骨性關節炎軟骨細胞自噬中醫藥研究進展

馬濤　張曉剛　趙永利　張宏偉　曹盼舉　宋敏　王柄訸　權禎　陳缽

摘要：骨性關節炎是臨床上中老年人常見的關節退行性疾患，癥狀多表現為關節疼痛、活動受限與功能下降。其防治已成為現代醫學的研究熱點，但學術界對其發病機制尚未完全明確。隨著現代醫學對該病的研究日趨深入，發現軟骨細胞自噬與該病的發生有一定相關性。研究表明，中醫藥可影響軟骨細胞自噬基因表達。本文就中醫藥對骨性關節炎軟骨細胞自噬影響的研究進展進行綜述。

關鍵詞：骨性關節炎;軟骨細胞;自噬;中醫藥;綜述

中圖分類號：R285;R2-05????文獻標識碼：A????文章編號：1005-5304（2020）03-0137-04

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.201903369

Research?Progress?of?TCM?Intervention?in?Osteoarthritis?Chondrocyte?Autophagy

MA?Tao1，2，?ZHANG?Xiaogang1，2，?ZHAO?Yongli2，?ZHANG?Hongwei2，?CAO?Panju1，2，?SONG?Min1，2，?WANG?Binghe1，2，?QUAN?Zhen1，?CHEN?Bo1

1.?School?of?Clinical?Medicine，?Gansu?University?of?Chinese?Medicine，?Lanzhou?730000，?China;?2.?Affiliated?Hospital?of?Gansu?University?of?Chinese?Medicine，?Lanzhou?730000，?China

Abstract：?Osteoarthritis?is?a?common?degenerative?disease?of?the?joints?in?the?middle?and?old?people?in?clinic，?and?the?symptoms?are?mostly?joint?pain，?limited?mobility，?and?decreased?function.?Its?prevention?and?treatment?have?become?a?hot?topic?in?modern?medicine，?but?the?pathogenesis?of?the?disease?has?not?been?fully?clarified?in?academia.?With?the?deepening?of?modern?medical?research?on?this?disease，?it?is?found?that?there?is?a?certain?correlation?between?chondrocyte?autophagy?and?the?occurrence?of?this?disease.?Now?a?number?of?studies?have?shown?that?TCM?may?exert?influence?on?gene?expression?of?chondrocyte?autophagy.?This?article?reviewed?the?research?progress?of?TCM?for?osteoarthritis.

Keywords：?osteoarthritis;?chondrocytes;?autophagy;?TCM;?review

骨性關節炎是在生物學和力學因素共同作用下導致軟骨細胞、細胞外基質及軟骨下骨三者降解和合成正常偶聯失衡的結果[1]。其主要特征是關節軟骨進行性退化以及軟骨下骨、滑膜和關節周圍組織相關變化，主要癥狀是疼痛、關節腫脹及活動受限。隨著我國老年人口的增加，骨性關節炎患者數量快速上升。骨性關節炎目前所公認的病因有肥胖、遺傳因素、年齡、炎癥及創傷等因素，但關節軟骨退變是骨性關節炎發病機制的中心環節，主要病理表現是軟骨細胞衰老凋亡[2]。因此，如何維持軟骨細胞的生存是防治骨性關節炎的關鍵之一。現代醫學對本病的發病機制尚未有準確的定論，因此，臨床上雖然治療手段多樣，但缺乏具有有效靶點的藥物。近年來有研究表明，自噬參與組織細胞的正常生長發育過程，在細胞生存能力方面扮演著非常關鍵的保護作用[3-6]，是整個骨關節病理生理過程中不可或缺的角色。相關研究表明，通過上調軟骨細胞自噬水平可保護機體不受骨性關節炎的侵襲[7]。茲就中醫藥干預骨性關節炎軟骨細胞自噬研究進展，以及這一過程可能對骨性關節炎的發生、發展產生的作用作一梳理，以期有助于中醫藥臨床治療骨性關節炎深入研究，并為尋找治療骨性關節炎特效藥物提供新的思路。

1??骨性關節炎危險因素

早期研究認為，骨性關節炎危險因素主要涉及個人層面和關節層面，如年齡、性別、肥胖、遺傳易感性、下肢力線異常和機械負荷等因素，上述高危因素相互交錯，加速膝關節退變，從而產生一系列臨床癥狀[8]。隨著研究不斷深入，越來越多的證據表明，骨性關節炎發生不僅與以上因素有關，而且軟骨細胞自噬水平在關節軟骨細胞的新陳代謝中非常關鍵，使軟骨細胞自噬維持在正常水平，延緩骨性關節炎病情[9-10]。

