中醫(yī)藥干預(yù)基質(zhì)金屬蛋白酶表達治療膝骨性關(guān)節(jié)炎研究進展

李輝 李寧* 謝興文 李建國 李鼎鵬 柳博 丁聚賢

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000 2.甘肅省第二人民醫(yī)院，甘肅 蘭州 730030 3.西北民族大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730030

膝骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis，KOA)是一種由多因素引起的原發(fā)或繼發(fā)不可逆關(guān)節(jié)退行性疾病，其特征主要是關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨的結(jié)構(gòu)改變，但也包括脂肪墊、滑膜、韌帶和肌肉等的病理變化。年齡、既往膝關(guān)節(jié)損傷、肥胖、關(guān)節(jié)不對齊和不穩(wěn)定導(dǎo)致機械應(yīng)力增加均是KOA發(fā)生的強危險因素[1-2]。據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)估計，美國約有1 400萬人患有膝骨關(guān)節(jié)炎，每位患者的年平均費用總額從1 442美元到21 335美元不等，消耗著大量的醫(yī)療資源和成本[3]。目前公認(rèn)的KOA主要病理改變是關(guān)節(jié)軟骨退行性變，而關(guān)節(jié)軟骨細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的產(chǎn)生與降解失衡是關(guān)節(jié)軟骨退行性變發(fā)生和發(fā)展的關(guān)鍵因素[4]。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對KOA發(fā)病機制的研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)在OA軟骨退變過程中發(fā)揮重要作用，是OA軟骨基質(zhì)降解的關(guān)鍵酶[5-6]?，F(xiàn)階段關(guān)節(jié)內(nèi)注射糖皮質(zhì)激素或口服非甾體抗炎藥(NSAID)治療KOA，僅限于疼痛管理，而從根本上起不到預(yù)防和治療作用[7]。故尋找有效治療手段抑制ECM的降解是防治KOA的關(guān)鍵之一。近年來學(xué)者們運用中醫(yī)藥治療KOA進行了大量探索，發(fā)現(xiàn)中醫(yī)藥能干預(yù)MMPs表達，有效抑制ECM的降解，起到治療KOA的效果。因此，本文就中醫(yī)藥干預(yù)MMPs表達治療KOA的研究進展進行綜述，以期為KOA的診療提供新的潛在思路。

1 細胞外基質(zhì)降解紊亂是KOA重要的病理因素

關(guān)節(jié)軟骨無血管、淋巴和無神經(jīng)組織，軟骨細胞是軟骨組織中唯一的細胞類型。除軟骨細胞外，關(guān)節(jié)軟骨由ECM形成，而ECM由水(70%以上)和Ⅱ型膠原、蛋白聚糖及其他幾種膠原等有機成分組成，在正常的生理環(huán)境下，關(guān)節(jié)軟骨的成分被組織在一個復(fù)雜多孔、可滲透的ECM中，該基質(zhì)提供獨特的流體加壓能力，從而使關(guān)節(jié)具有長期的承重能力，這種顯著的功能歸因于ECM機械性質(zhì)的獨特結(jié)構(gòu)[8]。研究表明，Ⅱ型膠原鏈因含有更高含量的羥基賴氨酸以及葡萄糖基和半乳糖基殘基，介導(dǎo)與蛋白多糖的相互作用，故KOA病理過程中Ⅱ型膠原含量的減少破壞了膠原和蛋白聚糖形成的ECM網(wǎng)絡(luò)的完整性[9-10]。ECM結(jié)構(gòu)和組成的變化逐漸改變了關(guān)節(jié)內(nèi)的生物和機械微環(huán)境，而過度的機械負(fù)荷使合成代謝和分解代謝的數(shù)量不平衡，導(dǎo)致ECM成分的耗竭，并且由于關(guān)節(jié)軟骨再生能力的缺乏，導(dǎo)致不可逆的破壞，從而成為OA最明顯的觸發(fā)原因[9-10]。因此，基質(zhì)合成的改變、基質(zhì)降解蛋白的上調(diào)及機械微環(huán)境的改變通過加速降解ECM，改變軟骨細胞的機械特性，加劇骨關(guān)節(jié)炎軟骨的破壞，進而加速了骨關(guān)節(jié)炎的進展。

