黃芪活性成分調(diào)控相關(guān)信號(hào)通路治療骨關(guān)節(jié)炎的機(jī)制

許 航,孟 林

(1. 廣西中醫(yī)藥大學(xué),廣西 南寧 530222;2. 廣西骨傷醫(yī)院,廣西 南寧 530012)

骨關(guān)節(jié)炎是一種導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛、畸形和活動(dòng)受限的慢性關(guān)節(jié)疾病,常見于中老年人,其發(fā)病機(jī)制目前尚不十分清楚［1］。在2017年,我國(guó)每年約有6 120萬(wàn)骨關(guān)節(jié)炎患者,年齡標(biāo)化患病率為3.1%,65歲以上人群骨關(guān)節(jié)炎總體患病率高達(dá)8.1%,每10萬(wàn)人因骨關(guān)節(jié)炎導(dǎo)致的傷殘調(diào)整生命年從1990年的92.5年增加到2017年的98.8年,給個(gè)人、家庭和社會(huì)帶來(lái)巨大的負(fù)擔(dān)［2］。目前,臨床上有多種方法治療骨關(guān)節(jié)炎,早期以西藥治療為主,如塞來(lái)昔布、雙氯芬酸鈉、硫酸氨基葡萄糖等。然而,這些西藥大多數(shù)具有一定的不良反應(yīng),如雙氯芬酸鈉可引起頭暈、腹痛、嘔吐、皮疹等不良反應(yīng)。中晚期當(dāng)關(guān)節(jié)出現(xiàn)增生及畸形明顯時(shí),關(guān)節(jié)活動(dòng)明顯受限,此時(shí)的辦法唯有考慮花費(fèi)高且風(fēng)險(xiǎn)較大的關(guān)節(jié)置換手術(shù)。因此,開發(fā)安全有效、價(jià)格低廉的治療骨關(guān)節(jié)炎的新藥刻不容緩。

祖國(guó)醫(yī)學(xué)在治療骨關(guān)節(jié)炎方面的歷史超過(guò)兩千年,根據(jù)其臨床癥狀、體征及古籍記載,多以“骨痹”“痹癥”“膝痹”等命名,其認(rèn)為“骨痹”的發(fā)生多為肝腎虧虛、瘀血阻滯、痰瘀互結(jié)等因素所致。近年來(lái),具有補(bǔ)氣養(yǎng)血、行滯通痹的黃芪逐漸引起各大學(xué)者的關(guān)注。黃芪首見于《神農(nóng)本草經(jīng)》,其味甘、微溫、無(wú)毒,是豆科植物蒙古黃芪或膜莢黃芪的主根,后世稱其為補(bǔ)藥之長(zhǎng)。現(xiàn)代藥理學(xué)研究顯示,黃芪具有增強(qiáng)免疫、改善微循環(huán)、抗腫瘤等功效［3］。而隨著近年來(lái)研究人員對(duì)黃芪的不斷深入研究發(fā)現(xiàn),黃芪在促進(jìn)軟骨生長(zhǎng)、愈合的同時(shí),還能提高軟骨細(xì)胞抗損傷能力。羅繼紅等［4］實(shí)驗(yàn)證明,黃芪水煎液可有效抑制大鼠關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的凋亡。廖鴻等［5］證明,黃芪注射液可有效減緩?fù)藐P(guān)節(jié)軟骨的過(guò)氧化損傷。陳澤林等［6］也發(fā)現(xiàn),黃芪注射液可改善患者關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)。而骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生,實(shí)質(zhì)就是在炎癥的主導(dǎo)下,軟骨降解和軟骨合成過(guò)程中的動(dòng)態(tài)平衡被打破,導(dǎo)致關(guān)節(jié)腔內(nèi)生理代謝發(fā)生變化,最終使關(guān)節(jié)形態(tài)和力學(xué)特征發(fā)生改變的過(guò)程［1］。目前臨床治療上,黃芪多數(shù)是以復(fù)方形式存在,其復(fù)方在治療骨關(guān)節(jié)炎的療效及機(jī)制已被現(xiàn)代醫(yī)學(xué)證實(shí)和闡釋［7-8］,但極少以單味中藥或活性成分形式治療骨關(guān)節(jié)炎。在此,對(duì)近些年來(lái)黃芪活性成分在治療骨關(guān)節(jié)炎的相關(guān)機(jī)制、現(xiàn)在面臨的問題及未來(lái)發(fā)展方向等進(jìn)行綜述,為其臨床應(yīng)用乃至新藥的開發(fā)提供思路和參考。

