基于環氧合酶2和血管內皮生長因子的骨關節炎病理機制及藥物研究進展

李倩　靳子明　張巖　陳燕　周潔　周晶晶　竇霞

【摘 要】 骨關節炎是一種多因素關節病，其發病機制與誘導炎癥和基質降解的環氧合酶2以及誘導血管生長的血管內皮生長因子密切相關。目前，骨關節炎治療藥物主要有非甾體抗炎藥，雖能緩解炎癥損傷、疼痛等癥狀，但存在不良反應，故尋找安全有效的藥物是治療骨關節炎的關鍵。基于此，查閱近年來有關骨關節炎病理機制和潛在藥物研究報道，系統闡明關鍵靶點環氧合酶2和血管內皮生長因子與骨關節炎病理機制的關系，在此基礎上結合中醫治療理論討論骨關節炎的病理機制及藥物研究，提出中藥用于治療和緩解骨關節炎病理癥狀的研究思路，以期為骨關節炎病理機制的進一步研究和藥物研發提供參考。

【關鍵詞】 骨關節炎；環氧合酶2；血管內皮生長因子；病理機制；藥物研究；研究進展；綜述

骨關節炎（osteoarthritis，OA）為常見的慢性風濕病，是致殘和致痛的主要病癥之一［1］。2019年全球疾病負擔研究顯示，在全球范圍內約有5.278億人受OA困擾，較1990年增加了113.25%，隨著全球人口衰老，這種情況會持續增加［2］。美國風濕病學會、美國骨科醫師學會和國際骨關節炎研究協會指南推薦使用可改善癥狀的藥物治療OA，如阿片類鎮痛藥、非甾體抗炎藥（NSAIDs）等，還有環氧合酶2（COX-2）抑制劑、貝伐單抗、關節內注射透明質酸和糖皮質激素［3］。目前，治療OA的藥物僅能緩解炎癥、疼痛等癥狀，不能逆轉其發展，且伴隨諸多不良反應。

OA病理特征包括關節軟骨退化和軟骨表面的血管侵襲。其中，軟骨退化是由于軟骨細胞外基質（ECM）降解和炎癥發展導致，COX-2是ECM降解和炎癥發展的關鍵酶之一［4］。血管侵襲關節軟骨表面，并伴隨著交感神經生成，故而導致OA疼痛癥狀的產生［5］。血管內皮生長因子（VEGF）是誘導血管生成的關鍵因子［6］。因此，COX-2和VEGF是調控炎癥、基質降解以及血管侵襲導致OA發展的關鍵靶點，長期以來被作為OA藥物研究開發的關鍵。

本文查詢近年有關OA治療藥物的研究報道，總結中、西醫對于OA及其病理機制的認識，討論基于抑制COX-2誘導的炎癥和基質降解，以及VEGF誘導的血管內皮細胞生長治療OA的潛在藥物或成分，為OA治療藥物研發提供參考。

1 中、西醫對OA的認識

中醫學認為，OA屬“痹證”“骨痹”范疇［7］，為肝腎脾三臟俱虛，濕瘀內阻引熱毒發于內里所致?！吨T病源候論》中指出：“肝主筋而藏血，腎主骨而生髓，虛勞血損耗髓，故傷筋骨。”《靈樞·本神篇》曰：“脾氣虛則四肢不用?！奔锤纹⒛I虧虛，筋骨失養，氣血失運是OA發病機制［8］。《素問·痹論篇》載：“風寒濕三氣雜至，合而為痹也。”外邪侵襲、經絡痹阻是其發病誘因，寒濕在內致血瘀、濕濁，脾氣運化不足，瘀、濕內阻以致熱毒內生，《諸病源候論》曰：“熱毒氣從臟腑出，攻于手足，手足則焮熱赤腫疼痛也?！惫识?、濕阻、熱毒內生是OA的病理產物［9］。