2 基質(zhì)金屬蛋白酶與膝骨性關(guān)節(jié)炎

2.1 基質(zhì)金屬蛋白酶

基質(zhì)金屬蛋白酶是鋅依賴性內(nèi)肽酶家族，MMPs具有廣泛的特異性蛋白水解靶點，能夠切割纖維膠原，包括基質(zhì)體(ECM蛋白組的整體組成)的許多成分，也可以靶向降解與ECM無關(guān)的細胞表面分子和細胞外蛋白，從而影響細胞調(diào)控行為[11]。MMPs通常以無活性的前MMP形式分泌，并被各種蛋白酶切割成活性形式。ECM 的降解非常重要，因為它與胚胎發(fā)育和血管生成有關(guān)，還參與細胞修復(fù)和組織重塑。當(dāng)MMPs的表達發(fā)生改變時，它會產(chǎn)生 ECM 的異常降解，在KOA的病理過程中發(fā)揮作用[11]。

2.2 基質(zhì)金屬蛋白酶與KOA

研究表明，正常人滑膜和軟骨組織中MMPs表達低，而KOA患者中MMPs表達較高[12]。近年來，MMPs家族中MMP-1、MMP-3和MMP-13與KOA關(guān)系的一直備受關(guān)注，進行了大量研究[13]。目前有臨床報道應(yīng)用MMPs抑制劑(TIMP-1)治療OA的案例，通過減少MMPs的表達來抑制關(guān)節(jié)軟骨的炎癥和軟骨的降解，從而更好地保護軟骨細胞，改善臨床癥狀和轉(zhuǎn)歸，幫助緩解和治療KOA[14-15]。

MMP-1稱膠原酶-1，由滑膜細胞、軟骨細胞和成骨細胞產(chǎn)生，可使Ⅰ、Ⅱ膠原變形、裂解，介導(dǎo)軟骨破壞[16]。在生理條件下，大多數(shù)正常細胞的MMP-1水平都很低，但在炎癥和自身免疫性疾病中會上調(diào)。Wang等[17]分析MMP-1的蛋白質(zhì)水平在骨關(guān)節(jié)炎易感性中的潛在作用，發(fā)現(xiàn)軟骨組織或滑液中MMP-1的高水平可能與中國人群KOA的發(fā)病有關(guān)，但該結(jié)論應(yīng)該通過更大的樣本量來確認(rèn)。MMP-3是一種分泌型內(nèi)肽酶，可降解Ⅱ型、Ⅵ型和Ⅸ型膠原以及各種彈性蛋白、纖維連接蛋白和層粘連蛋白[18]。雷文淼等[19]的研究表明，MMP-3對關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)中的蛋白多糖具有較高的溶解活性，可破壞膠原和蛋白多糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使軟骨弓結(jié)構(gòu)破壞，軟骨彈性變?nèi)?，易受降解酶作用，最終破壞關(guān)節(jié)軟骨。MMP-13又稱膠原酶-3，是駐留在軟骨中的軟骨細胞的產(chǎn)物，MMP-13最初被認(rèn)為在結(jié)締組織中表達，特別是軟骨和發(fā)育中的骨，而近期研究發(fā)現(xiàn)在KOA軟骨組織中普遍存在MMP-13的過量表達[20]。MMP-13在降解膠原的同時，能降解蛋白聚糖分子aggrecan，從而起到破壞ECM的雙重作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，MMP-13是KOA中表達最多的蛋白酶。MMP-13可以降解許多膠原蛋白，甚至聚集蛋白和其他蛋白，但MMP-13的主要靶蛋白是Ⅱ型膠原，而這是軟骨結(jié)構(gòu)中最常見的膠原類型。并且MMP-13引起軟骨降解及關(guān)節(jié)病變，表現(xiàn)為滑膜增生和滑膜炎，滑膜關(guān)節(jié)內(nèi)彌漫單核細胞浸潤，軟骨潰爛[21]。另外，MMP-13不可逆轉(zhuǎn)地降解軟骨ECM的膠原基質(zhì)，通過激活轉(zhuǎn)錄因子3間接影響MMP-13的表達，在OA進展和炎癥過程中發(fā)揮重要作用[22]。

