黃酮類中藥單體治療骨性關節炎作用的最新研究進展

陳超群，蔣濤

(南京中醫藥大學常州附屬醫院，江蘇 常州 213000)

骨性關節炎(osteoarthritis，OA)是一種常見的關節炎，又稱骨關節病、老年性關節炎、退行性關節炎，是老年人的常見疾病，主要以關節軟骨的退變、破壞以及關節邊緣和軟骨下骨反應性增生為發病特點。隨著人口老齡化的程度越來越高，其發病率也越來越高，是目前老年人慢性殘疾的首要原因[1-2]。傳統觀點認為骨性關節炎是力學和生物力學因素共同作用下導致軟骨細胞、細胞外基質以及軟骨下骨三者之間合成代謝和分解代謝的失衡，然而,目前研究發現骨性關節炎是一種綜合征，病變累及所有關節組織，包括軟骨、軟骨下骨、及滑膜組織等[3-4]。到目前為止還未完全澄清骨性關節炎的發病機制，臨床治療方面，如何運用中醫中藥治療骨性關節炎已經引起醫生的重點關注。相比于西藥，中醫中藥治療骨性關節炎具有豐富的理論和實踐經驗，其運用歷史悠久，臨床治療方面效果較好并且毒副作用較少，因此從治療骨性關節炎的中藥中尋找有效的活性單體將成為研究熱點，其中黃酮類中藥單體研究較為深入。到目前為止，國內外對近40余種中藥中黃酮類成分進行深入研究，近些年關于治療骨性關節炎的相關黃酮類單體深入研究主要有8種，因此本文主要就從8種黃酮類中藥單體治療骨關節炎的作用機制方面進行總結與歸納，并進一步為篩選治療骨關節炎的中藥單體提供相應的理論依據。

1 治療骨性關節炎的黃酮類中藥單體

黃酮類單體化合物是一類具有C6-C3-C6結構的天然多酚類化合物，根據其分子結構特征，分為黃酮、二氫黃酮、二氫黃酮醇、異黃酮、黃酮醇等，尤以薔薇科、蕓香科、禾本科等植物中含量較為豐富，目前大量的研究表明其具有抗氧化、抗炎、抗病毒、抗骨質疏松等生理作用。至今為止從中藥中提取的黃酮類單體較多，然而治療骨性關節炎的黃酮類單體研究報道相對較少，我們歸納了臨床上常用于治療骨性關節炎的黃酮類中藥單體(詳見表1)。中藥補骨脂提取的主要有效黃酮類成分柚皮苷，具有抗炎、抗病毒、鎮痛等藥理活性；淫羊藿苷主要是從中藥淫羊藿莖葉中提取的主要活性成分，其具有增強免疫，抗腫瘤、調節內分泌等作用；黃芩素是從黃芩中提取的黃酮類化合物，臨床上具有抑菌消炎及抗感染等作用；槲皮素主要存在于槐花、牡丹皮、菊花、銀杏葉等中藥中，具有祛痰、止咳、平喘等作用；葛根素是從中藥葛根中分離出黃酮類衍生物，具有降血壓、抗心律失常、保護心肌等作用，現多用于心血管疾病的治療；木犀草素是一種從中藥里提取天然類黃酮化合物，以野菊花、紫蘇、金銀花含量最高；金雀異黃酮又稱染木料素，是一種存在于大豆和紅三葉草中的多酚類化合物，具有抗氧化及對雌激素受體高度的親和性；從綠茶中提取的茶多酚成分表沒食子兒茶素沒食子酸酯(ECGG)，也具有抗氧化作用，它們對于治療骨性關節炎的作用機制復雜并且治療靶點較多(詳見表2)，下文就從對軟骨細胞的增殖與凋亡、軟骨細胞的代謝、對炎癥細胞的代謝及對骨髓基質干細胞向軟骨細胞分化等幾個方面來綜述黃酮類中藥單體治療骨性關節炎的作用機制。

