漆黃素治療骨關(guān)節(jié)炎的作用機(jī)制研究進(jìn)展

楊宇航 ，陳嘉明，王世坤 ，張乃金，李遠(yuǎn)棟，王平*

1.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，天津 300193

2.國(guó)家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300193

3.天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 301617

4.University of Manchester,Manchester M13 9PL

骨關(guān)節(jié)炎是一種全球常見炎癥性疾病，以軟骨損傷變性、軟骨下骨骼硬化、關(guān)節(jié)囊攣縮變形等病理改變?yōu)橹饕卣?。近年?lái)骨關(guān)節(jié)炎的全球患病率不斷增高，為社會(huì)帶來(lái)巨大的健康、經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1-2]。我國(guó)骨關(guān)節(jié)炎人群數(shù)量巨大，1 項(xiàng)橫斷面研究顯示，我國(guó)膝骨關(guān)節(jié)炎單病患病率高達(dá)13.7%[3]。1 項(xiàng)研究表明我國(guó)農(nóng)村人群各類骨關(guān)節(jié)炎總患病率約為24.3%[4]，其中3.9%的為重度骨關(guān)節(jié)炎患者[5]。目前臨床治療骨關(guān)節(jié)炎的方法以緩解骨關(guān)節(jié)炎疼痛、抑制炎癥的對(duì)癥治療方案為主，包括口服非甾體類抗炎藥、關(guān)節(jié)內(nèi)注射皮質(zhì)類固醇激素等，關(guān)節(jié)內(nèi)注射間充質(zhì)干細(xì)胞等再生療法也在嘗試。然而這些臨床治療方法都無(wú)法阻止骨關(guān)節(jié)炎的不斷發(fā)展，中遠(yuǎn)期療效欠佳[6-8]。近年來(lái)，天然產(chǎn)物因其顯著的療效、高安全性而被廣泛用于骨關(guān)節(jié)炎的治療中，在多個(gè)國(guó)家被接受作為補(bǔ)充和替代療法。漆黃素廣泛存在于草莓、黃瓜等天然植物中[9]，主要從黃櫨木材中提取[10]。漆黃素屬于黃酮類物質(zhì)，具有多種生理活性作用，既往研究證明漆黃素在抗氧化、抗炎、抗衰老等方面有良好的作用[11]。骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生與關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥環(huán)境、氧梯度紊亂、衰老細(xì)胞積累等因素有著密切的關(guān)系，針對(duì)以上多種致病因素，漆黃素可以通過(guò)不同作用途徑起到阻止骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展的目的。漆黃素可以促進(jìn)衰老細(xì)胞凋亡，抑制血管新生，阻斷軟骨下骨與軟骨的異常串?dāng)_，調(diào)節(jié)炎性因子，保護(hù)軟骨細(xì)胞免受氧化應(yīng)激。本文綜述了漆黃素治療骨關(guān)節(jié)炎的作用機(jī)制，為深入開展漆黃素治療骨關(guān)節(jié)炎的基礎(chǔ)研究以及新型藥物的開發(fā)提供依據(jù)。

