中藥單體及復(fù)方干預(yù)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎疼痛相關(guān)信號通路研究進(jìn)展

韓升龍 孔令俊 李萬潭 鄧葉龍 孟漢杰 王植帥

1 甘肅中醫(yī)藥大學(xué),甘肅 蘭州 730000

2 甘肅省中醫(yī)院,甘肅 蘭州 730050

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis, KOA)作為最常見的慢性關(guān)節(jié)疾病[1],是指膝關(guān)節(jié)及其周圍組織異常增生引起的應(yīng)力導(dǎo)致關(guān)節(jié)損傷修復(fù)失敗,伴隨周圍軟骨損傷,進(jìn)而引起關(guān)節(jié)退行性改變[2]。疼痛是KOA最常見和最主要的癥狀,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[3]。長期慢性疼痛使機(jī)體神經(jīng)纖維激活的閾值降低,進(jìn)而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)疼痛機(jī)制在較低的炎癥刺激下被激活。既往研究發(fā)現(xiàn),KOA疼痛的產(chǎn)生主要與膝關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)與軟骨細(xì)胞凋亡有關(guān)[4-5]。在機(jī)體內(nèi),與KOA疼痛相關(guān)的信號通路如神經(jīng)生長因子(nerve growth factor, NGF)/肌鈣蛋白受體激酶A(tropomyosin receptor kinase A, TrkA)信號通路、核因子E2相關(guān)因子2(nuclear transcription factor E2 related factor 2, Nrf2)/血紅素加氧酶-1(heme oxygenase 1, HO-1)信號通路、p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activated protein kinase, p38 MAPK)信號通路、磷酸酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-ki-ases, PI3K)/蛋白質(zhì)激酶B(protein kinase B, Akt)信號通路等均可通過減少炎癥因子釋放、減輕炎癥反應(yīng)、抑制軟骨細(xì)胞凋亡,達(dá)到改善KOA疼痛的作用。目前,臨床上多使用非甾體類消炎鎮(zhèn)痛藥來緩解KOA疼痛[6-8],但其長期服用后會(huì)對人體產(chǎn)生不良作用[9]。KOA屬于中醫(yī)學(xué)“痹癥”、“膝痹”范疇,多由腎虛血瘀導(dǎo)致,治療多以補(bǔ)腎通絡(luò)為主[8]。同時(shí)中藥單體[10-11]、中藥復(fù)方[12]可通過上述相關(guān)信號通路改善KOA疼痛、延緩KOA進(jìn)展[13-14],且因其多通路、多靶點(diǎn)、價(jià)格低廉、不良反應(yīng)小的特點(diǎn)與優(yōu)勢而備受患者青睞[15]。目前,關(guān)于中藥干預(yù)KOA信號通路的研究層出不群。本文通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,旨在對中藥單體與中藥復(fù)方干預(yù)KOA疼痛信號通路研究進(jìn)展做一總結(jié),進(jìn)而為后續(xù)中醫(yī)藥干預(yù)和治療KOA疼痛提供一定的參考和思路。

