升麻素苷治療膝骨關(guān)節(jié)炎的作用機(jī)制研究

金靈璐 朱尉東 仲衛(wèi)紅 邱志偉 涂海水 陳長(zhǎng)興 鄭春松 付長(zhǎng)龍

【摘 要】 膝骨關(guān)節(jié)炎的治療以改善臨床癥狀、延緩疾病進(jìn)展為主要策略。升麻素苷具有抗炎、鎮(zhèn)痛、解熱，以及抗血小板聚集等多種藥理活性作用，可以通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)，抗氧化作用，抑制基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)等，緩解膝骨關(guān)節(jié)炎的炎性癥狀，干預(yù)其病理進(jìn)程。升麻素苷對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)作用，對(duì)核轉(zhuǎn)錄因子-κB信號(hào)通路和絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路調(diào)控機(jī)制，尚有待進(jìn)一步研究。

【關(guān)鍵詞】 膝骨關(guān)節(jié)炎;升麻素苷;作用機(jī)制

膝骨關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）是一種以膝關(guān)節(jié)疼痛伴隨活動(dòng)不利為主要臨床特征的常見(jiàn)慢性退行性疾病，具有高發(fā)病率、高致殘率以及低治愈率等特點(diǎn)。其基本病理特點(diǎn)是膝關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行性纖維化、皸裂，甚至脫失，以及膝關(guān)節(jié)邊緣及軟骨下骨退行性改變、滑膜病變伴有炎癥反應(yīng)。KOA典型臨床表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)僵硬、腫痛、肌肉萎縮、活動(dòng)受限，甚至發(fā)生關(guān)節(jié)畸形[1]。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，55～64歲為KOA發(fā)病率最高的年齡區(qū)間，且由于解剖學(xué)結(jié)構(gòu)差異，女性發(fā)病率較高，男女比例約為1∶1.25[2]。據(jù)調(diào)查，我國(guó)KOA患病率約為8.1%，高于歐洲國(guó)家白色人種，且患病率與年齡相關(guān)[3]。KOA引起疼痛，影響患者日?；顒?dòng)行為，最終導(dǎo)致個(gè)人與社會(huì)的負(fù)擔(dān)加重。因此，改善KOA病情、緩解臨床癥狀是當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

升麻素苷（POG）是一種從防風(fēng)干燥根中提取的具有藥理活性的色原酮類成分[4]，在防風(fēng)中含量較高，可作為指標(biāo)性成分，常用做測(cè)定防風(fēng)有效成分含量的指標(biāo)[5]。POG具有鎮(zhèn)痛、抗炎、解熱、抗凝等多種藥理活性，可用于KOA的防治[6]。本文通過(guò)總結(jié)大量POG藥理作用機(jī)制的研究，探究POG治療KOA的作用機(jī)制，以期為臨床提供新的治療手段。

1 POG的藥理藥效研究

POG是從中草藥植物防風(fēng)中分離出的色原酮類成分之一[7]。戴錦娜[8]對(duì)含藥大鼠血漿進(jìn)行全組分分析，發(fā)現(xiàn)防風(fēng)抗炎作用主要來(lái)自于其成分中的POG。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，POG具有抗炎、解熱、鎮(zhèn)痛、抗凝血等藥理作用。近年來(lái)，POG治療KOA相關(guān)藥理藥效是研究的熱點(diǎn)之一。

