中藥干預骨關節炎軟骨細胞自噬的研究進展

王亮 張虎林 汪小敏 楊超強 王宜燦 賴學倩

【摘 要】 骨關節炎發生的關鍵環節是關節軟骨細胞受損，自噬作為維持細胞內穩態及細胞新陳代謝的重要機制，對正常軟骨細胞的功能極其重要。近年來研究發現，中藥及中藥制劑可通過調控骨關節炎軟骨細胞自噬基因的表達，促進骨關節炎軟骨細胞自噬，進而抑制關節軟骨受損，發揮治療骨關節炎的作用。查閱近5年相關研究文獻，就中藥干預骨關節炎軟骨細胞自噬的研究進展進行綜述，為后期骨關節炎的治療及研究提供新的思路和方向。

【關鍵詞】 骨關節炎；自噬；軟骨細胞；中藥；調控；研究進展；綜述

骨關節炎（osteoarthritis，OA）是以關節軟骨損傷為主要表現的慢性退行性疾病，常發生在機體負重關節，導致受累關節出現腫痛、僵硬、畸形，以及活動受限的癥狀［1］。據統計，在全球范圍內約有2.5億人患有OA，且隨著世界人口進入老齡化以及肥胖癥的增加，預計OA發病將出現增加態勢［2］。OA發病機制復雜，關節軟骨退變是OA發生的關鍵環節，而危險因素如年齡、肥胖、關節創傷、生物力學改變均可導致關節軟骨發生退變［3］。目前，關于OA的治療相對保守，以控制疼痛為主，缺乏有效緩解或恢復受損關節軟骨的措施，OA患者迫切需要可靶向治療的藥物抑制病情的發展。既往研究發現，軟骨細胞自噬在OA中發揮著極其重要的作用，通過干預軟骨細胞自噬可改善OA病情［4-5］。因此，探討參與調控軟骨細胞自噬的靶向藥物對OA的治療非常有必要。OA屬中醫學“痹證”“骨痹”范疇，中醫藥防治OA歷史悠久且療效客觀。近年來，中藥與OA軟骨細胞自噬關系的研究廣泛開展，結果也表明，中藥對細胞自噬的影響明顯［6］。本文通過查閱近5年中國知網、萬方、維普、中國生物醫學文獻數據庫及PubMed、Springer等數據庫中關于中藥干預OA軟骨細胞自噬的相關研究文獻并就其進展做一綜述，以期進一步推動中藥防治OA的研究，為OA的預防及治療提供參考和依據。

1 自噬及自噬調節

細胞自噬是一種細胞內分解代謝過程，細胞通過吞噬自身胞質及內容物進而轉送到溶酶體進行降解，以此更新受損的細胞器和滿足自身的代謝需要，是有機生物體維持細胞內穩態必不可少的機制［7］。自噬過程的核心環節是自噬體的形成，自噬相關基因（Atg）在自噬體的形成和調節中起著關鍵作用。目前研究發現，Atg大約有35種，其中Atg1、Atg6、Atg8（在哺乳動物中分別對應為ULK1、Beclin-1和LC3）及Atg5是自噬的4個主要調節基因［8］。Atg1激酶結構域具有重要的自噬誘導作用，在哺乳動物細胞中，Atg13與ULK1、ULK2的相互作用可以介導ULK蛋白與FIP200D蛋白形成ULK-Atg13-FIP200復合物，ULK-Atg13-FIP200復合物是重要的自噬調節因子哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的直接靶點，在細胞自噬中發揮重要調節作用［9］。LC3作為自噬體的重要組成部分，由LC3前體通過蛋白質水解裂解生成，LC3-Ⅰ在Atg7、Atg3和Atg12-Atg5-Atg16L作用下與高度親脂性磷脂酰乙醇胺（PE）共價結合生成LC3-Ⅱ，PE促進LC3-Ⅱ整合到脂膜中，從而形成自噬體。LC3-Ⅱ是自噬體特異性標記蛋白，在調節自噬體的大小方面發揮一定作用［10-11］。Beclin-1是與自噬和凋亡均相關的關鍵自噬基因，其突變會導致機體自噬基礎水平增加。有研究表明，Beclin-1與抗凋亡蛋白Bcl-2家族形成的復合物破壞是增加自噬的有效機制，當Beclin-1與Bcl-2結合對自噬產生抑制作用，而當其與Bcl-2解離時可與PI3K復合物作用激活自噬的發生［12-13］。此外，許多信號通路機制已被證明參與細胞自噬的調節，如PI3K信號通路中Ⅰ型PI3K是細胞自噬負調節分子，對自噬的發生有抑制作用。核轉錄因子-κB信號通路可激活自噬相關基因Beclin-1啟動自噬。腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）信號通路中AMPK與沉默信息調節因子-1形成正反饋機制促進細胞自噬［14-16］。