西醫學認為，OA是一種進行性多因素關節病，關節軟骨因某些因素損傷，軟骨結構開始發生變化，易被機械力損壞，使更深層的軟骨結構被破壞。損壞初發生時，軟骨細胞試圖進行自我修復，故產生短暫的增殖反應；但肥大的軟骨細胞反而促進一些基質降解產物和促炎介質產生，使軟骨細胞功能失調。炎癥因子和肥胖產生的脂肪因子又可刺激血管內皮細胞的生成，生成血管侵入關節軟骨表面，伴隨神經疼痛因子的產生，導致OA疼痛癥狀的發展。

2 COX-2、VEGF與OA

COX-2是一種可誘導ECM降解和炎癥發展的酶，正常生理條件下的表達水平較低；但在化學、物理損傷或生物因素誘導下，各種參與炎癥過程的細胞會釋放大量COX-2，促進炎癥發展［4］。OA的炎癥損傷機制與軟骨組織細胞中COX-2水平升高密切相關。研究顯示，COX-2在脂多糖誘導的人OA軟骨細胞中前列腺素E2（PGE2）、一氧化氮（NO）、COX-2、一氧化氮合酶（iNOS）表達水平明顯提升［10］，IL-1β誘導的軟骨細胞模型中促炎因子如PGE2、白細胞介素（IL）-6、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、COX-2、NO、iNOS過度表達，COX-2由核轉錄因子-κB（NF-κB）通路誘導的IL-1β調控，將花生四烯酸轉化為PGE2、PGD2、PGF2等。COX-2還可促進基質金屬蛋白酶-13（MMP-13）的產生［11］，激活基質降解和炎癥發展兩條路徑，誘導軟骨細胞凋亡和關節軟骨退化。

VEGF是一種同源二聚體肝素結合糖蛋白，通過控制血管生成和血管通透性在炎癥和傷口愈合中發揮核心作用［12］。VEGF在OA患者關節軟骨、滑膜、滑液、軟骨下骨中的表達異常增加，與血管內皮細胞上的VEGFR-2受體結合，從而增強血管內皮細胞遷移、增殖和存活，誘導血管生成，使關節軟骨組織遭到血管入侵，是OA組織病理特征之一［5］。IL-1β可以通過下調miR-214-3p促進酪氨酸激酶受體B的表達，進而激活依賴于VEGF旁分泌的PI3K/AKT通路，從而促進內皮細胞的遷移和血管生成進程［13］。脂肪因子（APLN）可通過FAK/Src/Akt信號傳導和miR-150-5p表達調控VEGF在人OA成纖維樣滑膜細胞中的表達，從而參與OA發展［14］。阻斷VEGF的OA模型中，MMP-13和血小板反應蛋白解整合素金屬肽酶5（ADAMTS5）的表達明顯下調，VEGF與基質降解酶的產生也有關［5］。

3 藥物治療

中醫臨床常用具有補腎、清熱、祛瘀功效的復方治療OA，如獨活寄生湯是治療肝腎虧虛型OA的經典方藥，藥理研究證實其可通過NF-κB信號通路調控軟骨關節組織中的炎癥和降解介質的表達水平，從而減少軟骨細胞凋亡，緩解OA的炎癥［15-16］。痹祺膠囊以益氣活血法治療OA，具有抗炎、鎮痛以及改善血液流動性的作用［17］。復方杜仲健骨顆粒具有滋補肝腎、養血通絡止痛的功效，可通過花生四烯酸代謝途徑，調節炎癥介質表達水平，緩解OA癥狀［18］。

西醫治療OA的藥物包括NSAIDs，可緩解疼痛癥狀，并不能逆轉OA的發展［19］。對乙酰氨基酚可緩解輕度OA患者的疼痛癥狀，但對于OA患者的關節軟骨功能改善作用小，且可能具有肝毒性［20-21］。NSAIDs是典型的COX-2抑制劑，具有明確改善OA疼痛癥狀的作用，但易引起胃腸道和心血管并發癥等不良事件［21］。此外，COX-2抑制劑如羅非昔布、塞來昔布和魯米考昔等可通過阻斷COX-2抑制炎癥因子PGE2的產生，達到控制OA炎癥發展的目的［22］。昔布類可有效減輕OA患者的疼痛和炎癥，對胃腸道并無不良反應，但其對于心血管的不良反應依然存在［22］。關節內給藥較全身給藥有增加局部利用度、減少不良事件和降低成本等優勢。關節內注射透明質酸和糖皮質激素一直是對非藥物治療和NSAIDs等無反應的OA治療方式，諸多研究顯示，這種療法存在顯著安慰劑反應，并無明確緩解OA癥狀的效果［3］。