1 促進(jìn)衰老細(xì)胞凋亡

研究發(fā)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)組織內(nèi)衰老軟骨細(xì)胞、衰老滑膜細(xì)胞、衰老軟骨干細(xì)胞和衰老骨細(xì)胞數(shù)量會(huì)顯著增加[12-13]。早期觀點(diǎn)認(rèn)為關(guān)節(jié)組織中衰老細(xì)胞積累僅是骨關(guān)節(jié)炎表型之一，直至Jeon團(tuán)隊(duì)將衰老細(xì)胞移植到小鼠膝關(guān)節(jié)后成功誘導(dǎo)了骨關(guān)節(jié)炎的產(chǎn)生，才明確了衰老細(xì)胞與骨關(guān)節(jié)炎的前后關(guān)系[14]。除此之外，Jeon 團(tuán)隊(duì)觀察到前交叉韌帶切斷術(shù)后小鼠關(guān)節(jié)軟骨表層衰老細(xì)胞附著增多，這也證明了衰老細(xì)胞對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生有著促進(jìn)作用[15]。衰老細(xì)胞可以通過(guò)多種途徑抵抗細(xì)胞凋亡，保證個(gè)體長(zhǎng)時(shí)間存活，再通過(guò)旁分泌等方式不斷影響周邊正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為衰老細(xì)胞，積累的衰老細(xì)胞通過(guò)不斷釋放衰老細(xì)胞分泌表型，導(dǎo)致關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨退化、軟骨下骨鈣化、血管新生和痛覺超敏等病理改變[16-18]，從而導(dǎo)致骨關(guān)節(jié)炎程度逐漸加劇。既往研究證明，漆黃素可以靶向激活衰老細(xì)胞的凋亡途徑。Zhang 等[19]發(fā)現(xiàn)漆黃素（10、20、30 μmol/L）可以調(diào)節(jié)PI3K/Akt/NF-κB 促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡，但不會(huì)對(duì)正常細(xì)胞產(chǎn)生毒性，證明了漆黃素具有靶向癌細(xì)胞誘導(dǎo)凋亡的能力。Liu 等[20]發(fā)現(xiàn)漆黃素（20 μmol/L）干預(yù)后的Zmpste24-/-小鼠肌肉中衰老的纖維脂肪祖細(xì)胞數(shù)量明顯減少，肌肉祖細(xì)胞/干細(xì)胞數(shù)量增加，證明了漆黃素對(duì)衰老細(xì)胞具有同樣的靶向誘導(dǎo)凋亡能力。Afroze 等[21]發(fā)現(xiàn)漆黃素（1～70 μmol/L）可以同時(shí)激活外部凋亡途徑和內(nèi)部線粒體途徑，并抑制Bcl-2、Bcl-w等抗凋亡基因表達(dá)，Wang等[22]也證明了漆黃素（30、100 μmol/L）可以破壞線粒體跨膜電位，并抑制Bcl-2 抗凋亡蛋白活性，與此同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)漆黃素可以提高各類半胱天冬酶水平，從而激活細(xì)胞凋亡途徑。除了可以抑制抗凋亡基因表達(dá)，Su 等[23]證明漆黃素（30、40、50、60、70 μmol/L）也可以增加Bak、Bax 等促凋亡蛋白的表達(dá)。Shih 等[24]發(fā)現(xiàn)漆黃素（40 μmol/L）促進(jìn)促凋亡蛋白表達(dá)的同時(shí)也會(huì)持續(xù)促進(jìn)細(xì)胞色素C 的釋放?？傊狳S素可以雙向調(diào)節(jié)衰老細(xì)胞促凋亡基因與抗凋亡基因的表達(dá)，激活外部凋亡途徑和內(nèi)部線粒體途徑，提高各型半胱天冬酶的表達(dá)，從而靶向清除衰老細(xì)胞，減少基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）、白細(xì)胞介素（IL）-6 等分泌表型的釋放，從而達(dá)到阻斷甚至逆轉(zhuǎn)骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)程的目的。

2 抑制血管新生

血管新生是骨關(guān)節(jié)炎的典型病理改變之一，既往研究證明血管新生會(huì)改變滑膜、軟骨和軟骨下骨缺氧環(huán)境，促進(jìn)軟骨變性、加重滑膜炎癥[25-26]。除此之外，血管新生可以通過(guò)促進(jìn)炎癥細(xì)胞的侵襲和局部疼痛受體的生長(zhǎng)，加重關(guān)節(jié)損傷和疼痛[27]。骨關(guān)節(jié)炎的血管新生與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）直接相關(guān)[28]。VEGF 是一種非常特異性的血管生成因子，其在血管的形成和生長(zhǎng)過(guò)程中起著重要作用。既往研究證明漆黃素是血管新生的有效抑制劑[29]。Wang 等[30]通過(guò)對(duì)Y79 細(xì)胞使用100 μg/mL VEGF和0、25、50、100 μmol/L 漆黃素進(jìn)行干預(yù)，證明了漆黃素通過(guò)抑制VEGF/血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體（VEGFR）通路抑制血管新生，并呈現(xiàn)劑量相關(guān)性。Lai 等[31]使用漆黃素（25、50、100 μmol/L）干預(yù)視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細(xì)胞也發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)果，并發(fā)現(xiàn)模擬物OE-VEGF 可以恢復(fù)漆黃素抑制的VEGF/VEGFR 通路，證明漆黃素可能影響的是VEGF 與VEGFR 的結(jié)合過(guò)程。除此之外，Bhat 等[32]證明漆黃素（10～50 μmol/L）可以抑制內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶（eNOS）的表達(dá)，從而抑制了內(nèi)皮細(xì)胞的毛細(xì)管樣管形成過(guò)程?？傊狳S素可以通過(guò)抑制VEGF與VEGFR 受體結(jié)合、eNOS 表達(dá)進(jìn)而抑制內(nèi)皮細(xì)胞的遷移與管樣形成過(guò)程，阻斷血管新生進(jìn)程，達(dá)到治療骨關(guān)節(jié)炎目的。

