中藥治療骨關(guān)節(jié)炎作用機(jī)制的研究進(jìn)展

張璐瑤，劉 維

(天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，天津 300193)

骨關(guān)節(jié)炎[1](osteoarthritis,OA)是一種以關(guān)節(jié)軟骨變性、破壞及骨質(zhì)增生為特征的慢性關(guān)節(jié)病。隨著全球人口老齡化及肥胖人口數(shù)目的增加，發(fā)病率也在逐年增加。根據(jù)西班牙及英國的研究報(bào)告顯示[2]，OA發(fā)病率隨著年齡增高而增高，且約在75歲達(dá)到高峰。手OA的患病率為4%～5%，髖OA為6%，膝OA為16%～17%。骨關(guān)節(jié)炎屬于中醫(yī)學(xué)“骨痹”范疇。《素問·長刺節(jié)論篇》中記載：“病在骨，骨重不可舉，骨髓酸痛，寒氣至，名曰骨痹。”目前，OA沒有明確的發(fā)病機(jī)制，西醫(yī)在治療上尚無特效藥，主要以緩解癥狀為治療核心。中醫(yī)治療強(qiáng)調(diào)個體化，且因其副作用較小、療效顯著而更易被接受。故本文從細(xì)胞及分子生物學(xué)水平,對目前中醫(yī)治療骨關(guān)節(jié)炎在細(xì)胞因子及信號通路方面的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，以期對中醫(yī)藥治療骨關(guān)節(jié)炎及中醫(yī)藥新藥研發(fā)提供參考。

1 骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制

近年來，多數(shù)研究者認(rèn)為骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生是關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞、軟骨外基質(zhì)、軟骨下骨質(zhì)合成及降解的平衡破壞導(dǎo)致的。在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病過程中[2]，軟骨結(jié)構(gòu)的完整性被破壞，從而使軟骨對外界刺激敏感性增高。初期，關(guān)節(jié)軟骨從軟骨表面開始被侵蝕并逐漸出現(xiàn)裂隙，且隨著軟骨鈣化區(qū)域的增加逐漸增大。為修復(fù)軟骨，肥大軟骨細(xì)胞開始增生，在此過程中產(chǎn)生的降解產(chǎn)物及促炎性介質(zhì)則刺激鄰近滑膜增生和炎癥反應(yīng)，同時軟骨下骨出現(xiàn)血管浸潤。由于關(guān)節(jié)軟骨自身修復(fù)能力的限制，合成與降解平衡被打破，關(guān)節(jié)軟骨結(jié)構(gòu)與屬性改變，導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜且尚不明確，即使是同一個風(fēng)險(xiǎn)因素也會有不同的致病過程，其發(fā)病不僅是退行性病變或者機(jī)械磨損的結(jié)果，目前認(rèn)為其涉及機(jī)械損傷、炎癥反應(yīng)、代謝、細(xì)胞衰老及凋亡多種因素，因此骨關(guān)節(jié)炎更像一種關(guān)節(jié)損傷綜合征而不是單一疾病。

2 中藥及其有效成分對細(xì)胞因子的影響

2.1 骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)細(xì)胞因子

細(xì)胞因子是指免疫或非免疫細(xì)胞受到刺激后合成及分泌具有廣泛生物活性小分子蛋白質(zhì)，通過自分泌、旁分泌及細(xì)胞內(nèi)分泌的形式參與多種生理及病理的發(fā)生發(fā)展過程，發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，如細(xì)胞發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)等。細(xì)胞因子具有多效性及網(wǎng)絡(luò)性，在骨關(guān)節(jié)炎病程中起到重要作用。

