中藥單體及復(fù)方干預(yù)細(xì)胞因子表達(dá)治療骨關(guān)節(jié)炎研究進(jìn)展

孔令俊 韓升龍 趙軍 鄧葉龍 孟漢杰 李想張金磊

1.甘肅省中醫(yī)院,甘肅 蘭州 730050

2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué),甘肅 蘭州 730000

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)是一種進(jìn)行性關(guān)節(jié)退變疾病,其主要特征是關(guān)節(jié)軟骨的退化和破壞。在全球范圍內(nèi)OA發(fā)病率普遍較高,大約16%的人口最終將受到不同程度OA的影響[1]。OA的發(fā)生發(fā)展通常與軟骨基質(zhì)降解、促炎介質(zhì)的產(chǎn)生、軟骨細(xì)胞凋亡和滑膜中巨噬細(xì)胞的異常活化有關(guān)[1-4]。目前臨床上關(guān)于OA的治療包括手術(shù)和非手術(shù)藥物治療兩種,但特異性非手術(shù)治療的藥物相對較少,當(dāng)下主要以口服非甾體抗炎藥(NSAID)及激素類藥物緩解疼痛為目的[5-6],但這類藥物并不能治療軟骨退化或破壞、促進(jìn)軟骨修復(fù)及延緩OA的進(jìn)展[7]。既往研究證實(shí),炎性細(xì)胞因子[如白細(xì)胞介素1β (IL-1β)、白細(xì)胞介素6 (IL-6)和腫瘤壞死因子-α (TNF-α)]、軟骨外基質(zhì)降解酶類因子[如基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)]、軟骨細(xì)胞修復(fù)和重塑因子[如骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)]和細(xì)胞增殖凋亡因子[如轉(zhuǎn)化生長因子β (TGF-β)]等相關(guān)細(xì)胞因子已被公認(rèn)為是與退行性關(guān)節(jié)病發(fā)病機(jī)制和進(jìn)展有關(guān)的重要細(xì)胞因子[8-9]。而大量研究表明,中藥可通過干預(yù)上述細(xì)胞因子表達(dá)減緩軟骨退化和破壞、促進(jìn)軟骨修復(fù),發(fā)揮治療OA的作用;同時(shí)中藥也具有廉價(jià)高效、副作用少的優(yōu)勢。因此,本文通過對上述細(xì)胞因子干預(yù)OA發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,以期為臨床治療OA提供可能的新思路與參考,為后續(xù)開發(fā)特異性治療OA的中藥制劑提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 轉(zhuǎn)化生長因子β

轉(zhuǎn)化生長因子β (TGF-β)在細(xì)胞的增殖分化及凋亡等多方面發(fā)揮重要作用,具有調(diào)控細(xì)胞分化、促進(jìn)組織再生、調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)等作用[10-11]。生理狀態(tài)下,正常激活的TGF-β是骨吸收和形成平衡的關(guān)鍵影響因子,破骨細(xì)胞在骨吸收過程中生成活性TGF-β,并通過SMAD及Wnt信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)機(jī)體成骨細(xì)胞由骨基質(zhì)移動(dòng)到骨表面,進(jìn)行成骨反應(yīng)[12]。機(jī)械負(fù)荷加重時(shí),TGF-β可被異常激活而處于高表達(dá)狀態(tài),高表達(dá)的TGF-β聚集在骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs),并在骨髓中形成異樣的骨樣胰島[13],并且導(dǎo)致軟骨下骨中血管出現(xiàn)過度充血狀態(tài)。通過藥物抑制過度激活的TGF-β,可預(yù)防軟骨下骨異常血管生成,靶向軟骨下骨改變可減緩關(guān)節(jié)軟骨退變,延緩OA進(jìn)展[14]。因此,在防治OA過程中TGF-β有兩方面作用:一方面適度激活誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞活性,并為其創(chuàng)造有利微環(huán)境助軟骨形成;另一方面過度激活刺激軟骨下骨異常血管生成,加速軟骨破壞。

