基于信號通路的中醫藥治療痛風性關節炎作用機制研究進展

周亞 李孟婕 趙艷 趙春生 張煦 陳愛艷 蔣忠一 向陽 尤良震 金艷蓉

痛風性關節炎(gouty arthritis,GA),是指由于持續性高尿酸血癥導致周身關節內及關節周圍形成單鈉尿酸鹽(monosodium urate,MSU)沉積,引起關節的紅斑、腫脹、發熱、疼痛及活動受限等為主要臨床表現的關節炎癥性疾病。GA每年患病率為1%～6.8%,發病率為0.58‰～2.89‰[1]。西醫治療GA藥物包括:別嘌呤醇、非布索坦、秋水仙堿等[2-4]。中醫藥治療GA經驗豐富,且安全高效。中醫認為GA歸屬于“歷節風”“痛風”“行痹”等病范疇,其病機為本虛標實,肝、脾、腎虛為本,風寒、痰瘀、濕熱為標實[5]。近些年,探索中醫藥在治療GA的作用機制方面研究進展迅速,其中NLRP3炎性體信號通路、TLRs信號通路、NF-κB信號通路、JNK信號通路、COX信號通路、NALP6炎性體信號通路等多信號通路的作用機制研究較多。本綜述從相關多信號通路,包括在GA中的作用機制出發,總結中醫藥調節相關信號通路治療GA的作用與機制,為臨床治療提供指導依據。

1 NLRP3炎性體信號通路

1.1 NLRP3炎性體信號通路在GA中的作用機制

NLRP3炎性體在GA中十分重要,MSU活化NLRP3炎癥小體,NLRP3炎癥體誘導釋放成熟的白細胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-18等促炎因子,IL-1β和IL-18趨化免疫細胞募集至關節部位產生炎癥反應[6]。NLRP3炎性體信號通路是由NLRP3蛋白、凋亡相關斑點樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1(cysteinyl aspartate specific proteinase-1,Caspase-1)三個部分組成。研究表明抑制NLRP3/ASC/Caspase-1信號通路,能夠緩解痛風關節炎[7]。

1.2 中醫藥通過調節NLRP3炎性體信號通路發揮作用

金曉敏等[8]采用尿酸鈉溶液(0.025 mL)踝關節腔注射建立的小鼠GA模型后1天后予土茯苓總黃酮,按低、中、高劑量分別為100 mg/kg、300 mg/kg、500 mg/kg灌胃。結果顯示土茯苓總黃酮組小鼠NLRP3、ASC、Caspase-1 mRNA和蛋白含量以及IL-1β、IL-6水平低于秋水仙堿組,而且高劑量土茯苓總黃酮組的小鼠關節腫脹程度明顯下降。其作用機制可能為土茯苓總黃酮抑制NLRP3炎性體信號通路,減少下游炎性細胞因子的表達,降低GA的炎癥反應,減輕GA小鼠踝關節腫脹,并且腫脹程度具有劑量依賴性。其他單體中藥活性成分如萆薢總皂苷、歐前胡素、虎杖醇等[9-11]均證實通過NLRP3/ASC/Caspase-1信號通路發揮調節GA炎癥反應的作用。

劉偉偉等[12]的研究發現白虎加桂枝湯能減輕大鼠的關節腫脹率,減少IL-1、IL-6、CRP等炎癥指標水平,以及下調NLRP3、Caspase-1、NF-κB蛋白表達。白虎加桂枝湯能夠抑制多種信號途徑,包括NLRP3炎性體信號通路和NF-κB信號通路,共同改善伴有高尿酸血癥的GA大鼠炎癥反應。

NLRP3炎性體信號通路是目前為止相關研究最多的GA有關信號通路,單味中藥有效成分提取物及經典中藥復方能夠通過抑制NLRP3/ASC/Caspase-1信號通路,抑制促炎因子趨化,減輕局部炎癥反應而發揮治療GA的作用。但少部分中藥活性成分如黃連堿[13],并沒有通過ASC而直接與下游的Caspase-1活性部位結合發揮作用,是否有其他蛋白介入,仍需進一步探索。