3 中醫(yī)藥干預(yù)MMPs表達治療KOA

3.1 中藥單體

魯海等[23]以杜仲煎液連續(xù)灌胃KOA模型大鼠4周后發(fā)現(xiàn)，與生理鹽水組相比，用酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測關(guān)節(jié)沖洗液中MMP-1和TIMP-1的水平，實驗組關(guān)節(jié)液中MMP-1水平顯著降低(P<0.05)，提示杜仲可能是通過對MMP-1的調(diào)控達到保護關(guān)節(jié)軟骨和治療KOA的目的。王勝楠[24]研究發(fā)現(xiàn)，杜仲苷通過抑制基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-3、MMP-9、MMP-13產(chǎn)生，從而抑制ECM大分子降解，增強關(guān)節(jié)軟骨抗應(yīng)力能力，并且減少軟骨細胞的凋亡和減緩細胞外基質(zhì)的降解，減少軟骨的破壞，進而治療KOA。陳戟霞[25]以56只KOA模型兔為研究對象，運用骨碎補總黃酮將其灌胃8周，發(fā)現(xiàn)骨碎補總黃酮對KOA模型兔的早、中、晚三期軟骨退變均有明顯的改善作用，機制可能是通過降低IL-1β、MMP-3、MMP-13的表達，從而抑制KOA軟骨細胞的破壞和細胞外基質(zhì)的降解。Zeng等[26]研究發(fā)現(xiàn)，淫羊藿苷對促炎細胞因子IL-1β刺激下MMP-1、MMP-3、MMP-13的表達有更好的抑制作用，推測淫羊藿苷發(fā)揮軟骨保護的作用可能是通過抑制MMPs實現(xiàn)的。其中MMP-1和MMP-3的抑制作用部分是通過抑制p38和ERK信號通路的激活來實現(xiàn)，而通過抑制p38和JNK信號通路的激活來實現(xiàn)對MMP-13的抑制作用。

3.2 中藥復(fù)方

孫亮亮等[27]將補腎活血中藥(杜仲-當(dāng)歸)灌胃給OA模型大鼠，采用ELISA法檢測血清和關(guān)節(jié)滑膜組織中MMP-13的表達，發(fā)現(xiàn)OA大鼠膝關(guān)節(jié)中MMP-13表達較其他對照組別明顯降低，提示其治療OA機制可能是通過降低關(guān)節(jié)軟骨中MMP-13表達水平，進而抑制ECM的降解，起到軟骨修復(fù)作用。張峰等[28]發(fā)現(xiàn)，補腎活血湯干預(yù)KOA大鼠模型2周后，采用ELISA測定關(guān)節(jié)腔內(nèi)MMP-1、TNF-α、IL-1β的濃度狀況較對照組明顯減低，表明其促進病損軟骨的修復(fù)，延緩KOA病變進程是通過改善MMP-1、TNF-α、IL-1β的濃度發(fā)揮的。張晨等[29]研究表明，加味陽和湯可降低KOA病患血清MMP-3、MMP-9水平，從而發(fā)揮保護軟骨基質(zhì)和軟骨細胞的作用，進而治療KOA。李芳等[30]研究表明，痹祺膠囊抑制關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)降解及保護關(guān)節(jié)軟骨的作用是通過降低OA患者血清、關(guān)節(jié)液MMP-3的活性和提高TIMP-1的活性實現(xiàn)的。李寧等[31]發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)鏡關(guān)節(jié)腔清理術(shù)后活血類藥物超聲導(dǎo)入對KOA患者治療效果顯著，能夠明顯降低疼痛感、改善膝關(guān)節(jié)功能，還能夠有效控制關(guān)節(jié)液中IL-17及MMP-1表達。

