基于经典Wnt/β—catein信号通路的中医药干预膝骨关节炎的研究述评

兰维娅 唐芳 马武开 姚血明 卢向阳 周静 陈琳英 李宇

【摘 要】 Wnt信号通路分为经典的Wnt/β-连环蛋白（Wnt/β-catein）通路与非经典信号通路，如调控细胞平面极性的Wnt/PCP（Planar cell polarity）通路、调控细胞内钙信号的Wnt/Ca2+信号通路及Wnt/Rho信号通路。Wnt通路自上世纪被发现以来，已经得到越来越多的重视和关注，特别是Wnt/β-catein信号通路对人体组织器官的作用研究也层出不穷，随着研究的不断细化，其在膝骨关节炎中的研究也取得一定进展，尤其是在采用中医药干预膝骨关节炎的治疗中获得肯定疗效。如果进一步扩大研究，可对相关疾病的治疗、预防及预后起到极其重要的作用，为该领域相关疾病的临床治疗开辟出新的思路，为此，对基于经典Wnt/β-catein信号通路的中医药干预膝骨关节炎的研究进展进行综述。

【关键词】 骨关节炎，膝；Wnt/β-catein信号通路；中医药；综述

膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是目前中老年人最常见的疾病之一[1]，严重影响患者的日常生活质量，不仅给家庭带来巨大的精神负担，也给社会增加财产损失[2]。KOA是以膝关节退行性病理改变为基础的关节疾病[3]，主要表现为膝关节肿胀，运动时出现膝部疼痛，伴滑膜炎、半月板损伤、髌骨软化、膝关节内韧带损伤等，临床主要表现为膝关节红肿痛、皮温增高、坐起立行时膝部酸痛不适，并伴有关节肿胀、弹响、积液等。

中医学认为，KOA属“痹证”“骨痹”“尪痹”“膝痹”等范畴。《张氏医通》记载有“膝痛”：“膝者筋之府，屈伸不能，行则偻附，筋将惫矣。故膝痛无有不因肝肾虚者，虚则风寒湿气袭之。”《圣济总录》记载：“肾脂不长，则髓涸而气不行，骨乃痹而其证内寒也。”病机上，多由正气内虚、肝肾不足为本。慢性劳损致筋脉关节失去濡养，或风湿寒邪内侵影响气血运行，气滞血瘀，留着关节等所致。可见骨痹以正虚为本、本虚标实、虚实夹杂为特点，张璐在《张氏医通·诸痛门》列有：“膝者，筋之府，无有不因肝肾虚者，虚者风寒湿气袭之。”在治疗上，骨痹虚证当补益肝、脾、肾三腑，强筋壮骨为主；实证则治宜散寒除湿、活血化瘀、行气通络[4]。出自《备急千金要方》的经典代表方独活寄生汤治疗KOA取得了良好疗效[5]，并从分子层面的研究中阐释了其作用机制[6]。近年来，随着研究不断深化，已有大量文献研究表明经典Wnt/β-catein信号通路参与KOA的发生和发展，当Wnt信号通路出现异常即可影响其参与调节骨形成和维持骨关节的稳态作用[7-9]。