2 TLRs信號通路

2.1 TLRs信號通路在GA中的作用機制

Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)包括TLR2和TLR4,誘導的信號通路在GA的炎癥反應中發揮重要的作用。MSU啟動機體固有免疫后,激活TLRs,產生相應的配體與中間物髓樣分化因子(myeloiddifferentiationfactor88,MyD88)結合后激活下游的NF-κB,促進炎癥介質的釋放,表達IL-1β、IL-6等細胞因子參與炎癥反應[14]。如木犀草素能通過TLR/MyD88/NF-κB轉導途徑,減少痛風性關節炎炎癥反應[15]。

2.2 中醫藥通過調節TLRs信號通路發揮作用

羅菲等[16]用不同劑量的原花青素作用于GA模型大鼠,測定大鼠踝關節腫脹度、步態分級、機械痛閾值、炎癥因子水平、相關TLR4和NF-κB蛋白表達水平。發現三組不同劑量的原花青素組與秋水仙堿組均能減少大鼠關節腫脹度、步態分級、機械痛閾值、IL-1β、IL-6水平,抑制TLR4和NF-κB蛋白的表達。原因可能是植物中的原花青素通過調節TLR4/NF-κB信號通路下調IL-1β、IL-6等促炎因子來改善GA炎癥反應。中醫復方如上中下通用痛風湯和四妙丸方等[17-18]同樣證實調控TLRs信號通路能夠改善GA炎癥反應。

TLR4、NF-κB中間是否存在其他蛋白?徐軼爾的研究存在一定參考價值。徐軼爾等[19]探究單味中藥豨薟草對GA的作用機制,發現豨薟草使GA大鼠的IL-1和IL-8等細胞因子、NF-κB mRNA的表達水平的降低外,還抑制中間MyD88 mRNA的表達,進而減少NF-κB mRNA的表達。表明豨薟草抑制炎癥反應的機制可能是其通過調控TLRs/MyD88/NF-κB信號通路有關。

目前,有關中醫藥通過調節TLRs信號通路治療GA的動物實驗中,大部分都發現NF-κB蛋白水平的變化,表明中醫藥調節信號通路并不單一。不同濃度的中藥能否促進多通路之間發揮協同作用,具有重要研究前景。

3 NF-κB信號通路

3.1 NF-κB信號通路在GA中的作用機制

NF-κB是細胞內重要的核轉錄因子,參與機體的炎癥反應、免疫應答,細胞凋亡等過程。在GA病理機制中,NF-κB信號通路主要介導炎癥反應,引起IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎癥因子的表達,這些因子的過度表達反過來激活NF-κB信號通路,產生炎癥級聯放大效應[20-21]。另外,NF-κB激活可以啟動NLRP3炎性體,抑制NF-κB信號通路和NLRP3炎癥體的激活可以降低IL-1β水平[22-23]。NF-κB信號通路可以被TLRs和NLRP3啟動,介導炎性細胞因子表達[24-25]。

3.2 中醫藥通過調節NF-κB信號通路發揮作用

楊大興等[26]用不同濃度的黃芪甲苷作用于GA大鼠,發現膝關節組織中的TLR2、NF-кB mRNA表達水平、IL-6明顯低于模型組,黃芪甲苷組機械痛域(posterior wall thickness,PWT)和熱刺激潛伏期(paw withdrawal thermal latency,PWTL)高于模型組,表明黃芪甲苷能夠抑制TLR亞家族成員中的TLR2水平以及NF-кB基因的表達,同時抑制NF-κB信號通路及TLRs信號通路而發揮抗炎作用。

