電磁脈沖在骨關(guān)節(jié)炎治療中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

馬原軍 于世賓

近年來(lái)，電磁脈沖(electromagnetic pulse,EMP)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，作為一種高能電磁波，其生物學(xué)效應(yīng)及作用機(jī)制已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)之一。研究發(fā)現(xiàn),適宜的EMP利用電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的時(shí)變磁場(chǎng)對(duì)人體機(jī)能恢復(fù)產(chǎn)生了積極的作用，其中脈沖電磁場(chǎng)(pulsed electromagnetic field,PEMF)療法是一種創(chuàng)新、無(wú)創(chuàng)、安全的理療方法，具有良好的應(yīng)用前景。

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)是一種常見(jiàn)疾病，主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨的進(jìn)行性喪失、滑膜炎癥、軟骨下骨吸收/硬化和骨贅形成，好發(fā)于膝關(guān)節(jié)，是導(dǎo)致殘疾的主要原因之一[1]。目前臨床治療OA的方法有多種，包括理療、藥物治療、康復(fù)性鍛煉以及手術(shù)治療等[2]。大量研究表明，適宜的PEMF刺激能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖、分化，減少軟骨基質(zhì)降解，維持軟骨下骨的微結(jié)構(gòu)并防止骨丟失，進(jìn)而抑制OA的進(jìn)展。然而，截至目前，PEMF防治OA病變的潛在機(jī)制尚不明確。本文針對(duì)PEMF在OA治療中的效應(yīng)及可能的分子通路做一綜述。

一、電磁脈沖對(duì)OA的治療效應(yīng)

關(guān)節(jié)疼痛及運(yùn)動(dòng)功能障礙是OA患者的主要癥狀。早在2005年，F(xiàn)ischer 等[3]對(duì)71例膝關(guān)節(jié)OA患者進(jìn)行為期6周的PEMF治療(3.4～13.6mT，16min/d)后，患者膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度和步行距離都顯著增加。2013年Nelson等[4]對(duì)34例膝關(guān)節(jié)OA患者進(jìn)行正弦波型PEMF治療(6.8MHz,15分/次,2次/天)后，患者的疼痛程度(最大視覺(jué)模擬評(píng)分)顯著下降。2014年Gobbi等[5]對(duì)22例膝關(guān)節(jié)OA患者進(jìn)行為期45天的PEMF治療(1.5mT，75Hz，4h/d)并進(jìn)行了2年隨訪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患者膝關(guān)節(jié)功能及活動(dòng)度較治療前明顯改善。2015年Wuschech等[6]對(duì)57例膝關(guān)節(jié)OA患者進(jìn)行為期18天的PEMF治療(4～12Hz，2.5分/次，2次/天)，患者涉及疼痛、關(guān)節(jié)僵硬度、關(guān)節(jié)功能等方面的骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分顯著降低。2020年Yang等[7]從臨床數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出16項(xiàng)PEMF對(duì)OA治療效應(yīng)的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)并通過(guò)質(zhì)量評(píng)估得出，與安慰劑治療比較，PEMF治療對(duì)OA患者的疼痛、僵硬和身體功能都有積極作用，而治療的持續(xù)時(shí)間可能不是影響疼痛的關(guān)鍵因素。上述臨床研究均表明，適宜的PEMF在緩解OA患者的疼痛、提高關(guān)節(jié)活動(dòng)度、減少殘疾等方面具有明顯的療效。

二、電磁脈沖對(duì)OA軟骨的影響

關(guān)節(jié)主要由關(guān)節(jié)軟骨、軟骨下骨和半月板(關(guān)節(jié)盤(pán))等組織構(gòu)成。作為關(guān)節(jié)的主要表層結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)軟骨在關(guān)節(jié)穩(wěn)態(tài)的維持中發(fā)揮著重要作用。關(guān)節(jié)軟骨主要由軟骨細(xì)胞和以Ⅱ型膠原(type Ⅱ collagen，Col Ⅱ)、蛋白多糖(proteoglycan，PG)和蛋白聚糖(aggrecan，AGG)為主要成分的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)構(gòu)成。軟骨細(xì)胞死亡和軟骨基質(zhì)降解是OA關(guān)節(jié)軟骨退變的主要表現(xiàn)。

