透明質酸治療骨關節炎的研究進展

田紅，黃桂華，竇明金Δ

(1.山東省醫學科學院附屬醫院 藥劑科，山東 濟南 250031；2.山東大學 藥學院，山東 濟南 250012)

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透明質酸治療骨關節炎的研究進展

田紅1，黃桂華2，竇明金1Δ

(1.山東省醫學科學院附屬醫院 藥劑科，山東 濟南 250031；2.山東大學 藥學院，山東 濟南 250012)

骨關節炎是一種常見的慢性退行性疾病，目前其治療方式主要為藥物治療。透明質酸是一種分布于細胞間質中的粘多糖，具有粘彈性、潤滑性、生物相容性、可降解性以及抗炎活性，在治療骨關節炎方面具有廣泛的應用。但是，普通的透明質酸注射到關節腔半衰期較短，患者需要頻繁給藥，順應性較差，因此，研究透明質酸在制劑和臨床上的新用途是藥學工作者研究的新方向。本文綜述了透明質酸在治療骨關節炎方面的作用、安全性、有效性及其制劑中的新用途。

透明質酸；骨關節炎；作用機制；應用研究

骨關節炎(osteoarthritis,OA)是一種慢性退行性疾病，常伴有關節疼痛、軟骨退化，最終喪失正常的關節功能[1]。隨著年齡的不斷增長，骨關節炎的患病率不斷增加，60歲以上的人群中約60%正遭受著軟骨異常的種種病癥[2]。當前，骨關節炎仍然是一種不可治愈的疾病，而對于它的治療，主要集中于減輕疼痛，改善骨關節的功能[3]，包括物理治療法、矯正法、藥物治療法和手術療法[4]。其中藥物療法應用最為廣泛，主要有止痛藥、非甾體抗炎藥、透明質酸、硫酸軟骨素和硫酸氨基葡萄糖等[5]。

透明質酸(hyaluronic acid，HA)是一種天然的非硫酸化粘多糖，主要分布于關節軟骨、滑液、皮膚和房水中，具有調節生物化學過程、提供支持和潤滑的功效，在維持關節的正常功能方面具有重要的作用[6]。20世紀70年代早期，透明質酸第一次作為粘彈性補充療法治療人的骨關節炎[7]。透明質酸治療骨關節炎的作用機制表現在：抑制組織疼痛感受器；刺激內源性的透明質酸生成；抑制金屬蛋白酶的活性，發揮抗炎作用[8]。

1 HA對骨關節炎的作用

1.1 HA可防止關節軟骨降解、抑制軟骨細胞凋亡 關節軟骨是一種承重的組織，為高效運動、有效沖擊吸收、負載損耗等提供低摩擦面，但關節軟骨易受損傷且修復能力有限[9]。骨關節的軟骨發生病理上的改變導致軟骨降解酶過度表達，加快了膠原纖維的分解和蛋白聚糖的降解[10]。白細胞介素1β(interleukin-1β，IL-1β)在骨關節炎的發病機理中起著重要的作用，主要是能夠減少蛋白聚糖和二型膠原的再吸收[11]，因此在OA的病變過程中通過抑制IL-1β防止軟骨降解是一種有效的方法。研究表明[12]透明質酸能夠抑制IL-1β的分泌，防止軟骨降解。

關節腔內注射透明質酸可抑制前交叉韌帶術后的軟骨細胞凋亡[13]，Barreto等[14]研究骨關節炎中軟骨細胞凋亡百分數以及注射透明質酸后是否可抑制軟骨細胞凋亡，將20只(40個膝關節)平均年齡8周，體質量4～6 kg的新西蘭兔進行挫傷造模，隨后在一膝關節注射2 mL透明質酸，另一膝關節注射2 mL 0.9%NaCl作為對照，1周2次，持續30 d后處死兔子，樣本處理后進行顯微鏡和TUNEL檢測。結果顯示，對照組軟骨細胞凋亡為(68.01±19.73)%高于預期結果，透明質酸組軟骨細胞凋亡率為(53.52±18.09)%，差異有統計學意義(P<0.001)，說明透明質酸可抑制軟骨細胞凋亡。

1.2 HA可刺激內源性透明質酸合成 在骨關節炎中，內源性透明質酸的濃度和分子量都明顯降低[15]，大量證據已經表明骨關節炎軟骨降解包括機械因素和生物因素[16]，Ⅳ型膠原酶(明膠酶)是基質金屬蛋白酶的一部分，可分為明膠酶-A(gelatinase A，MMP-2)和明膠酶-B(gelatinase，MMP-9),它們作為一種前體酶被分泌，能夠被特定的蛋白水解作用激活導致損失大約10kDa的HA[17], 另外有研究證明，骨關節炎患者顳下頜關節中的HA分子量減少，可能是因為HA鏈的自由基解鏈或者滑膜的異常生物合成[18]。關節腔注射外源性的透明質酸意在彌補這種逆差，刺激產生內源性的透明質酸從而減輕骨關節炎的癥狀[19]。