表1 治療OA的黃酮類中藥單體

2 黃酮類中藥單體治療骨性關節炎的機制

2.1 對軟骨細胞凋亡與增殖的影響

以往關于骨性關節炎的研究多側重于軟骨細胞外基質的分解代謝與合成代謝的失衡，隨著近些年來的研究，逐漸認識到正常的軟骨細胞也是維持細胞外基質平衡的重要條件，其中軟骨細胞凋亡與增殖的失衡是骨性關節炎的重要發病機制[5]，黃酮類中藥單體對于骨性關節炎的治療機制多靶向作用于軟骨細胞，吳素珍等人研究發現槲皮素能夠促進變性的軟骨細胞增殖，并且與其作用濃度呈正相關[6]。LeiZhang 等人[7]研究發現一定濃度范圍的淫羊藿苷促進軟骨細胞的增殖，Wang[8]等人也發現淫羊藿苷能夠促進軟骨細胞增殖，不僅如此，體內動物實驗也發現它能夠促進軟骨再生，而這些可能與淫羊藿苷激活缺氧誘導因子1α(HIF-1α)有關；張漢慶等人研究發現葛根的主要提取物葛根素能夠恢復退變軟骨細胞活性，并且能夠促進軟骨細胞增殖[9]，在此作用基礎上，它還能夠抑制誘導型一氧化氮合酶的活性，減少一氧化氮的生成[10]，一氧化氮是軟骨細胞的凋亡誘導劑，這也說明葛根素不僅能夠促進軟骨細胞的代謝而且還能通過靶向抑制一氧化氮的生成來間接抑制軟骨細胞凋亡，這也為其臨床應用與推廣提供了理論依據。肖漣波等人探究柚皮苷對人骨關節炎軟骨細胞凋亡的影響機制中，發現一定濃度的柚皮苷能夠顯著降低軟骨細胞凋亡比例，并進一步研究發現其可能通過阻斷一氧化氮的產生并且抑制半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶(Caspase)信號通路產生作用[11]，而且柚皮苷能夠通過抑制窖蛋白-p38MAPK (caveolin-p38MAPK)信號通路的激活而促進軟骨細胞增殖[12]，動物實驗也證實口服柚皮苷也能夠修復兔的軟骨缺損[13]；國內研究發現天然的雌激素受體調節劑金雀異黃酮低濃度能夠逆轉炎癥環境下軟骨細胞增殖抑制作用，然而高濃度卻對軟骨細胞起到抑制增殖的作用[14]；研究表明黃芩素能夠促進軟骨細胞的增殖以及抑制軟骨細胞的凋亡，這可能與下列機制有關，①抑制軟骨細胞一氧化氮合酶的表達并且進一步減少一氧化氮的產生;②抑制Caspase3及Caspase8的激活[15];③促進抗凋亡蛋白Bcl-2的表達[16]。