1.電磁脈沖對(duì)軟骨細(xì)胞的影響:軟骨細(xì)胞是軟骨組織中唯一的細(xì)胞類(lèi)型。早在2009年Luo等[8]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)卵巢切除大鼠給予PEMF刺激(8Hz，3.8mT，40min/d，持續(xù)30天)可以顯著減少卵巢切除的雌性大鼠膝關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡，同時(shí)增加雌激素的分泌，并降低軟骨降解因子MMP13的表達(dá)。2011年Guo等[9]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)患膝關(guān)節(jié)OA的兔進(jìn)行PEMF刺激(75Hz，8mW/cm2,30min/d，持續(xù)10天)也可以有效抑制軟骨細(xì)胞凋亡，并降低血清中TNF-α水平。2017年Julia等研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)體外培養(yǎng)的人軟骨細(xì)胞給予正弦電磁場(chǎng)(sinusoidal electromagnetic field，SEMF)刺激(15Hz，5mT，3次/天，45分/次，持續(xù)7天)可以顯著上調(diào)軟骨細(xì)胞中COL2A1和ACAN基因的表達(dá)，促進(jìn)其增殖分化[10]。2020年Dinesh等研究發(fā)現(xiàn),PEMF(2～3mT，15Hz，10min/d)可以顯著促進(jìn)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells，BMSC)向軟骨細(xì)胞分化，并抑制IL-6、MMP-13、COX-2分泌[11]。由此可見(jiàn)，適宜的PEMF可以促進(jìn)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞的分化以及軟骨細(xì)胞的增殖、分化，抑制軟骨細(xì)胞的凋亡，并顯著降低軟骨相關(guān)炎性、降解因子的表達(dá)水平。

2.電磁脈沖對(duì)軟骨基質(zhì)的影響:軟骨細(xì)胞外基質(zhì)中含有豐富的Col Ⅱ、PG和氨基多糖(glycosaminoglycan，GAG)成分，這些成分對(duì)于維持軟骨的抗剪切、抗拉伸、抗壓縮性能至關(guān)重要。早在2007年De Mattei等[12]就證實(shí)，適宜參數(shù)的PEMF(75Hz,1.5mT，持續(xù)24h)能促進(jìn)牛關(guān)節(jié)軟骨外植體的PG合成。2011年Chang等[13]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)體外培養(yǎng)的豬軟骨細(xì)胞給予PEMF(75Hz,1.8～3.0mT,2h/d，持續(xù)3周)刺激可以顯著促進(jìn)軟骨細(xì)胞GAG和Col Ⅱ的合成。同年Ongaro等[14]將人OA軟骨組織塊置于1.5mT,75Hz的PEMF中7天發(fā)現(xiàn)，軟骨組織塊的PG合成能力顯著提高[14]。2020年Ye等[15]對(duì)患膝關(guān)節(jié)OA的雄性小鼠給予PEMF治療(75Hz,1.6mT,1h/d，持續(xù)4周)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨中AGG的合成顯著增多，IL-1β、ADAMTS4和 MMP-13的表達(dá)水平顯著降低。由此可見(jiàn)，適宜的PEMF能夠顯著促進(jìn)膠原、蛋白多糖等軟骨基質(zhì)的合成，有效緩解軟骨基質(zhì)的降解。

三、電磁脈沖對(duì)軟骨下骨的影響

軟骨下骨早期的骨吸收、晚期的骨質(zhì)增生及骨贅形成等是OA的典型病理學(xué)變化，因此控制軟骨下骨的異常改建可能有助于預(yù)防或減緩OA的發(fā)展。成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞是軟骨下骨中的主要細(xì)胞類(lèi)型，在軟骨下骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)的維持中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1.電磁脈沖對(duì)成骨細(xì)胞的影響：成骨細(xì)胞是骨形成過(guò)程中的主體細(xì)胞，參與骨基質(zhì)的合成和礦化進(jìn)程。早在2010年Shen等[16]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)患廢用性骨質(zhì)疏松癥的大鼠給予PEMF(15Hz，8Gy，2h/d，持續(xù)8周)刺激能夠顯著促進(jìn)股骨近端成骨細(xì)胞中TGF-β1的分泌，抑制IL-6的表達(dá)，從而防止骨量流失。2014年Wang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，15Hz，9.6Gy的PEMF能夠促進(jìn)體外培養(yǎng)的大鼠成骨細(xì)胞向骨種植體表面增殖、黏附，并上調(diào)成骨相關(guān)基因(BMP2、OCN、ColⅠ、ALP、RUNX2、OSX)的表達(dá)，有效增強(qiáng)種植體的骨結(jié)合能力。2016年Zhai等[18]研究發(fā)現(xiàn)，15.38Hz，2mT，2h/d的PEMF刺激可以顯著促進(jìn)小鼠MC3T3-E1成骨細(xì)胞的增殖活性。2018年Yang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)膝關(guān)節(jié)OA的大鼠給予PEMF(75Hz,1.6mT,2h/d,持續(xù)4周)刺激，顯著增加了膝關(guān)節(jié)軟骨下骨骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁數(shù)量(Tb.N)，抑制了骨表面積和體積比(BS/BV)和骨小梁間隙(Tb.Sp)，維持了軟骨下骨結(jié)構(gòu)?？梢?jiàn)，適宜的PEMF可以有效促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、分化、礦化能力。