2 自噬與OA

軟骨細胞是機體正常軟骨的唯一細胞成分，軟骨細胞分化后不易再生，當其受到危險因素的損傷后可使關節軟骨產生變性進而導致OA的發生。自噬對于維持軟骨細胞的正常功能和內環境穩定非常重要，大量研究表明，軟骨細胞自噬的減少增加了正常關節軟骨變性的風險［17-18］。CARAM?S等［19］用綠色熒光蛋白標記OA小鼠自噬基因LC3作為自噬激活的衡量標準，動態監測軟骨損傷時自噬水平的變化，發現隨著自噬水平的下降，軟骨損傷程度逐漸加重。KANG等［20］通過建立小鼠模型發現，培養的軟骨細胞中Atg7消融會導致自噬缺陷，此時軟骨細胞表現出增殖和分化減少而凋亡增加；進一步研究發現，自噬的缺乏可能會觸發生長板軟骨細胞中的內質網應激并導致軟骨細胞生長遲緩，從而暗示自噬是軟骨形成過程中的重要調節劑，自噬缺陷會導致軟骨細胞退變。ZHOU等［21］探索自噬對關節軟骨細胞凋亡的影響時發現，對大鼠關節軟骨使用自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤（3-MA）可加速大鼠軟骨細胞凋亡和關節軟骨損傷，使用自噬激活劑雷帕霉素則可減少軟骨細胞凋亡和關節軟骨損傷，由此可見，自噬對關節軟骨損傷起負調控作用。CHENG等［22］在KOA患者雙膝關節中注射自噬激活劑Torin1，并通過透射電子顯微鏡觀察軟骨細胞變性和自噬體的變化，最終發現關節內注射Torin1顯著減少了OA關節軟骨的退化，自噬體和自噬基因Beclin-1及LC3在Torin1處理的軟骨細胞中表達增加。值得注意的是，并不是自噬水平下降就是OA的開始，CHENG等［23］發現，在膠原酶誘導的OA兔軟骨中，自噬基因Beclin-1和LC3B的表達先增加后減少；并通過透射電鏡觀察發現，軟骨細胞自噬體在OA早期明顯增多，而在后期則減少。CARAM?S等［24］通過比較軟骨退變不同階段自噬基因的表達發現，自噬基因的表達水平在不同階段存在差異，在退變初期自噬基因仍存在較強表達，而隨著退變的加劇，軟骨細胞的自噬活性逐漸減弱。孫明帥等［25］認為，軟骨退變早期自噬水平的增強可能是一種機體保護性機制，以應對各種環境變化；而后期軟骨退變加重無法維持自噬能力，最終導致OA的發生。總之，自噬與OA的關系十分密切，關節軟骨細胞自噬能力的減弱是OA發生的重要原因。

