牛膝總皂苷在腰椎間盤突出癥治療中的研究進展

張嘉麟，梁錦前，劉宏哲，劉向陽，張明彥，袁龍輝

腰背部酸脹痛是一個困擾人們的常見癥狀，70%～85%的人均出現(xiàn)過腰背疼痛的情況[1]。而腰椎間盤突出癥（lumbar disc herniation,LDH）是導(dǎo)致腰背部疼痛的常見病因，但多數(shù)人對其重視程度不夠，往往是在疼痛劇烈難以忍受，或是嚴重影響日常生活時才選擇去醫(yī)院就診，常錯過了保守治療的階段，無奈只能采取手術(shù)干預(yù)[2]。腰椎間盤突出癥是脊柱外科最常見的疾病，主要是由退行性病變、外傷等因素導(dǎo)致，多發(fā)生在L4/5、L5/S1節(jié)段，患者的腰椎間盤的纖維環(huán)破裂，髓核向后方突出，直接或間接壓迫刺激神經(jīng)根或相應(yīng)節(jié)段水平脊髓，從而產(chǎn)生不同程度的根性（疼痛、麻木等）或髓性（間接性跛行等）癥狀，且復(fù)發(fā)率高[3]。本文對牛膝總皂苷治療腰椎間盤突出癥方面的研究進行綜述，為藥物治療腰椎間盤突出癥帶來新契機和參考。

1 腰椎間盤突出的治療方式

臨床上對腰椎間盤突出癥的治療主要有手術(shù)治療和保守治療兩種方式，手術(shù)治療包括傳統(tǒng)的采用切除部分椎板和關(guān)節(jié)突，或經(jīng)椎板間隙切除椎間盤，或經(jīng)硬脊膜內(nèi)、外切除椎間盤等，以及現(xiàn)代椎間孔鏡技術(shù)；保守治療有口服中西醫(yī)藥物、推拿、小針刀及針灸等[4]。在我國，70%以上的腰椎間盤突出癥患者選擇保守治療，但該病并無特異性保守治療方法，基本上均以改善患者疼痛癥狀和提高生活質(zhì)量為目的。保守治療的藥物中，又根據(jù)起效時間長短分為以西藥（如帕瑞昔布以及塞來昔布等非甾體抗炎藥）為代表的快速緩解癥狀的藥物和以中成藥為代表的緩慢減輕癥狀的藥物[5]。

2 牛膝的成分及作用

牛膝又名懷牛膝、牛髁膝等，為莧科植物牛膝干燥的根[6]，是許多中成藥重要的組成成份。齊墩果酸型三萜皂苷類化合物（皂苷）、甾酮類化合物、多糖類化合物是其主要的化學(xué)成分[7]。Mitaine-Offer 等[8]在試驗中提煉出兩種三萜皂苷，分別為Bidentatoside Ⅱ和Chikusetsusaponin Ⅴ甲酯，被證實為牛膝皂苷中重要的組成部分。進一步研究發(fā)現(xiàn)，牛膝總皂苷（achyranthes bidentata saponin,ABS）由牛膝皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ等多種單體皂苷組成[9]。ABS 是牛膝的重要活性成分，有抗腫瘤轉(zhuǎn)移[10]、保護內(nèi)皮細胞損傷[11]、抗骨質(zhì)疏松[12]、抗氧化、抗細胞凋亡、保護關(guān)節(jié)軟骨細胞[13]、抗高血壓等作用。Ding等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，牛膝可以通過相關(guān)機制抑制N-甲基-D 天冬氨酸受體（一種與神經(jīng)系統(tǒng)紊亂性疾病相關(guān)受體）的過度刺激，保護其所誘導(dǎo)的細胞凋亡，進而保護神經(jīng)。