2.電磁脈沖對(duì)破骨細(xì)胞的影響：來(lái)源于單核-吞噬細(xì)胞的破骨細(xì)胞通過(guò)分泌酸和膠原酶，在分解骨水合蛋白-礦物質(zhì)復(fù)合體中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。早在2006年Chang等[20]將分離出的大鼠破骨細(xì)胞置于7.5Hz、電場(chǎng)強(qiáng)度3mV/cm的PEMF中，8h及16h后發(fā)現(xiàn)大鼠破骨細(xì)胞的增殖活動(dòng)顯著降低，凋亡細(xì)胞增多。2015年He等[21]研究發(fā)現(xiàn)對(duì)體外培養(yǎng)的小鼠骨髓給予PEMF(8Hz，3.8mT，40min/d，持續(xù)3天)刺激，結(jié)果PEMF刺激與使用骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG)和雌二醇的效果相近，都能夠顯著減少巨噬細(xì)胞集落刺激因子聯(lián)合核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand，RANKL)誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞樣細(xì)胞數(shù)。2018年Tschon等[22]研究發(fā)現(xiàn)PEMF(75Hz，2.5mT，12h/d，持續(xù)3天)能夠顯著下調(diào)外周血單核細(xì)胞中破骨細(xì)胞形成標(biāo)志物——組織蛋白酶K和活化T細(xì)胞核因子1的表達(dá)，即抑制破骨細(xì)胞的形成。可見(jiàn)，適宜的PEMF對(duì)破骨細(xì)胞的形成、增殖具有抑制作用。

四、電磁脈沖發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的可能機(jī)制

1.MAPK通路：絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)是將細(xì)胞外信號(hào)從細(xì)胞表面轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞核內(nèi)部的重要傳遞者，參與細(xì)胞的增殖、分化、遷移和死亡。MAPK信號(hào)通路鏈由3類(lèi)蛋白激酶MAPKKK-MAPKK-MAPK組成，通過(guò)依次的磷酸化將上游信號(hào)傳遞至下游應(yīng)答分子，包括了ERK、JNK和p38 3個(gè)主要的次級(jí)信號(hào)通路，不同的細(xì)胞外刺激可能激活不同的MAPK信號(hào)通路，通過(guò)其相互調(diào)控而介導(dǎo)不同的細(xì)胞生物學(xué)反應(yīng)。2016年Zhou等[23]在對(duì)行前交叉韌帶橫斷術(shù)誘導(dǎo)的膝關(guān)節(jié)OA大鼠給予PEMF(20Hz,8mT,40min/d,5天/周，持續(xù)12周)刺激后發(fā)現(xiàn)，與手術(shù)組比較，PEMF組ERK1、JNK、p38、MMP-13的mRNA表達(dá)顯著降低，并且經(jīng)PEMF治療后手術(shù)組大鼠尿液中較高水平的Ⅱ型膠原交聯(lián)C末端肽水平(反映軟骨基質(zhì)降解水平)也顯著降低，該結(jié)果表明OA狀態(tài)下PEMF可以顯著抑制MAPK通路及其介導(dǎo)的降解因子MMP-13的表達(dá)，從而減少OA關(guān)節(jié)軟骨的損傷。同年Yong等[24]將體外分離出的大鼠BMSC置于PEMF(15Hz,1mT,8h/d)環(huán)境中培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，在3、6、9天時(shí)BMSC中p-p38、p-ERK1/2以及成骨相關(guān)因子RUNX2、BMP2、OCN的表達(dá)均顯著升高，進(jìn)一步加入MAPK通路的抑制劑后BMSC成骨標(biāo)志物的表達(dá)明顯回落，該結(jié)果提示PEMF可以通過(guò)調(diào)控MAPK信號(hào)通路來(lái)促進(jìn)BMSC的成骨分化。因此，PEMF的保護(hù)作用可能是通過(guò)或至少部分通過(guò)調(diào)控MAPK信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.Wnt/β-catenin信號(hào)通路：細(xì)胞外Wnt配體與ARROW/LRP家族的一個(gè)共同受體(如LRP5和LRP6)同時(shí)與它們7次跨膜的Frizzled受體結(jié)合，從而穩(wěn)定細(xì)胞質(zhì)中的β-catenin，其濃度達(dá)到一定水平時(shí)向細(xì)胞核轉(zhuǎn)移，從而啟動(dòng)經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號(hào)通路，該通路對(duì)細(xì)胞的增殖、分化、自我更新和轉(zhuǎn)歸是必不可少的。2016年Zhai等[25]將體外培養(yǎng)的小鼠MC3T3-E1成骨細(xì)胞給予15.38Hz,2mT,2h/d的PEMF刺激發(fā)現(xiàn)，PEMF在2天(增殖期)和7天(分化期)時(shí)顯著上調(diào)Wnt1、LRP6和β-catenin及成骨細(xì)胞中增殖期和分化期相關(guān)分子(OCN、ALP、RUNX2、Ccnd1、Ccne1、ColⅠ)的mRNA和蛋白表達(dá)。2017年Fathi等[26]在電磁場(chǎng)(EMF)對(duì)脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞(adipose derived mesenchymal stem cell，ADSC)成骨分化影響的研究中發(fā)現(xiàn)，對(duì)ADSC給予50Hz,20mT,30min/d,持續(xù)21天的EMF刺激可以降低Wnt信號(hào)通路抑制劑DKK1的mRNA表達(dá)，并上調(diào)了β-catenin、Wnt1、Wnt3a、LRP5和ALP、OCN、RUNX2、BMP2的表達(dá)。上述結(jié)果表明，PEMF通過(guò)Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)了成骨細(xì)胞的增殖和分化，并能誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，在骨形成和修復(fù)過(guò)程中起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。因此Wnt/β-catenin信號(hào)通路也可能參與了PEMF防止OA中軟骨下骨病變的過(guò)程。