3 中藥干預OA軟骨細胞自噬

3.1 中藥及中藥提取物 隨著對中藥現代化研究廣泛開展，研究人員陸續發現，眾多中藥及中藥提取物可通過對自噬基因和自噬調控信號通路產生影響，進而調控OA軟骨細胞的自噬。中藥姜黃中包含一種姜黃素，有研究應用姜黃素治療OA動物并探究其治療機制時發現，姜黃素增強了OA動物中的軟骨細胞自噬，減少了細胞凋亡和軟骨損失［26］；并表明其機制為姜黃素通過調節AKT/mTOR信號通路促進自噬，發揮抗OA的作用。芍藥苷是芍藥的有效成分，姚旭等［27］用芍藥苷處理白細胞介素-1β誘導的OA模型后發現，自噬相關基因Beclin-1和LC3-Ⅱ的表達增加，軟骨細胞的自噬能力也提高，表明芍藥苷有望成為治療OA的潛在藥物。XU等［28］研究當歸的主要成分當歸多糖對OA軟骨細胞的凋亡影響及機制時發現，軟骨細胞的凋亡可被當歸多糖顯著逆轉，其機制為當歸多糖依賴ERK1/2通路的激活提高OA軟骨細胞自噬水平。蟲草素來源于中藥蛹蟲草，TAO等［29］探討蟲草素在OA的作用及其與自噬的關系時發現，蟲草素可減輕和逆轉大鼠疼痛和軟骨損傷；進一步研究表明，蟲草素通過抑制轉化生長因子-β活性和誘導軟骨細胞自噬增加，減輕大鼠OA癥狀。TANG等［30］通過大鼠OA模型研究淫羊藿苷對OA的治療作用時發現，淫羊藿苷治療OA大鼠能抑制OA軟骨細胞的凋亡率；同時發現，自噬基因Beclin-1、LC3表達上調，表明淫羊藿苷通過增加軟骨細胞的自噬減輕OA的發展。此外，菊花提取物BST106通過增加自噬體和自體溶酶體相關分子的蛋白質表達和抑制促凋亡蛋白的表達起到保護軟骨細胞的作用。貫葉連翹苷可增加自噬基因Beclin-1、LC3、ATG5的表達水平激活自噬，減輕關節軟骨的退化。柴胡提取物柴胡皂苷通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路對自噬進行調節，進而緩解OA發展。黃芪甲苷通過上調LC3-Ⅱ/Ⅰ的表達促進軟骨細胞的自噬活性防止關節軟骨退變［31-34］。總之，中藥在OA軟骨細胞自噬中發揮重要的調控作用；但是，目前對中藥干預軟骨細胞自噬的研究還局限于動物實驗水平，且其具體的干預機制仍未完全闡明，因此，需要更加深入的研究。

3.2 中藥復方 中藥復方是在中醫基礎理論指導下，集多味中藥于一體的混合治療藥物。近年來，多種中藥復方已應用于治療OA，且發現其作用機制與自噬密切相關。烏頭湯主要由川烏、麻黃、芍藥、黃芪等組成，是治療寒濕痹阻型OA的中藥方劑。YAN等［35］通過數據挖掘方法研究烏頭湯治療OA的機制時發現，烏頭湯的活性化合物可能對調節關節軟骨自噬水平和代謝方面起關鍵作用的MAPK信號通路產生影響，進而起到延緩OA發展的作用。盧巖巖［36］建立OA動物模型研究補腎活血方對OA的治療機制時發現，與對照組相比，應用補腎活血方的治療組大鼠軟骨組織自噬基因ULK1、Beclin-1表達水平顯著升高；進一步研究發現，補腎活血方對OA起治療作用可能通過激活自噬AMPK/ULK1信號通路產生。沈金明等［37］應用四妙散治療OA大鼠并檢測關節軟骨自噬和凋亡相關基因的表達水平時發現，凋亡基因Fadd、Casp3的表達降低，自噬基因LC3的表達升高，表明四妙散可能通過促進軟骨細胞自噬水平抑制軟骨細胞凋亡發揮治療OA的作用。黃楊等［38］應用右歸飲治療OA大鼠并檢測自噬和凋亡相關蛋白發現，其可減輕OA大鼠軟骨細胞的破壞；同時，發現自噬蛋白表達上調，凋亡蛋白表達下調。此外，一項研究通過觀察芍藥甘草附子湯治療OA臨床療效及軟骨細胞自噬基因的表達變化，發現芍藥甘草附子湯對OA有良好的治療作用，且預計芍藥甘草附子湯是通過調節軟骨細胞自噬抑制軟骨退變，延緩OA的病情進展［39］。