1 中藥單體與復(fù)方調(diào)控NGF/TrKA信號通路改善KOA疼痛

NGF是一種被稱為神經(jīng)營養(yǎng)素蛋白質(zhì)家族的成員,它調(diào)節(jié)某些神經(jīng)元的發(fā)育和存活,在病理狀態(tài)下NGF介導(dǎo)包括膝骨性關(guān)節(jié)炎的疼痛致敏[16]。TrKA是NGF的功能受體,也是NGF疼痛信號通路的主要靶標(biāo)之一[17]。NGF與TrKA結(jié)合和能激活包括Ras/MAPK、PI3K/Akt、PLCγ等多種信號通路的表達(dá),從而對神經(jīng)元的生長發(fā)育及痛覺產(chǎn)生重要作用[18]。NGF結(jié)合其TrkA受體后通過外周敏化和中樞敏化反應(yīng)來介導(dǎo)痛覺的產(chǎn)生[19]。外周敏化的激活,一方面通過影響背根神經(jīng)節(jié)(DRG)中辣椒素受體(TRPV1)的表達(dá)和激活,觸發(fā)電壓門控鈉通道、緩激肽受體、酸敏感離子通道,使DRG中傷害感受器表面受體產(chǎn)生作用而表達(dá);另一方面則是通過機(jī)體Ca2+內(nèi)流傳導(dǎo)疼痛,調(diào)節(jié)TRPV1過表達(dá)而產(chǎn)生[19]。而中樞敏化的激活,是通過NGF/TrKA 復(fù)合體通路促進(jìn)機(jī)體神經(jīng)末梢釋放降鈣素基因相關(guān)肽(CGRP)、P物質(zhì)(SP)、痛覺肽等,進(jìn)而使它們與中樞神經(jīng)元相關(guān)受體結(jié)合發(fā)揮表達(dá)作用[20]。NGF的缺失會(huì)導(dǎo)致人類先天性痛覺不敏感,TrKA缺失時(shí)不僅對疼痛不敏感,而且還伴有無汗和發(fā)育遲緩[18]。且有研究表明,NGF對膝關(guān)節(jié)痛覺敏感性的誘導(dǎo)對TrKA呈現(xiàn)高依賴性,這也表明NGF/TrKA信號通路能誘導(dǎo)疼痛和痛敏反應(yīng)[21]。因此利用中藥單體及復(fù)方阻斷NGF及其受體后,可使KOA疼痛癥狀減輕。

Ma等[22]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),香草酸(VA)能夠通過抑制促炎因子IL-18、IL-1β與疼痛相關(guān)因子NGF、TrkA、CGRP蛋白表達(dá),減輕KOA大鼠疼痛。李明超[23]在“易層”貼敷改善KOA大鼠外周痛敏的研究發(fā)現(xiàn),“易層”貼敷可下調(diào)KOA大鼠滑膜組織中NGF、TrKA、TRPV1、IL-1β蛋白表達(dá),達(dá)到改善KOA外周痛敏狀態(tài)的目的。冼培鳳等[24]發(fā)現(xiàn)蜂毒注射液可降低KOA大鼠背根神經(jīng)節(jié)中TRPV1和Trk A的表達(dá),產(chǎn)生抗炎鎮(zhèn)痛作用,改善KOA疼痛。另外Li等[25]在針灸緩解OA大鼠痛覺過敏和軟骨變性實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),針灸治療可通過NGF信號通路抑制軟骨和滑膜組織中的MCP1/CCR2軸、下調(diào)炎癥因子IL-4、IL-6,發(fā)揮對痛覺過敏和軟骨變性的保護(hù)作用,這為以后臨床穴位注射中藥制劑治療KOA疼痛提供了新思路與新方法。

2 中藥單體與復(fù)方調(diào)控Nrf2/HO-1信號通路改善KOA疼痛

Nrf2參與HO-1表達(dá),作為其重要的轉(zhuǎn)錄因子,可促進(jìn)HO-1的各種抗氧化、抗炎基因表達(dá)[26]。在嚙齒動(dòng)物疼痛模型中,激活Nrf2信號通路可減輕炎癥性和神經(jīng)性疼痛[27]。同時(shí),HO-1作為Nrf2的下游蛋白,是血紅素降解的限速酶,可促進(jìn)血紅素分解成CO、亞鐵離子和膽汁蛋白,發(fā)揮抗氧化和抗炎作用。Busa等[28]研究證實(shí),Nrf2/HO-1信號通路激活增加了抗氧化酶系統(tǒng)的激活,抗氧化酶水平提高會(huì)抑制促炎細(xì)胞因子如IL-1β和TNF-α的釋放來抑制OA誘導(dǎo)的疼痛和炎癥。同時(shí)既往研究顯示,Nrf2/HO-1和NF-κB信號通路的相互作用共同調(diào)節(jié)KOA炎癥過程[29]。NF-κB信號通路通過IL-1β調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞中的炎癥和分解代謝基因[30],同時(shí)通過IL-1β刺激炎癥反應(yīng),促進(jìn)IkB磷酸化與降解,促進(jìn)P65的易位,而Nrf2/HO-1信號通路的激活通過增加抗氧化調(diào)節(jié)蛋白來抑制P65易位來抑制炎癥[31],最終使KOA疼痛癥狀緩解。這表明Nrf2/HO-1信號通路的激活會(huì)對KOA軟骨細(xì)胞起到保護(hù)作用。所以靶向Nrf2/HO-1信號通路藥物的研制可能成為未來治療KOA疼痛的有效藥物。