3.3 針灸及小針刀

劉娣[32]的研究表明，溫針灸可抑制兔膝骨性關(guān)節(jié)炎血清中MMP-1、MMP-13的表達，提示溫針灸可能是通過激活jnk信號通路發(fā)揮治療KOA的作用。盧莎等[33]研究表明，改良青龍擺尾針法和普通針刺均能改善患者MMP-3、MMP-9表達水平，能迅速緩解患者疼痛癥狀，從而更好地改善患者膝關(guān)節(jié)功能活動。梁楚西等[34]研究發(fā)現(xiàn)針刀可影響軟骨力學(xué)環(huán)境治療KOA，通過激活整合素力學(xué)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進細胞外基質(zhì)Col-Ⅱ、Aggrecan蛋白表達，下調(diào)MMP-3蛋白表達水平，抑制軟骨細胞外基質(zhì)的降解，延緩軟骨損傷和關(guān)節(jié)退變程度。朱定鈺[35]探討針刀療法對KOA患者的療效，發(fā)現(xiàn)針刀能降低關(guān)節(jié)滑液中TNF-α、MMP-3、IL-1的含量，進而改善KOA臨床癥狀，是治療KOA的有效方法之一。

3.4 外敷藥膏

范杰[36]的研究表明，跌打通痹膏可通過抑制MMP-1、MMP-3及MMP-13的mRNA表達，減緩COL-Ⅱ降解，從而對關(guān)節(jié)軟骨退變起到積極治療作用。茆軍等[37]研究發(fā)現(xiàn)，對家兔KOA模型進行易層貼敷療法治療，與對照組相比，治療組滑膜中MMP-1、MMP-13表達明顯降低，提示易層貼敷療法可通過降低軟骨基質(zhì)的降解來延緩OA的發(fā)病進程。夏天衛(wèi)[38]以78例KOA患者為研究對象，運用傷科消炎膏治療2周，發(fā)現(xiàn)該藥膏能夠抑制其MMP-1、MMP-3、MMP-13的表達，并揭示其作用機制可能與抑制NF-κB和p38-JNK信號通路相關(guān)。

4 小結(jié)

關(guān)節(jié)軟骨細胞外基質(zhì)降解紊亂在KOA關(guān)節(jié)退變中處于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而MMPs在ECM降解中發(fā)揮重要作用，是OA軟骨基質(zhì)降解的關(guān)鍵酶，故抑制MMPs表達可有效防治KOA。目前的治療如口服NSAIDs類藥物，僅限于疼痛管理，并不針對導(dǎo)致KOA發(fā)病的分子失調(diào)過程，不能有效防止軟骨損傷和關(guān)節(jié)組織破壞，同時由于西藥及手術(shù)產(chǎn)生的治療費用高昂，且治療不良反應(yīng)時有發(fā)生，加之我國老齡化社會加速到來，KOA患病人數(shù)不斷上升，運用價廉效優(yōu)的手段針對性地抑制ECM降解不失為一種可嘗試的治療選擇，對我國社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。中醫(yī)藥作為祖國醫(yī)學(xué)的重要組成部分，具有價格低廉、高效低毒、多靶點及多通路協(xié)調(diào)作用的顯著優(yōu)勢，隨著中醫(yī)藥現(xiàn)代化的發(fā)展，有效成分被充分發(fā)掘，運用中醫(yī)藥治療慢性疾病前景廣闊。

KOA屬于中醫(yī)學(xué)“膝痹”病范疇，大批學(xué)者以中醫(yī)學(xué)理論為指導(dǎo)，積極運用現(xiàn)代化研究手段在動物實驗和臨床研究進行了大量探索，證實中醫(yī)藥可明顯抑制KOA患者MMP-1、MMP-3、MMP-13及相關(guān)炎性因子的表達，減緩ECM降解，進而減少關(guān)節(jié)軟骨的破壞，起到治療KOA的作用。但目前的研究大多以實驗研究為主，缺乏大樣本的臨床研究及循證數(shù)據(jù)，且中藥及復(fù)方的有效成分及針灸針刀的作用機制復(fù)雜，未來應(yīng)在循證醫(yī)學(xué)指導(dǎo)下開展一系列臨床研究，積極利用分子生物學(xué)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等新興技術(shù)，加強中醫(yī)藥作用成分及作用機制研究，為中醫(yī)藥全面治療骨性關(guān)節(jié)炎提供依據(jù)。