膝關節纖維化治療方法的研究進展

代顯葵，尹文哲，胡逍然，吳桐，張亞龍，蔣雷，周森

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院骨外四科，哈爾濱 150081)

膝關節纖維化是骨關節外科發病率高、治療難度大的膝關節疾病。有膝關節感染、膝關節周圍骨折、膝關節周圍開放性創傷、膝關節前后交叉韌帶損傷或半月板損傷等骨科常見疾病的患者，術后關節活動受限、疼痛大多與關節纖維化相關[1]。膝關節及關節周圍疾病術后炎癥反應可導致關節周圍滑囊及肌腱攣縮，引起關節活動度下降、疼痛及腫脹等癥狀。膝關節纖維化嚴重影響患者的生活質量，及時采取有效的治療措施對于改善患者的生活質量和預后均非常重要。膝關節纖維化的生理病理過程主要包括肌成纖維細胞增殖的異常增加和凋亡減少，以及細胞外基質(extracellular matrix，ECM)大量合成并形成粘連[2]。ECM生成與降解失調可導致病理性纖維化[2-3]。ECM在膝關節囊內形成粘連，使膝關節周圍的肌腱和關節囊收縮，導致關節失去屈曲和(或)伸展功能[4]。目前針對膝關節纖維化臨床以外科治療為主，抗炎、鎮痛治療為輔，其中外科干預治療主要包括手術松解粘連、切除ECM、麻醉下手法松解術(manipulation under anesthesia，MUA)和物理治療等[5]。另外，防治器官纖維化的藥物對膝關節纖維化的治療也可能有效[6]。現就膝關節纖維化治療方法的研究進展予以綜述。

1 非藥物治療

目前，關于膝關節纖維化外科治療的研究主要集中于病理結構的改善、恢復患者膝關節的活動范圍。外科干預主要包括：①關節鏡下膝關節松解術和切除ECM；②開放手術切除ECM及松解韌帶與肌腱；③MUA；④其他治療方法[如持續被動運動(continuous passive motion，CPM)]也有一定療效[7-8]。

1.1手術治療和MUA 關節鏡下膝關節松解術是目前治療膝關節纖維化最常用的方法[7]。膝關節纖維化關節粘連主要發生在關節囊與股骨髁之間以及前間隙、髕下脂肪墊與脛骨隱窩之間[9]。Jerosch和Aldawoudy[10]提出，清除關節腔所有瘢痕、建立內外側間隙并松解髕骨、切除殘留的半月板組織可獲得纖維化膝關節平均115°的曲度。少數患者存在廣泛的關節周圍和關節內纖維化，導致關節鏡治療非常困難，需要進行開放性瘢痕切除、清創和軟組織松解。傳統的關節切開松解術主要包括ECM切除、肌肉肌腱松解以及關節間隙釋放，與關節鏡下膝關節松解術相比，傳統的關節切開松解術具有創傷大、恢復慢、復發率高等缺點[11]。MUA也常被用于治療膝關節纖維化或與關節鏡聯合治療。在手術室中，患者在全身麻醉、肌肉獲得最佳放松狀態下屈髖90°，術者握住脛骨近側1/3處，緩慢彎曲膝關節，如此反復進行，直至聽到或者感覺到的粘連分離不再發生為止[12]。

外科干預治療可很好地解除ECM對關節活動度的物理限制。ECM的清除釋放了關節腔內的壓力，阻斷了由機械壓力引起的肌成纖維細胞活化與纖維收縮間的正反饋調節，同時還可促進肌成纖維細胞凋亡；此外，術中ECM的清除還可降低促纖維化介質[如轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)]的水平[13]。然而，臨床還需對手術和MUA的療效進行綜合評估。不同的膝關節纖維化患者在癥狀嚴重程度、炎癥程度和關節纖維化程度方面存在較大差異，且目前在療效評估以及患者分類方面也尚無統一標準[14]，這些均會影響報告結果。此外，手術損傷導致的肌成纖維細胞異常增加進一步導致膝關節纖維化迅速復發；而MUA也可導致骨折、韌帶撕裂和假體損傷等的發生[15]。因此，未來仍需進一步探究手術和MUA對膝關節纖維化的療效，而收集大量膝關節纖維化臨床資料、制訂相關的診療指南是目前亟待解決的問題。