4 基于COX-2和VEGF靶點治療OA的潛在化學藥物研究

4.1 基于COX-2的化學藥物研究 血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑氯沙，可上調核激素受體（PPARγ）而降低IL-6、IL-1β、TNF-α和COX-2的水平，抑制OA的炎癥損傷［23］。利用內源性大麻素系統（ECS）緩解OA疼痛和炎癥是一種新方法或途徑，組織損傷會導致ECS水平上升，但易被脂肪酸酰胺水解酶和單?；视椭久秆杆俳到猓瑥亩拗屏似渚徑釵A炎癥與疼痛的治療潛力［24］。KML29是一種單?；视椭久富钚砸种苿纱龠M2-花生四烯酸甘油（2-AG）水平的升高，促進ECS發揮作用［25］，可有效改善OA模型大鼠的炎癥和疼痛癥狀。

4.2 基于VEGF的化學藥物研究 貝伐單抗是一種VEGF拮抗劑。VADAL?等［26］通過兔OA模型評估貝伐單抗關節內給藥效果，結果顯示，貝伐單抗可降低MMP-13水平，上調聚集蛋白聚糖和Ⅱ型膠原蛋白的表達，抑制誘導血管生成的VEGF表達；但有研究顯示，貝伐單抗全身給藥會伴隨嚴重不良反應，如心腦血管缺血、高血壓、靜脈血栓等。

FAK信號抑制劑可減輕OA發病過程中的關節軟骨和軟骨下骨退化［27］，FAK信號可通過FAK/MAPK途徑調控VEGF的表達，這條途徑與間充質干細胞的作用成正反饋回路，調節血管生成［28］。二甲雙胍可通過刺激間充質干細胞的遷移分化，調節OA軟骨細胞中炎癥及降解因子的表達水平，并調控VEGF的表達水平，控制血管生成，緩解OA癥狀［29］。

5 基于COX-2和VEGF靶點治療OA的潛在天然藥物研究

5.1 基于COX-2的天然藥物成分研究 大量研究證實，具有抗炎抗氧化作用的天然藥物成分可通過炎癥信號通路抑制炎癥介質的產生，減輕OA的炎癥損傷。檸檬苦素［30］、白樺脂素［31］可通過Nrf2/HO-1/NF-κB通路，下調COX-2、PGE2炎癥介質和MMP-13、ADAMTS5基質降解酶的產生；

蘆?。?2］、莽草酸［33］、木犀草素［34］等可通過MAPK/NF-κB信號軸，抑制iNOS、ROS的表達，減輕軟骨細胞氧化應激反應，并下調COX-2、PGE2、MMP-13、ADAMTS5的水平；高良姜素［35］、紫花前胡素［36］、麥芽酚［37］等活性成分可通過PI3K/Akt/NF-κB信號軸，減輕OA軟骨細胞模型的炎癥損傷；中藥牛膝減輕OA大鼠的軟骨損傷，其藥效與羥基蛻皮激素、齊墩果酸、牛膝多糖等活性成分有關［38］。

姜黃素是近年來天然化學成分治療OA的一個新藥研發熱點，具有顯著的抑制OA炎癥和基質降解作用，可通過抑制骨關節炎環境（OA-EN）誘導的NF-κB活化，阻斷通過NF-κB控制的炎癥因子COX-2和ECM降解因子MMP-9的產生，并刺激Sox9蛋白，誘導軟骨細胞中Sox9-p65-NF-κB復合物的形成，激活軟骨形成分化途徑，正反向雙途徑調節軟骨細胞，從而抑制細胞炎癥和軟骨細胞凋亡［39］。但姜黃素的生物利用度低且在胃腸道中易被代謝，受pH影響極不穩定。YABAS等［40］開發了一種超溶姜黃素新制劑，提高了姜黃素的生物利用度，且通過體內藥效學評價，確定姜黃素新制劑可有效改善OA關節腫脹、炎癥等病理現象，有望成為治療OA的新藥物。