細(xì)胞因子根據(jù)功能大致分為白細(xì)胞介素、腫瘤壞死因子、生長因子等。與骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)的細(xì)胞因子包括白細(xì)胞介素1、4、6(IL-1、4、6)及腫瘤壞死因子α(TNF-α)，其中IL-1、6及TNF-α屬于炎癥因子，在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病過程中主要介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致軟骨破壞。近來研究認(rèn)為[3]，滑膜炎癥在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病中不再僅是繼發(fā)性的病理反應(yīng)，更是參與OA發(fā)病機(jī)制并推動OA發(fā)展的病理過程炎癥反應(yīng)。在炎癥反應(yīng)中產(chǎn)生的炎癥因子不僅可以直接作用于軟骨，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨結(jié)構(gòu)改變，還可以通過調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞代謝，產(chǎn)生下游細(xì)胞因子及蛋白酶等介導(dǎo)炎癥發(fā)生及引起相應(yīng)理化作用，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨退化，加速骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)程。中藥及其有效成分通過降低炎癥因子的表達(dá)，抑制其下游產(chǎn)物生成，減緩軟骨基質(zhì)降解，起到軟骨保護(hù)作用。

2.2 中藥及其有效成分對細(xì)胞因子及其下游產(chǎn)物的影響

在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病過程中，IL-1是核心炎癥因子，外界刺激(年齡、機(jī)械應(yīng)力、損傷等)引起炎癥反應(yīng)產(chǎn)生IL-1。IL-1[4]可以通過促進(jìn)磷脂酶A2及環(huán)氧合酶分泌，刺激軟骨細(xì)胞、滑膜細(xì)胞生成及釋放前列腺素(PG)，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)及參與誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPS)表達(dá)[5]。目前研究認(rèn)為[6-8]，膠原酶MMP-1和MMP-13可降解I、II、III型膠原，間質(zhì)溶解素MMP-3及膠原酶MMP-13具有破壞軟骨組織主要成分Ⅱ型膠原蛋白，起到促進(jìn)軟骨細(xì)胞的降解作用。楊帆等[8]研究表明，補(bǔ)腎通絡(luò)方通過抑制MMP-3/13和ADAMTs-4水平，可以減輕膝關(guān)節(jié)軟骨的破壞情況，改善骨關(guān)節(jié)炎癥狀。由IL-1介導(dǎo)生成的PEG2可調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)釋放、敏化痛覺、降低痛閾[9]，以及通過激活cAMP/PKG 與 PI3K 依賴性NF-κB誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞表達(dá)IL-6[10]，參與軟骨基質(zhì)降解。中藥通過降低IL-1、6及下游產(chǎn)物PGE2，阻止OA進(jìn)行。王敏龍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，五福飲顆粒劑可以顯著降低血清及關(guān)節(jié)液中IL-1β、IL-6含量，延緩軟骨中蛋白多糖(PG)的丟失，促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨合成PG，從而預(yù)防與治療骨關(guān)節(jié)炎。胡培培等[12]研究發(fā)現(xiàn)，云南白藥可以通過降低血清PGE2水平，進(jìn)而減少炎性介質(zhì)的分泌，抑制炎性反應(yīng)，顯著增高機(jī)械痛閾值，降低痛覺感受器敏感性，改善骨關(guān)節(jié)炎引起的神經(jīng)病理性疼痛及減少關(guān)節(jié)及滑膜損傷。