3.Ca2+信號(hào)：Ca2+是力學(xué)刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要第2信使，當(dāng)某種刺激使胞內(nèi)Ca2+濃度大幅度增加，與胞外Ca2+之間存在濃度梯度時(shí)，就起到傳遞信號(hào)的作用，其參與了多種細(xì)胞學(xué)活動(dòng)。2008年Robert等研究發(fā)現(xiàn)，0.2mV/cm，15Hz的脈沖電場(chǎng)刺激體外培養(yǎng)的正常人軟骨細(xì)胞30min能在72h后促進(jìn)細(xì)胞增殖及NO和cGMP的增加，僅增加培養(yǎng)基中Ca2+含量同樣也可以上調(diào)NO水平，而在培養(yǎng)體系中加入Ca2+抑制劑可以阻斷PEF對(duì)NO和cGMP的促進(jìn)作用，這些結(jié)果提示PEF刺激軟骨細(xì)胞增殖的轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑可能是Ca2+、NO、鈣調(diào)蛋白和cGMP產(chǎn)生的級(jí)聯(lián)反應(yīng)的結(jié)果[27]。2013年P(guān)all[28]研究發(fā)現(xiàn)，PEMF信號(hào)通過(guò)細(xì)胞膜與細(xì)胞質(zhì)建立了一個(gè)隨時(shí)間變化的電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)隨后誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+釋放，導(dǎo)致胞內(nèi)Ca2+濃度和活化鈣調(diào)蛋白增加，從而提高骨細(xì)胞的活力。2014年Kim等[29]將體外培養(yǎng)的人BMSC置于45Hz，1mT，8時(shí)/次，2次/天的PEMF中持續(xù)7天，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，PEMF提高了BMSC成骨標(biāo)志物(BSP、BMP2、RUNX2、Col Ⅰ、Col Ⅲ)的mRNA和蛋白表達(dá)、Ca2+通道相關(guān)分子(CACNA1C、CACNA1E、CACNA1G、CACNA1I)的mRNA表達(dá)及p-ERK的蛋白表達(dá)，表明PEMF刺激促進(jìn)了BMSC的成骨分化并在Ca2+、ERK、PKG信號(hào)之間出現(xiàn)了串?dāng)_。2017年Tong等[30]研究發(fā)現(xiàn)，PEMF(15Hz，5mT)對(duì)成骨細(xì)胞的作用依賴(lài)于胞內(nèi)的鈣瞬變，在細(xì)胞出現(xiàn)自發(fā)鈣瞬變的情況下，PEMF能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、分化，反之則對(duì)成骨細(xì)胞沒(méi)有任何影響，并且PEMF無(wú)法誘導(dǎo)鈣瞬變的發(fā)生。由此可見(jiàn)，細(xì)胞內(nèi)Ca2+也是將PEMF信號(hào)轉(zhuǎn)化為生物信號(hào)的主要途徑之一。

