槲皮素在治疗骨关节炎中作用机制的研究进展*

于维汉 何耀华

（上海交通大学附属第六人民医院运动医学科，上海200233）

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是一种退行性关节疾病，由关节软骨、软骨下骨、滑囊、滑膜、韧带等关节内结构共同发生改变所致，可以引发疼痛和关节僵硬。其主要病理特征包括软骨退变、滑膜炎症和软骨下骨改变等[1]。在全球范围内，OA的发病率约占世界人口的4%～13%，严重影响患者的生活质量，是造成患者残疾的主要原因之一[2]。由于OA在老年人群中发病率更高，未来几十年内其影响将成指数增长[3]。目前指南推荐的药物治疗包括口服止痛药、非甾体抗炎药和关节内注射皮质类固醇。然而，这些治疗只能暂时缓解症状，并具有副作用，如刺激胃肠道和增加心血管疾病的风险等[4]。所以，探索更佳的OA治疗方法一直是骨科领域的研究热点。OA的发病机制尚不明确，一般认为其与促炎性细胞因子增多、炎症相关信号通路激活、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）降解等有关[5-7]。

槲皮素是一种黄酮类化合物，广泛存在于蔬菜和水果中，是一种极好的自由基清除化合物，具有抗氧化应激、抗炎等多种作用，可以降低与氧化应激相关的OA、类风湿性关节炎等慢性疾病的风险[8]。Kanzaki等[9]以口服槲皮素（45 mg/d）并联合补充氨基葡萄糖及软骨素为实验组，膝OA疼痛症状与对照组相比得到明显改善。槲皮素能在体内及体外实验中显著降低巨噬细胞炎性介质的形成，显著减少白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor α，TNF-α）、白细胞介素-6（interleukin-6，IL-6）等细胞因子的表达与分泌[10]，下调基质金属蛋白酶-13（matrix metalloproteinase 13，MMP-13）的表达等[11]，具有治疗OA的潜在药用价值。本文就近年来槲皮素在治疗OA方面的研究进展做一综述。

1 减少促炎性细胞因子形成

细胞因子是在炎症反应中发挥重要作用的蛋白质。大多数细胞因子由活化的淋巴细胞和巨噬细胞产生。OA曾经被认为是典型的非炎性关节病，但随着研究的不断深入，炎症在OA疾病进展中的作用逐渐为人所知，关于促炎性细胞因子在OA中作用的研究不断开展。在OA动物模型和人类模型中，可明显观察到细胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6等的异常升高表达[12-14]。所以减少促炎性细胞因子的表达是治疗OA的一个重要方面。

Britti等[15]联合槲皮素与棕榈酰乙醇酰胺（palmitoylethanolamide，PEA）治疗OA大鼠模型，相比于10 mg/kg槲皮素联合PEA治疗组，20 mg/kg槲皮素联合PEA治疗组的血清中具有更低的TNF-α、IL-1β表达，其活动度、疼痛指数、组织学评分均获得更大的改善，因而认为槲皮素浓度影响促炎性细胞因子的表达。Haleagrahara等[16]在Ⅱ型胶原免疫型关节炎小鼠模型中，单纯槲皮素灌胃（30 mg/kg）相比对照组可显著降低TNF-α、IL-1β、IL-6的表达，提示槲皮素可通过降低TNF-α、IL-1β、IL-6等的表达在治疗OA方面发挥其作用。

2 调控炎症相关信号通路

2.1 抑制核转录因子-κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）通路

NF-κB是一种在炎症、细胞分化、正常细胞和恶性肿瘤细胞的增殖和存活中具有关键作用的转录因子。在OA中，受促炎性细胞因子、趋化因子、压力相关因素和ECM降解产物等的刺激，NF-κB被激活并触发一氧化氮合酶（induced nitric oxide synthase，iNOS）、环氧化酶-2（cyclooxygenase 2，COX-2）等基因的表达，从而使关节结构受到破坏，引起OA的发病和进展[17]。因此，针对性干扰NF-κB信号通路可以为OA治疗提供潜在的治疗方案。

TNF-α、IL-1β作为重要的促炎性细胞因子可激活NF-κB信号通路，NF-κB激活后会进一步促进TNF-α、IL-1β的表达，从而形成正反馈循环[18]。多项研究证明槲皮素可降低TNF-α、IL-1β的表达。在此过程中，NF-κB信号通路的激活将受到抑制。

活性氧（reactive oxygen species，ROS）在激活NF-κB信号通路中起到重要作用。在正常情况下，关节软骨细胞主要通过NADPH氧化酶产生低浓度ROS，进而参与细胞内一系列信号机制。在细胞中，ROS的增加使半胱氨酸氧化，从而降低NF-κB的DNA结合电位，还可触发NF-κB抑制剂IκB的降解，导致NF-κB信号通路的激活[19，20]。