1 Wnt信号通路的生物学特性

自NUSSE和VARMUS[10]两位科学家在1982年首次发现Wnt基因后，经过长期大量研究获得人Wnt基因定位于12q13染色体中，并在胚胎发育中的器官形成、组织再生以及其他生理过程有着极为重要的影响。参与调控的Wnt基因信号传导系统即为Wnt通路，主要由Wnt蛋白（Wnt配体）、Wnt受体、低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6（LRP5/6）、散乱蛋白（Dsh/Dvl）、核内转录因子T细胞因子/淋巴增强因子（Tcf/Lef）等组成，并根据参与调控的影响力和方式分为经典通路（Wnt/β-catein信号通路）和非经典通路（Wnt/细胞极性PCP通路以及Wnt/Ca2+通路等）[11]。其中Wnt/β-catein经典信号通路组分包括：分泌蛋白Wnt家族、跨膜受体Frizzled家族、酪蛋白激酶1、Dsh/Dvl、糖原合成激酶3β（GSK-3β）、结肠腺瘤性息肉蛋白（APC）、轴蛋白Axin、β-catein，以及转录因子Tcf/Lef家族等相关因子。其参与软骨细胞分化、骨重塑[12-13]。当无信号时，胞质内GSK3β、APC、Axin与β-catenin形成降解复合体，GSK3-β对β-catenin的丝氨酸和苏氨酸残基磷酸化，磷酸化的β-catenin被转导素β-TrCP特异识别后经泛素-蛋白途径降解。当Wnt信号存在时，Wnt与细胞表面受体Fzd和LRP5/6受体结合形成复合体，并激活Dsh，与轴蛋白Axin结合而使降解复合体解体，使得GSK-3β不能对β-catenin磷酸化，游离β-catenin在胞质内聚集；当β-catenin积累到一定程度，从胞质转位至核内，与Tcf/Lef结合，形成转录复合体，刺激Wnt信号下游靶基因周期蛋白D1（Cyclin protein D1）、c-Myc、基质金属蛋白酶（MMPs）家族、骨形态发生蛋白（BMP）等的转录[14-16]。中医药治疗骨关节炎（osteoarthritis，OA）具有良好的疗效，但其具体的分子作用机制至今尚未研究透彻。目前，基于经典的Wnt/β-catein信号通路研究KOA的发病机制及中医药干预作用主要集中在补肾活血的单味中药、复方制剂及含药血清提取物等方面，并取得了一定的成绩。

2 Wnt/β-catein信号通路对KOA的影响

Wnt/β-catein信号通路是调节软骨代谢的重要途径之一，对维持关节完整性有重要影响。研究证实，在KOA患者关节液和血清中的β-catenin表达水平均升高，并与病变程度呈正相关[17]。正常人与OA患者关节软骨组织中β-catenin和TCF-4的表达水平随软骨组织损伤程度的加重而升高[18]，故如何使β-catenin维持在一定水平，以使KOA不发生或进程减缓是目前研究中需攻克的难点。

当Wnt信号通路中的任何组分出现异常时均可导致信号异常活化[19]，并影响人体多细胞生物体轴的分化过程以及器官形成等。KOA的发生及其进展与Wnt/β-catein信号通路的异常有着密切关系，通过成年小鼠实验发现，过度表达β-catein使小鼠关节出现OA样改变，并使软骨细胞中MMP-9、

MMP-13以及BMP-2基因的表达增加，软骨细胞提前退化[20]。李强等[21]用ELISA测定80例OA患者血清中Dickkopf相关蛋白1（DKK-1）水平，发现DKK-1的水平明显低于正常对照组，说明血清中DKK-1水平越低，导致OA的可能性越大。为了证实这一结论，进一步构建兔KOA模型，發现DKK-1组兔膝软组织Mankin评分显著低于模型组。DKK-1作为Wnt信号通路主要抑制蛋白，在骨代谢进程中起着抑制骨形成和促进骨破坏的作用，延缓KOA进展，但其具体作用机制还需要进一步的基础及临床研究。

研究发现，β-catein和COX-2的表达水平在OA关节软骨中均增高，且观察到高水平β-catein通过上调COX-2的表达，继而调控下游OPG-RANKL-RANK信号轴[22]。郝建彬等[23]通过检测不同退变程度软骨组织中β-catein的表达水平，发现其在不同退变炎症程度的软骨组织中表达存在显著差异，且与病变程度相关，王哲彦等[24]的研究结果与此相一致。目前，诸多研究表明，Wnt/β-catein信号通路对KOA的形成和进展均起着关键的作用，通路中配体、受体、转录因子等异常都可促进KOA的形成和发展。