3 ABS在保護軟骨細胞方面的研究

目前，對于ABS 的研究多集中在對關(guān)節(jié)軟骨細胞的保護方面，Xu等[15]的研究較為系統(tǒng)地揭示了ABS對小鼠軟骨細胞的保護作用及機制，是通過抑制天冬氨酸蛋白水解酶3（caspase-3）的活化，降低p53蛋白磷酸化，抑制促凋亡蛋白Bax 和Bad 的水平，促進抗凋亡蛋白Bcl-xL的表達和增殖細胞核抗原來抑制白介素-1β（interleukin-1β,IL-1β）誘導(dǎo)的軟骨細胞凋亡；通過下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白3（matrix metalloproteinase 3,MMP-3）和9（MMP-9）以及環(huán)氧合酶-2（cyclooxygenase-2,COX-2）的表達來減輕IL-1β 誘導(dǎo)的炎癥和基質(zhì)降解；還有通過劑量依賴性抑制細胞核因子-κB（nuclear factor kappa-B,NF-κB）通路上游蛋白α（inhibitor of NF-κB,IκBα）降解，抑制IL-1β經(jīng)NF-κB通路活化誘導(dǎo)的細胞凋亡，從而達到對軟骨細胞的保護。這也是首次揭示ABS在保護關(guān)節(jié)軟骨細胞作用中的分子機制。那莎等[16]對72 只大鼠進行隨機對照實驗，將吲哚美辛與ABS進行對照，先對大鼠進行關(guān)節(jié)腔造模，然后處死大鼠，取踝關(guān)節(jié)及周圍軟組織進行免疫組化檢測IL-1β的表達，發(fā)現(xiàn)吲哚美辛組和ABS各劑量組大鼠腫脹關(guān)節(jié)浸出液中IL-1β均顯著降低，揭示ABS 對抗急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的作用機制，為其在臨床應(yīng)用提供了實驗依據(jù)。Chinnasamy 等[17]用瑞士白鼠和Wistar大鼠，在標準控制條件下將實驗組分為6組（6只/組），設(shè)為對照組、陰性對照組、標準組和牛膝提取物添加組（低、中、高），共4周。實驗各組均用0.1 ml 甲醛（2%）注入左后足誘發(fā)關(guān)節(jié)炎，采用血清血紅蛋白、紅細胞沉降率、足爪體積、關(guān)節(jié)直徑、放射學(xué)和組織病理學(xué)檢查評價，證實牛膝提取物對關(guān)節(jié)炎中軟骨細胞有明顯的保護作用。此外，低氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α）與血管內(nèi)皮生長因子在關(guān)節(jié)軟骨細胞的生長與分化中起著至關(guān)重要的作用[18]。馬篤軍等[19]證明ABS 能夠有效提高軟骨細胞活力，降低軟骨細胞早晚期凋亡，提高Ⅱ型膠原蛋白表達，促進軟骨細胞增殖，并且在進一步研究中揭示了其機制與HIF-1信號通路相關(guān)，與提高關(guān)節(jié)軟骨細胞耐缺氧能力相關(guān)。ABS在保護軟骨細胞方面的機制已經(jīng)逐漸被發(fā)現(xiàn)，同時對于ABS其他方面作用的探索也在不斷深入。

4 “類軟骨細胞”——髓核細胞

健康的腰椎間盤由三部分組成：①髓核（nucleus pulposus,NPs），是一種膠狀核；②纖維環(huán)（anulus fibrous,AF），由纖維組織構(gòu)成的片狀外環(huán)；③上下椎體的終版軟骨（cartilaginous end plate,CEP）。腰椎間盤髓核細胞（nucleus pulposus cells,NPCs）的變化，是腰椎間盤退變發(fā)生和發(fā)展的重要影響因素[20]。保護好腰椎間盤髓核細胞能夠減少腰椎間盤突出癥的發(fā)病率，同時也能延緩腰椎間盤的進一步突出以及緩解腰椎間盤突出癥患者的疼痛。

由于髓核細胞缺乏特征性的標志物，因此難以通過特征性標志物的測定來確定髓核細胞在某種藥物的作用下被保護。成熟的髓核細胞被稱為“類軟骨細胞”，Power 等[21]通過對實體中提取的髓核細胞與軟骨細胞相比較，得出CAXⅡ標記見于椎間盤的髓核和退行性組織中，即CAXⅡ可以作為髓核細胞的標志物。Jin等[22]也使用髓核細胞中與軟骨細胞中有的Ⅱ型膠原和sox-9標志物作為髓核細胞的鑒定，此外還有CD24 等[23]相同的標志物。ABS 對軟骨細胞的保護有十分有效的作用，可以進一步研究牛膝對于“類軟骨細胞”——髓核細胞的保護效果。

5 腰椎間盤退變與凋亡、炎癥因子及相關(guān)通路

一般來說，椎間盤的衰老及退變被認為經(jīng)歷三個階段[24]：①誘因?qū)е伦甸g盤的表型發(fā)生變化，從而使椎間盤中的髓核細胞與纖維環(huán)產(chǎn)生大量的細胞因子與趨化因子；②白細胞浸潤退變椎間盤，新生血管與神經(jīng)進入結(jié)構(gòu)缺陷的椎間盤組織，進一步擴大炎性反應(yīng)；③炎癥因子與神經(jīng)營養(yǎng)素對神經(jīng)末梢的敏化和疼痛通道活動的調(diào)節(jié)。炎癥因子貫穿了椎間盤衰老及退變的各個階段，并且發(fā)揮著重要作用，無論是何誘因，椎間盤的退變都與NPCs、AF、T 細胞與中性粒細胞分泌促炎因子的異常有關(guān)[20]。TNF-α、IL-1α/β、IL-6、IL-7、前列腺素2（prostaglandin E-2,PGE-2）等炎性因子均與椎間盤的退變有關(guān)，其中又以TNF-α和IL-1β 與其聯(lián)系密切[25]。與正常椎間盤中炎癥因子的對比研究發(fā)現(xiàn)，退變椎間盤中IL-1β 和TNF-α含量明顯升高，而且其含量與椎間盤退變程度呈正相關(guān)[26]。