Leyva-López等[21]的研究发现，在脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）诱导的RAW 264.7巨噬细胞炎症模型里，3种含有槲皮素等的墨西哥牛至提取物表现出显著降低ROS水平的能力。Jeong等[22]的研究发现，槲皮素作为桃金娘提取物中的有效成分可以显著抑制iNOS、前列腺素 E-2（prostaglandin E-2，PGE-2）表达，提示NF-κB信号通路的激活受到抑制。Guazelli等[23]的研究表明，槲皮素可抑制由酵母多糖诱导的NF-κB活化。研究将小鼠分为3组：单纯酵母多糖注射组、槲皮素治疗组以及空白对照组。用浓度为10 μg/μl的酵母多糖注射液处理小鼠，每个膝关节内注射10 μl，将其分为单纯酵母多糖注射组和槲皮素治疗组。空白对照组膝关节内注射等量生理盐水。槲皮素治疗组在关节内注射的30 min之前以槲皮素（100 mg/kg）灌胃，单纯酵母多糖注射组以等量生理盐水灌胃。采用酶联免疫吸附法（enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）检测注射后5 h采集的股骨-胫骨关节标本中NF-κB的活化程度（磷酸化）。与空白对照组相比，酵母多糖注射使NF-κB活化程度升高（P＜0.05）。与单纯酵母多糖注射组相比，槲皮素治疗组的NF-κB活化程度显著降低（P＜0.05）。以上诸多研究可以证实，槲皮素可通过降低ROS水平等抑制NF-κB的激活。

2.2 激活核因子相关因子-2（nuclear factor erythroid-2-related factor 2，Nrf-2）/血红素氧化酶 1（heme oxygenase 1，HO-1）通路

Nrf-2是调控细胞氧化应激的关键转录因子。生理状态下，Nrf-2与Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白-1（Kelch-like ECH-associated protein 1，Keap-1）结合于胞质内，形成Keap-1/Nrf-2复合体，处于抑制状态。当细胞受氧化应激刺激后，Nrf-2与Keap-1解离，并转移到细胞核，与抗氧化反应元件（antioxidant response element，ARE）结合，诱导下游如HO-1等抗氧化酶的表达。Nrf-2/HO-1通路在降低ROS水平中发挥着重要作用[24]。

Guazelli等[23]的研究发现，槲皮素可上调Nrf-2与HO-1的mRNA表达水平，通过增强内源性抗氧化能力以对抗由酵母多糖诱导的氧化应激，在由酵母多糖诱导的OA动物模型中发挥其抗炎作用。Borghi等[25]的研究显示，在由二氧化钛诱导的OA模型中，槲皮素可上调Nrf-2与HO-1的mRNA表达，从而起到保护作用。以上研究表明，槲皮素可通过激活Nrf-2/HO-1通路降低ROS水平，从而起到抗炎作用。

3 抑制ECM降解

软骨退变是OA中主要的病理改变之一。健康软骨中的软骨细胞可对其微环境作出反应，以在ECM的合成和分解之间维持平衡。ECM中除水分之外，其主要成分是Ⅱ型胶原和蛋白聚糖。当保持ECM平衡的生理机制失效时，ECM分解，软骨细胞在应激细胞环境中被诱导成氧化状态，最终发生软骨细胞凋亡[26]。ECM合成与分解的失衡有多种原因，主要包括ECM分解酶表达增加，ECM合成受到抑制，以及细胞因子、趋化因子和基质降解产物等促炎性介质的过度产生等[287]。所以通过抑制ECM分解可起到软骨保护作用，进而治疗OA。MMP-13具有优先降解Ⅱ型胶原的能力，被认为是调控ECM分解的关键酶[27]。此外，它还可以降解蛋白多糖、Ⅳ型和Ⅸ型胶原、骨粘连蛋白及软骨基底膜聚糖等细胞外基质成分[29]。Little等[30]的研究发现，在MMP-13基因全敲除的小鼠中，接受建立OA模型的手术后，其软骨仍未发生破坏。而在MMP-13过表达的小鼠中，可表现出自发的软骨降解[31]。

TNF-α和IL-1β在MMP-13转录层面的调控中发挥重要作用。TNF-α的信号调节是通过激活蛋白激酶P38、细胞外调节蛋白激酶1/2（extracellular-regulated kinase 1/2，ERK1/2）、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）以及软骨细胞中的转录因子激活蛋白-1（activator protein 1，AP-1）和NF-κB等实现调节[32]。IL-1β的信号调节过程与其类似。Mandal等[33]的研究发现，由纳米胶囊装载的槲皮素可显著下调肝癌大鼠模型肝脏细胞中MMP-13的表达。Ahmad等[34]研究发现，槲皮素可显著下调MMP-13的mRNA与蛋白在软骨细胞中的表达。Qiu等[35]的研究发现，在OA大鼠模型中，槲皮素可下调由IL-1β介导的MMP-13表达。以上研究表明，槲皮素可下调MMP-13表达从而抑制ECM降解，发挥软骨保护作用。

随着老龄化社会的进程加快，OA作为一种好发于老年人群的疾病，其影响也与日俱增。如何保护关节软骨、延缓OA疾病进展，仍有待进一步探索。

综上，槲皮素可以通过减少促炎性细胞因子的生成、影响炎症相关信号通路、抑制ECM降解等方面保护关节软骨，延缓OA进展。目前，槲皮素的相关研究多为动物实验，仍有待人体临床试验进一步证实。槲皮素的给药方式在研究中多以口服为主，生物利用度较低。今后或可以与组织工程相结合，将药物直接作用于病损部位，提高其生物利用度，为治疗OA提供一种新的治疗方式。