中藥延緩終板軟骨細(xì)胞退變相關(guān)信號(hào)通路的研究進(jìn)展

王晨宇,陳雙,孫道喜,謝林

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)第三臨床醫(yī)學(xué)院,江蘇 南京 210028;2.江蘇省中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院,江蘇 南京 210028)

椎間盤退變是脊柱退行性疾病的主要病理改變,是導(dǎo)致脊柱失穩(wěn)、椎間盤突出癥及椎管狹窄癥等疾病的重要原因[1-2],也是導(dǎo)致頸肩腰腿痛的重要因素[3]。椎間盤由髓核、纖維環(huán)和終板組成。終板不僅是維持椎間盤穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu),也是椎間盤進(jìn)行物質(zhì)交換的重要媒介。研究表明,終板軟骨細(xì)胞退變導(dǎo)致終板彌散功能障礙是椎間盤退變發(fā)生與發(fā)展的始動(dòng)因素[4-5]。中藥能夠通過多條信號(hào)通路發(fā)揮促進(jìn)終板軟骨細(xì)胞增殖、抑制終板軟骨細(xì)胞凋亡、減少終板軟骨細(xì)胞外基質(zhì)降解的作用,進(jìn)而延緩終板軟骨細(xì)胞退變[6-8]。本文對(duì)中藥延緩終板軟骨細(xì)胞退變相關(guān)信號(hào)通路的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,現(xiàn)總結(jié)報(bào)告如下。

1 中醫(yī)對(duì)椎間盤退變的認(rèn)識(shí)

椎間盤退變屬中醫(yī)學(xué)“腰痛”“痹證”范疇?！端貑枴っ}要精微論篇》云:“腰者,腎之府,轉(zhuǎn)搖不能,腎將憊矣。”該論述明確了腎與腰的密切聯(lián)系。《丹溪心法·腰痛》載有“腰痛主濕熱、腎虛、瘀血、挫閃,有痰積”,指出了濕熱、腎虛、瘀血是腰痛的致病因素?，F(xiàn)代中醫(yī)學(xué)家多認(rèn)為椎間盤退變的病因病機(jī)為肝腎虧虛,加之風(fēng)寒濕痰瘀內(nèi)阻;病位在筋,與肝腎密切相關(guān);證屬本虛標(biāo)實(shí)、氣血虧虛;肝腎二臟虛損為本,風(fēng)寒濕痰瘀為標(biāo)[9-10]。因此,中醫(yī)治療椎間盤退變以補(bǔ)益肝腎為基本治則。

2 中藥延緩終板軟骨細(xì)胞退變的相關(guān)信號(hào)通路

終板是一層薄的透明軟骨,位于椎間盤的上方和下方,是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從椎體毛細(xì)血管到達(dá)椎間盤的主要通路,也是代謝產(chǎn)物排出椎間盤的重要途徑[11]。終板軟骨細(xì)胞是終板內(nèi)唯一的細(xì)胞類型,其退變、凋亡將導(dǎo)致終板鈣化,進(jìn)而阻礙椎間盤的物質(zhì)交換,并最終導(dǎo)致椎間盤退變[12]。終板軟骨細(xì)胞退變進(jìn)程受多條信號(hào)通路調(diào)控,當(dāng)前對(duì)中藥延緩終板軟骨細(xì)胞退變的研究主要圍繞Fas[13-14]、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)[15-16]、Wnt/β-catenin[17-19]、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)[20-22]、印第安刺猬因子(Indian hedgehog,IHH)[23-24]、基質(zhì)細(xì)胞衍生因子(stuomalcell-derived factor,SDF)-1/CXC趨化因子受體(CXC chemokine receptor,CXCR)-4[25]等信號(hào)通路。

2.1 Fas信號(hào)通路Fas是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)受體家族中典型的凋亡受體,Fas配體(Fas ligand,FasL)與Fas在細(xì)胞膜表面結(jié)合,進(jìn)而通過激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶引起細(xì)胞凋亡[26]。Wang等[27]研究發(fā)現(xiàn),椎間盤退變患者終板軟骨細(xì)胞的凋亡率及Fas蛋白表達(dá)量均高于正常人,認(rèn)為終板軟骨細(xì)胞凋亡與Fas信號(hào)通路密切相關(guān)。呂存賢等[13]采用異常應(yīng)力負(fù)荷及椎間失穩(wěn)法建立了兔終板軟骨退變模型,并采用補(bǔ)陽(yáng)還五湯對(duì)模型兔干預(yù),結(jié)果顯示,終板軟骨退變模型兔的終板軟骨組織中Fas、FasL的mRNA表達(dá)量顯著上調(diào),補(bǔ)陽(yáng)還五湯干預(yù)后終板軟骨組織中Fas、FasL的mRNA表達(dá)量顯著下調(diào),提示補(bǔ)陽(yáng)還五湯能夠抑制終板軟骨細(xì)胞凋亡。吳國(guó)華等[14]研究發(fā)現(xiàn),六味地黃丸含藥血清可抑制兔退變椎間盤的終板軟骨細(xì)胞凋亡及細(xì)胞外基質(zhì)分解,且藥物干預(yù)組軟骨終板組織中Fas、FasL的mRNA表達(dá)水平低于模型組,提示六味地黃丸含藥血清可能通過抑制Fas信號(hào)通路延緩終板軟骨細(xì)胞的退變。