3 阻斷軟骨下骨與軟骨的異常串?dāng)_

軟骨下骨是指透明軟骨和黏合質(zhì)下方的骨層，可分為軟骨下骨板和軟骨下骨小梁兩部分，它們分別為軟骨提供機(jī)械和營(yíng)養(yǎng)支持，當(dāng)軟骨下骨感受到異常機(jī)械應(yīng)力，會(huì)激活核因子κB 受體活化因子（RANK）/RANK 配體（RANKL）信號(hào)通路誘導(dǎo)破骨細(xì)胞成熟，引發(fā)間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移，并形成異常骨島，破壞軟骨下方的機(jī)械穩(wěn)態(tài)，從而促進(jìn)軟骨的降解，加速骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展[33-34]。除此之外，骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)程中軟骨下骨自下而上的血管新生會(huì)通過(guò)誘導(dǎo)MMP-2、MMP-7 和膜1 型基質(zhì)金屬蛋白酶（MT1-MMP）侵蝕軟骨，從而獲得生長(zhǎng)空間，MMP又會(huì)刺激VEGF 的釋放，加速血管新生，逐漸形成軟骨下骨–血管–軟骨正反饋環(huán)路，進(jìn)一步加速骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)程[35]。因此，阻斷或抑制RANK 與RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞成熟，并且抑制軟骨下骨血管新生，便有可能阻斷軟骨下骨與軟骨異常串?dāng)_，從而減輕骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展進(jìn)程。Kim 等[36]發(fā)現(xiàn)漆黃素（1～10 μmol/L）可以延緩由RANK/RANKL 促進(jìn)的破骨細(xì)胞肌動(dòng)蛋白環(huán)等細(xì)胞骨架形成，從而抑制破骨細(xì)胞成熟。Léotoing 等[37]也證明了漆黃素（5、10 mg/kg，連續(xù)給藥7 d）可以抑制RANKL 誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞前體形成破骨細(xì)胞過(guò)程。除此之外，漆黃素可以通過(guò)多種途徑抑制血管生成。因此，漆黃素通過(guò)抑制破骨細(xì)胞成熟和血管新生兩方面阻斷了軟骨下骨與軟骨的機(jī)械應(yīng)力異常串?dāng)_和軟骨下骨–血管–軟骨正反饋環(huán)路，延緩軟骨被侵蝕進(jìn)程，抑制骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)一步發(fā)展。