1 黃芪治療骨關(guān)節(jié)炎的活性成分研究

黃芪作為經(jīng)典的補(bǔ)氣中藥,最近藥理研究顯示,目前從黃芪中可分離出超過(guò)70種有效成分,包含三萜皂苷類:皂苷Ⅰ-Ⅶ、異黃芪苷Ⅰ-Ⅲ、大豆苷Ⅰ、環(huán)黃芪醇等,多糖類:主要為葡萄糖和雜多糖,黃酮類:芒柄花素、毛蕊異黃酮、山柰酚等［9］。查閱文獻(xiàn)得知,黃芪這三類活性物質(zhì)具有抗炎與修復(fù)軟骨的功能,對(duì)治療骨關(guān)節(jié)炎起重要作用。

1.1黃芪皂苷 黃芪皂苷是從黃芪藥材中提取出來(lái)的各三萜皂苷類成分的總稱,具有多種藥理活性,包括調(diào)節(jié)免疫、抗衰老、抗炎、清除氧自由基等功能［10］。研究發(fā)現(xiàn),這些成分對(duì)體外培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞均具有保護(hù)和促進(jìn)作用,在骨關(guān)節(jié)炎治療方面發(fā)揮重要作用［11-12］。考慮到黃芪皂苷成分復(fù)雜,所含活性成分較多,單以黃芪皂苷為整體進(jìn)行研究無(wú)法證實(shí)具體何種成分發(fā)揮作用,因此,在黃芪皂苷的研究中,對(duì)于其所含成分的藥理研究極其重要。

黃芪甲苷(皂苷Ⅳ)是皂苷類里面最主要的活性成分,同時(shí)也是黃芪中最重要的活性成分,其占總皂苷的80%以上,現(xiàn)代研究學(xué)者對(duì)于皂苷類成分的研究也主要集中于黃芪甲苷,而以黃芪皂苷為整體研究其對(duì)軟骨促進(jìn)作用機(jī)制的文獻(xiàn)報(bào)道較少［13］。黃芪甲苷具有廣泛的藥理學(xué)活性［14-15］,特別是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)其對(duì)軟骨細(xì)胞具有增殖和保護(hù)作用,成為關(guān)節(jié)疾病研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),黃芪甲苷對(duì)軟骨細(xì)胞增殖及活性的影響與其濃度密切相關(guān)。劉建紅等［16］用不同濃度的黃芪甲苷來(lái)處理人退變軟骨細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)其對(duì)軟骨細(xì)胞增殖呈濃度依賴性,并在100 mmol/L時(shí)促增殖作用較強(qiáng)。湯曉晨等［17］研究發(fā)現(xiàn),25,50,75,100 mmol/L黃芪甲苷能促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖,而在500 mmol/L黃芪甲苷作用下其結(jié)果則與之相反。張猛［18］通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了黃芪甲苷可以促進(jìn)軟骨細(xì)胞在體外三維培養(yǎng)條件下增殖、合成細(xì)胞外基質(zhì)。趙永見等［19］發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷能夠減輕切除小鼠前交叉韌帶所致骨關(guān)節(jié)炎的病理改變,提示黃芪甲苷具有較強(qiáng)的抗骨關(guān)節(jié)炎活性。