2.2 對軟骨細胞代謝的影響

關節軟骨細胞的代謝異常導致其變性、退化、凋亡，進而發生軟骨的破損、骨質及滑膜病變繼而導致骨性關節炎的發生。通常認為軟骨細胞的代謝與細胞外基質(膠原、蛋白多糖)的合成、分解密切相關。基質金屬蛋白酶(MMPS)以及含血小板蛋白結合基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶-4(ADAMTS-4)和ADAMTS-5是導致骨關節炎軟骨細胞外基質分解的重要因素，并在軟骨破損中發揮著重要作用，國外研究發現表沒食子兒茶素沒食子酸酯(ECGG)能夠通過抑制核轉錄因子NF-KB和AP-1/c-Jun的激活來下調白介素1β(IL-1β)誘導的軟骨細胞MMP1和MMP13的表達[17]，國內動物實驗也證實了它能夠下調骨性關節炎模型小鼠關節軟骨MMP13的表達，不僅如此它還能促進關節軟骨蛋白聚糖、Ⅱ型膠原、ADAMTS-5的表達[18]；國內Wang等人研究發現淫羊藿苷能夠促進軟骨細胞外基質產生，這可能與下列原因有關，①增強軟骨增生的基因表達，如Sox9，Col2α，aggrecan等;②抑制軟骨代謝相關基因，如Mmp2, Mmp9,Mmp13,Adamts4，Adamts5等，不僅如此，進一步研究發現，在3D培養條件下，淫羊藿苷能夠起到相同的效果[8]；14年國內研究黃芩素對白介素1β誘導人軟骨細胞退變的影響，發現其能夠抑制軟骨細胞Mmp-3，Mmp13的表達并且能夠促進蛋白聚糖及Ⅱ型膠原的表達[15]，Wei-Ping Chen[19]對此進一步研究發現它保護軟骨的作用有可能與MAPK信號通路激活有關；張漢慶等[20]人探究葛根素治療兔膝關節骨性關節炎對關節軟骨的基質金屬蛋白酶及其抑制劑的影響，結果發現葛根素能夠抑制骨關節炎軟骨細胞MMP-1的表達，這也表明它具有一定的抑制細胞外基質中膠原的降解作用，這也為它防治關節炎提供理論依據。體內與體外實驗[21]共同證實柚皮苷能夠通過抑制NF-KB信號通路的激活來下調MMP-13、ADAMTS-5、NOS-2的表達，這些基因的下調將防止OA的軟骨進一步退變與破壞。袁小亮等人[22]研究槲皮素對軟骨MMP-13、TIMP-1表達的影響，分別從動物實驗和細胞實驗共同證實了它能夠抑制MMP-13的表達及上調TIMP-1的表達，降低MMP-13/TIMP-1的比例，進而抑制細胞外基質的降解，達到保護關節軟骨的作用；與之矛盾的是，韓國學者Hyun Lim等[23]探究黃酮類藥物對軟骨細胞的作用機制，發現槲皮素不能抑制退變軟骨細胞MMP-13的表達，這種現象可能與槲皮素的作用濃度有關；不僅如此，它還能促進軟骨細胞Ⅱ型膠原的表達[24]，而Ⅱ型膠原是關節軟骨細胞外基質主要成分。研究發現木犀草素能夠抑制體外退變軟骨細胞MMP-1，MMP-3，MMP-13，ADAMTS-4，ADAMTS-5基因表達，同時體內實驗也證實了高濃度的木犀草素能夠抑制關節軟骨MMP-3蛋白的分泌[25]。

2.3 對炎癥細胞及細胞因子的影響

骨性關節炎早期被認為是一種非炎癥性疾病，其患者的滑膜組織經常被作為類風濕關節炎研究的正常對照組；可是，近些年來越來越多的證據表明骨性關節炎患者存在一定程度的滑膜炎癥，而且人體免疫系統也參與骨關節炎的發生與發展[26]。其中骨性關節炎患者滑膜及其巨噬細胞分泌的促炎細胞因子(TNF-α，IL-1β，MMPs)參與到軟骨退變機制中，尤以TNF-α，IL-1β最為主要。關于黃酮類中藥單體對于OA的炎癥細胞及細胞因子的作用研究近些年也較多，施風超等[27]通過運用弗氏佐劑建立大鼠骨性關節炎疾病模型來評估木犀草素治療骨關節炎的作用，研究結果發現木犀草素能夠改善大鼠關節腫脹體積，關節炎指數，降低關節滑液中白細胞及中性粒細胞數量，體外實驗進一步運用炎癥細胞模型來評價它的抗炎作用，結果也表明它能夠抑制內毒素(LPS)誘導的巨噬細胞激活，這抗炎機制有可能與下列有關，①下調IL-6，IL-1β，TNF-α，iNOS的表達;②調節Th1/Th2和Th17/Treg平衡;③抑制P2X4及MAPK/NF-KB信號通路;張純武[28]也報道了相似的結果。柚皮苷能夠通過抑制NF-KB信號抑制軟骨細胞IL-1β，COX-2的表達[21]；黃芩素也通過抑制NF-KB信號通路來抑制COX-2的表達[16]；張城等人[29]通過研究金雀異黃酮對于LPS處理的兔軟骨細胞增殖拮抗及抗炎作用中，發現其能夠抑制LPS處理的軟骨細胞IL-1β的表達，相反，國外有研究發現金雀異黃酮也在一定程度上抑制IL-1β的表達，但無統計學意義，這可能與金雀異黃酮的實驗濃度差異或者與軟骨細胞不同種類來源有關[30]；劉俊等人[31]探索槲皮素對兔骨關節炎模型中IL-1β、TNF-α的水平影響，結果表明槲皮素組關節液中促炎因子(IL-1β、TNF-α)顯著低于模型組，這也為臨床運用槲皮素治療骨性關節炎提供理論依據，然而關于它對于體外軟骨細胞促炎因子作用以及具體機制研究仍未完全清楚。國外研究發現ECGG能夠抑制IL-1β所誘導軟骨細胞COX-2上調，并進一步抑制PGE-2的產生而起到保護軟骨細胞的作用，在此基礎上運用轉染技術，發現ECGG是通過上調軟骨細胞miR-199a-3p的表達[32]，有研究表明miR-199a-3p與COX-2mRNA 的3’UTR的序列相匹配[33]，因此說明了ECGG是通過上調miR-199a-3p的表達來使得COX-2基因沉默以達到保護軟骨細胞的作用；同時動物實驗也發現[18]，經過ECGG治療過的關節炎小鼠，其IL-1β、TNF-αmRNA、COX-2的表達下降，這也說明了在體內和體外ECGG均能夠較好的改善關節炎的炎癥因子的變化。