2??自噬及相關標志物

細胞自噬現象是一種進化保守的溶酶體降解途徑，有機生物體為維持生存將胞質蛋白及細胞器傳送至溶酶體進行降解，可滿足細胞自身的代謝需要并保證細胞內環境更新[11]。細胞自噬是正常關節軟骨的一種“自我消化與平衡”機制，主要生理功能在于通過自噬-溶酶體消除錯誤折疊的蛋白質和受損失活的細胞器、大分子物質等，合成新的蛋白質，阻斷細胞凋亡發生，為細胞重建、再生和修復提供必需的原料，維持細胞穩態[12]，因此有可能促進退變軟骨修復。細胞自噬關鍵基因是ULK1、Beclin?1和微管相關蛋白1輕鏈3（LC3）。Beclin?1作為關鍵自噬調節基因，其突變會導致機體自噬基礎水平增加。而Beclin?1與BCl2家族蛋白體內結合的減少在自噬與凋亡過程中起關鍵調節作用，表明Beclin?1-BCL2復合物的破壞是哺乳動物增加自噬的有效機制[13]。ULK1處于自噬信號通路中最上游的位置，被認為是自噬的主要調控因子，在細胞自噬過程中發揮重要作用，包括接收營養和能量信號，招募其他Atg蛋白形成自噬體。Mcalpine等[14]發現抑制細胞自噬水平的途徑之一是同時敲除小鼠胚胎成纖維細胞中ULK1和ULK2。LC3對應泛素樣蛋白Atg8，也是自噬的關鍵基因之一。在自噬體的形成過程中，自噬體膜的形成和擴展涉及類泛素偶聯系統，這2個系統分別是Atg12/Atg5結合系統與Atg8/LC3系統[15-17]。LC3以2種形式存在：一種是水溶形式LC3-Ⅰ，存在于細胞質中;另一種是脂溶形式LC3-Ⅱ，參與自噬體膜的形成。LC3-Ⅱ是在Atg4剪切Atg8/LC3進行共價結合之后，LC3-Ⅰ通過泛素樣系統的脂化作用轉化而來，最終LC3-Ⅱ與自噬泡相結合。因此LC3-Ⅱ常被作為細胞內自噬的標記物[18]。

3??自噬與骨性關節炎

在目前骨性關節炎研究中發現，軟骨退變與軟骨細胞損傷和凋亡有直接聯系。在骨性關節炎病程中，軟骨細胞無法維持其自噬活性，導致細胞存活能力下降，細胞凋亡啟動，所以通過自噬調節軟骨細胞活性尤為重要。軟骨細胞位于軟骨陷窩中，維持軟骨新陳代謝和細胞外基質穩定。Mazor等[19]研究顯示，軟骨損傷后無法修復到原來的狀態，只能通過人為干預來緩解癥狀，很多情況下無法達到預期效果。Rahmati等[20]、Zhang等[21]研究發現，細胞外基質退變、軟骨關節面破壞及軟骨細胞減少這三大組織學特征是骨性關節炎最常見的關節退變病理學改變。Jeon[22]研究認為，當損壞的細胞器和不再需要大分子物質在軟骨細胞內達到一定程度后，會加劇關節退變，自噬可去除這些有害物質，維持細胞的自我穩態，有利于軟骨細胞生存，從而阻止骨性關節炎的發生發展。

4??中醫藥干預骨性關節炎軟骨細胞自噬

4.1??中藥單體

近年來，許多研究者進行中藥有效成分調控細胞自噬作用的實驗研究，以期闡明中藥單體調節細胞自噬的作用機制。目前證實，皂苷類、多酚類、生物堿類、甾體類、萜類、多糖類、黃酮類、香豆素類等中藥有效成分可通過調節MAPK、NF-κB、Wnt/β-catenin、PI3K/Akt等信號通路及PPAR-γ等受體延緩骨性關節炎進程。而皂苷類、生物堿類化合物可上調Bcl2/Bax比值，阻止軟骨細胞凋亡，提高自噬水平，達到防止軟骨細胞變性的目的[23]。李春亮等[24]研究發現，Sirt1激動劑白藜蘆醇能使Beclin-1、LC-3?mRNA表達升高，Caspase-3活性降低。推測Sirt1表達被升高后，mTOR信號通路阻斷，骨性關節炎軟骨細胞自噬和凋亡得到抑制。另外，Qin等[25]在局部關節內直接注射白藜蘆醇，進一步明確白藜蘆醇在軟骨中的保護作用與軟骨細胞自噬有關。李亞楠等[26]、Li等[27]還發現姜黃素可提高自噬相關蛋白Beclin-1和LC3-Ⅱ的表達，表明姜黃素可通過提高軟骨細胞自噬活性來抑制軟骨細胞凋亡、促進軟骨細胞增殖。雖然多項研究已證實中藥單體及有效成分可影響軟骨細胞自噬相關基因表達，但其作用機制尚未完全闡明。