2 POG對(duì)KOA的作用機(jī)制研究

2.1 對(duì)炎癥反應(yīng)的抑制作用 炎癥與其引起的疼痛為KOA的主要臨床表現(xiàn)之一，也是引起患者不適及活動(dòng)受限的主要癥狀[9]。薛寶云等[4]從防風(fēng)中提取出POG與5-O-甲基維斯阿米醇苷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其明顯抑制了醋酸及溫度刺激引起的小鼠疼痛。姜華等[10]將POG作用于小鼠，觀察其對(duì)小鼠熱板致痛的影響，證明靜脈給藥POG能夠通過(guò)提高小鼠痛閾值抑制疼痛。將POG作用于二甲苯所致耳郭炎癥小鼠，給藥后，觀察小鼠耳郭腫脹程度，證實(shí)了POG的抗炎作用，但其作用起效較升麻素慢，推測(cè)POG可以通過(guò)肝腸循環(huán)轉(zhuǎn)化成其苷元升麻素，間接發(fā)揮藥理作用。研究表明，KOA患者膝關(guān)節(jié)軟骨變性損傷、膝關(guān)節(jié)周?chē)M織破壞和軟骨下骨贅形成與細(xì)胞炎癥因子[如白細(xì)胞介素（IL）-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等]有關(guān)[11-12]。趙娟等[13]證實(shí)，一定劑量的防風(fēng)色原酮提取物對(duì)關(guān)節(jié)炎癥具有改善作用，抑制關(guān)節(jié)和骨的侵蝕破壞，能明顯降低膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎大鼠血清中IL-1β、IL-6、TNF-α等炎癥因子水平。核轉(zhuǎn)錄因子-κB（NF-κB）參與KOA發(fā)病過(guò)程中膝關(guān)節(jié)軟骨的降解，促進(jìn)軟骨細(xì)胞分解代謝、細(xì)胞凋亡，引起軟骨炎癥與膝關(guān)節(jié)損傷[14-15]。炎癥因子刺激激活絲裂原活化蛋白激酶（MAPKs）信號(hào)通路，使基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）過(guò)表達(dá)，引起軟骨細(xì)胞凋亡、軟骨基質(zhì)破壞等一系列反應(yīng)，從而造成膝關(guān)節(jié)軟骨的退行性改變[16];其中ERK1/2信號(hào)傳導(dǎo)通路參與細(xì)胞生長(zhǎng)分化，JNK和p38信號(hào)傳導(dǎo)通路則多與細(xì)胞凋亡及炎癥反應(yīng)相關(guān)[17]。陳娜[18]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，脂多糖（LPS）刺激小鼠單核巨噬細(xì)胞后，顯著提高了ERK1/2、JNK和p38的磷酸化水平;POG可以劑量依賴性抑制LPS刺激后小鼠單核巨噬細(xì)胞內(nèi)IκB的降解，且顯著降低了藥物組細(xì)胞內(nèi)p-IκB的表達(dá)量。POG處理后藥物組細(xì)胞的MAPKs亞型磷酸化水平較陽(yáng)性對(duì)照組明顯降低。這表明POG能夠抑制NF-κB信號(hào)通路的激活，且顯著抑制ERK1/2、JNK、p38的活化，這種抑制作用呈劑量依賴性。前列腺素（PG）是導(dǎo)致患者疼痛的重要因素[19]，環(huán)氧合酶（COX）參與催化PG的合成并起到重要作用，在軀體紊亂的應(yīng)激狀態(tài)下，其異構(gòu)體COX-2介導(dǎo)PG參與調(diào)節(jié)炎癥疼痛。目前，臨床使用的非甾體抗炎藥（NSAIDs）通過(guò)抑制COX來(lái)阻斷PG合成，從而達(dá)到有效緩解疼痛的目的，但對(duì)關(guān)節(jié)軟組織的病理狀態(tài)并無(wú)改善作用，且易引起胃腸道的不良反應(yīng)[20]。WU等[21]通過(guò)將POG作用于弗氏完全佐劑刺激所致炎癥大鼠模型，POG可劑量依賴性升高TNF-α、IL-1β、IL-6抑制因子，從而抑制此類炎癥因子，達(dá)到抗炎的效果;與吲哚美辛治療組比較，POG代謝產(chǎn)生升麻素，下調(diào)脊髓COX-2的表達(dá)，從而降低脊髓PGE2，對(duì)關(guān)節(jié)炎具有抗炎及鎮(zhèn)痛作用，藥效類似吲哚美辛且更有效。