4.TGF-β/BMP信號(hào):轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)作為多功能生長(zhǎng)因子，屬于TGF-β超家族。TGF-β/BMP與TGF-β特異性1型和2型或BMP絲氨酸/蘇氨酸激酶受體相互作用，通過(guò)經(jīng)典途徑(Smad依賴(lài)途徑)和非經(jīng)典途徑(Smad非依賴(lài)途徑)啟動(dòng)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。TGF-β亞型及其受體廣泛表達(dá)于軟骨、骨和滑膜組織，不僅維持整個(gè)關(guān)節(jié)的平衡和穩(wěn)態(tài)，還在骨和軟骨的組織工程構(gòu)建中起重要作用[31]。2014年Amin等[32]研究發(fā)現(xiàn)，0.4T，持續(xù)14天的靜磁場(chǎng)(static magnetic field，SMF)能夠促進(jìn)含有TGF-β3培養(yǎng)基中人BMSC的GAG生成，并且SMF能夠提高培養(yǎng)基上清液中TGF-β的含量，而這些效應(yīng)可被TGF-β受體阻斷劑SB-431542所阻斷，該結(jié)果表明SMF可以通過(guò)TGF-β依賴(lài)的途徑誘導(dǎo)BMSC的成軟骨分化。2017年Selvamurugan等[33]將體外分離出的人BMSC置于15Hz，4h/d的PEMF中培養(yǎng)，于第23天(分化期)及第33天(礦化期)通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)PEMF促進(jìn)了BMSC的pSmad2表達(dá)，并提高了分化期細(xì)胞中ALP和Col Ⅰ的表達(dá)，然而在加入TGF-β通路阻斷劑后pSmad2的表達(dá)被抑制，ALP和Col Ⅰ的表達(dá)隨之下降，該結(jié)果表明PEMF可以通過(guò)Smad2激活在分化和礦化成骨細(xì)胞中的TGF-β信號(hào)通路，增強(qiáng)成骨細(xì)胞分化標(biāo)志物的表達(dá)，從而促進(jìn)骨形成。因此，TGF-β信號(hào)通路可能在PEMF的軟骨及骨修復(fù)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。

5.OPG/RANK/RANKL信號(hào):OPG/RANK/RANKL信號(hào)在破骨細(xì)胞成熟和活化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。RANKL是一種主要由骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞表達(dá)的細(xì)胞表面蛋白，它與其特異性核因子κB受體激活蛋白(receptor activator of nuclear factor-κB，RANK)結(jié)合。RANK是破骨細(xì)胞膜上的一種自主蛋白，可以激活破骨細(xì)胞發(fā)生相關(guān)的信號(hào)通路。OPG是主要由成骨細(xì)胞分泌的RANKL的可溶性“誘餌受體”，通過(guò)阻斷RANKL/RANK信號(hào)通路的活性來(lái)阻止破骨細(xì)胞成熟。OPG/RANKL的平衡影響骨重建率，其比值的改變可能導(dǎo)致過(guò)度成骨或骨吸收。2013年Vincenzi等[34]將對(duì)人永生化軟骨細(xì)胞及人胎兒成骨細(xì)胞分別置于75Hz，1.5mT及2.5mT的PEMF中，24h后PEMF不僅可以顯著上調(diào)OPG的表達(dá)，而且還可以通過(guò)激活腺苷受體(A1、A2A、A2B、A3)來(lái)抑制活化的單核-吞噬細(xì)胞釋放炎性細(xì)胞因子，以此降低IL-1β誘導(dǎo)的核因子κB p65亞基的活性。2017年Zhou等[35]對(duì)雙側(cè)卵巢切除的大鼠給予3.8mT，8Hz，40min/d，5天/周，持續(xù)12周的PEMF刺激，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與手術(shù)組比較，PEMF可以顯著降低抗酒石酸酸性磷酸酶和骨小梁間距(Tb.Sp)，增加ALP活性、椎骨骨密度(BMD)、骨小梁體積比(Bv/Tv)、骨小梁數(shù)目(Tb.N)和骨小梁厚度(Tb.Th)，并抑制RANKL表達(dá)、促進(jìn)OPG的表達(dá)來(lái)預(yù)防骨質(zhì)疏松所致的骨量流失。因此，PEMF可能通過(guò)OPG/RANK/RANKL信號(hào)對(duì)破骨細(xì)胞的成熟和活化發(fā)揮潛在的抑制作用。