4.2??中藥復方

中藥復方成分復雜、藥理作用多、靶點多、干擾因素眾多，故研究難度較大。然而，近年來中藥復方調控軟骨細胞自噬研究呈增長趨勢，為其作用機制提供了藥理學依據。黃楊等[28]用右歸飲治療骨性關節炎模型大鼠后，發現Beclin-1表達升高，mTOR蛋白表達降低，同時凋亡蛋白Bax、Caspase-3含量降低，說明右歸飲治療可誘導大鼠膝關節滑膜自噬表達上調，減少細胞凋亡。秦娜等[29]研究發現，桃仁膝康丸能提高?ULK-1、Beclin-1和LC3-Ⅱ蛋白表達，可通過誘導軟骨細胞自噬延緩或阻止外科手術誘導的大鼠膝關節骨性關節炎的軟骨退變。沈金明等[30]將四妙散作用于骨性關節炎大鼠模型，發現四妙散可升高軟骨細胞LC3表達，降低Fadd、Caspase-3表達，提示四妙散可能通過激活軟骨細胞自噬作用來抑制細胞凋亡，從而延緩及控制骨性關節炎進展。阮麗萍等[31]報道，在鼠骨性關節炎模型中應用新風膠囊（黃芪、薏苡仁、雷公藤、蜈蚣）可使關節軟骨病理評分明顯降低，自噬相關基因Atg等升高，表明新風膠囊可提高細胞自噬水平，保護關節軟骨。孔甜等[32]發現，單純使用非甾體抗炎藥無法調控軟骨細胞自噬水平，但聯合養血益腎方后骨性關節炎小鼠LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ水平明顯升高，軟骨細胞自噬受到顯著調控，養血益腎方對骨性關節炎關節軟骨的保護作用可能是通過調控軟骨細胞自噬實現的。沈壽康[33]發現，透骨消痛膠囊有提高Beclin-1、ULK-1、LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ表達的作用，可通過提高細胞自噬活性來保護軟骨細胞。上述研究表明，中藥復方通過干預軟骨細胞自噬可有效治療骨性關節炎，但其具體干預機制尚不清楚，因而深入研究中藥復方干預細胞自噬非常重要。

4.3??針灸與按摩

除單體及復方外，針灸、按摩等物理療法也可通過調節軟骨細胞自噬治療骨性關節炎。王艦等[34]采用外膝眼透刺內膝眼溫針灸兔骨性關節炎模型，結果發現Bcl-2表達升高、Bax表達降低，軟骨細胞凋亡得到有效抑制，兔骨性關節炎模型軟骨退變得到改善。熊勇等[35]發現，“雙固一通”溫針灸可調節兔骨性關節炎模型Bcl-2/Bax比值，說明“雙固一通”溫針灸有保護關節軟骨、抑制細胞凋亡與促進細胞自噬作用，延緩骨性關節炎的進展。付妮妮等[36]運用電針近骨針刺兔骨性關節炎模型，發現軟骨細胞Caspase-3、Bax表達降低、Bcl-2表達升高，提示近骨針刺法可通過激活自噬來抑制軟骨細胞凋亡、提高軟骨細胞增殖能力。King等[37]發現，按摩作為一種機械應力可提高軟骨細胞自噬水平，改善細胞修復，這從軟骨細胞自噬角度解釋了按摩治療骨性關節炎的依據。林承列等[38]認為，針灸是一種雙向調節作用，使自噬既不會太過，也不會不及。目前已知針灸、按摩等可調控軟骨細胞自噬水平，但其究竟通過哪種方式調控，如何調控，以及對這些方面分子機制的認識還不全面，需更深層次的研究。

5??小結

目前，關于中醫藥調控軟骨細胞自噬治療骨性關節炎這一途徑還未完全成熟，盡管對自噬調控因子及信號通路的研究已經取得一定進展，但還未找出靶點藥物來調控軟骨細胞自噬。針灸、按摩、民族醫藥等療法也可提高軟骨細胞自噬活性，但相關研究及報道較少。隨著對中醫藥干預軟骨細胞自噬機制的研究越來越多，用中醫藥靶向調控軟骨細胞自噬水平及能量代謝，使自噬不會過度激活或受抑制，平衡細胞內物質代謝，從而減輕細胞損害，發揮其積極的生物學效應，為減緩或阻止這種慢性致殘性疾病的進展發現新的靶點，提供新的手段。未來應不斷探索中醫藥如何誘導骨性關節炎軟骨細胞自噬，以及從分子層面探討其靶向治療機制。相信隨著研究的不斷深入，我們將對中醫藥干預軟骨細胞自噬有一個更全面的認識。

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（收稿日期：2019-03-28）

（修回日期：2019-04-09;編輯：華強）