2.2 發(fā)揮抗氧化作用 研究表明，氧化應(yīng)激是直接導(dǎo)致骨細(xì)胞凋亡的原因之一[22]。氧化應(yīng)激導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)滑膜產(chǎn)生炎癥，并且影響膝關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的合成與代謝，最終導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生退行性改變。生理狀態(tài)正常時(shí)，氧自由基能夠及時(shí)被清除，其生成和消除保持動(dòng)態(tài)平衡;但當(dāng)機(jī)體處于病理狀態(tài)，過(guò)量的活性氧（ROS）自由基將作用于軟骨基質(zhì)中Ⅱ型膠原蛋白的氨基酸、脂鏈等，破壞膠原纖維正常的生理結(jié)構(gòu)及功能，引發(fā)軟骨細(xì)胞凋亡，膝關(guān)節(jié)軟骨改變[23-25]。其中與KOA關(guān)系最密切的自由基代謝是ROS的代謝，過(guò)多的ROS對(duì)軟骨細(xì)胞造成破壞，在隨著年齡增長(zhǎng)而造成的軟骨老化過(guò)程中扮演重要角色[26]。研究證實(shí)，POG可降低誘導(dǎo)性一氧化氮合成酶（iNOS）的表達(dá)，抑制ROS和一氧化氮（NO）的產(chǎn)生，達(dá)到抗氧化作用[27]。亦有研究發(fā)現(xiàn)，防風(fēng)提取物可有效降低碘乙酸鈉誘導(dǎo)骨關(guān)節(jié)炎大鼠組織中NO含量[28]，而POG作為防風(fēng)提取物中的重要活性成分，在延緩骨關(guān)節(jié)炎病程中發(fā)揮重要作用[29]。

2.3 抑制MMPs的表達(dá) 蛋白多糖和Ⅱ型膠原是膝關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)的重要成分，具有保持軟骨彈性、潤(rùn)滑關(guān)節(jié)和緩沖內(nèi)外部壓力等作用。MMPs參與KOA病因機(jī)制，因需要以金屬離子作為輔助因子幫助其發(fā)揮活性作用而得名。MMPs發(fā)揮作用時(shí)可降解細(xì)胞外基質(zhì)中的基質(zhì)蛋白，破壞正常組織結(jié)構(gòu)與功能?，F(xiàn)有研究表明，MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13五種蛋白酶能夠?qū)OA的病因造成影響[30]。MMPs能降解細(xì)胞外基質(zhì)中各種起重要作用的蛋白成分，造成關(guān)節(jié)軟骨的破壞。失去關(guān)節(jié)軟骨的保護(hù)后，膝關(guān)節(jié)骨面進(jìn)一步損傷，KOA癥狀加重[31]。李博[32]將一定量的MMP-2分別與不同濃度的防風(fēng)正丁醇層提取物混合，觀察其對(duì)MMP-2的影響，得出防風(fēng)及其包括POG在內(nèi)的4種色原酮單體均不同程度抑制MMPs的活性。另外，POG可通過(guò)調(diào)節(jié)血清中TNF-α的表達(dá)水平以及抑制MAPKs信號(hào)通路的激活來(lái)降低MMPs的分泌和表達(dá)，延緩蛋白多糖和Ⅱ型膠原在細(xì)胞外基質(zhì)中的降解，從而保護(hù)軟骨[13，18，21]。

3 小結(jié)和展望

POG具有抗炎、解熱、鎮(zhèn)痛、抗凝血等多種藥理作用。因其在防風(fēng)色原酮類物質(zhì)中大量存在，提取手段相對(duì)成熟，且整體不良反應(yīng)小，故在用于預(yù)防和治療KOA及其他類似的慢性關(guān)節(jié)炎癥性疾病上具有較高的臨床研究應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。如今，隨著我國(guó)人口步入老齡化，以KOA為主的各種慢性關(guān)節(jié)炎癥發(fā)病率逐年升高;且該類疾病病程長(zhǎng)，預(yù)后差，影響患者正常活動(dòng)功能，降低患者生活質(zhì)量，給家庭及社會(huì)造成負(fù)擔(dān)。故研究POG預(yù)防與治療KOA的作用機(jī)制，以及如何將其應(yīng)用于臨床治療，具有很大的價(jià)值和臨床意義。目前，POG對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)作用尚未明確，對(duì)NF-κB信號(hào)通路和MAPKs信號(hào)通路調(diào)控機(jī)制的研究也尚不明確，有待進(jìn)一步提高。另外，對(duì)于POG的藥理作用研究大多為細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，缺少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，且未見(jiàn)隨機(jī)雙盲大樣本臨床試驗(yàn)。

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收稿日期：2021-07-16;修回日期：2021-08-21