Ji等[15]在異甘草素對OA小鼠軟骨保護(hù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),異甘草素可通過抑制TGF-β釋放,直接減少RANKL-RANK-TRAF6信號(hào)通路誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成,防止異常骨形成。并可抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)而發(fā)揮抑制軟骨下骨血管生成的作用,使治療后OA小鼠關(guān)節(jié)鈣化軟骨區(qū)厚度明顯減少,這表明異甘草素通過抑制軟骨下骨的骨吸收和血管生成,保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨,延緩OA進(jìn)程。Li等[16]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),青蒿琥酯可通過調(diào)節(jié)RANKL-OPG系統(tǒng)阻斷TGF-β信號(hào)傳導(dǎo),抑制TGF-β釋放,減少早期OA小鼠軟骨下骨血管生成,最終達(dá)到抑制骨吸收和軟骨下骨中血管形成來防治OA。Hu等[17]發(fā)現(xiàn),槲皮素在體外實(shí)驗(yàn)中可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞M2極化,上調(diào)TGF-β表達(dá),為軟骨細(xì)胞創(chuàng)造有利微環(huán)境助軟骨形成。在OA大鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中,其抑制基質(zhì)降解蛋白酶和炎癥介質(zhì)IL-1β表達(dá),可促進(jìn)軟骨合成因子產(chǎn)生,減輕OA大鼠軟骨退化。這提示槲皮素可作為促進(jìn)OA軟骨修復(fù)的潛在藥物。金連峰等[18]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),經(jīng)新止骨增生丸治療后,可增強(qiáng)OA大鼠TGF-β表達(dá),抑制軟骨細(xì)胞異常增生,減輕關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞變性程度,進(jìn)而延緩OA進(jìn)程。

2 基質(zhì)金屬蛋白酶

OA關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的產(chǎn)生和降解是OA關(guān)節(jié)軟骨破壞、關(guān)節(jié)進(jìn)行性退變中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[19],ECM結(jié)構(gòu)和組成的變化改變了關(guān)節(jié)內(nèi)微環(huán)境,同時(shí)過度的機(jī)械負(fù)荷,導(dǎo)致ECM過度消耗,且關(guān)節(jié)軟骨再生能力有限[20],因此造成不可逆的破壞,從而導(dǎo)致OA發(fā)生。而基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)介導(dǎo)ECM降解,是OA患者關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)降解的關(guān)鍵性蛋白酶[21]。研究發(fā)現(xiàn),MMPs在降解膠原的同時(shí)降解蛋白聚糖分子aggrecan,從而破壞ECM[22],故抑制MMPs表達(dá)可有效防治OA[23]。正?；ぜ败浌墙M織中MMPs表達(dá)較低,而在OA患者滑膜和軟骨中MMPs表達(dá)明顯升高。研究證實(shí)中醫(yī)藥可通過抑制OA患者M(jìn)MPs及相關(guān)炎性因子表達(dá),減輕關(guān)節(jié)軟骨的微炎癥,減緩ECM降解,進(jìn)而減少關(guān)節(jié)軟骨的降解破壞,改善其臨床表現(xiàn),防治OA。