張曉熙[27]用MSU和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導痛風炎癥模型的THP-1細胞,予低、中、高劑量的加味三妙丸(黃柏、蒼術、川牛膝、土茯苓),結果顯示加味三妙丸較模型組能明顯下調p-NF-κB及NLRP3、ASC、Caspase-1和MyD88、TLR2、TLR4等蛋白的表達,降低IL-1β水平。表明三妙丸可以不僅可以調節NF-κB 信號通路,而且可以調節NLRP3炎性體信號通路和TLRs信號通路。該方可能抑制 IL-1β相關受體激酶的激活,減少TLRs和NF-κB信號通路的相關蛋白水平,減少pro-IL-1β的表達,促進NLRP3炎性體信號通路進一步抑制 IL-1β的產生,產生協調抑制效應,改善GA炎癥反應。

NF-κB信號通路常與其他通路交叉影響,中醫藥NF-κB信號通路調節最能體現其多靶向作用機制,其他如TLRs、NLRP3等通路同樣具有影響。相對于簡單的單味中藥活性成分而言,中醫復方是在中醫辨證論治思維指導下組方遣藥,辨證因人而異,中醫復方多靶向性及多樣性是未來探索GA機制難點所在。

4 COX信號通路

4.1 環氧化酶-2信號通路在GA中的作用機制

環氧化物酶-2(cyclooxygenase inhibitor,COX-2)信號通路是GA發病的重要原因之一。COX-2可以通過COX-2/mPGES-1/PGE2途徑,合成的前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2),PGE2主要介導炎癥級聯放大反應[28]。

4.2 中醫藥通過調節COX信號通路發揮作用

周建華等[29]將大鼠隨機分為白虎加桂枝湯組、秋水仙堿組以及對照和模型組四組。對照組關節腔注射生理鹽水,其他三組予以關節腔MSU注射液(50 μL)制造成GA模型。結果顯示白虎加桂枝湯組和秋水仙堿組右踝關節直徑、IL-1β、NO、COX-2水平較模型組明顯降低。表明中藥方劑白虎加桂枝湯和西藥秋水仙堿同樣能夠通過COX-2信號通路減少相關炎癥因子的表達,改善GA炎癥反應。

王洋洋等[30]在梔黃止痛散對GA炎癥反應的實驗中,還發現COX-2減少的同時,PGE2的水平表達也降低,表明中藥作用機制可能包括通過COX-2/mPGES-1/PGE2途徑,減少炎癥級聯放大反應來抑制GA炎癥反應。

COX信號通路是影響GA重要機制之一,其中PGE2主要參與GA中的炎癥級聯放大反應,中醫藥能夠顯著調節C0X-2、PGE2水平而改善GA。但未提及對mPGES-1蛋白的影響,故目前中醫藥對COX-2信號通路的研究存在一定的單極化現象,需要未來進一步研究證實。

5 JNK信號通路

5.1 c-Jun氨基末端激信號通路在GA中的作用機制

c-Jun氨基末端激(c-Jun N-terminal protein kainse,JNK),又稱為應激活化蛋白激酶(SAPK),在細胞凋亡、應激等生理病理方面具有重要的雙重調節作用。JNK信號通路認為是絲裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路的一分支。JNK信號通路能夠上調IL-6、IL-1β和TNF-α水平的表達[31],抑制JNK信號通路,能減輕GA的炎癥反應[32]。

5.2 中醫藥通過調節JNK信號通路發揮作用

徐軼爾等[33]的研究發現不同劑量的豨薟草均可以抑制GA大鼠JNK、p-JNK、NF-κB、c-jun、AP-1蛋白的表達,降低血清中的IL-1水平,其作用機制與豨薟草是通過調節JNK通路,減少GA炎癥反應有關。另外,黨榮敏[34]的研究證實單味中藥提取物-黑骨藤醇提取物可以通過調節JNK和NF-κB通路抑制炎癥因子表達,改善GA炎癥反應。