4 調(diào)節(jié)炎性因子

炎癥在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制中起到關(guān)鍵作用，多項(xiàng)研究證明骨關(guān)節(jié)炎患者的關(guān)節(jié)組織與滑液中具有多種炎性介質(zhì)，包括IL-1、TNF-β 和NO 等[38-39]。臨床研究表明骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)程中的發(fā)熱、疼痛、關(guān)節(jié)積液等炎癥表現(xiàn)都與滑膜炎密切相關(guān)[40]。影像學(xué)研究和組織病理學(xué)研究也證明，滑膜炎與軟骨降解、關(guān)節(jié)功能下降、影像學(xué)分級(jí)上升密切相關(guān)[41]。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)滑膜炎的出現(xiàn)通常早于骨關(guān)節(jié)炎影像學(xué)特征出現(xiàn)[42]。這些都證明了滑膜的炎性改變?cè)诠顷P(guān)節(jié)炎的發(fā)展過(guò)程中起到了重要的推動(dòng)作用，隨著骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)一步發(fā)展，滑膜中浸潤(rùn)的炎性細(xì)胞會(huì)加速釋放IL-1、IL-6 等細(xì)胞因子，進(jìn)一步促進(jìn)MMP-3、MMP-13 的表達(dá)作用于軟骨細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）[43-44]。受損的軟骨組織會(huì)刺激周圍滑膜產(chǎn)生更多炎性因子，形成不斷加強(qiáng)的滑膜炎–軟骨降解環(huán)路。漆黃素可以通過(guò)影響多個(gè)信號(hào)通路緩解骨關(guān)節(jié)炎炎癥，一方面漆黃素可以通過(guò)抑制NFκB、MAPK 信號(hào)通路表達(dá)抑制IL-6 等促炎細(xì)胞因子和CXCL 家族趨化因子表達(dá)，從而抑制下游包括IL-6/JAK2/STAT3 等信號(hào)通路以及巨噬細(xì)胞募集，從而降低炎性反應(yīng)[45-46]。另一方面漆黃素可以雙向調(diào)節(jié)炎癥小體相關(guān)信號(hào)通路來(lái)抑制其激活，從而降低炎癥反應(yīng)。炎癥小體是一種蛋白質(zhì)復(fù)合體，人體免疫系統(tǒng)的重要組成部分，炎癥反應(yīng)的啟動(dòng)開關(guān)之一，多項(xiàng)研究已經(jīng)證明炎癥小體在骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生、發(fā)展中起到重要作用[47-48]。Huang 等[49]證明漆黃素（10、40 mg/kg，每周給藥3 次，連續(xù)3 周）可以通過(guò)抑制FGFR1/TLR4 信號(hào)通路參與抑制NLRP3 炎癥小體的激活。Pu 等[50]證明漆黃素（5、10、20 mg/kg，術(shù)前0.5 h）也可以通過(guò)上調(diào)GSK3β/AMPK 信號(hào)傳導(dǎo)抑制NLRP3、NLRP7 炎癥小體的激活。總之，漆黃素在治療骨關(guān)節(jié)炎炎癥中體現(xiàn)出多方向、多途徑的特點(diǎn)。Zheng 等[51]在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中均證明了漆黃素對(duì)骨關(guān)節(jié)炎炎癥的治療作用，漆黃素（1、5、10、25、50 μmol/L）處理過(guò)的軟骨細(xì)胞中NO、PGE2、TNF-α、IL-6、COX-2、iNOS、MMPs、ADAMTS-5 均降低，同時(shí)發(fā)現(xiàn)漆黃素（20 mg/kg，連續(xù)給藥8 周）干預(yù)后的骨關(guān)節(jié)炎小鼠表現(xiàn)出較少的軟骨破壞與較低的OARSI 評(píng)分，除此之外，骨關(guān)節(jié)炎小鼠中滑膜炎與軟骨下骨硬化都得到一定程度的緩解。

5 保護(hù)軟骨細(xì)胞免受氧化應(yīng)激

軟骨細(xì)胞中的氧化應(yīng)激會(huì)加速軟骨細(xì)胞死亡或軟骨降解，從而導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)失衡，加快骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)展?；钚匝酰≧OS）的增多是軟骨細(xì)胞氧化還原平衡被破壞的主要原因，研究發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞產(chǎn)生的ROS 包括H2O2、NO 和HNO3等，這些ROS 的增加會(huì)導(dǎo)致超氧化物歧化酶（SOD2）活性降低，軟骨細(xì)胞線粒體功能下降，進(jìn)一步加重骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展[52]。漆黃素一方面可以直接抑制ROS 的生成，降低細(xì)胞氧化應(yīng)激水平，也可以通過(guò)增加谷胱甘肽（GSH）水平，消耗過(guò)多的ROS；另一方面漆黃素可以促進(jìn)線粒體自噬去除功能缺失的線粒體，減少ROS 的生成[53]。除此之外，Li 等[54]、Ding等[55]研究證明漆黃素抑制ROS 生成的能力還有助于抑制NLRP2 炎癥小體的激活和細(xì)胞鐵死亡的激活?？傊狳S素通過(guò)多種途徑減少細(xì)胞內(nèi)ROS 水平，保護(hù)軟骨細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，減緩骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