1.2CPM治療 CPM主要通過模擬人體的自然運動，刺激機體的自然恢復能力，發揮組織代償作用，對于膝關節纖維化的預防和治療均具有確切療效[16]。目前，CPM治療被廣泛應用于骨科的臨床治療中，CPM可增加膝關節的關節活動度，降低不能完全活動患者術后膝關節纖維化的發生風險[17]。已有報道顯示，CPM治療可降低兒童前交叉韌帶重建術后和脛骨平臺骨折術后膝關節纖維化的發生率[18-19]。但由于不同的研究對CPM的治療時機、每次治療持續的時間以及治療周期的判定不同，故導致目前尚無完善的治療指南確定其療效。

2 藥物治療

膝關節纖維化是由異常增高的腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素(interleukin，IL)-1、TGF-β以及其他介質引起的細胞因子失衡造成，因此，對細胞因子和介質水平的調控是一種有效的治療方法。大量治療靶點[20]的存在使研究變得復雜而緩慢，而針對多種途徑靶向治療或許可以獲得最佳療效[17]。雖然纖維化被認為是一種不可逆轉的疾病，但有研究指出，動物模型和人體中的纖維化均是可以消退的，甚至部分是可以逆轉的，提示ECM的合成和降解可能是動態的，可以雙向進行[21]。

2.1抗炎藥物治療 雖然抗炎藥物不能阻止和清除纖維化[21]，但目前仍廣泛用于膝關節纖維化的臨床治療。阿司匹林可通過IκB激酶受體抑制核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)的產生，且能夠誘發更穩定、更有效突觸體質膜的生成[22]。有研究發現，阿司匹林可降低肝纖維化動物模型的促纖維化介質水平，延緩肝臟纖維化進展[23]。Salib等[24]研究表明，塞來昔布能夠選擇性地抑制環加氧酶2，從而減輕炎癥反應，減少成纖維細胞的激活和病理性ECM堆積；在關節纖維化模型家兔的關節內注射塞來昔布可顯著減輕家兔關節纖維化癥狀。另外，類固醇，尤其是糖皮質激素也常用于膝關節纖維化患者，以減輕患者癥狀。糖皮質激素(如地塞米松、膜聯蛋白及其衍生物)可減輕肺纖維化，并減少中性粒細胞和單核細胞浸潤。有研究發現，膜聯蛋白衍生物Ac2-26多肽可抑制關節纖維化模型大鼠的膠原蛋白沉積和TGF-β、TNF-α的活性[25]。酮替芬是一種用于治療哮喘的抗組胺藥物，可調節肥大細胞的活性。Monument等[26]發現，酮替芬可通過減少肥大細胞和肌成纖維細胞的數量減輕家兔關節的纖維化。

2.2抗器官纖維化藥物治療 近年來，隨著吡非尼酮和尼達尼布的應用，肺纖維化的治療效果顯著改善。吡非尼酮可降低TNF-α、IL-1β和IL-6等炎癥細胞因子水平，同時還可阻斷TGF-β、血小板源性生長因子等的產生以及α平滑肌肌動蛋白和成纖維細胞的增殖[27]。已有研究表明，吡非尼酮可減輕小鼠膝關節軟骨損傷后的軟骨下骨丟失和纖維化程度[28]。抗器官纖維化的治療方法可能對膝關節纖維化的治療和預防有效，因此抗纖維化藥物可單獨或聯合其他療法用于膝關節纖維化的治療。