腰椎間盤退變與凋亡的機制通路目前并未完全被揭示，但是腰椎間盤的退變與凋亡和髓核細胞的變化密切相關(guān)，從既往的相關(guān)研究中可以發(fā)現(xiàn)可能存在的通路。TNF-α與IL-1β是影響髓核細胞的重要炎癥因子，董振輝等[27]對人髓核細胞凋亡機制的研究證明，TNF-α 可以通過P38MAPK 和P-JNK/SAPK 兩條途徑誘導(dǎo)人髓核細胞凋亡。Zhu等[28]在對髓核細胞凋亡機制的研究中提出，退變椎間盤組織中TNF-α表達激活Trim14/PPM1A/NF-κB p65，從而增加NF-κB磷酸化水平，增加凋亡基因表達，促進髓核細胞進一步凋亡。Shen 等[29]在IL-1β 對退變的椎間盤髓核細胞的研究中表明，IL-1β 通過其下游信號靶點NF-κB促進人退行性髓核細胞凋亡，且IL-1β能夠通過線粒體途徑誘導(dǎo)退變的髓核細胞凋亡。Lu 等[30]研究證明，小檗堿對髓核細胞的保護是通過抑制NF-κB 途徑阻止IL-1β 誘導(dǎo)髓核細胞的細胞外基質(zhì)降解和凋亡，從而來保護髓核細胞，減緩椎間盤的退變及凋亡。Du等[26]研究當參和黃芪的成分對髓核細胞的保護作用中證明，miR-223 可選擇性通過JAK2/STAT1途徑促進髓核細胞的炎癥反應(yīng)，增加IL-6、TNF-α、MMP-3/9 等表達，誘導(dǎo)髓核細胞的凋亡。同時基因研究也穿插在對髓核細胞的保護研究中，Jiang 等[31]對近年來miRNAs、IncRNAs以及circRNAs在腰椎間盤突出中的作用進行總結(jié)歸納，系統(tǒng)闡述了通過調(diào)控下游靶基因來調(diào)控NPCs 和CEP 增殖、衰老、凋亡和細胞外基質(zhì)降解。眾多研究表明，不同的因子可以通過介導(dǎo)炎癥因子來影響髓核細胞，炎癥因子則可通過不同的通道誘導(dǎo)髓核細胞的凋亡，加速椎間盤的退變，從而導(dǎo)致各種腰椎、頸椎退行性疾病。眾所周知，IL-1β 與TNF-α 也被認為是參與關(guān)節(jié)軟骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病的代表性細胞因子[32]，Xu 等[15]的研究中證實ABS能夠抑制IL-1β所誘導(dǎo)的一系列反應(yīng)，以保護關(guān)節(jié)軟骨細胞。ABS對髓核細胞是否也像保護關(guān)節(jié)軟骨細胞一樣通過NF-κB等通路來保護椎間盤髓核細胞？這是未來研究的方向之一。王新立等[33]對大鼠髓核細胞的研究中證實ABS能夠通過SIRT1/自噬信號通路促進細胞外基質(zhì)的合成，保護椎間盤髓核細胞，并促進髓核細胞的存活。

此外，HIF-1α 是誘導(dǎo)細胞低氧基因以及維持低氧環(huán)境中細胞內(nèi)環(huán)境的核心因子之一，髓核細胞也處于低氧環(huán)境中，并且研究表明HIF-1α 在椎間盤髓核細胞中表達且呈正相關(guān)[34]。國內(nèi)外許多研究對HIF-1α 在椎間盤髓核細胞功能中的作用進行總結(jié)，李旭等[35]提出在一定程度內(nèi)，HIF-1α濃度的提高可以提高髓核細胞的凋亡程度，以及與線粒體凋亡途徑中的相關(guān)因子（p53、caspase3等）相關(guān)；Bao等[36]證明，在miR-623通過硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein,TXNIP）調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的髓核細胞的炎癥反應(yīng)中，其表達受HIF-1α 所調(diào)控等。上述研究均提出HIF-1α是診斷早期椎間盤變性以及治療腰椎間盤突出的潛在靶點[37,38]。牛膝已被證明可以通過HIF-1途徑保護關(guān)節(jié)軟骨細胞，而同樣存在且與HIF-1α 密切相關(guān)的髓核細胞，是否也是ABS 保護椎間盤、防治腰椎間盤突出的潛在靶點還有待研究。

6 小結(jié)

腰痛是影響個人生活、工作、娛樂等一系列行為的健康問題之一，其產(chǎn)生多與腰椎間盤突出癥有密不可分的聯(lián)系。腰椎間盤突出癥的重要原因之一是腰椎退行性病變，與其退變程度相關(guān)的因素很多，如工作性質(zhì)[39]、年齡、基因、肥胖[40]等。藥物在針對腰椎間盤突出癥的癥狀治療中有著不可或缺的地位，中藥在其中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，對于牛膝治療骨關(guān)節(jié)炎及對軟骨細胞保護機制方面的研究越來越深入，在含有牛膝的中藥方劑治療腰椎間盤突出癥方面也有很大進展。很多研究表明，牛膝在治療腰椎間盤突出癥方面有一定療效，進一步探索牛膝總皂苷對作為“類軟骨細胞”的髓核細胞是否也有保護作用，從而延緩腰椎的退行性病變及減輕腰部疼痛癥狀，有望為腰椎間盤突出癥患者提供新的治療方案。

【利益沖突】所有作者均聲明不存在利益沖突