骨關(guān)節(jié)炎在多種危險(xiǎn)因素共同作用下產(chǎn)生，包括創(chuàng)傷、長(zhǎng)期負(fù)重、關(guān)節(jié)周圍肌群退化和衰老等，出現(xiàn)包括滑膜炎、軟骨下骨硬化、血管新生、軟骨退化等多種關(guān)節(jié)內(nèi)組織改變，各組織改變之間相互促進(jìn)、彼此串?dāng)_，不斷推動(dòng)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生、發(fā)展，因此，骨關(guān)節(jié)炎在臨床中具有遷延難愈、反復(fù)加重的特點(diǎn)。天然產(chǎn)物因其在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中通過(guò)選擇和優(yōu)化得到了更復(fù)雜且豐富的化學(xué)結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)賦予了它們更優(yōu)秀的生物活性，在骨關(guān)節(jié)炎治療中顯示出巨大的潛力。其中漆黃素對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的治療是多靶點(diǎn)、多途徑的，無(wú)論是通過(guò)消除衰老細(xì)胞、減少ROS 等方式降低骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，還是延緩軟骨下骨硬化、關(guān)節(jié)內(nèi)血管新生、滑膜炎性浸潤(rùn)等促進(jìn)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)展的病理改變都具有不錯(cuò)的效果。

漆黃素早期多被用作癌癥治療的補(bǔ)充療法，隨著衰老細(xì)胞、分泌表型致病機(jī)制的提出，同時(shí)由于漆黃素在癌癥治療中表現(xiàn)出優(yōu)秀的靶向誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡能力，因此，漆黃素被納入senolytics 藥物范疇而被廣泛應(yīng)用于多種衰老相關(guān)疾病，包括視神經(jīng)老化、阿茲海默病和骨關(guān)節(jié)炎等。盡管漆黃素治療骨關(guān)節(jié)炎的研究不斷深入，但是仍局限于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，目前為止僅開展了1 項(xiàng)涉及100 名參與者的前瞻性隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)，預(yù)計(jì)于2025 年1 月完成[56]。然而另一款同樣通過(guò)靶向誘導(dǎo)衰老細(xì)胞凋亡的senolytics 藥物UBX0101 治療骨關(guān)節(jié)炎的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)在II 期臨床試驗(yàn)中宣告失敗，這提示除了靶向消除衰老細(xì)胞這個(gè)發(fā)病源頭，還應(yīng)重視骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)內(nèi)既往存在的炎性環(huán)境、氧化應(yīng)激等其他病理改變的影響。因此，具有多途徑、多方向治療特點(diǎn)的漆黃素治療骨關(guān)節(jié)炎大有前途。除此之外，未來(lái)漆黃素治療骨關(guān)節(jié)炎研究還應(yīng)注意完善以下方面：（1）漆黃素抑制破骨細(xì)胞成熟的作用主要應(yīng)用于治療骨質(zhì)疏松癥，對(duì)阻斷軟骨下骨與軟骨異常串?dāng)_的研究數(shù)量較少，且局限于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，今后需要構(gòu)造相關(guān)動(dòng)物模型，更深入地研究漆黃素在軟骨下骨與軟骨串?dāng)_中的具體機(jī)制。（2）漆黃素在抑制血管新生方面展現(xiàn)出了劑量相關(guān)性，但是鮮有量效關(guān)系方面的研究報(bào)道，明確漆黃素在骨關(guān)節(jié)炎不同進(jìn)程中的最優(yōu)劑量，有助于增進(jìn)漆黃素治療效果。（3）由于漆黃素難溶于水，傳統(tǒng)劑型存在生物利用低的特點(diǎn)[57]，但是漆黃素的劑型相關(guān)研究卻鮮有報(bào)道，改進(jìn)漆黃素提取工藝、開發(fā)新的藥物劑型提高溶解性和生物利用程度可使藥物療效最大化。

另外，多種如鐵死亡、銅死亡、雙硫死亡等新型細(xì)胞程序性死亡途徑被發(fā)現(xiàn)，意味著會(huì)有更多的信號(hào)通路被證明與軟骨細(xì)胞死亡有關(guān)，同時(shí)，如何利用衰老細(xì)胞于不同細(xì)胞死亡途徑的死亡風(fēng)險(xiǎn)從而靶向清除衰老細(xì)胞也是值得思考并研究的問題，這些更加證明了漆黃素多靶點(diǎn)、全方位治療骨關(guān)節(jié)炎的科學(xué)性。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突