黃芪甲苷治療骨關(guān)節(jié)炎的機(jī)制主要是通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)及促進(jìn)軟骨細(xì)胞的增殖調(diào)控軟骨代謝［20］。Li等［21］在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖是通過(guò)阻斷胞內(nèi)核因子κB(nuclearfactor κB,NF-κB)激活,進(jìn)而抑制炎癥因子釋放來(lái)實(shí)現(xiàn)的。王德剛等［22］研究發(fā)現(xiàn),黃芪甲苷可通過(guò)阻斷Wnt配體/β連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin)信號(hào)通路,抑制炎癥和促進(jìn)軟骨細(xì)胞功能修復(fù)。余素嬌等［23］研究發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷能抑制NOD樣受體蛋白3(nod-like-receptor protein 3,NLRP3)炎性小體的激活,阻斷半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)途徑參與的軟骨細(xì)胞損傷。Luo等［24］研究發(fā)現(xiàn),黃芪甲苷可以上調(diào)了SW1353細(xì)胞中Yes相關(guān)蛋白1(Yes-associated protein,YAP1)、γ-肌動(dòng)蛋白基因(Actin G1,ACTG1)、玻連蛋白(vitronectin,VNT)、1型膠原蛋白(collagen 1,COL1A1)表達(dá),并由此推測(cè)黃芪甲苷促軟骨細(xì)胞增殖作用可能與Hippo信號(hào)通路和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)受體相互作用信號(hào)通路有關(guān)。孟祥奇等［25］實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷可明顯促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖,提高2型膠原蛋白、蛋白多糖蛋白基因mRNA的表達(dá)量。劉建紅等［16］通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),黃芪甲苷可以通過(guò)下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)的表達(dá),提高人退變軟骨細(xì)胞的存活率,延緩骨關(guān)節(jié)炎軟骨的退變。此外,最近還發(fā)現(xiàn)激活自噬也是軟骨細(xì)胞重要保護(hù)機(jī)制。例如,Liu等［26］研究發(fā)現(xiàn),黃芪甲苷可通過(guò)下調(diào)自噬標(biāo)志蛋白p62的表達(dá)、增加微管相關(guān)蛋白1輕鏈3Ⅱ(microtubule-associated protein 1 light chain3Ⅱ,LC3Ⅱ)和LC3Ⅰ的比例,進(jìn)而提高細(xì)胞自噬水平,抑制軟骨細(xì)胞凋亡,延緩骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。

黃芪甲苷作為黃芪皂苷乃至黃芪中最重要的活性成分,對(duì)黃芪行使行滯通痹作用具有重要意義。其治療骨關(guān)節(jié)炎方面的研究最廣,文獻(xiàn)總數(shù)在黃芪各成分之中遙遙領(lǐng)先。除了黃芪甲苷,其他三萜皂苷類成分也同樣具有治療骨關(guān)節(jié)炎的潛力,Szychlinska等［27］將環(huán)黃芪醇與人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞共同培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)環(huán)黃芪醇可以促進(jìn)人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞向軟骨細(xì)胞分化,并能維持軟骨細(xì)胞的表型而在軟骨組織工程中具有光明的前景。因此,對(duì)黃芪皂苷全面深入探索,有助于充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。

