基于自噬信號通路探討中藥活性成分干預類風濕關節(jié)炎的研究進展※

陳家漣,朱田田,楊東宇,趙中亭

(甘肅中醫(yī)藥大學,甘肅 蘭州 730000)

類風濕關節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)以滑膜炎、骨侵蝕和血管翳生成為病理特征,可造成嚴重關節(jié)功能障礙甚至發(fā)生殘疾的免疫性疾病[1]。目前,RA的發(fā)病機制尚未完全明確,但近年來研究表明自噬與RA疾病進展有關,自噬在RA滑膜炎癥、血管翳的形成、骨吸收和骨破壞等方面起著重要作用[2]。自噬發(fā)生于RA滑膜組織內(nèi)層,發(fā)揮著雙重作用,其中成纖維滑膜細胞(FLS)是炎癥傳播和關節(jié)損傷的關鍵效應細胞,會產(chǎn)生類似腫瘤樣的增殖和促炎介質(zhì)[3]。目前,RA以藥物治療為主,包括非甾體抗炎藥、生物制劑、糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑等,由于服用周期長,費用高,常伴有胃腸道出血、肝腎毒性、心腦血管疾病等不良反應[4],影響其臨床應用。近年來,中藥因其療效及安全性而不斷被研究和使用[5]。因此,本文對中藥活性成分通過自噬相關信號通路干預RA的文獻進行綜述,為中藥活性成分作為臨床抗RA藥物的研究方向提供依據(jù)和思路。

1 磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路

自噬通過溶酶體降解途徑清除入侵的微生物,如病毒、細菌等[6],主要是經(jīng)哺乳動物m TOR和PI3K信號通路調(diào)控完成。PI3K/Akt/m TOR信號通路可被生長因子、營養(yǎng)物質(zhì)和能量觸發(fā),負向調(diào)節(jié)自噬,在細胞生長和增殖中起到關鍵作用[7]。

黃芪多糖(APS)是黃芪的主要活性物之一,研究證明其對抗佐劑誘導關節(jié)炎(AA)具有免疫調(diào)節(jié)[8]、改善關節(jié)癥狀的作用[9]。而MENG Q L等[9]研究APS對體外培養(yǎng)成纖維滑膜細胞(FLS)的作用,結(jié)果表明APS呈劑量依賴性地抑制細胞增殖,誘導凋亡,提示APS可能通過PI3K/Akt/m TOR調(diào)節(jié)自噬,通過增加促凋亡蛋白Bax的表達量,減少抗凋亡Bcl-2的表達量,同時增加FLS中Caspase-3活性,從而減緩RA的病理進展。另外,姜科和天南星科植物根部的提取物姜黃素已被報道對RA有防御和治療作用[10],姜黃素還可減輕膠原誘導性關節(jié)炎(CIA)大鼠的滑膜增生,與姜黃素通過m TOR通路抑制FLS增生及降低白細胞介素(IL)-1β、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、基質(zhì)金屬蛋白酶-1(MMP-1)等促炎細胞因子水平相關[11]。DENG H M等[12]報道表明瑞香素(DAP)呈劑量依賴性抑制CIA誘導的RA大鼠FLS增殖并誘導細胞凋亡,加速G1/G0期,抑制S期,可降低TNF-α誘導的FLS中磷酸化(P)-Akt、p-m TOR及自噬相關蛋白Atg5、Beclin-1和LC3-Ⅱ/Ⅰ的表達。總之,DAP通過下調(diào)PI3K/Akt/m TOR信號通路抑制FLS的增殖,抑制自噬從而誘導細胞凋亡,筆者認為可能是DAP治療RA的潛在機制。

2 Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活子(JAK/STAT)信號通路

JAK/STAT途徑是一種進化上保守的信號通路,STAT有7個家族成員,其中STAT1和STAT3是主要的激活因子[13],RA患者FLS中的STAT1蛋白水平顯著高于骨關節(jié)炎(OA)患者[14],且STAT3能促進FLS凋亡[15],但在RA病程中隨著p-STAT3不斷增加,反而抑制FLS凋亡,加重炎癥[16]。該途徑已被認為在RA疾病的發(fā)病機制中起著關鍵作用[17]。