Zhan等[32]研究發(fā)現(xiàn),番茄紅素可通過激活Nrf2/HO-1信號通路,逆轉(zhuǎn)IL-1β誘導(dǎo)的NF-κB和STAT3信號通路激活,抑制NF-κB的磷酸化,下調(diào)TNF-α、IL-6水平,達(dá)到減輕KOA大鼠炎癥、緩解疼痛的作用。Liu等[33]研究發(fā)現(xiàn),染料木黃酮可通過靶向人膝關(guān)節(jié)OA軟骨細(xì)胞中的Nrf2/HO-1信號通路途徑來抑制IL-1β誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì)的表達(dá),發(fā)揮抗炎鎮(zhèn)痛的作用。Cai等[34]研究顯示,黃酮提取物7,8-二羥基黃酮可上調(diào)HO-1表達(dá),激活軟骨細(xì)胞Nrf2/HO-1信號通路,顯著降低軟骨降解,起到了防止OA軟骨氧化損傷、緩解疼痛癥狀的作用。Jin等[35]研究發(fā)現(xiàn),檸檬素可激活Nrf2/HO-1/NF-κB信號通路,減少軟骨細(xì)胞IL-1β刺激的軟骨化代謝酶MMP-13、ADAMTS5合成,降低IL-1的水平,緩解OA疼痛癥狀。Lv等[36]研究發(fā)現(xiàn),黃芪桂枝五物湯可促進(jìn)KOA大鼠背根神經(jīng)節(jié)中PI3K、p-Akt、Nrf2和HO-1水平,抑制TLR4、MyD88和NF-κB表達(dá),逆轉(zhuǎn)機(jī)械性異常性疼痛、熱痛覺過敏,保護(hù)神經(jīng)元。肖迪等[37]實(shí)驗(yàn)表明,獨(dú)活寄生湯可下調(diào)NF-κB、Nrf2信號通路,降低IL-1、TNF-α表達(dá),抑制關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng),改善KOA疼痛。Nuong等[38]實(shí)驗(yàn)證實(shí),青蒿鱉甲湯能顯著上調(diào)HO-1基因表達(dá),并提高Nrf2蛋白活化水平,激活Nrf2/HO-1信號通路,發(fā)揮高抗氧化的作用,達(dá)到改善KOA疼痛的目的,這為進(jìn)一步研究中藥組方治療KOA疼痛提供了思路。

3 中藥單體與復(fù)方調(diào)控p38 MAPK信號通路改善KOA疼痛

MAPK是一種廣泛存在于真核細(xì)胞中的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶,其參與細(xì)胞凋亡、增殖、侵襲和分化等多種生物過程。p38 MAPK信號通路是MAPK信號通路家族的成員,它參與細(xì)胞衰老的誘導(dǎo),軟骨細(xì)胞的分化,以及基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases, MMPs)的合成和促炎因子的產(chǎn)生[39]。最近研究報(bào)道,p38 MAPK信號通路在KOA疼痛發(fā)病機(jī)制中起重要調(diào)控作用[40-43]。p38 MAPK通路的活化促進(jìn)了TGF-β1誘導(dǎo)的軟骨分化,而p38通路的抑制可以抑制軟骨分化[42]。Sun等[43]證實(shí),抑制p38 MAPK信號通路可以抑制人OA軟骨細(xì)胞的凋亡和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。KOA患者軟骨細(xì)胞分化凋亡即伴隨疼痛產(chǎn)生,因此中藥制劑改善其疼痛有重要意義。