IL-1刺激滑膜細(xì)胞產(chǎn)生IL-6[13]。IL-6通過促進(jìn)核因子κB受體活化因子配體(RANKL)的表達(dá)，協(xié)同由巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的通過激活NF-κB途徑參與骨吸收過程的強(qiáng)力促炎因子TNF-α[14]共同參與破骨細(xì)胞分化，影響骨吸收。其中TNF-α還能刺激軟骨細(xì)胞合成MMPs、PGE2、NO[15]，以及誘導(dǎo)IL-1產(chǎn)生[16]，IL-1的產(chǎn)生可進(jìn)一步提高TNF-α活性，兩者協(xié)同刺激軟骨細(xì)胞分泌趨化因子1(eotaxin-1)[17]，進(jìn)而誘導(dǎo)MMP3、13的表達(dá)，加速軟骨基質(zhì)降解，推動疾病進(jìn)展。中藥通過抑制炎癥因子IL-1、6及TNF-α表達(dá)，阻止炎癥反應(yīng)進(jìn)展，減緩軟骨退化。鄭煒宏[18]等研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)腎祛痰方可以通過抑制大鼠血清和關(guān)節(jié)液內(nèi)炎癥因子IL-1、IL-6及TNF-α表達(dá)水平，控制骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展。陸洋等[19]研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)腎益肝活血方通過降低血清中IL-1β、TNF-α含量，減少M(fèi)MP-3生成，改善關(guān)節(jié)軟骨退變。顏春魯?shù)萚6]研究發(fā)現(xiàn)，右歸丸可通過降低IL-1β、IL-6、TNF-α炎癥因子表達(dá)，抑制MMP-1、3、13活性，延緩KOA軟骨的退變。陳永健等[20]研究發(fā)現(xiàn),益氣養(yǎng)血方通過下調(diào)TNF-a表達(dá)，MMP-13蛋白表達(dá)下降,COL-II膠原表達(dá)上調(diào),抑制軟骨細(xì)胞凋亡及細(xì)胞外基質(zhì)降解。李媛等[7]研究發(fā)現(xiàn)，六味骨痹湯通過降低血清和關(guān)節(jié)液中,TNF-α及COMP的含量，MMP-13降低，Ⅱ型膠原蛋白表達(dá)上升，起到保護(hù)軟骨作用。

IL-1還可以通過刺激滑膜細(xì)胞產(chǎn)生誘導(dǎo)型一氧化氮合酶，繼而催化大量一氧化氮(NO)[21]。NO[22]作為IL-1下游產(chǎn)物一方面可以促使滑膜細(xì)胞產(chǎn)生金屬蛋白酶及促進(jìn)IL-1β介導(dǎo)抑制關(guān)節(jié)軟骨蛋白多糖合成，另一方面抑制白介素-1受體拮抗劑(IL-1Ra)的合成，使軟骨基質(zhì)進(jìn)行性降解，推動骨關(guān)節(jié)炎病程的發(fā)展。IL-4[23]通過抑制IL-1誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞合成基質(zhì)金屬蛋白酶而保護(hù)軟骨。侯德才[24]研究發(fā)現(xiàn)，止骨增生合劑通過降低關(guān)節(jié)炎兔血清中的NO含量，緩解骨關(guān)節(jié)炎癥狀。趙樂等[25]研究發(fā)現(xiàn)，黃芪桂枝五物湯可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子IL-4,誘導(dǎo)HIF-1α、iNOS及關(guān)節(jié)處TGF-β1表達(dá)的變化，調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)軟骨處蛋白多糖的含量，抑制Ⅱ型膠原及軟骨下骨的破壞，修復(fù)軟骨細(xì)胞的凋亡，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫低下狀態(tài)。

3 中藥及其有效成分對信號通路的影響

3.1 中藥及其有效成分對蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)/免疫球蛋白結(jié)合蛋白(Bip)信號通路的影響