楊琳等[16]對AA大鼠采用治療痹病的常用中藥秦艽的秦艽醇提物進行研究,結(jié)果表明該成分可降低IL-6與TNF-α的表達量,增加IL-10的表達量,同時秦艽醇提物能抑制p-JAK2的表達量,其中10 g/(kg·d)高劑量組可抑制p-STAT3的相對表達,提示秦艽醇提物對AA模型大鼠有抗炎效果,通過調(diào)控JAK2/STAT3通路發(fā)揮對FLS的抑制增殖及誘導凋亡的作用。雷公藤可降低炎癥因子水平,調(diào)節(jié)免疫細胞等作用[18]。雷公藤甲素(TP)是雷公藤主要有效活性物之一[19]。樊丹平[20]實驗研究證明在CIA大鼠中采用TP干預能降低促炎細胞因子TNF-α、IL-1β及IL-6水平,抑制p-JAK2和p-STAT3,表明TP可以通過調(diào)節(jié)TREM-1-JAK/STAT3信號通路發(fā)揮治療作用。莪術醇是中藥莪術的揮發(fā)油中重要的衍生物之一。WANG H等[21]發(fā)現(xiàn)莪術醇可以抑制血小板衍化生長因子-BB(PDGF-BB)誘導的FLS的DNA合成,衰減FLS中p-JAK2、降低STAT1和STAT3活性,提示莪術醇可能通過JAK2-STAT 1/3信號通路調(diào)節(jié)自噬,從而抑制FLS增殖,發(fā)揮潛在的治療作用。YANG Y S等[22]研究得出苦參堿能抑制CIA大鼠FLS增殖及升高凋亡率,可阻滯FLS的G0/G1細胞周期,抑制增殖,減少磷酸化,激活JAK2、STAT1和STAT3,表明其作用機制可能通過抑制JAK/STAT自噬相關信號通路,從而促進模型鼠FLS的凋亡。

3 核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB信號通路

自噬和凋亡在FLS細胞中具有相互關系,因為抑制自噬可促進FLS細胞凋亡,表明自噬可能參與其凋亡的調(diào)節(jié)[23]。有研究表明,TNF-α可以上調(diào)自噬活性并激活NF-κB信號通路抑制自噬,在一定程度上改善TNF-α加重的FLS增殖/凋亡失衡,從而延緩RA的進展,證明NF-κB信號通路可能參與了FLS自噬的調(diào)控[24]。

白藜蘆醇(Res)是由植物中提取的多酚天然單體,可影響自噬相關蛋白及線粒體凋亡通路[25]。研究報道稱Res能減輕血管生成素-1(Ang-1)和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)水平,降低滑膜組織中NF-κB的表達[26]。LEE H J等[27]在研究中使用巴西木素治療FLS,發(fā)現(xiàn)該成分可增加自噬小體積累,提高LC3-Ⅱ水平,減少TNF誘導的NF-κB活化和IL-6、IL-8分泌,認為主要與NF-κB通路介導有關。丹皮酚是芍藥的主要衍生物之一。研究表明,丹皮酚可抑制Toll樣受體4(TLR4)的表達和NF-κB p65基因的激活,抑制滑膜炎,提示潛在機制可能與丹皮酚抑制炎癥和NF-κB信號傳導以緩解RA的進展有關[28]。山柰苷是天然的類黃酮苷,WANG J等[29]研究發(fā)現(xiàn)山柰苷可降低FLS中 MH7 A細胞的IL-1β、IL-6、TNF-α、MMP-1和 MMP-3水平,阻斷NF-κB和Akt/m TOR通路激活,認為山柰苷抑制NF-κB和Akt/m TOR通路,抑制細胞增殖,誘導細胞凋亡。CHEN Y等[30]體外研究表明,香葉木素能減少FLS中MH7A細胞中IL-1β、IL-6、IL-8和 MMP-1的表達,還能抑制 NF-κB和Akt/m TOR通路,促進MH7 A細胞凋亡。

4 絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路

RA患者滑膜組織中MAPK的表達異常增加,可能與FLS增殖有關[31]。紫草素是源自紫草的萘醌類色素,具有抗炎及免疫抑制作用。何蓮花等[32]在體外研究中發(fā)現(xiàn)紫草素能降低TNF-α誘導的FLS中MH7A細胞的p-Akt、p-p38、p-ERK、p-JNK 表達量,認為紫草素能抑制FLS中異常活化的Akt和MAPK信號通路。