1.3 HA的抗炎作用 不同分子量的HA能夠提高細胞外基質的滲透率，促進特定受體的識別，如CD44細胞決定簇[20]，高分子的HA能夠識別特定細胞表面的受體，CD44受體在多種細胞中表達，為多功能的跨膜糖蛋白[21]，依賴于分子量的結合性能到達特定的細胞受體，允許透明質酸直接修改細胞功能[22]。有報道證明正常和OA患者中都存在CD44細胞決定簇[23]，但是HA和CD44在軟骨細胞中的相互作用是通過下調分子量為38KD的絲裂原蛋白激酶(mitogen-actived protein kinase,p38 MAPK)抑制膠原酶和基質金屬蛋白酶13抗體(matrix metalloproteinase-13,MMP13)的表達[24]，CD44單克隆抗體顯著的抑制了高分子量HA對IL-1β誘導的整合素樣金屬蛋白酶與凝血酶4型抗體(a disintegrins and metalloproteinases with thrombospondin motifs 4，ADAMTS4)的表達。這些發現證明通過修正IL-1β的調解信號途徑，使外源性高分量的HA發揮保護作用，抑制基質降解[21],發揮抗炎作用。

1.4 HA可緩解關節疼痛、提高肌動活度 在骨關節炎中，關節的穩定性減少引起關節疼痛、四頭肌力量受損、關節結構改變[25]。骨關節炎患者肌肉強度平衡的喪失將損傷關節軟骨，很明顯，在較高的激動劑/抑制劑共活化水平時，肌肉可損害運動調節，減少韌帶保護活動[19]，為了保持關節功能，減少不穩定性，需要在關節中補充肌動活性度[26]。Tang等[25]的研究證明了關節腔內注射透明質酸有效地減少了下肢肌肉的同步收縮，提高了肌動活動，效果持續長達6個月。

Gencer等[27]的研究指出透明質酸通過減少炎性介質從而緩解關節疼痛，相比于其他非甾體抗炎藥(替諾昔康、倍他米松)能夠更好地改善疼痛分數(P<0.05)且其緩解疼痛的效果自第1天到第6周沒有顯著地減少(P<0.05)。另有文獻報道，關節腔內注射透明質酸相對于注射皮質類固醇能夠更持久地緩解疼痛[28]。

2 HA治療骨關節炎的安全性與有效性

最近的一項綜合分析指出在骨關節炎患者的治療中，粘彈性補充療法與臨床的療效具有很小的相關性并且增加了嚴重不良反應的危險[29]。透明質酸的不良反應主要為局部反應，如短暫性疼痛、注射部位腫脹等，研究發現透明質酸的局部不良反應發生率和0.9%NaCl相當[30]。另有研究表明注射透明質酸3～6月后，關節疼痛和關節功能都明顯改善，無明顯的不良反應[31]。 Zhang等[10]通過臨床隨機試驗比較了關節腔注射2種不同形式透明質酸的療效。通過OMERACT-OARSI標準得知90%以上的患者在18～26周具有較好的治療效果，92%的患者在走路時感覺疼痛明顯減少，由西部安大略與麥克馬斯特大學骨關節炎指數(The Western Ontario and McMaster Universities，WOMAC)疼痛量化表得知多于77%的患者癥狀減輕，2組不良反應率為1.7%(3/175)和3.4% (6/174)，不良反應與實驗藥物無關。這些都說明了對于骨關節炎患者來說透明質酸是安全、有效且耐受良好的治療方法。Altman等[32]通過回顧性分析，評估一次或多次注射透明質酸與不注射透明質酸對骨關節患者進行手術治療的影響，結果顯示接受了透明質酸治療的患者進行手術治療的間隔時間明顯延長，表明透明質酸在治療骨關節炎中具有重大的臨床和經濟意義。