2.2 MAPK信號(hào)通路MAPK信號(hào)通路廣泛存在于細(xì)胞中,能夠調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡等;該信號(hào)通路可被物理刺激、炎性細(xì)胞因子等細(xì)胞外刺激或信號(hào)激活;p38MAPK、胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)是目前研究較為深入的MAPK家族成員[28]。Kong等[29]研究發(fā)現(xiàn),靜態(tài)機(jī)械負(fù)荷誘導(dǎo)下的終板軟骨細(xì)胞凋亡過程中c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、ERK1/2和p38MAPK磷酸化水平升高,且JNK、p38MAPK和ERK抑制劑干預(yù)可抑制終板軟骨細(xì)胞的凋亡,提示MAPK信號(hào)通路的激活可引起終板軟骨細(xì)胞的凋亡。柳根哲等[15]研究發(fā)現(xiàn),益氣活血湯含藥血清可促進(jìn)處于高靜水壓下的兔終板軟骨細(xì)胞增殖,抑制p38蛋白的磷酸化,提示益氣活血湯延緩終板軟骨細(xì)胞退變可能與抑制p38MAPK信號(hào)通路有關(guān)。付長(zhǎng)龍等[16]研究發(fā)現(xiàn),狗脊多糖能夠下調(diào)白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β誘導(dǎo)的大鼠椎間盤退變軟骨細(xì)胞中ERK1/2 mRNA與蛋白的表達(dá),提示狗脊多糖可能通過抑制ERK1/2通路延緩終板軟骨細(xì)胞退變。

2.3 Wnt/β-catenin信號(hào)通路Wnt/β-catenin通路是Wnt信號(hào)通路中的經(jīng)典通路,參與細(xì)胞凋亡與壞死的過程。Wnt/β-catenin信號(hào)通路被激活后,β-catenin的降解將受到抑制,細(xì)胞中游離的β-catenin增多;β-catenin與T細(xì)胞因子、淋巴增強(qiáng)因子結(jié)合形成復(fù)合物后進(jìn)入細(xì)胞核,進(jìn)而調(diào)控與細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的表達(dá)[30]。鄭權(quán)等[31]研究發(fā)現(xiàn),退變的終板軟骨細(xì)胞中β-catenin表達(dá)量明顯升高,抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路后,β-catenin的表達(dá)量顯著降低,而終板軟骨細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的表達(dá)升高,提示β-catenin在終板軟骨細(xì)胞退變過程中起重要作用,抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路可延緩終板軟骨細(xì)胞的退變。韓濤等[17]研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)腎活血中藥可抑制兔離體終板軟骨組織中蛋白多糖和Ⅱ型膠原的分解,且中藥干預(yù)組Wnt-3α、β-catenin的mRNA表達(dá)水平低于對(duì)照組。劉伯齡等[18]在探討?yīng)毣罴纳鷾深A(yù)對(duì)大鼠椎間盤軟骨細(xì)胞Wnt/β-catenin信號(hào)通路影響的研究中發(fā)現(xiàn),獨(dú)活寄生湯與Wnt/β-catenin信號(hào)通路抑制劑DDK-1對(duì)大鼠椎間盤終板軟骨細(xì)胞的干預(yù)效果一致。劉志超等[19]研究發(fā)現(xiàn),益氣活血湯含藥血清干預(yù)靜水壓誘導(dǎo)的兔退變終板軟骨細(xì)胞24 h后,軟骨細(xì)胞Wnt4、β-catenin的蛋白表達(dá)量下調(diào)。因此,中藥延緩終板軟骨細(xì)胞退變與抑制Wnt/β-catenin信號(hào)通路密切相關(guān)。