楊小四等[44]研究發(fā)現(xiàn),丹皮酚可通過抑制KOA大鼠p38 MAPK蛋白表達(dá),減輕KOA大鼠繼發(fā)性關(guān)節(jié)炎癥,發(fā)揮改善KOA疼痛作用。楊博辰等[45]研究證實(shí),紫云英苷能夠下調(diào)KOA大鼠軟骨組織中JNK、p38 MAPK磷酸化蛋白表達(dá),抑制JNK、p38 MAPK信號通路激活,達(dá)到改善KOA疼痛的目的。曾智等[46]研究羅漢果皂苷Ⅵ對KOA大鼠軟骨損傷的影響發(fā)現(xiàn), 羅漢果皂苷Ⅵ可通過抑制p38 MAPK信號通路表達(dá),進(jìn)而抑制軟骨炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡,達(dá)到減輕KOA軟骨損傷、緩解KOA疼痛的作用。謝文鵬[47]研究表明,蒼膝通痹膠囊可通過靶向阻斷p38 MAPK信號通路表達(dá),促進(jìn)退變膝關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的修復(fù),發(fā)揮改善KOA疼痛的作用。趙寧等[48]研究顯示,健脾養(yǎng)血解毒方能顯著降低小鼠皮損組織中p-p38 MAPK蛋白表達(dá)水平,發(fā)揮抵抗炎癥細(xì)胞浸潤的作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),健脾養(yǎng)血解毒方可能通過抑制CD3+T淋巴細(xì)胞、Ly-6G+中性粒細(xì)胞和Ly-6C+單核巨噬細(xì)胞在表皮中的浸潤,減少炎癥因子的大量釋放,降低角質(zhì)形成細(xì)胞過度增殖的誘導(dǎo)因素,從而減輕炎性癥狀。從中醫(yī)理論來講,脾主四肢,軟骨組織從屬于脾,KOA發(fā)病多由氣血虧虛、失于濡養(yǎng)所致,而健脾養(yǎng)血解毒方正有此功用,后或可嘗試用此方治療KOA損傷疼痛,但這需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

4 中藥單體與復(fù)方調(diào)控PI3K/Akt信號通路改善KOA疼痛

PI3K/Akt通路作為一種重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,是痛覺調(diào)控的關(guān)鍵靶點(diǎn),其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疼痛調(diào)節(jié)通路中廣泛表達(dá)[49]。同時(shí),PI3K/Akt通路的表達(dá)對軟骨穩(wěn)態(tài)保護(hù)有重要作用。當(dāng)軟骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡時(shí),膠原蛋白和聚集蛋白聚糖分泌減少,進(jìn)而增加了MMPs和血小板反應(yīng)蛋白基序(A disintegrin and metallopeptidase with thrombospondin motifs, ADAMTS)的去整合素,促進(jìn)了KOA的發(fā)生發(fā)展[50]。而PI3K/AKT信號傳導(dǎo)在與其細(xì)胞表面受體結(jié)合時(shí)會(huì)被IL-1β等細(xì)胞因子激活,同時(shí)IL-1β會(huì)誘導(dǎo)包括ADAMTS和MMPs在內(nèi)的分解代謝的增加,促使膜蛋白PI3K進(jìn)一步誘導(dǎo)AKT的磷酸化,同時(shí)再協(xié)同NF-κB信號傳導(dǎo)發(fā)揮抗軟骨破壞、緩解疼痛的目的[51-52]。根據(jù)大量研究表明,通過抑制PI3K/Akt信號通路可減輕IL-1β介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),達(dá)到改善軟骨破壞、緩解KOA疼痛的作用。