3 HA在治療骨關節炎中的新型應用

有研究指出普通的透明質酸注射到關節腔半衰期僅為10～13 h[33]，患者需要頻繁給藥，順應性差，研究透明質酸在制劑和臨床上的新用途是藥學工作者研究的新方向。

3.1 透明質酸的經皮給藥系統 注射透明質酸可恢復骨關節的流變性，緩解骨關節炎的癥狀[6]，經皮給藥方式可以避免關節腔注射中不必要的副反應。研究發現[34]HA透過大鼠皮膚的滲透率很低，單獨的HA不能完全滲透皮膚，從而阻礙了其在骨科中的有效利用，因此需要一個載體有效提高皮膚滲透率,Chen等[35]利用縮氨酸和磷脂共軛以提高HA的經皮給藥，結果發現提高了HA的滲透率，但是藥物僅局限在角質層和表皮。基于透明質酸對關節組織的止痛作用，EI-Refaie等[36]成功制備了一種新型的自組裝納米微凝膠，將透明質酸以經皮給藥方式遞送到關節組織，在緩解骨關節癥狀的同時避免了注射引起的疼痛。近期的研究發現，透明質酸在提高皮膚遞送增加藥物局部含量方面有巨大的作用[37]，透明質酸可增加角質層的水合作用，建立一種親水通道，增加了新型納米微凝膠的粘彈性和穩定性，提高皮膚滲透率，透明質酸凝膠基質中的囊泡可以作為一種藥物儲庫，增加藥物在皮膚中的局部含量，研究發現在4 ℃的條件下，新型納米微凝膠的自組裝性和物理穩定性長達6個月，活體外的滲透性比傳統的脂質體和單獨的HA凝膠高，活體內的經皮滲透性呈6倍增加[36]。因此，新型納米微凝膠在局部治療關節炎方面具有較好的應用前景。

3.2 透明質酸作為藥物載體材料 HA是一種新型的生物相容性好、可降解的高分子聚合物材料[39]，同時HA也是一種黏附調節分子，能夠調整軟骨早期的細胞基質反應[38]，應用HA 作為藥物的載體能夠增強其與OA軟骨細胞的相互作用。Ma等[39]以透明質酸和殼聚糖(chitosan，CS)為載體材料，制備了載細胞因子反應調節因子A(cytokine response modifier A，CrmA)的微球用于抑制關節軟骨的降解。在HA-CS-CrmA微球中，透明質酸和殼聚糖以靜電作用結合[40]，又因透明質酸具有較高的負電性和凝膠彈性，所以通過松散殼聚糖蛋白結合CS-CrmA來控制藥物的釋放。CrmA在HA-CS-CrmA組的釋放速度比CS-CrmA組慢，2組CrmA的最終釋放率分別為75%和85%，差異具有統計學意義(P<0.05)。因此，透明質酸作為藥物的載體材料不僅可發揮抗炎作用還可延緩藥物的釋放，在骨關節炎的治療中具有較大的應用價值。

3.3 透明質酸與其他藥物聯合應用 HA和其他藥物的聯合作用尚不明確，有研究[41]將透明質酸和多西環素聯合制備成凝膠，透明質酸覆蓋在軟骨表面起緩解作用，多西環素起抗炎作用，2者聯合制備成的凝膠相對于單獨的透明質酸具有更高的粘彈性，軟骨保護作用更強且凝膠對骨關節炎的保護作用時間比單獨應用透明質酸和阿霉素要長。Chen等[42]研究證明HA和PRP聯合應用能夠協同促進軟骨再生，抑制骨關節的炎癥反應。但是，Rezende等[43]評估關節腔注射HA和口服雙醋瑞因的療效，結果顯示雙醋瑞因降低了膝關節的退行性病變，HA保護關節軟骨，但2者聯用并沒有提高藥效。

4 展望

透明質酸是一種分布于細胞間質中的粘多糖，作為一種粘彈性補充療法，關節腔注射治療骨關節炎已被廣泛應用，不僅如此，透明質酸還可與CD44受體相互作用抑制炎癥介質，產生抗炎活性。但是關節腔注射透明質酸藥效持續時間較短，需多次注射，降低了患者的順應性，但由于透明質酸具有粘彈性、生物相容性和可降解性，在治療骨關節炎方面具有較好的應用前景，因此，研究透明質酸在治療骨關節中的新型應用，在保持藥效的同時降低患者的痛苦，仍將是本課題組長期的奮斗目標。

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(編校：王儼儼)

Progress on hyaluronic acid in treatment of osteoarthritis

TIAN Hong1, HUANG Gui-hua2, DOU Ming-jin1Δ

(1.Department of Pharmacy, Affiliated Hospital of Shandong Academy of Medical Sciences, Ji’nan 250031, China; 2. School of Pharmaceutical Sciences, Shandong University, Ji’nan 250012, China)

Osteoarthritis is a common chronic degenerative disease, which is currently the main drug therapy. Hyaluronic acid (HA) is a kind of glycosaminoglycan in the interstitial cells, which has the character of viscoelasticity, lubricity, biocompatibility,biodegradability and anti-inflammatory. It is wide applicated in the treatment of osteoarthritis. However, the half-life of the common hyaluronic acid injected into the joint cavity is shorter, patients need frequent dosing and the compliance is poor, research on new uses of hyaluronic acid formulations and clinical pharmacy workers is the new direction of research. In this paper, the recent advance of HA on function, safety, effectivity and novel application in osteoarthritis therapy are summarized.

hyaluronic acid; osterarthritis; mechanism; application

山東省科技發展計劃項目(2014GSF121012)

田紅，女，碩士在讀，研究方向：新劑型對骨關節炎的治療，E-mail：18363885175@163.com；竇明金，通信作者，男，碩士，主任藥師，研究方向：醫院藥事管理、臨床藥學的研究，E-mail：mingjindou1965@126.com。

R684.3

A

1005-1678(2015)10-0168-04