6.FGF和VEGF信號(hào)：成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)信號(hào)能夠促進(jìn)新血管形成，修復(fù)損害的內(nèi)皮細(xì)胞，其參與血管細(xì)胞和骨細(xì)胞之間的信號(hào)傳遞并在骨修復(fù)過(guò)程中是必不可少的。早在2002年Deckers等[36]報(bào)道，VEGF信號(hào)通路參與了成骨細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞在成骨過(guò)程中的相互作用、功能和調(diào)節(jié)關(guān)系。2010年Yun等[37]證實(shí)了FGF信號(hào)通路在成骨細(xì)胞的增殖以及血管生成中的重要作用。2008年Callaghan等[38]研究發(fā)現(xiàn)，15Hz，最大磁場(chǎng)密度12G，8h/d的PEMF能夠加速糖尿病小鼠和正常小鼠的創(chuàng)面愈合，并促進(jìn)了體外培養(yǎng)小鼠內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，上調(diào)體外人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)液中FGF-2的含量，而將FGF基因敲除的小鼠致傷并暴露于PEMF中卻沒(méi)有觀察到傷口愈合的顯著改善，表明PEMF促進(jìn)FGF-2的表達(dá)是促進(jìn)傷口愈合的主要機(jī)制。綜上所述，F(xiàn)GF和VEGF通路在成骨及成血管方面產(chǎn)生積極作用，并可能通過(guò)增強(qiáng)兩者之間的相互作用來(lái)促進(jìn)骨修復(fù)，PEMF通過(guò)該信號(hào)通路的促血管生成作用，對(duì)增進(jìn)骨修復(fù)機(jī)制提供了另一種解釋。

7.其他信號(hào)通路：早在2006年P(guān)atterson等[39]研究發(fā)現(xiàn)，PEMF(15Hz，0.4mT)可以激活小鼠MC3T3-E1成骨細(xì)胞中PI3K/mTOR通路，進(jìn)而促進(jìn)成骨細(xì)胞成熟和分化。2011年Li等[40]在研究PEMF(8Hz，3.8mT，40min/d，持續(xù)30天)對(duì)雙側(cè)卵巢切除大鼠膝關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡通路影響的研究中發(fā)現(xiàn)，PEMF能夠上調(diào)X連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP)的表達(dá)，下調(diào)Bax的mRNA表達(dá)并抑制軟骨細(xì)胞的凋亡。2018年Bagheri等[41]在研究PEMF(75Hz，1.5mT，28天)誘導(dǎo)人BMSC向成骨分化過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)Notch受體(Notch4)及其配體DLL4和胞核靶基因(Hey1、Hes1、Hes5)的表達(dá)水平上調(diào)。此外，加入Notch通路抑制劑能夠有效抑制成骨標(biāo)志物(RUNX2、Dlx5、Osterix)以及Hes1和Hes5的表達(dá)，這表明Notch信號(hào)激活在PEMF誘導(dǎo)的成骨分化過(guò)程中起著重要的調(diào)節(jié)作用。2020年楊建成等[42]總結(jié)出磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞骨架及骨鐵代謝具有影響。另外，研究發(fā)現(xiàn)PEMF在促進(jìn)軟骨和骨形成過(guò)程中IGF-1的表達(dá)上升[14,43]。以上機(jī)制中涉及的信號(hào)通路仍有待深入研究。

五、展 望

作為一種有前景的、無(wú)創(chuàng)的、安全的物理治療方法，PEMF對(duì)OA治療的積極作用已經(jīng)引起了廣大學(xué)者的關(guān)注。大量研究表明，多種分子信號(hào)通路可能在PEMF的OA防治中發(fā)揮著重要作用。然而，在OA防治中PEMF的最佳參數(shù)為何，其關(guān)鍵分子信號(hào)通路為何，尚不明確。因此，今后需要從高質(zhì)量的臨床研究和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中獲得更可靠的證據(jù)，并開(kāi)展大樣本量和長(zhǎng)期隨訪來(lái)驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步明確其最佳治療參數(shù)及具體機(jī)制，為未來(lái)OA的治療提供科學(xué)依據(jù)。