FLS的炎癥與血管翳生成相關,而輔助性T細胞(Th)-17和IL-17線粒體障礙能誘發(fā)自噬發(fā)生[32]。血管新生是造成持續(xù)RA滑膜翳的重要因素,VEGF作為調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞增殖的主要細胞因子之一,可抑制血管新生[33]。甘草苷是從甘草中提取的黃酮類化合物。ZHAI K F等[34]研究報道甘草苷能顯著抑制IL-18誘導的FLS增殖,促進核DNA破碎,下調(diào)Bcl-2/Bax比值,抑制VEGF表達及JNK、p38磷酸化,提示甘草苷可能通過減少炎癥、抑制血管生成、阻斷MAPK信號以誘導自噬。活性氧自由基(ROS)的過度積累和減少能通過調(diào)節(jié)MAPK通路發(fā)揮干預作用[35-36]。YANG G L等[35]研究認為Res下調(diào)IL-1β刺激的RSC-364細胞缺氧誘導因子-1α和p38MAPK,可能與Res減少ROS積累,減輕炎癥,抑制細胞增殖,抑制MAPK信號通路,刺激滑膜組織中的細胞凋亡,減少血管生成有關。研究表明,細胞內(nèi)ROS累積易誘導FLS凋亡[25,35]。

5 線粒體途徑

線粒體是重要的細胞器。細胞的正常活動依賴于完整的線粒體結(jié)構(gòu)和功能。功能異常的線粒體經(jīng)過線粒體自噬而被降解。線粒體自噬是降解受損線粒體介導細胞凋亡及維持細胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的過程[37]。ZHANG J Q等[25]發(fā)現(xiàn)Res可降低AA大鼠自噬蛋白Beclin-1、LC3-Ⅰ/Ⅱ、氧化應激蛋白 MnSOD,能減少氧化應激,增加線粒體ROS(mt ROS)的產(chǎn)量,從而促進FLS的凋亡,提示可能與破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能有關。另有研究表明,Res能抑制線粒體超氧化物歧化酶的表達和FLS增殖,誘導凋亡[38],提示Res的作用機制可能與RA中的超氧化物歧化酶-線粒體ROS信號通路有關。ZHAI K F等[39]研究歐前胡素(IPT)對CIA大鼠的FLS的影響,結(jié)果表明IPT能激活細胞中Caspase-9和Caspase-3,表明IPT通過調(diào)控Caspase途徑促進細胞凋亡,認為Caspase依賴的線粒體信號通路可能參與IPT誘導FLS自噬和凋亡,IPT可能成為潛在的RA治療藥物成分。

6 小結(jié)

RA患者體內(nèi)自噬蛋白過表達,自噬在滑膜組織中發(fā)揮著雙重作用,當被適度激活時能促進細胞內(nèi)部細胞器的降解,保護細胞免受過度凋亡,延長細胞壽命;當被過度激活時,會導致細胞的死亡。由于自噬和凋亡呈負相關,當自噬被抑制時,會增加細胞凋亡,這也是中藥活性物通過抑制自噬、發(fā)揮抗炎、抑制骨破壞和血管翳生成等潛在治療作用機制[23]。現(xiàn)有研究探討中藥衍生物干預RA的作用機制,認為是通過信號通路調(diào)節(jié)細胞自噬、抑制FLS的增殖、誘導凋亡發(fā)生發(fā)揮作用的。首先,在中藥活性物方面,研究的衍生物種類廣,其中白藜蘆醇、黃酮類研究較多,而多酚類、萜類、生物堿、香豆素類等研究次之。其次,在分子機制方面,主要是通過活性物質(zhì)對G0/G1、S期細胞周期阻滯、對炎癥細胞因子、對重要自噬相關蛋白等發(fā)揮作用。最后,在信號通路方面,有效成分可經(jīng) PI3K/Akt/m TOR、JAK/STAT、NF-κB通路、線粒體、活性氧等其他途徑,經(jīng)關鍵分子磷酸化上調(diào)或下降作用,達到對自噬的雙向調(diào)控作用,發(fā)揮抑制滑膜炎癥和FLS的增生、減少骨侵蝕和血管新生,促進FLS凋亡,減緩疾病進程,故將中藥活性成分經(jīng)RA相關信號通路對自噬的調(diào)控進行總結(jié),見表1。

表1 中藥活性成分經(jīng)相關信號通路調(diào)控自噬的總結(jié)

7 不足與展望

本文通過將自噬相關蛋白及信號通路進行總結(jié),為活性物質(zhì)治療RA的作用機制提供依據(jù);對活性物質(zhì)和自噬相關信號通路進行總結(jié),發(fā)現(xiàn)關于一些活性成分的研究多停留在單一通路及少量細胞因子的研究上,為同一活性物質(zhì)橫向驗證在多條自噬相關通路上的作用提供研究選擇上的參考,促進后期推廣及實驗(試驗)研究。本研究仍存在不足,如對中藥方劑的網(wǎng)絡藥理學研究較多,若能將眾多方劑中的總提取物進行自噬相關信號通路進行歸納總結(jié),將會更加完整。