1.2黃芪多糖 黃芪多糖是黃芪中的多糖類物質(zhì)的總稱,具有顯著的抗氧化、抗衰老、增強(qiáng)免疫等作用［28］;其中,其顯著的抗氧化作用是黃芪多糖藥用功效的重要貢獻(xiàn)來(lái)源［29］。而相關(guān)研究表明,骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)軟骨的氧化應(yīng)激水平要明顯高于正常人［30］,故學(xué)者們開始將黃芪多糖防治骨關(guān)節(jié)炎的重心放在黃芪多糖減輕軟骨細(xì)胞氧化損傷的機(jī)制研究上。肖劍偉等［31］研究發(fā)現(xiàn),黃芪多糖可降低軟骨細(xì)胞內(nèi)活性氧所致的氧化應(yīng)激,從而降低促凋亡因子表達(dá)水平,進(jìn)而恢復(fù)軟骨細(xì)胞相關(guān)活性。胡愛心等［32］用黃芪多糖對(duì)骨關(guān)節(jié)炎大鼠進(jìn)行關(guān)節(jié)注射,6周后取標(biāo)本發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性升高,丙二醛(m-alondialdehyde,MDA)水平明顯下降,組織學(xué)檢測(cè)也表明黃芪多糖關(guān)節(jié)注射后明顯減輕了關(guān)節(jié)的炎癥反應(yīng),提示黃芪多糖可通過(guò)抗氧化促進(jìn)退變軟骨的修復(fù)。除了抗氧化應(yīng)激作用,黃芪多糖還可通過(guò)其他途徑起到防治骨關(guān)節(jié)炎作用。其中,楊國(guó)志等［33］研究發(fā)現(xiàn),從大鼠上分離的軟骨細(xì)胞在經(jīng)過(guò)黃芪多糖干預(yù)后,其產(chǎn)生葡糖氨基聚糖的量明顯增加,推測(cè)結(jié)果與黃芪多糖促進(jìn)葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶Ⅰ的表達(dá)有關(guān);史桂榮等［34］研究發(fā)現(xiàn),黃芪多糖可通過(guò)抑制金屬蛋白酶生成同時(shí)促進(jìn)膠原蛋白合成來(lái)保護(hù)軟骨,并在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)黃芪多糖促進(jìn)了WWP2介導(dǎo)的Notch受體1的泛素化水平,表明這種作用機(jī)制可能與抑制Notch 信號(hào)通路有關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn),黃芪多糖通過(guò)提高自噬水平,增強(qiáng)軟骨細(xì)胞活性［35］。由此可見,黃芪多糖在治療骨關(guān)節(jié)炎方面具有潛在的臨床應(yīng)用前景。

1.3黃芪總黃酮 黃芪總黃酮是黃芪中所含有的一類活性成分,有抑制炎癥反應(yīng)、減輕氧化損傷、抗凋亡等作用［36］,因此近些年來(lái)許多學(xué)者逐漸開始研究其在骨關(guān)節(jié)炎領(lǐng)域的防治作用。有研究表明,黃芪總黃酮可通過(guò)減少炎癥因子形成發(fā)揮保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨的作用［37］。研究人員進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn),黃芪總黃酮通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路降低關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng),保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨［38］。由于黃芪總黃酮成分復(fù)雜,具體哪種成分起作用無(wú)法得到證實(shí)。因此,人們對(duì)黃芪黃酮類成分治療骨關(guān)節(jié)炎的研究由總黃酮逐漸轉(zhuǎn)向其所包含的成分。Huh等［39］將芒柄花黃素與正常人和骨關(guān)節(jié)炎患者軟骨下成骨細(xì)胞一起培養(yǎng)后,發(fā)現(xiàn)明顯降低骨關(guān)節(jié)炎患者軟骨下成骨細(xì)胞白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-6、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(bone morphogenic protein2,BMP2)、骨鈣素(osteocalcin,OCN)、COL1A1的mRNA表達(dá)水平,而正常人軟骨下成骨細(xì)胞VEGF、BMP-2、OCN、COL1A1的mRNA表達(dá)水平則升高,結(jié)果表明芒柄花素可降低關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)和調(diào)整軟骨下骨重塑,但具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。Choi等［40］通過(guò)建立骨關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型,研究毛蕊異黃酮葡萄糖苷關(guān)節(jié)腔注射后治療骨關(guān)節(jié)炎的效果,結(jié)果表明毛蕊異黃酮葡萄糖苷能減少滑液中的炎癥介質(zhì)分泌并降低了軟骨降解。袁小亮等［41］研究發(fā)現(xiàn),槲皮素可降低MMP13的表達(dá)并提高TIMP-1的活性,從而抑制軟骨細(xì)胞外基質(zhì)降解,對(duì)軟骨起保護(hù)作用。另有研究發(fā)現(xiàn),異鼠李素和山柰酚都可以通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路發(fā)揮減輕關(guān)節(jié)炎癥的作用［42-43］。廖軍鋒等［44］發(fā)現(xiàn)毛蕊異黃酮通過(guò)降低促凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2的比例,使軟骨細(xì)胞周期的G0/G1期縮短,從而促進(jìn)了軟骨細(xì)胞增殖。由此可見,黃芪總黃酮在防治骨關(guān)節(jié)炎方面具有很高的研究?jī)r(jià)值。