2.3TGF-β信號修飾藥物治療 TGF-β是纖維化的主要誘導物[29]。TGF-β的產生、激活和信號轉導均由不同的途徑完成，因此，在臨床試驗中可應用抗體、反義寡核苷酸、配體競爭性多肽和抑制劑等進行膝關節纖維化的靶向治療。有研究報道，二甲雙胍可減少TGF-β的生成、干擾其信號轉導，從而降低炎癥細胞因子(包括IL-6、IL-17和IL-18)以及肺纖維化動物模型的TNF-α水平，減少纖維化開始后的膠原沉積和成纖維細胞增殖，同時減輕腎臟、肺、肝臟和心臟的纖維化[30]。Zheng等[31]研究發現，二甲雙胍可減少大鼠肌腱粘連和α平滑肌肌動蛋白的表達，減輕大鼠肌腱纖維化。Qin等[32]報道，二甲雙胍可降低體外炎癥細胞因子的信使RNA水平以及體內韌帶成纖維細胞堿性磷酸酶的活性。可見，二甲雙胍在治療關節纖維化方面潛力巨大且安全性良好，具有較高的應用價值。

Smad3蛋白可促進促纖維化蛋白和微RNA的產生，是纖維化過程中必不可少的物質[32]。而鹵夫酮可以通過TGF-β直接抑制Smad3的信號轉導[3]；同時，鹵夫酮還可通過滅活活化蛋白激酶NF-κB p65降低輔助性T細胞17的數量和炎癥細胞因子水平[33]。鹵夫酮不僅可降低成纖維細胞中的Ⅰ型膠原水平，抑制肌成纖維細胞增殖，而且還可降解和逆轉動物模型中已經形成的纖維化；鹵夫酮抑制TGF-β生成及其信號調節的能力對治療活動性關節纖維化具有重要意義，而其誘發膠原蛋白降解以及破壞已經形成的纖維化的作用對膝關節纖維化患者也具有潛在幫助[3]。

2.4表觀遺傳調控藥物治療 針對表觀遺傳調控的藥物可同時通過多種途徑改變基因轉錄，在治療甚至逆轉纖維化方面具有廣闊的應用前景[34]。Evans等[35]研究發現，抑制DNA甲基化酶可以逆轉肺成纖維細胞中環加氧酶2表達的下調，并使其激活。另有研究發現，肌成纖維細胞基因的重排或滅活可抑制TGF-β信號通路的異常調節、炎癥細胞因子的產生以及ECM的合成和交聯[36]。但作用于表觀遺傳調控的特定抑制劑和促進劑可影響多種細胞并產生靶外效應，因此仍需進一步研究以明確特定抑制劑和促進劑的功能，如蛋白質的去乙酰化[37]。Zeybel等[34]證明，涂有肌成纖維細胞特異性抗體的脂質體可靶向作用于肝纖維化的肌成纖維細胞，這可能有助于解決靶外效應的問題。

組蛋白去乙酰化酶抑制劑在治療大鼠肝、腎纖維化方面具有較好的療效[38]。Schuetze等[39]研究表明，多種組蛋白去乙酰化酶抑制劑均可抑制體外心臟成纖維細胞的增殖。此外，在動物實驗中，敲除非編碼RNA可通過抑制TGF-β信號通路而減輕小鼠肝臟的纖維化[40]；而去乙酰化酶可通過NF-κB亞基的脫乙酰作用下調炎癥細胞因子和M1型巨噬細胞的表達[37]。Zhang等[41]研究發現，在體外實驗中，異常高水平的去乙酰化酶可通過抑制TGF-β和NF-κB信號通路阻止人體肌成纖維細胞的分化，治療膝關節纖維化。

目前，許多安全性較好的處方藥也被作為表觀遺傳調控藥進行試用。作為一種組蛋白去乙酰化酶抑制劑，丙戊酸在體外實驗中可以逆轉人肝肌成纖維細胞的活化[42]。長期應用丙戊酸治療可抑制小鼠心臟纖維化細胞中活性氧類、TNF-α、IL-6、IL-1β和NF-κB等的激活及表達[43]。另外，還有多種可能用于治療纖維化疾病的表觀遺傳學藥物用于膝關節纖維化的治療[37,44]。