3 中医药通过Wnt/β-catein信号通路调控KOA

目前，Wnt经典信号通路的中医药干预KOA研究热门，主要从中药性能基础上进行相关研究，以下进行分述。

3.1 通过Wnt/β-catein信号通路实验研究中药汤剂、中药血清提取物、中药复方制剂干预KOA 研究发现，Wnt/β-catein信号转导通路调控着MMPs和BMP家族基因的表达水平[25]，如补肾活血药能够通过调控Wnt/β-catein信号通路而降低滑膜细胞MMP-7及β-catein蛋白的表达，从而促进软骨修复，抑制关节软骨退变，并延缓其进程[26]；但研究者指出，补肾活血药是否直接调控Wnt/β-catein信号通路值得进一步研究，这为我们以后的科研进一步提供了思路。李玲慧等[27]发现，右归丸可通过激活经典Wnt信号通路提高成骨细胞分泌功能性蛋白碱性磷酸酶（ALP）的能力，降低成骨细胞GSK-3β的表达水平，效果优于滋肾阴复方左归丸。黄芪苷可提高GSK-3β、β-catein的表达量，通过Wnt/β-catein信号调控大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）的成骨分化，促进BMSCs中成骨分化成熟，从而促使膝骨关节骨质的恢复[28]。对KOA模型实验动物给予透骨消痛胶囊治疗后，与模型对照组比较，透骨消痛胶囊组β-catein和MMP-13表达降低，透骨消痛胶囊对关节软骨的保护作用与Wnt/β-catein信号通路表达呈负相关[29]。ZHOU等[30]发现，中药提取物粉防己碱可通过降低MMPs的表达来抑制Wnt/β-catein信号通路，并起到保护关节软骨的作用。以上诸多动物模型实验的研究结果均显示，中药能够调控Wnt/β-catein信号通路，从而影响KOA的治疗。

3.2 通过Wnt/β-catein信号通路的临床研究干预KOA 中药干预KOA患者的临床试验研究起步较晩，但也取得了一定成绩。唐萌芽等[31]对纳入研究的30例KOA患者采用补肾活血的中药治疗，在规律使用药物12周后，发现Wnt-5a、β-atenin等mRNA表达明显降低。独活寄生汤作为治疗痹证的经典代表方，具有祛风除湿、补益肝肾的功能，在治疗KOA上取得了良好的临床疗效，但其作用机制尚不完全明确。詹宏钢等[6]运用独活寄生汤治疗KOA患者发现，血清Wnt5a和β-catein表达水平与本病的发展呈负相关。独活寄生汤复方或含药血清可能通过介导Wnt/β-catein信号通路，抑制其下游靶基因转录，保护关节软骨，从而缓解KOA症状。此外，补肾活血中药治疗KOA能够促进成骨细胞的分化、增殖，通过调控成骨细胞Wnt/β-catenin通路，缓解KOA进程[32]。目前，基于Wnt信号通路研究中医中药治疗KOA临床试验并不多，这可能成为今后科研工作中的重点，而且对于破骨细胞的深入研究也是目前亟待研究的难点方向。以上研究均表明，Wnt/β-catein信号转导通路作为一种靶向治疗手段，对KOA的进程起到一定的延缓作用。通过中医药调控Wnt/β-catein信號通路组分，如降低MMP-7、MMP-9、MMP-13表达，减少Wnt信号中DDR2受体蛋白的活化，抑制GSK-3β表达，促进BMSCs中成骨细胞分化成熟及维持β-catein蛋白的表达水平，从而抑制关节软骨退变，并延缓其进程。

4 结 语

由于中药成分复杂和作用机制的不明确性以及Wnt/β-catein信号通路作用机制的复杂性，无论是单味中药还是复方制剂或是中药提纯干预KOA的机制尚未完全明确；但通过近年来的研究发现，中医药可对Wnt/β-catein信号通路中的某些组分表达进行调控，这对中医药靶向治疗KOA提供了重要思路。因此，在今后的研究中应从中药成分详细分析并进行结构排列，以中药具体影响Wnt/β-catein信号通路组分及作用靶点为切入点，以获得更为精准的治疗用药，从而促进中医药的进一步发展和应用。

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