2.4 對骨髓基質干細胞向軟骨細胞分化的影響

骨髓基質干細胞(骨髓間充質干細胞)是存在于骨髓中一種特殊的非造血干細胞，具有自我更新、高度增殖能力、多向分化潛能，在特定的誘導因子作用下將其誘導為軟骨細胞，因此在骨關節炎疾病治療中又被稱為“種子細胞”，目前關于黃酮類中藥單體是否促進骨髓基質干細胞成軟骨分化的研究較少，王冠軍等人[34]研究柚皮苷對大鼠骨髓基質干細胞增殖及其成軟骨細胞分化的影響中，發現低濃度的柚皮苷能夠促進骨髓基質干細胞的增殖，但是單純柚皮苷作用于骨髓基質干細胞并不能誘導其成軟骨分化，然而柚皮苷加軟骨細胞誘導液卻能促進其骨髓基質干細胞的成軟骨細胞的分化能力；在體外2D[35]及3D[36]軟骨細胞培養條件下，淫羊藿苷均能促進骨髓基質干細胞向軟骨細胞分化，相反卻不促進軟骨過度肥厚方向分化，這也為促進軟骨組織修復提供潛在的藥物，然而關于其它黃酮類中藥單體(葛根素、黃芩素、槲皮素、金雀異黃酮、ECGG、木犀草素)在骨髓基質干細胞的研究多集中于成骨方向的研究，相反在是否促進其向軟骨方向的研究少之又少，以及這些單體是否在體內實驗也起到相同的作用仍需要我們進一步研究、探索。

3 總結與展望

中醫中藥在臨床上治療骨性關節炎具有作用廣泛，療效明顯并且毒副作用較少等優勢，其中運用現代中藥的研究方法從傳統中藥中篩選出新的有效活性單體治療骨性關節炎將成為研究熱點，目前的研究發現中藥單體治療骨性關節炎具有多靶點、多環節的特點，但是對于其基礎研究尚處于起步階段，有些活性成分及作用機制仍未完全明確；因此本文對黃酮類中藥單體治療骨性關節炎的作用機制進行初步探討與總結，以期為從傳統中藥中篩選出治療骨性關節炎的黃酮類活性單體，探究新的治療靶點提供思路，但目前黃酮類中藥單體治療骨性關節炎的研究偏少，多局限于療效及基礎研究等方面，因而運用現代中醫藥新技術及方法探究其藥理活性、化學活性結構，將成為開發黃酮類中藥單體治療骨性關節炎的有效途徑。

表2 黃酮類中藥單體治療骨性關節炎的作用靶點

注：“↑” 表示增加或上調“↓”表示減少或下調