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞中適應(yīng)性最強(qiáng)的細(xì)胞器，是蛋白質(zhì)的合成、加工修飾、分選和轉(zhuǎn)運(yùn)及脂質(zhì)代謝的重要場所。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)(endopiasmic reticuium stress,ERS)是體內(nèi)一種自我保護(hù)機(jī)制，參與細(xì)胞凋亡。細(xì)胞內(nèi)外各種理化因素(如炎癥等)均能誘發(fā)ERS，過度的ERS可以介導(dǎo)細(xì)胞凋亡。研究表明[26]，骨關(guān)節(jié)炎患者的軟骨細(xì)胞中存在ERS。PERK/Bip信號通路參與骨關(guān)節(jié)炎內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，引起軟骨細(xì)胞凋亡。具體過程：過度的ERS激活PERK信號分子使eIF-2α磷酸化，繼而進(jìn)一步激活A(yù)TF-4，上調(diào)GADDl53表達(dá)，抑制Bcl-2的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，或激活 Caspase-9 進(jìn)一步激活Caspase-3啟動細(xì)胞凋亡程序[27-28]。陳俊等[29]研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)活寄生湯通過調(diào)控PERK/Bip 信號通路，抑制PERK、Bip、eIF-2α、ATF-4、GADD153、Caspase-9、Caspase-3mRNA及蛋白表達(dá)，進(jìn)而抑制因內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)引起的軟骨細(xì)胞凋亡。趙林燦等[30]研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)活寄生湯可通過抑制關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)，進(jìn)而下調(diào)PEAK/Bip信號通路，減少軟骨細(xì)胞凋亡。

3.2 中藥及其有效成分對β轉(zhuǎn)化生長因子/骨形成蛋白(TGF-β/BMPs)信號通路的影響

TGF-β是結(jié)構(gòu)相關(guān)信號分子，對細(xì)胞外基質(zhì)形成、組織分化、骨重建、免疫調(diào)節(jié)等均起到重要作用。TGF-β1促進(jìn)基質(zhì)生成和成骨細(xì)胞分化且間接限制破骨細(xì)胞的形成[31]。BMP是成骨細(xì)胞分泌的一種細(xì)胞因子，BMP-2、4、7促進(jìn)成骨細(xì)胞分化[31]。TGF-β/BMPs信號通路受到多種因子調(diào)控，并通過Smad/R-Smad復(fù)合物或MAPK級聯(lián)傳導(dǎo)[32]。當(dāng)受到外源性因素如軟骨損傷等刺激時，激活TGF-β/BMPs信號通路，通過一系列信號傳導(dǎo)參與骨關(guān)節(jié)炎的病程[31]。楊帆等[33]研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)腎通絡(luò)方通過調(diào)控TGF-β/BMPs信號通路，調(diào)節(jié) TGF-β1、BMP-4和BMP-7的分泌，保護(hù)受損的軟骨細(xì)胞，間接抑制軟骨細(xì)胞破壞，緩解病情進(jìn)展并改善預(yù)后。郝亞明等[34]等研究發(fā)現(xiàn)，消骨痛湯通過調(diào)控TGF-β/BMPs信號通路，上調(diào)軟骨和滑膜中TGFβ1和BMP2的蛋白表達(dá)，治療骨關(guān)節(jié)炎。

3.3 中藥及其有效成分對Wnt /β- catenin信號通路的影響

Wnt-β-catenin信號通路是一個保守的信號傳導(dǎo)通路，與軟骨形成及骨重建密切相關(guān)[35]，在骨細(xì)胞的終末分化中起著重要作用[36]。β- catenin的過表達(dá)可升高 MMP- 13基因表達(dá)，導(dǎo)致軟骨基質(zhì)和關(guān)節(jié)軟骨的降解[37]。嚴(yán)可等[38]研究發(fā)現(xiàn)，加味獨(dú)活寄生湯通過調(diào)控Wnt/β-catenin通路和下游因子MMP-13等相關(guān)基因表達(dá),抑制膝關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞損傷。吳追樂等[39]研究發(fā)現(xiàn)，透骨消痛膠囊等中藥通過誘導(dǎo)Wnt/β-catenin信號通路中Wnt-4、β-catenin和MMP-13的表達(dá)，保護(hù)軟骨。

