點不同分為致痛與致病兩個方面。此外相關研究亦證實，thermoTRP通道與“寒邪”為病的顯著相關性，以及其在不同組織上功能性表達的差異(如背根神經節-疼痛、膝關節-促炎效應)。上述證據表明，thermoTRP通道與膝骨關節炎(骨痹)“寒邪”為病機制密切相關，其中背根神經節thermoTRP通道的高表達介導“寒邪”的致痛機制，而膝關節thermoTRP通道的高表達參與“寒邪”的致病機制。下一步研究有必要開展相關的基礎研究及前瞻性隨機對照試驗研究，進一步確定thermo TRP通道在KOA(骨痹)中“寒邪”為病的具體機制，探索KOA藥物治療的新途徑。