目前,盡管黃芪總黃酮對(duì)軟骨細(xì)胞以及動(dòng)物模型的作用得到深入探討,但在相關(guān)細(xì)胞信號(hào)通路方面的研究仍較欠缺,在此方面有很大的突破空間。

2 黃芪活性成分治療骨關(guān)節(jié)炎的主要機(jī)制

2.1Wnt/β-catenin信號(hào)通路 Wnt/β-catenin是經(jīng)典Wnt信號(hào)通路,由配體蛋白、受體蛋白、胞質(zhì)蛋白、轉(zhuǎn)錄因子及下游靶基因構(gòu)成,在細(xì)胞形態(tài)和分化、運(yùn)動(dòng)和遷移、增殖和凋亡等方面發(fā)揮重要的作用,參與了軟骨細(xì)胞分化成熟,產(chǎn)生各種酶調(diào)控骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病的經(jīng)典途徑［22,45］。

Wnt配體會(huì)與Frizzled蛋白/LRP5蛋白(Frizzled/LRP)受體結(jié)合形成三聚體(Wnt-Fz-LRP),從而激活胞內(nèi)Dishvelled(DvL)蛋白并抑制糖原合成激酶3β(Glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)活性,進(jìn)而阻礙β-catenin蛋白、軸蛋白(Axin)、GSK-3β三者組成復(fù)合體,抑制了β-catenin磷酸化,使胞質(zhì)積聚大量β-catenin并向核內(nèi)轉(zhuǎn)移,與T細(xì)胞因子(T cell factor,TCF)/淋巴增強(qiáng)因子(lympho- id enhancer factor,LEF)結(jié)合形成復(fù)合體,觸發(fā)下游的SA-β-gal、p53、p16等靶基因的轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞的異常凋亡及組織降解,導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎形成［46］。在黃芪活性成分調(diào)控Wnt/β-catenin信號(hào)通路影響骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展中,又以黃芪皂苷的作用最為明顯［47］。顏春魯?shù)龋?8］研究表明,富硒黃芪皂苷可以提升IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞中Wnt通路內(nèi)源性拮抗基因DKK-1的表達(dá),從而阻止LRP蛋白、Wnt蛋白和Frizzled受體三者相互作用形成復(fù)合體,最終抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路,使軟骨細(xì)胞的增殖活性得到改善。王德剛等［22］將β-catenin基因?qū)肴嘶ぜ?xì)胞后,培養(yǎng)液中MMP-7、軟骨寡聚基質(zhì)蛋白(Cartilage Oligomeric Matrix Protein,COMP)及Ⅱ型膠原羧基端肽(Cterminal propeptide of collagen typeⅡ,CTX-Ⅱ)表達(dá)明顯高于對(duì)照組,而通過(guò)黃芪甲苷干預(yù)后,則明顯抑制了上述炎癥介質(zhì)的表達(dá),提示黃芪甲苷能通過(guò)抑制Wnt/β-catenin通路來(lái)改善關(guān)節(jié)炎癥。由此可見,Wnt/β-catenin信號(hào)通路在黃芪活性成分治療骨關(guān)節(jié)炎的過(guò)程中,發(fā)揮著重要作用。見圖1。