3 生物制劑治療

多種TGF-β中和抗體已被應用于膝關節纖維化等纖維化疾病的早期臨床試驗中[45]。由于TGF-β中和抗體可以終止肌成纖維細胞與細胞因子間的正反饋調節，因此生物制劑將是一種治療膝關節纖維化非常有效的治療方法，或許能夠徹底治愈活動性膝關節纖維化。IL-1抗體可與IL-1結合并使其失活，IL-1受體拮抗劑阿那白滯素已成功用于器官纖維化的預防[46]。表明IL-1在纖維化發生過程中起重要作用，但阿那白滯素及其類似產品用于預防和治療關節纖維化的療效還有待進一步研究。

TNF-α抗體已經被證明可減輕和預防小鼠肺纖維化[47]，TNF-α抗體可通過中和TNF-α阻斷其他炎癥細胞因子(如IL-1和IL-6)發生的炎癥級聯反應，并減輕由該炎癥級聯反應造成的組織損傷，同時減少炎癥級聯反應中活性氧類的產生[48]。TNF-α抗體可降低TGF-β、TGF-β受體及Ⅰ型膠原蛋白等的預期效果[47]，提示TNF-α抗體在治療關節纖維化疾病方面前景廣泛。Verjee等[48]研究表明，TNF-α抗體可抑制迪皮特朗病患者的肌成纖維細胞收縮。此外，動物研究表明，TNF-α抗體能夠減輕脂肪肝大鼠的炎癥和纖維化，并降低血清中的TGF-β水平[47]。TNF-α對周圍神經痛具有敏化作用[49]，因此TNF-α抗體可能有利于疼痛的治療。但TNF-α抗體治療關節纖維化的療效目前尚不清楚。TNF-α抗體具有多效性，其在器官纖維化中的作用仍存在爭議，且TNF-α對不同器官可能存在不同作用[46]。因此，TNF-α在纖維化過程中的重要性還有待明確，TNF-α抗體作為纖維化疾病治療藥物的有效性也有待進一步研究。間充質干細胞能夠定位到損傷的組織，并可分化為不同類型的組織[50]。間充質干細胞可以通過改變免疫細胞的活性和增殖能力，起到調節機體免疫功能的作用，但其抗炎作用目前正處于肺纖維化治療的臨床試驗階段[51]。未來，間充質干細胞治療關節纖維化疾病的安全性與療效仍需進一步明確。

4 其他療法

抗纖維化藥物可以作為植入物或支架的涂層用來預防術后關節纖維化的發生。其中，鹵夫酮就是一種有應用前景的抗纖維化候選藥物。有研究表明，以鹵夫酮作為涂層的植入物可以減輕大鼠的關節纖維化[52]。Arsoy等[53]成功地將含有羅格列酮的水凝膠支架植入兔創傷性關節纖維化模型的關節內，結果顯示，因纖維化導致的兔關節活動度下降顯著減輕。另外，低氧在膝關節纖維化治療中的作用也值得研究。以缺氧誘導因子1或其下游信號為靶點可阻止局部組織纖維化過程中的血管減少，減少正反饋調節相關TGF-β的產生，抑制肌成纖維細胞的激活[54]。另一個可以早期干預的靶點為P物質，在動物模型中敲除P物質受體可以減輕動物肝臟纖維化[55]；有動物實驗顯示，P物質受體拮抗劑能夠下調一些促關節纖維化基因的表達，減輕結腸的纖維化和炎癥[56]。還有研究發現，向關節內注射分解特定膠原蛋白的膠原酶，可以增加動物模型膝關節纖維化的關節活動度[57]。

5 小 結

目前，臨床關于關節纖維化疾病治療的研究較多，但大多仍處于基礎研究階段。手術松解或切除ECM和MUA是治療膝關節纖維化的主要方法，但手術治療的潛在益處與風險同時存在。此外，器官纖維化療法可能對關節纖維化有效，多種抗器官纖維化藥物(包括表觀遺傳調控制劑、生物制劑等)在治療膝關節纖維化中具有潛在的應用前景，值得進一步探究。目前針對膝關節纖維化的治療大多療效不佳，而針對膝關節纖維化病理機制的藥理學治療大多仍處于動物研究階段，故未來需進一步深入研究。