3.4 中藥及其有效成分對NF-κB信號通路的影響

NF-κB是核轉(zhuǎn)錄因子，p38MAPK信號傳導(dǎo)通路參與MMPs的表達(dá)，NF-κB/ p38MAPK信號通路異常激活將引起下游炎癥因子過表達(dá)，參與炎癥反應(yīng)[40]。抑制NF-κB/ p38MAPK信號通路的活化，則可以降低炎癥因子過表達(dá)，緩解軟骨退化。吳廣文等[41]研究發(fā)現(xiàn)，獨(dú)活寄生湯可通過調(diào)控miR-146a/-155-NF-κB/p38MAPK信號通路，抑制膝骨關(guān)節(jié)炎炎癥反應(yīng)，治療膝骨關(guān)節(jié)炎。潘建科[42]研究發(fā)現(xiàn)，龍鱉膠囊可抑制MEK-3/6、p38、ATF2、NF-κBp65及其磷酸化產(chǎn)物P-MEK-3/6、P-p38、P-ATF2、P-NF-κBp65的過表達(dá)，抑制骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞中p38MAPK和NF-κB信號通路活化，從而緩解軟骨退變，保護(hù)軟骨，治療骨關(guān)節(jié)炎。

3.5 中藥及其有效成分對TLR/MyD88信號通路的影響

Toll樣受體(toll-like receptors，TLRs)是跨膜信號傳導(dǎo)蛋白，免疫的必需分子之一，參與調(diào)控適應(yīng)性免疫應(yīng)答。髓樣分化因子 88(MyD88)是TLRs的信號傳導(dǎo)下游信號分子。TLR/MyD88信號通路參與炎癥反應(yīng)[43]。鄭潔[44]等研究發(fā)現(xiàn)，青藤堿可通過調(diào)控TLR/MyD88信號通路，下調(diào)TLR2、TLR4、MyD88關(guān)鍵分子表達(dá)，抑制兔膝骨性關(guān)節(jié)炎軟骨免疫反應(yīng)，延緩OA進(jìn)展。

3.6 中藥及其有效成分對細(xì)胞骨架信號通路的影響

細(xì)胞骨架是維持細(xì)胞形態(tài)、運(yùn)動以及應(yīng)對周圍環(huán)境的重要纖維狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞提供機(jī)械完整性以承受壓縮載荷起到重要作用[45]。異常的機(jī)械負(fù)荷與骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病密切相關(guān)[2]，可以通過調(diào)控細(xì)胞骨架信號通路抑制軟骨細(xì)胞骨架破壞，保護(hù)軟骨細(xì)胞。梁杰[46]等研究表明，補(bǔ)腎壯筋湯通過調(diào)控細(xì)胞骨架信號通路，調(diào)節(jié)通路相關(guān)蛋白ROCK、Cofilin、Phospho-Cofilin、LIMK1和Phospho-LIMK1的表達(dá)，抑制軟骨細(xì)胞骨架破壞的進(jìn)程，減緩膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)炎的退變。黃孝聞等[47]研究發(fā)現(xiàn)，淫羊藿苷通過調(diào)控細(xì)胞骨架信號通路，抑制細(xì)胞骨架相關(guān)因子Rho A和Cofilin表達(dá)，對脂多糖誘導(dǎo)的細(xì)胞骨架F-actin損傷具有保護(hù)作用。

在機(jī)體中，不同的信號通路會互相影響，如TGF-β協(xié)同Wnt信號促進(jìn)人類間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化等[31]，為治療骨關(guān)節(jié)炎提供多種路徑與靶點(diǎn)。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，在臨床中藥預(yù)防及治療骨關(guān)節(jié)炎療效顯著，簡效廉驗(yàn)，相比手術(shù)具有低風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)勢，其在治療骨關(guān)節(jié)炎方面確有廣闊的治療前景。明確中藥治療骨關(guān)節(jié)炎的具體作用機(jī)制，是研發(fā)治療骨關(guān)節(jié)炎特效中藥新藥的基礎(chǔ)及依據(jù)。因此，需要在細(xì)胞及分子水平進(jìn)一步探索及明確中藥治療的具體作用靶點(diǎn)及作用途徑。