圖1 黃芪申苷治療骨關(guān)節(jié)炎機(jī)制

2.2NF-κB信號(hào)通路 NF-κB通路是一條在骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展中起重要作用的信號(hào)通路［49］,一般情況下,p50或p65與IκBα組成復(fù)合體存在胞質(zhì)內(nèi),當(dāng)細(xì)胞受外界相關(guān)信號(hào)如脂多糖、IL-1、核因子κB受體激動(dòng)劑(receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)刺激時(shí),IκBα發(fā)生磷酸化并降解,p50或p65從胞質(zhì)進(jìn)入胞核內(nèi),最終促成各種炎癥因子的表達(dá),使得如軟骨細(xì)胞等骨細(xì)胞發(fā)生凋亡。

相關(guān)研究證實(shí),黃芪活性成分可通過(guò)調(diào)控NF-κB信號(hào)通路來(lái)抑制炎癥反應(yīng)和軟骨降解。Li等［21］研究發(fā)現(xiàn),黃芪甲苷可以通過(guò)抑制IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞中IκBα磷酸化,從而使p65滯留在細(xì)胞質(zhì)中不能入核,無(wú)法發(fā)揮促轉(zhuǎn)錄功能,進(jìn)而抑制炎癥因子和軟骨降解酶的釋放,最終使軟骨細(xì)胞免受IL-1β?lián)p傷。Li等［42］研究發(fā)現(xiàn),異鼠李素可以通過(guò)抑制NF-κB和p65的表達(dá),減少NO和PGE2生成,發(fā)揮保護(hù)軟骨作用。任偉亮等［50］研究發(fā)現(xiàn),黃芪總黃酮可通過(guò)下調(diào)p65蛋白表達(dá),從而阻斷NF-κB信號(hào)通路,進(jìn)而減少關(guān)節(jié)炎性因子釋放,并提高SOD、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶兩種抗氧化酶的活性,抑制軟骨細(xì)胞凋亡。張沖［38］研究發(fā)現(xiàn),黃芪總黃酮可以上調(diào)骨保護(hù)素(osteoprotegerin,OPG)表達(dá),OPG結(jié)合并中和RANKL,使NF-κB活化受到抑制,從而改善受試動(dòng)物關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)。Zhuang等［43］研究發(fā)現(xiàn),山柰酚可以抑制IκBα降解,使p65無(wú)法入核,中斷NF-κB轉(zhuǎn)錄過(guò)程,發(fā)揮抗炎作用。由此可見,黃芪活性成分可通過(guò)調(diào)控NF-κB信號(hào)通路,延緩骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展。見圖2。

圖2 黃芪活性成分對(duì)NF-κB信號(hào)通路的調(diào)控作用。

2.3PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路 哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)是一類絲氨酸/蘇氨酸激酶。在營(yíng)養(yǎng)充足的情況下,哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體1(mammalian target of rapamycincomplex1,mTORC1)可將各種信號(hào)刺激來(lái)促進(jìn)合成代謝,并阻斷分解代謝,從而調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)增殖。mTOR主要有3個(gè)上游分支:磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶(p-rotein kinase B,AKT)、單磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMP-activated p-rotein kinase,AMPK)和大鼠肉瘤(rat sarcoma viral oncogene homolog,Ras)/快速加速纖維肉瘤(rapidly accelerated fibrosarcoma,Raf)/促分裂原-細(xì)胞外信號(hào)激酶(mitogen extracellular-signal kinase,MEK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular-signalregulated protein kinase,ERK),其中與骨關(guān)節(jié)炎聯(lián)系密切的主要為PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路［51］。研究表明,一些中藥活性成分可以通過(guò)調(diào)控PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路,達(dá)到控制炎癥和抑制軟骨細(xì)胞凋亡的作用,最終延緩關(guān)節(jié)軟骨的降解［52-53］。因此,PI3K/AKT/mTOR是中藥治療骨關(guān)節(jié)炎的一條潛在信號(hào)通路。