2.4 NF-κB信號(hào)通路NF-κB信號(hào)通路是調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡及炎癥反應(yīng)的重要信號(hào)通路。在靜息狀態(tài)下,NF-κB與核因子-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor-κB,IκB)結(jié)合形成二聚體;當(dāng)受到刺激信號(hào)時(shí),IκB激酶激活I(lǐng)κB,IκB與NF-κB分離,NF-κB進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),促進(jìn)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。高智等[32]研究發(fā)現(xiàn),在自然傳代的大鼠終板軟骨細(xì)胞中加入NF-κB信號(hào)通路抑制劑,可抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-13和SRY相關(guān)高遷移群盒-9的表達(dá),提高Ⅱ型膠原、蛋白聚糖的表達(dá),提示NF-κB信號(hào)通路與終板軟骨細(xì)胞退變有密切聯(lián)系。付美艷等[20]研究發(fā)現(xiàn),青藤堿可顯著降低IL-1β誘導(dǎo)的大鼠退變終板軟骨細(xì)胞中IL-6、TNF-α、MMP-13及血小板反應(yīng)蛋白解整合素金屬肽酶(disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin,ADAMTS)-5的表達(dá),同時(shí)抑制NF-κB及IκB激酶的表達(dá),提示青藤堿可能通過抑制NF-κB信號(hào)通路而發(fā)揮延緩椎間盤終板軟骨細(xì)胞退變的作用。薛凡[21]研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)肝健腰方含藥血清可以增強(qiáng)IL-1β誘導(dǎo)的大鼠退變終板軟骨細(xì)胞的增殖能力,下調(diào)IκB激酶、NF-κB p65的mRNA表達(dá)。王剛良[22]研究發(fā)現(xiàn),石蒜堿能夠抑制IL-1β誘導(dǎo)的大鼠終板軟骨細(xì)胞的NF-κB信號(hào)通路,其作用靶點(diǎn)為IκBα/p50/p65三聚體,進(jìn)而抑制ADAMTS-4、ADAMTS-5、MMP-3和MMP-13表達(dá)上升,延緩終板軟骨細(xì)胞退變。因此,多種中藥單體、復(fù)方均能夠通過抑制NF-κB信號(hào)通路延緩終板軟骨細(xì)胞的退變。

2.5 IHH信號(hào)通路IHH信號(hào)通路與終板軟骨細(xì)胞退變密切相關(guān)。Wang等[33]研究發(fā)現(xiàn),IHH配體與終板軟骨細(xì)胞膜受體Patched-1結(jié)合后,可激活轉(zhuǎn)錄因子Gli-1;Gli-1能夠激活包括刺猬因子相互作用蛋白和Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2等在內(nèi)的IHH信號(hào)通路下游靶基因的轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而激活MMP-13和X型膠原的表達(dá),誘導(dǎo)終板軟骨細(xì)胞的退變。丁慧琴等[23]研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)骨壯筋湯能夠明顯抑制小鼠退變終板軟骨細(xì)胞中IHH及MMP-13的表達(dá),抑制終板軟骨細(xì)胞外基質(zhì)降解,提示補(bǔ)骨壯筋湯可通過抑制IHH信號(hào)通路延緩終板軟骨退變。徐永明等[24]應(yīng)用細(xì)胞應(yīng)力加載系統(tǒng)在體外建立大鼠終板軟骨細(xì)胞退變模型,并采用淫羊藿素干預(yù),結(jié)果顯示淫羊藿素能夠下調(diào)終板軟骨細(xì)胞中IHH mRNA及蛋白的表達(dá),上調(diào)軟骨合成相關(guān)基因的表達(dá),且其效果與IHH信號(hào)通路抑制劑環(huán)巴胺類似,提示淫羊藿素可能通過抑制IHH信號(hào)通路延緩終板軟骨細(xì)胞退變。

2.6 SDF-1/CXCR-4信號(hào)通路SDF-1是CXCR-4目前已知的唯一配體,SDF-1可直接誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡,同時(shí)還能夠提高軟骨細(xì)胞MMP-13的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)降解[34]。抑制SDF-1/CXCR-4信號(hào)通路能夠促進(jìn)終板軟骨細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)形成,抑制細(xì)胞凋亡,在防治終板軟骨細(xì)胞退變中有重要意義[35]。蔣偉等[25]研究發(fā)現(xiàn),桂枝加葛根湯含藥血清可以增加外力刺激誘導(dǎo)的大鼠退變終板軟骨細(xì)胞的活性,降低終板軟骨細(xì)胞凋亡率,并顯著抑制CXCR-4的蛋白表達(dá);且在桂枝加葛根湯+SDF-1α組中,桂枝加葛根湯對(duì)終板軟骨細(xì)胞的改善作用被SDF-1α抑制,提示桂枝加葛根湯可能通過抑制SDF-1/CXCR4信號(hào)通路延緩終板軟骨細(xì)胞退變。

3 小 結(jié)

終板軟骨細(xì)胞退變是椎間盤退變的起始階段,而中醫(yī)藥在椎間盤退變的治療中發(fā)揮了重要作用。中藥能夠通過Fas、MAPK、Wnt/β-catenin、NF-κB、IHH、SDF-1/CXCR-4等多條信號(hào)通路發(fā)揮延緩終板軟骨細(xì)胞退變的作用。目前,針對(duì)中藥延緩終板軟骨細(xì)胞退變的相關(guān)信號(hào)通路的研究仍存在以下不足:①總體研究數(shù)量較少;②目前的研究以體外實(shí)驗(yàn)為主,對(duì)于藥物能否通過體內(nèi)代謝而對(duì)終板軟骨細(xì)胞產(chǎn)生影響的問題,尚待動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床試驗(yàn)進(jìn)一步加以證實(shí);③終板軟骨細(xì)胞退變是由多條信號(hào)通路協(xié)同作用導(dǎo)致的,而目前的研究多針對(duì)某一信號(hào)通路,對(duì)于多條信號(hào)通路之間的相互關(guān)系有待進(jìn)一步發(fā)掘。