3.3 中成藥 補腎強筋膠囊、透骨消痛膠囊及桃仁膝康丸是治療OA療效可觀的中藥制劑，研究者分別對其延緩OA病情的機制進行研究，發現均與軟骨細胞自噬有關。彭莎等［40］建立OA動物模型并給予補腎強筋膠囊治療，6周后檢測發現，Beclin-1、LC3-Ⅱ/Ⅰ、ULK-1及AMPK表達顯著提高，mTOR表達降低，最終研究表明，補腎強筋膠囊可能通過AMPK/mTOR上調OA動物的軟骨細胞自噬水平從而延緩病程。LI等［41］用透骨消痛膠囊治療經誘導形成的OA軟骨細胞發現，軟骨細胞中Beclin-1、Atg3、Atg5、Atg7、Atg10、Atg12和LC3-Ⅱ/Ⅰ的表達增加，經治療后的軟骨細胞中有更多的自噬體形成，表明透骨消痛膠囊是減少OA軟骨降解的潛在治療劑。秦娜等［42］研究也發現，桃仁膝康丸治療OA可提高自噬基因ULK1、Beclin-1和LC3-Ⅱ的表達水平，進而誘導軟骨細胞自噬，延緩或阻止OA的軟骨退變，但桃仁膝康丸激活軟骨細胞自噬的具體機制仍不完全清楚。

以上研究均表明，中藥及中藥制劑可通過提高軟骨細胞自噬水平抑制OA的發生、發展；但可以看出，目前中藥及中藥制劑干預細胞自噬的研究大多以自噬基因為切入點，缺少其他干預途徑的研究。

4 小結與展望

隨著中藥現代化的快速發展，可對多靶點、多通路產生影響，進而發揮治療疾病的作用。軟骨細胞是正常軟骨的唯一細胞成分，受到損傷后將導致OA的發生。細胞自噬是維持胞內穩定及細胞新陳代謝的重要機制，對維持關節軟骨的正常功能非常重要。中藥與軟骨細胞自噬關系密切，通過綜述近年來眾多學者對中藥干預軟骨細胞自噬進行的動物實驗及機制研究成果，表明中藥單體、復方及中成藥均可通過調控軟骨細胞自噬基因的表達，促進軟骨細胞自噬，起到治療OA的作用。但問題也伴隨存在：①應用中藥干預細胞自噬治療OA的研究還局限于動物實驗水平，缺乏大樣本的臨床研究數據；②中藥復方及中成藥成分較為復雜，關于其調控軟骨細胞自噬的機制仍未完全闡明；③目前的研究大多以自噬基因為切入點，缺少其他干預途徑的研究。因此，未來的研究應利用中藥現代化的先進手段，進一步挖掘中藥的有效成分并闡明其具體的干預機制；同時，應另辟研究路徑，探尋更多可能的干預方式。相信隨著中藥干預細胞自噬研究的不斷深入，應用中藥治療OA的優勢會更加凸顯。

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收稿日期：2022-11-05；修回日期：2022-12-23

基金項目：甘肅省自然科學基金資助項目（18JR3RA077）；蘭州市衛生健康科技發展項目（2019-050）；蘭州市人才創新創業項目（2020-RC-67）；甘肅中醫藥大學附屬醫院青年項目（gzfy-2019-18）

作者單位：1.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅中醫藥大學附屬醫院，甘肅 蘭州 730000

通信作者：張虎林