而目前相關(guān)研究已證實(shí),黃芪活性成分可通過(guò)調(diào)控PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路來(lái)保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨。顏春魯?shù)龋?2］通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí),富硒黃芪皂苷可通過(guò)抑制調(diào)控PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路,恢復(fù)自噬相關(guān)基因表達(dá)水平,抑制IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞凋亡,從而對(duì)關(guān)節(jié)軟骨起保護(hù)作用。Meng等［35］研究發(fā)現(xiàn),黃芪多糖可以通過(guò)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路調(diào)控自噬,從而抑制滑膜增生和滑膜炎癥反應(yīng),進(jìn)而避免了軟骨破壞。Jiang等［54］研究發(fā)現(xiàn),山柰酚可以通過(guò)抑制核心蛋白聚糖(decorin,DCN)的表達(dá),上調(diào)軟骨組織中的miR-146a,激活miR-146a/PI3K/AKT/mTOR軸,發(fā)揮抑制關(guān)節(jié)炎癥作用。

由此可見,黃芪活性成分可通過(guò)調(diào)控PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路,來(lái)保護(hù)軟骨細(xì)胞以及調(diào)控其生長(zhǎng)增殖,并同時(shí)能夠抑制炎癥反應(yīng),最終起到防治骨關(guān)節(jié)炎的作用。見圖3。

圖3 黃芪活性成分對(duì)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路的調(diào)控作用

2.4MAPK信號(hào)通路 絲裂原活化蛋白激酶(mito-gen-activated protein kinase,MAPK)是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,是細(xì)胞外信號(hào)至細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)的重要傳遞系統(tǒng),它在細(xì)胞生長(zhǎng)和分化、增殖和凋亡及突變發(fā)生等方面起重要的作用。MAPK通路主要由細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(Extracellular signal-activated kinase,ERK)、c-jun氨基末端激酶(c-jun N-terminal kinase,JNK)和p38蛋白激酶組成。ERK是細(xì)胞受到應(yīng)激后決定細(xì)胞生死的重要因素,其可以促進(jìn)增殖分化或?qū)е碌蛲觥NK在細(xì)胞應(yīng)激中亦起到重要作用,同時(shí)可以被多種細(xì)胞信號(hào)激活。因此也被稱為應(yīng)激活化激酶。P38蛋白激酶是一種38kD酪氨酸磷酸化蛋白激酶,可被各種生理和病理刺激激活,觸發(fā)細(xì)胞凋亡。此外,MAPK還可以激活細(xì)胞內(nèi)下游通路如NF-κB和AP-1等信號(hào)通路,進(jìn)而啟動(dòng)一系列磷酸化或聚合酶鏈反應(yīng)。大量研究表明,MAPK信號(hào)通路對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展起重要作用［55］。

目前相關(guān)研究已證實(shí),黃芪活性成分可通過(guò)調(diào)控MAPK信號(hào)通路來(lái)保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨。王象鵬等［56］研究發(fā)現(xiàn),槲皮素可通過(guò)抑制細(xì)胞p38MAPK、p-p38MAPK的表達(dá)來(lái)減少M(fèi)MP13、解聚蛋白樣金屬蛋白酶-4(A disintegrin-like and metalloproteinase with thrombospondin type-1 motifs-4,ADAMTS-4)的釋放起到保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨的作用。Huang等［57］研究表明,山柰酚具有顯著抑制關(guān)節(jié)炎癥的能力,主要是通過(guò)抑制MAPK信號(hào)通路中p38通路和ERK通路,進(jìn)而下調(diào)炎性因子表達(dá)來(lái)抑制關(guān)節(jié)炎癥的。