Sun等[53]研究發(fā)現(xiàn),金絲桃苷可抑制PI3K/AKT和NF-κB信號通路的表達(dá),下調(diào)MMPs和ADAMTS5的表達(dá),減弱對IL-1β誘導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)的破壞,發(fā)揮抗骨關(guān)節(jié)炎、抗凋亡、改善KOA疼痛的作用。He等[54]研究證實(shí),當(dāng)歸提取物通過減少ADAMTS和MMP的分泌,而抑制IL-1β介導(dǎo)的PI3K/AKT信號通路激活,進(jìn)而減輕IL-1β介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),改善KOA軟骨破壞,緩解KOA疼痛。Lu等[55]研究發(fā)現(xiàn),紅參提取物麥芽酚可抑制小鼠OA軟骨細(xì)胞中PGE2、NO、TNF-α、IL-6、ADAMTS-5、MMP-13等產(chǎn)生,進(jìn)而顯著抑制IL-1β誘導(dǎo)的PI3K/AKT和NF-κB的磷酸化,阻斷OA軟骨的破壞,發(fā)揮抗炎、改善KOA疼痛的作用。廖建青等[12]研究表明,骨痹合劑能顯著下調(diào)KOA軟骨細(xì)胞中PI3K、mTOR蛋白表達(dá),抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路表達(dá),發(fā)揮減少軟骨細(xì)胞的凋亡、改善KOA疼痛的作用。努爾比亞等[56]研究了中藥松弛膏聯(lián)合跑臺訓(xùn)練對廢用性肌萎縮大鼠PI3K/Akt/mTOR信號通路及炎性反應(yīng)的影響發(fā)現(xiàn),中藥松弛膏聯(lián)合跑臺訓(xùn)練能下調(diào)大鼠組織TNF-α、IL-1水平,抑制肌纖維炎性反應(yīng),緩解炎性疼痛,但對其改善KOA疼痛程度需后續(xù)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

5 小結(jié)與展望

綜上所述,中藥單體與中藥復(fù)方均可通過上述信號通路減少炎癥因子釋放、減輕炎癥反應(yīng)、抑制軟骨細(xì)胞凋亡,達(dá)到延緩KOA進(jìn)展、改善KOA疼痛的作用。KOA屬中醫(yī)“痹癥”、“膝痹”范疇[57],其證型復(fù)雜,在早中期大多采取基礎(chǔ)治療、非藥物治療、藥物治療等保守治療方式,而當(dāng)病情進(jìn)展到中后期時(shí),患者疼痛癥狀明顯加重,保守治療效果較差,嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量,此時(shí)多選用關(guān)節(jié)置換、軟骨移植等手術(shù)治療方式,然而手術(shù)治療費(fèi)用昂貴,往往會(huì)給病人造成巨大的心理壓力,給國家、社會(huì)帶來巨大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

KOA作為一種慢性退行性疾病,是造成老年人疼痛和殘疾的主要原因,其患病率隨著年齡的增長而增加,全球人口老齡化使這種疾病成為一個(gè)不可忽視的問題。目前臨床上尚無解決KOA潛在生物學(xué)原因的藥物。因此,深入研究信號通路在KOA發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制,研發(fā)出能夠有效防治KOA疼痛的藥物應(yīng)是日后研究的重點(diǎn)。但目前有關(guān)中藥干預(yù)KOA疼痛信號通路研究手法單一、研究不透徹,未與新興技術(shù)如蛋白組學(xué)、基因組學(xué)等相結(jié)合,缺乏循證醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)佐證。同時(shí),中醫(yī)藥作為中華民族千年來治療“痹證”、“膝痹”主要手段,具有費(fèi)用低、不良反應(yīng)小、辨證論治用藥后緩解癥狀效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。因此,在日后的研究過程中應(yīng)該更加注重中藥有效成分對KOA發(fā)病潛在機(jī)制的作用,并將中醫(yī)辨證論治及君臣佐使配伍思想融入當(dāng)中,配合現(xiàn)代藥理學(xué)研究,深入挖掘祖國傳統(tǒng)醫(yī)藥寶庫資源,結(jié)合信號通路的表達(dá)研制靶向治療KOA的有效藥物。

中藥單體與復(fù)方調(diào)控KOA疼痛相關(guān)信號通路作用總結(jié)見表1、表2。

表1 中藥單體對KOA疼痛相關(guān)信號通路調(diào)控作用機(jī)制總結(jié)Table 1 Summary of the regulation mechanism of traditional Chinese medicine monomer on pain- related signaling pathways of KOA

表2 中藥復(fù)方對KOA疼痛相關(guān)信號通路調(diào)控作用機(jī)制總結(jié)Table 2 Summary of the regulation mechanism of Chinese herbal compound on pain-related signaling pathways of KOA