5.2 基于VEGF的天然藥物成分研究 苦參堿是雞骨草的主要成分，可通過PIM2/VEGF信號傳導促進細胞增殖并抑制細胞凋亡［41］。雙氫青蒿素可降低OA小鼠中MMP-13和VEGF的表達，減少軟骨退化和骨贅，并減弱異常骨重塑和軟骨下骨中的血管生成［42］。三白草酮通過NF-κB激活Nrf2/HO-1通路，下調COX-2、iNOS表達，抑制炎癥因子產生，下調VEGF表達，抑制血管生成，達到緩解OA癥狀的效果［43］。

6 小結和展望

OA病理機制復雜，西醫學認為其是由炎癥、細胞凋亡及血管侵襲導致的關節軟骨退化和疼痛，故可通過抑制COX-2和VEGF的表達，達到治療OA的目的。中醫學認為，OA是肝腎虧虛、外邪侵襲以致經絡痹阻、熱毒內生，以補益肝腎、清熱活血為治療原則。目前，西醫臨床上針對OA的藥物治療和手術治療價格高昂，且存在諸多不良反應，給患者和社會造成極大的困擾。中藥及其復方治療OA療效顯著，研究并揭示OA病理機制有利于針對性尋找其潛在藥物成分，且COX-2和VEGF靶點是炎癥與血管生長的關鍵靶點，可基于此結合現代藥理研究闡明中藥及清熱活血法復方治療OA的物質基礎和分子機制，為OA的新藥物研發提供研究思路和理論支撐。

參考文獻

［1］ ALVES-SIM?ES M.Rodent models of knee osteoarthritis for pain research［J］.Osteoarthritis Cartilage，2022，30（6）：802-814.

［2］ REN Y，HU J，TAN J，et al.Incidence and risk factors of symptomatic knee osteoarthritis among the Chinese population：analysis from a nationwide longitudinal study［J］.BMC Public Health，2020，20（1）：1491-1502.

［3］ JONES IA，TOGASHI R，WILSON ML，et al.Intra-articular treatment options for knee osteoarthritis［J］.Nat Rev Rheumatol，2019，15（2）：77-90.

［4］ GUAN PP，DING WY，WANG P.The roles of prostaglandin F2 in regulating the expression of matrix metalloproteinase-12 via an insulin growth factor-2-dependent mechanism in sheared chondrocytes［J］.Signal Transduct Target Ther，2018，23（3）：27-29.

［5］ HAMILTON JL，NAGAO M，LEVINE BR，et al.Targeting VEGF and its receptors for the treatment of osteoarthritis and associated pain［J］.J Bone Miner Res，2016，31（5）：911-924.

［6］ VIALLARD C，LARRIV?E B.Tumor angiogenesis and vascular normalization：alternative therapeutic?targets［J］.Angiogenesis，2017，20（4）：409-426.

［7］ 劉兆豐，王大斌，李軍.藤黃健骨片聯合常規西藥對老年膝關節骨性關節炎（肝腎不足、筋脈瘀滯證）的作用［J］.中國老年學雜志，2022，42（6）：1424-1427.

［8］ 施彥龍，李應福，謝興文，等.基于“肝主筋，腎主骨”理論探討膝骨關節炎的中醫治療［J］.風濕病與關節炎，2021，10（11）：56-59.

［9］ 周巧，劉健，郭錦晨，等.健脾利濕通絡法改善骨關節炎濕熱證免疫炎癥指標的系統評價和Meta分析［J］.風濕病與關節炎，2022，11（1）：21-28.

［10］ QI W，CHEN Y，SUN S，et al.Inhibiting TLR4 signaling by linarin for preventing inflammatory response in osteoarthritis［J］.Aging，2021，13（4）：5369-5382.

［11］ MOORE N.Coronary risks associated with diclofenac and other NSAIDs：an update［J］.Drug Safety，2020，43（4）：301-318.