中藥豨薟草以及中藥活性提取物黑骨藤醇均能夠較好地抑制JNK和NF-κB信號通路,緩解GA炎癥反應,但是具體如何影響JNK信號通路機制,JNK信號通路與NF-κB信號通路是否存在某種關聯尚不明確。因此,中醫藥如何調節GA中的JNK信號通路機制將是下一步實驗探究的重點。

6 NALP6炎性體信號通路

6.1 NALP6炎性體信號通路在GA中的作用機制

NALP6炎性體信號通路由NLRP6蛋白、ASC、Caspase-1三個部分組成的NLRP6/ASC/Caspase-1信號通路,同樣參與GA的炎癥反應過程。MSU晶體誘導NALP6炎性體的表達,促進Caspase-1前體水解,活化Caspase-1,誘導刺激IL-1β分泌[35]。沉默NALP6基因使得Caspase-1的活性及IL-1β水平降低,減少GA的炎性損傷[36]。

6.2 中醫藥通過調節NALP6炎性體信號通路發揮作用

隋方宇[37]的研究發現補腎利濕法中藥復方制備的含藥血清能夠明顯下調GA模型大鼠中的NALP6 mRNA、NALP6、NF-κB蛋白、Caspase-1活性以及IL-1β含量表達。其作用機制可能與補腎利濕法中藥復方通過調節NLRP6/ASC/Caspase-1的信號通路,對Caspase-1及NF-κB進行靶調控,抑制炎癥級聯放大反應,下調GA中促炎因子IL-1β的水平,防治GA。

NALP6炎性體信號通路是近幾年除NLRP3炎性信號通路外發現的同樣影響ASC、Caspase-1水平的通路。但中醫藥對該通路干預的研究極少,擴大深入探究中醫藥對NALP6信號通路同樣具有重要潛在價值。

7 總結與討論

近年來,生活條件不斷改善,飲食結構逐漸轉向高脂、高嘌呤等高代謝食物,導致GA患病率日益增多,因此,GA的發病機制尤為值得關切。目前為止,大都認為GA發作與MSU誘發局部無菌性炎癥相關。局部關節或組織出現MSU沉積,誘導炎癥因子聚集并活化,進一步介導炎性細胞的浸潤,產生炎癥級聯放大效應。其中NLRP3炎性體信號通路、NF-κB信號通路、TLRs信號通路、NALP6炎性體信號通路、COX信號通路等都參與調節GA炎癥反應的過程,并且部分機制之間存在協同調節作用,如NLRP3炎性體信號通路誘導IL-1β水平的增加,IL-1β又反過來激活NF-κB信號通路和TLRs信號通路,最終誘發炎癥級聯放大效應。

西醫治療GA取得一定的進展,大部分藥物包括非甾體類抗炎藥、激素、非布司他等能快速有效緩解癥狀。GA的治療不應該僅限于西醫,亟需探索其他治療方法。我國中醫歷史悠久,在GA的診療方面擁有豐富的中藥資源以及臨床經驗,并且具有很高的療效及安全性。應用現代藥理學和分子生物學技術,探索和總結中醫藥治療GA作用機制有重要的現實意義。

現有GA動物或組織細胞模型實驗證實中藥單體或單味提取物和中藥復方能夠通過上述信號通路交叉作用于關節組織對相應靶細胞,抑制包括IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α和IL-18等在內的促炎因子表達,抑制GA炎癥反應,治療GA。首先,鑒于目前有關中醫藥作用GA信號通路的研究大都是動物實驗,少部分如NLRP6炎性體信號通路和JNK信號通路的研究資料相對較少。其次,中藥復方與單藥有效成分提取物存在顯著差異,中醫復方體現的是整體觀念指導下的辨證論治,其成分復雜而且因人而異,加味后復方中各成分之間是否出現協同或拮抗作用仍是研究的難點。再者,中醫藥煎煮方法不同,是否影響GA各信號通路尚不明確。因此,今后仍需進一步開展更多與中醫藥作用機制的相關動物及臨床實驗研究。