Shao等[24]研究發(fā)現(xiàn),七葉皂苷A可抑制IL-6、IL-8、TNF-α、MMP2、MMP3和MMP13等因子表達(dá),抑制IL-1β誘導(dǎo)的炎癥,并通過抑制ECM分解代謝,抑制OA小鼠進(jìn)行性軟骨退化和破骨細(xì)胞生成,從而發(fā)揮改善OA的作用。Jeon等[25]通過研究益智對兔關(guān)節(jié)軟骨外植體軟骨降解的保護(hù)作用發(fā)現(xiàn),益智可抑制MMP-3和MMP-13的上調(diào),并降低IL-1α水平,抑制膠原蛋白降解,減輕ECM,改善關(guān)節(jié)軟骨降解,從而發(fā)揮對OA軟骨的保護(hù)作用。Johnson等[26]研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)紫錐菊治療后OA大鼠MMPs表達(dá)、細(xì)胞因子水平、NF-κB水平和iNOS產(chǎn)生顯著降低,而膠原II表達(dá)增加,并明顯緩解OA大鼠關(guān)節(jié)疼痛,表明其減少了軟骨病理損失,達(dá)到保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨、改善OA的作用。Mu等[27]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí),常山可抑制OA小鼠TGF-β通路下游的SMAD 2/3磷酸化和破骨細(xì)胞生成,減少關(guān)節(jié)軟骨中MMP-13和膠原X(Col X)陽性細(xì)胞數(shù)量,使OA小鼠重新耦合骨重塑,并抑制軟骨下骨中異常血管生成,進(jìn)而防止關(guān)節(jié)軟骨退化和維持軟骨下骨微結(jié)構(gòu),減緩OA進(jìn)展。Wang等[28]研究表明,黃芩苷可通過逆轉(zhuǎn)由IL-1β誘導(dǎo)的MMP9、MMP13上調(diào),并中和ECM分泌的下調(diào),促進(jìn)軟骨細(xì)胞活力和細(xì)胞外基質(zhì)合成,進(jìn)而延緩OA發(fā)生,故黃芩苷是有效治療OA的潛在策略。Fei等[29]在評估木犀草素對IL-1β刺激的大鼠軟骨細(xì)胞和碘乙酸單鈉(MIA)誘導(dǎo)的OA模型的保護(hù)作用時(shí)發(fā)現(xiàn),木犀草素可顯著降低IL-1β誘導(dǎo)的MMP-2、MMP-8、MMP-9和TNF-α的產(chǎn)生以及MMP-1、MMP-3和MMP-13的表達(dá),逆轉(zhuǎn)由IL-1β誘導(dǎo)的膠原蛋白II降解,并增強(qiáng)OA大鼠體內(nèi)膠原蛋白II表達(dá),并有效減少M(fèi)IA誘導(dǎo)的OA大鼠軟骨降解,達(dá)到防止軟骨破壞、防治OA的目的。Xia等[30]研究發(fā)現(xiàn),加味陽和湯可顯著抑制兔MMP-3、MMP-13表達(dá),改善關(guān)節(jié)軟骨的降解,并通過發(fā)揮阻止軟骨細(xì)胞過度凋亡、保持細(xì)胞外基質(zhì)相對完整及關(guān)節(jié)局部抗炎的作用,在體內(nèi)外治療OA方面具有極高療效。

3 腫瘤壞死因子-α

腫瘤壞死因子-α(TNF-α)是由活躍的滑膜細(xì)胞和軟骨細(xì)胞產(chǎn)生的重要炎性細(xì)胞因子之一[31]。TNF-α可誘導(dǎo)膝關(guān)節(jié)中IL-1β、PEG2、COX-2和MMPs的釋放,上調(diào)降解酶包括分解關(guān)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的MMPs來增加軟骨分解代謝,誘導(dǎo)致炎細(xì)胞因子觸發(fā)持續(xù)的炎癥反應(yīng)[8,32]。研究證實(shí),OA患者骨和關(guān)節(jié)細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子TNF-α的表達(dá)水平發(fā)生異常改變[33]。TNF-α的高水平積累導(dǎo)致細(xì)胞中相關(guān)信號(hào)通路激活,誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞過度產(chǎn)生IL-1β、COX-2和MMPs,進(jìn)一步加劇OA[34]。

Wang等[35]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),紅花通過促進(jìn)AMPK磷酸化和SIRT1的表達(dá),抑制TNF-α誘導(dǎo)的NF-κB的激活和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,可恢復(fù)TNF-α誘導(dǎo)的IL-1β和MMP13上調(diào),下調(diào)COL2A1和Acan的表達(dá),同時(shí)恢復(fù)細(xì)胞增殖,從而發(fā)揮保護(hù)軟骨細(xì)胞,抑制炎癥反應(yīng),防治OA的作用。Luo等[36]的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果揭示了松醇作為預(yù)防OA相關(guān)軟骨細(xì)胞衰老和氧化應(yīng)激的安全治療選擇的潛力。松醇通過抑制TNF-α誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞衰老,抑制TNF-α誘導(dǎo)的端粒酶活性增加及p16和p53的表達(dá),并調(diào)控被認(rèn)為是OA關(guān)鍵保護(hù)因素的Nrf2信號(hào)傳導(dǎo)來防治OA。Chen等[37]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),蘆丁可改善AGE介導(dǎo)的體外對人軟骨細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。其通過抑制軟骨細(xì)胞中COX-2和iNOS水平,降低IL-6、TNF-α和PGE-2表達(dá),減少ECM降解;并通過抑制NF-κB/MAPK通路表達(dá),抑制相關(guān)炎癥反應(yīng)和ECM降解,可防止軟骨組織的鈣化,成為治療OA的潛在藥物。Feng等[38]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在MIA誘導(dǎo)的OA模型中,龍牙草可減輕血漿中TNF-α、IL-6和CRP水平,抑制NO和IL-6表達(dá),增加PPAR-γ蛋白磷酸化,下調(diào)TNF-α和MAPKs蛋白表達(dá),預(yù)防OA發(fā)生,是OA治療的潛在藥物。周子齊等[39]研究表明,獨(dú)活寄生湯可通過調(diào)控炎癥相關(guān)因子TNF-α、IL-1、IL-6緩解OA炎癥。其通過上調(diào)BMP mRNA、TGF-β表達(dá),促進(jìn)軟骨細(xì)胞代謝及其增殖分化功能,并調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路來抑制軟骨基質(zhì)中MMPs表達(dá),防止軟骨基質(zhì)被破壞,從多方面防治OA。