上述提到,MAPK信號(hào)通路的下游存在多條重要的通路。Xu等［58］發(fā)現(xiàn)黃芪甲苷可通過(guò)靶向p38MAPK/NF-κB和JNK/NF-κB信號(hào)通路抑制NF-κB p65蛋白的表達(dá),從而抑制炎癥因子的形成并保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨。見圖4。

圖4 黃芪甲苷對(duì)NF-κB p65蛋白的抑制作用

目前對(duì)于黃芪各成分治療骨關(guān)節(jié)炎的相關(guān)研究現(xiàn)狀不一,相關(guān)研究信息較為復(fù)雜,為了使讀者一目了然,加以表格進(jìn)行匯總,見表1。

表1 黃芪中各成分類別、組成、相關(guān)信號(hào)通路及參考文獻(xiàn)的總結(jié)

3 小結(jié)與展望

近年來(lái),伴隨著人們生活節(jié)奏的加快,暴飲暴食、肥胖、創(chuàng)傷、人口老齡化等問題不斷顯現(xiàn),使骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生率逐年上升,加之診療上的不規(guī)范,晚期致殘率極高［59］,逐漸引起了人們的重視。由于骨關(guān)節(jié)炎等慢性關(guān)節(jié)疾病手術(shù)治療具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性,且手術(shù)的遠(yuǎn)期治療效果也不盡如人意［60］。而非手術(shù)治療,目前臨床上主要以口服非甾類消炎藥和氨糖類藥物為主,但療效一般,尤其是長(zhǎng)期口服非甾類消炎藥所產(chǎn)生的消化道反應(yīng)、凝血障礙等問題,是目前制約其臨床應(yīng)用的一大因素。因此,充分開發(fā)治療骨關(guān)節(jié)炎的中藥材就顯得極其重要。中醫(yī)學(xué)根據(jù)骨關(guān)節(jié)炎“肝腎虧虛,痰瘀互結(jié)”的病因病機(jī),運(yùn)用補(bǔ)氣行滯中藥發(fā)揮補(bǔ)肝腎、行滯通痹之功,解決軟骨修復(fù)障礙,改善軟骨細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境,促進(jìn)軟骨細(xì)胞生成［61］。臨床通過(guò)中藥治療骨關(guān)節(jié)炎具有較高的有效性和安全性［62］,因此,以黃芪為代表的補(bǔ)氣行滯消腫類中藥在治療骨關(guān)節(jié)炎方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)黃芪活性成分調(diào)控骨關(guān)節(jié)炎相關(guān)信號(hào)通路機(jī)制的研究取得一定的成果,但還存在許多方面的不足。首先,目前對(duì)于黃芪活性成分的研究還主要集中在三萜皂苷、多糖、黃酮這三大類物質(zhì),其中以黃芪甲苷為主,而黃芪所含的多酚及微量元素等則鮮有報(bào)道,這一塊需要各學(xué)者更加深入的研究探索。其次,黃芪活性成分治療骨關(guān)節(jié)炎的研究現(xiàn)多局限于某個(gè)途徑和靶點(diǎn)在某種細(xì)胞上的作用,其許多關(guān)鍵作用機(jī)制尚未完全了解。除了文中所提到的相關(guān)信號(hào)通路外,還存在其他的相關(guān)信號(hào)通路。不同的信號(hào)通路在體內(nèi)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),單就某條信號(hào)通路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,容易缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性。此外,骨關(guān)節(jié)炎發(fā)生、發(fā)展機(jī)制復(fù)雜,且受限于目前科研技術(shù)水平和多條信號(hào)通路之間一起研究的繁雜性,一些分子機(jī)制仍不能明確,未能取得最佳的治療效果。因此,探索多信號(hào)通路之間的相互作用和調(diào)控干預(yù)疾病相關(guān)信號(hào)通路藥物是一項(xiàng)很有前途的工作。隨著對(duì)黃芪活性成分研究的不斷深入,相信其在骨關(guān)節(jié)炎等疑難病癥的治療中將會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。