［12］ LECOUTER J，FERRARA N.EG-VEGF and Bv8：a novel family of tissue-selective mediators of angiogenesis，endothelial phenotype，and function［J］.Trends Cardiovasc Med，2003，13（7）：276-282.

［13］ XIAO P，ZHU X，SUN J，et al.Cartilage tissue miR-214-3p regulates the TrkB/ShcB pathway paracrine VEGF to promote endothelial cell migration and angiogenesis［J］.Bone，2021，151（6）：116034-116039.

［14］ WANG Y，KUO S，LIU S，et al.Apelin affects the progression of osteoarthritis by regulating VEGF-dependent angiogenesis and miR-150-5p expression in human synovial fibroblasts［J］.Cells，2020，9（3）：594-599.

［15］ XIAO W，SUN W，LIAN H，et al.Integrated network and experimental pharmacology for deciphering the medicinal substances and multiple mechanisms of duhuo jisheng decoction in osteoarthritis therapy［J］.Evid Based Complement Alternat Med，2020（2）：7275057-7275061.

［16］ 程曉平，林煒，陳兆榕.獨活寄生湯含藥血清抑制IL-1β誘導的軟骨細胞炎癥反應的機制研究［J］.風濕病與關節炎，2017，6（4）：5-8.

［17］ 吳沅皞，劉維，劉曉亞，等.痹祺膠囊對兔骨關節炎軟骨代謝的作用研究［J］.中華中醫藥學刊，2010，28（8）：1608-1610.

［18］ 陳紫軍，霍曉乾，任越，等.復方杜仲健骨顆粒治療骨關節炎的抗炎潛在藥效物質及作用機制研究［J］.中國中藥雜志，2022，47（15）：1-9.

［19］ DESHMUKH V，O'GREEN AL，BOSSARD C，et al.Modulation of the Wnt pathway through inhibition of CLK2 and DYRK1A by lorecivivint as a novel，potentially disease-modifying approach for knee osteoarthritis treatment［J］.Osteoarthritis Cartilage，2019，27（9）：1347-1360.

［20］ 孫京濤，魏瑄，蔡松濤.桃紅四物湯聯合非甾體抗炎藥治療早期膝骨關節炎33例臨床觀察［J］.風濕病與關節炎，2021，10（1）：19-21，25.

［21］ CAO P，LI Y，TANG Y，et al.Pharmacotherapy for knee osteoarthritis：current and emerging therapies［J］.Expert Opin Pharmacother，2020，21（7）：797-809.

［22］ KIM MS，KOH IJ，SUNG YG，et al.Efficacy and safety of celecoxib combined with JOINS in the treatment of degenerative knee osteoarthritis：study protocol of a randomized controlled trial［J］.Ther Adv Musculoskelet Dis，2021，30（13）：1-11.

［23］ DENG Z，CHEN F，LIU Y，et al.Losartan protects against osteoarthritis by repressing the TGF-β1 signaling pathway via upregulation of PPARγ［J］.J Orthop Translat，2021，18（29）：30-41.

［24］ BURSTON JJ，MAPP PI，SARMAD S，et al.Robust anti-nociceptive effects of monoacylglycerol lipase inhibition in a model of osteoarthritis pain［J］.Br J Pharmacol，2016，173（21）：3134-3144.

［25］ CROWE MS，LEISHMAN E，BANKS ML，et al.Combined inhibition of monoacylglycerol lipase and cyclooxygenases synergistically reduces neuropathic pain in mice［J］.Br J Pharmacol，2015，172（7）：1700-1712.

［26］ VADAL? G，AMBROSIO L，CATTANI C，et al.Bevacizumab arrests osteoarthritis progression in a rabbit model：a dose-escalation study［J］.J Clin Med，2021，10（13）：2825-2834.

［27］ WU H，XU T，CHEN Z，et al.Specific inhibition of FAK signaling attenuates subchondral bone deterioration and articular cartilage degeneration during osteoarthritis pathogenesis［J］.J Cell Physiol，2020，235（11）：8653-8666.

［28］ HU Y，WU H，XU T，et al.Defactinib attenuates osteoarthritis by inhibiting positive feedback loop between H-type vessels and MSCs in subchondral bone［J］.J Orthop Translat，2020，24（19）：12-22.