4 白細(xì)胞介素-1β和白介素-6

關(guān)節(jié)軟骨組織中特有的軟骨細(xì)胞,是軟骨破壞的關(guān)鍵因素[3]。研究顯示,軟骨細(xì)胞的凋亡在OA發(fā)生發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用[40]。細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì),介導(dǎo)急慢性疾病的炎性損傷。研究表明[41],IL-1β可通過軟骨基質(zhì)作用于軟骨細(xì)胞,經(jīng)TRAF6激活I(lǐng)KK復(fù)合體,釋放NF-κB進(jìn)行核轉(zhuǎn)錄,調(diào)控下游因子的表達(dá),刺激軟骨細(xì)胞及滑膜細(xì)胞產(chǎn)生膠原酶,參與OA的發(fā)生發(fā)展。同樣,促炎因子白介素-6(IL-6)在OA發(fā)病過程中也起著關(guān)鍵作用[42-43]。IL-6過度生成加速OA的發(fā)展進(jìn)程[44]。但與TNF-α及IL-1β刺激軟骨細(xì)胞及滑膜細(xì)胞產(chǎn)生膠原酶不同的是IL-6可增強(qiáng)TNF-α及IL-1β在OA中的作用,并協(xié)同IL-1β抑制軟骨細(xì)胞合成蛋白聚糖,導(dǎo)致軟骨基質(zhì)的缺失,在OA早期即發(fā)揮破壞作用[45-46]。同時(shí),滑膜巨噬細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞分泌的IL-6通過信號(hào)傳導(dǎo)及STAT3、ERK途徑誘導(dǎo)OA患者關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞分解,導(dǎo)致軟骨部鈣化和骨贅形成,使OA形成和發(fā)展加速[47]。

Lee等[48]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),五味子可抑制細(xì)胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α、PGE2和MMPs的表達(dá)水平,并顯著抑制血清和膝關(guān)節(jié)組織中MMP2、MMP9表達(dá)水平,降低MIA誘導(dǎo)的OA模型癥狀,改善關(guān)節(jié)組織中軟骨損傷,緩解OA小鼠炎癥與疼痛,防治OA。Luo等[49]在甘草甜素對大鼠OA軟骨退變及炎癥反應(yīng)的保護(hù)作用研究中發(fā)現(xiàn),甘草甜素可降低OA大鼠膝關(guān)節(jié)機(jī)械性痛閾,緩解雙側(cè)關(guān)節(jié)水腫,降低血清和軟骨中IL-1β、IL-6、TNF-α和iNOS的水平,抑制軟骨基質(zhì)分解和MMPs及II型膠原蛋白的表達(dá)。這表明甘草甜素可通過抑制炎癥信號(hào)通路及軟骨分解代謝發(fā)揮治療OA作用。靳荃[50]研究發(fā)現(xiàn),甘草附子湯合黃芪桂枝五物湯通過抑制NF-κB信號(hào)通路,顯著抑制炎性因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表達(dá),減少軟骨細(xì)胞增殖及軟骨異常小血管生成,減輕OA大鼠關(guān)節(jié)炎性反應(yīng)及關(guān)節(jié)疼痛表現(xiàn),發(fā)揮治療OA的作用。