［29］ PARK M，MOON S，BAEK J，et al.Metformin augments anti-inflammatory and chondroprotective properties of mesenchymal stem cells in experimental osteoarthritis［J］.J Immunol，2019，203（1）：127-136.

［30］ JIN J，LV X，WANG B，et al.Limonin inhibits IL-1β-Induced inflammation and catabolism in chondrocytes and ameliorates osteoarthritis by activating Nrf2［J］.Oxid med cell longev，2021（9）：7292512-7292518.

［31］ REN C，JIN J，HU W，et al.Betulin alleviates the inflammatory response in mouse chondrocytes and ameliorates osteoarthritis via AKT/Nrf2/HO-1/NF-κB axis［J］.Front Pharmacol，2021，12（13）：1-14.

［32］ CHEN X，YU M，XU W，et al.Rutin inhibited the advanced glycation end products-stimulated inflammatory response and extra-cellular matrix degeneration via targeting TRAF-6 and Bcl-2 proteins in mouse model of osteoarthritis［J］.Aging，2021，13（18）：22134-22147.

［33］ YOU H，ZHANG R，WANG L，et al.Chondro-protective effects of shikimic acid on osteoarthritis via restoring impaired autophagy and suppressing the MAPK/NF-κB signaling pathway［J］.Front Pharmacol，2021，12（27）：634822-634834.

［34］ LEE SA，PARK B，MOON S，et al.Chondroprotective effect of cynaroside in IL-1β-Induced primary rat chondrocytes and organ explants via NF-κB and MAPK signaling inhibition［J］.Oxid Med Cell Longev，2020，24（1）：9358080-9358090.

［35］ HUANG X，PEI W，NI B，et al.Chondroprotective and antiarthritic effects of galangin in osteoarthritis：an in vitro and in vivo study［J］.Eur J Pharmacol，2021，906（5）：174232-174243.

［36］ HE L，PAN Y，YU J，et al.Decursin alleviates the aggravation of osteoarthritis via inhibiting PI3K-Akt and NF-κB signal pathway［J］.Int Immunopharmacol，2021，97（18）：107657-107661.

［37］ LU H，FU C，KONG S，et al.Maltol prevents the progression of osteoarthritis by targeting PI3K/Akt/NF-κB pathway：In vitro and in vivo studies［J］.J Cell Mol Med，2021，25（1）：499-509.

［38］ LI Z，MA D，PENG L，et al.Compatibility of achyranthes bidentata components in reducing inflammatory response through arachidonic acid pathway for treatment of osteoarthritis［J］.Bioengineered，2022，13（1）：1746-1757.

［39］ BUHRMANN C，BROCKMUELLER A，MUELLER A，et al.Curcumin attenuates environment-derived osteoarthritis by Sox9/NF-κB signaling axis［J］.Int J Mol Sci，2021，22（14）：7645-7662.

［40］ YABAS M，ORHAN C，ER B，et al.A next generation formulation of curcumin ameliorates experimentally induced osteoarthritis in rats via regulation of inflammatory mediators［J］.Front Immunol，2021，12（12）：609629-609642.

［41］ MENG Y，YIN D，QIU S，et al.Abrine promotes cell proliferation and inhibits apoptosis of interleukin-1β-stimulated chondrocytes via PIM2/VEGF signalling in osteoarthritis［J］.Phytomedicine，2022，96（2）：153906-153917.

［42］ MA L，ZHAO X，LIU Y，et al.Dihydroartemisinin attenuates osteoarthritis by inhibiting abnormal bone remodeling and angiogenesis in subchondral bone［J］.Int J Mol Med，2021，47（3）：4855-4867.

［43］ WU D，JIN S，LIN Z，et al.Sauchinone inhibits IL-1β induced catabolism and hypertrophy in mouse chondrocytes to attenuate osteoarthritis via Nrf2/HO-1 and NF-κB pathways［J］.Int Immunopharmacol，2018，62（9）：181-190.

收稿日期：2023-01-22；修回日期：2023-03-08