5 骨形態(tài)發(fā)生蛋白

骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)是一類多功能細(xì)胞因子,參與多種分子級(jí)聯(lián)和信號(hào)通路,可促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化,在軟骨骨重塑中發(fā)揮關(guān)鍵作用。同時(shí),通過調(diào)節(jié)ECM,發(fā)揮保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨、促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的作用[51]。既往研究發(fā)現(xiàn)[9],軟骨下骨BMP相關(guān)蛋白的表達(dá)可幫助關(guān)節(jié)軟骨再生,加快關(guān)節(jié)軟骨破損后軟骨的自我保護(hù)和修復(fù)過程,減少纖維軟骨的形成,改變新生軟骨基質(zhì)的結(jié)構(gòu)。同時(shí),BMP-Smad信號(hào)傳導(dǎo)通路對破骨細(xì)胞分化有重要作用,參與了軟骨修復(fù)、骨重塑的過程[52]。

Sun等[53]研究發(fā)現(xiàn),杜仲多糖可促進(jìn)成骨和軟骨相關(guān)基因BMP-6、Arg-1和TGF-β的表達(dá),抑制炎癥相關(guān)因子IL-6、IL-18和IL-1β的表達(dá),減輕OA軟骨破壞程度,增加軟骨下松質(zhì)骨密度,達(dá)到促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)和軟骨下骨重建、延緩OA發(fā)展的作用。梁桂紅等[54]通過探討川芎嗪對OA大鼠軟骨影響的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),經(jīng)川芎嗪治療的OA大鼠軟骨下骨組織中BMP蛋白表達(dá)明顯增加,可促進(jìn)軟骨修復(fù),保護(hù)關(guān)節(jié)軟骨,防治OA。葉大林等[55]實(shí)驗(yàn)表明,補(bǔ)腎活血方可通過提高BMP及Smad-1表達(dá),調(diào)整紊亂的軟骨代謝,促進(jìn)OA軟骨下骨骨重塑穩(wěn)態(tài),發(fā)揮促進(jìn)OA大鼠軟骨修復(fù)的作用,從而起到防治OA、緩解關(guān)節(jié)疼痛的效果。

6 總結(jié)與展望

綜上,當(dāng)前世界范圍內(nèi)OA的發(fā)病率較高,對人民生命健康危害較大。目前臨床使用的NSAID及激素類藥物并不能夠針對OA發(fā)病過程中相關(guān)細(xì)胞因子紊亂發(fā)揮作用,且對軟骨損傷及關(guān)節(jié)破壞治療效果不明顯。同時(shí),由于西藥及手術(shù)治療產(chǎn)生的費(fèi)用高昂,且治療時(shí)的不良反應(yīng)時(shí)有發(fā)生。隨著OA患病人數(shù)不斷上升,探索運(yùn)用價(jià)廉效優(yōu)、副作用小的治療方式干預(yù)OA相關(guān)細(xì)胞因子及蛋白表達(dá),以促進(jìn)OA患者關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)再生、緩解OA關(guān)節(jié)疼痛是一種具有極高價(jià)值的治療選擇,對緩解OA患者心理及經(jīng)濟(jì)壓力具有一定的意義。中藥作為祖國醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵構(gòu)成部分,具有價(jià)廉、效優(yōu)、多靶點(diǎn)及多通路協(xié)調(diào)作用的巨大優(yōu)勢。伴隨中醫(yī)藥現(xiàn)代化的蓬勃發(fā)展,中藥有效成分治療相關(guān)疾病效果被世界充分認(rèn)可,運(yùn)用中藥治療OA疾病在全世界范圍內(nèi)有著廣闊前景。然而當(dāng)下中藥干預(yù)OA的相關(guān)研究多以細(xì)胞、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)為主,缺乏大樣本、長周期的臨床觀察及相關(guān)循證研究數(shù)據(jù),且中藥單體及復(fù)方有效成分作用機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜,故而在未來應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)在循證醫(yī)學(xué)指導(dǎo)下進(jìn)行相關(guān)臨床觀察研究,并充分利用分子生物學(xué)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等新興技術(shù),進(jìn)一步揭示OA與相關(guān)細(xì)胞因子及當(dāng)前各研究熱點(diǎn)的關(guān)系,加強(qiáng)中藥有效成分及復(fù)方對OA全面的作用機(jī)制研究,為中藥有效防治OA提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ),同時(shí)揭示下一步研究方向。