牛膝总皂苷在腰椎间盘突出症治疗中的研究进展

张嘉麟，梁锦前，刘宏哲，刘向阳，张明彦，袁龙辉

腰背部酸胀痛是一个困扰人们的常见症状，70%～85%的人均出现过腰背疼痛的情况[1]。而腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation,LDH）是导致腰背部疼痛的常见病因，但多数人对其重视程度不够，往往是在疼痛剧烈难以忍受，或是严重影响日常生活时才选择去医院就诊，常错过了保守治疗的阶段，无奈只能采取手术干预[2]。腰椎间盘突出症是脊柱外科最常见的疾病，主要是由退行性病变、外伤等因素导致，多发生在L4/5、L5/S1节段，患者的腰椎间盘的纤维环破裂，髓核向后方突出，直接或间接压迫刺激神经根或相应节段水平脊髓，从而产生不同程度的根性（疼痛、麻木等）或髓性（间接性跛行等）症状，且复发率高[3]。本文对牛膝总皂苷治疗腰椎间盘突出症方面的研究进行综述，为药物治疗腰椎间盘突出症带来新契机和参考。

1 腰椎间盘突出的治疗方式

临床上对腰椎间盘突出症的治疗主要有手术治疗和保守治疗两种方式，手术治疗包括传统的采用切除部分椎板和关节突，或经椎板间隙切除椎间盘，或经硬脊膜内、外切除椎间盘等，以及现代椎间孔镜技术；保守治疗有口服中西医药物、推拿、小针刀及针灸等[4]。在我国，70%以上的腰椎间盘突出症患者选择保守治疗，但该病并无特异性保守治疗方法，基本上均以改善患者疼痛症状和提高生活质量为目的。保守治疗的药物中，又根据起效时间长短分为以西药（如帕瑞昔布以及塞来昔布等非甾体抗炎药）为代表的快速缓解症状的药物和以中成药为代表的缓慢减轻症状的药物[5]。

2 牛膝的成分及作用

牛膝又名怀牛膝、牛髁膝等，为苋科植物牛膝干燥的根[6]，是许多中成药重要的组成成份。齐墩果酸型三萜皂苷类化合物（皂苷）、甾酮类化合物、多糖类化合物是其主要的化学成分[7]。Mitaine-Offer 等[8]在试验中提炼出两种三萜皂苷，分别为Bidentatoside Ⅱ和Chikusetsusaponin Ⅴ甲酯，被证实为牛膝皂苷中重要的组成部分。进一步研究发现，牛膝总皂苷（achyranthes bidentata saponin,ABS）由牛膝皂苷Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ等多种单体皂苷组成[9]。ABS 是牛膝的重要活性成分，有抗肿瘤转移[10]、保护内皮细胞损伤[11]、抗骨质疏松[12]、抗氧化、抗细胞凋亡、保护关节软骨细胞[13]、抗高血压等作用。Ding等[14]的研究发现，牛膝可以通过相关机制抑制N-甲基-D 天冬氨酸受体（一种与神经系统紊乱性疾病相关受体）的过度刺激，保护其所诱导的细胞凋亡，进而保护神经。

3 ABS在保护软骨细胞方面的研究

目前，对于ABS 的研究多集中在对关节软骨细胞的保护方面，Xu等[15]的研究较为系统地揭示了ABS对小鼠软骨细胞的保护作用及机制，是通过抑制天冬氨酸蛋白水解酶3（caspase-3）的活化，降低p53蛋白磷酸化，抑制促凋亡蛋白Bax 和Bad 的水平，促进抗凋亡蛋白Bcl-xL的表达和增殖细胞核抗原来抑制白介素-1β（interleukin-1β,IL-1β）诱导的软骨细胞凋亡；通过下调基质金属蛋白3（matrix metalloproteinase 3,MMP-3）和9（MMP-9）以及环氧合酶-2（cyclooxygenase-2,COX-2）的表达来减轻IL-1β 诱导的炎症和基质降解；还有通过剂量依赖性抑制细胞核因子-κB（nuclear factor kappa-B,NF-κB）通路上游蛋白α（inhibitor of NF-κB,IκBα）降解，抑制IL-1β经NF-κB通路活化诱导的细胞凋亡，从而达到对软骨细胞的保护。这也是首次揭示ABS在保护关节软骨细胞作用中的分子机制。那莎等[16]对72 只大鼠进行随机对照实验，将吲哚美辛与ABS进行对照，先对大鼠进行关节腔造模，然后处死大鼠，取踝关节及周围软组织进行免疫组化检测IL-1β的表达，发现吲哚美辛组和ABS各剂量组大鼠肿胀关节浸出液中IL-1β均显著降低，揭示ABS 对抗急性痛风性关节炎的作用机制，为其在临床应用提供了实验依据。Chinnasamy 等[17]用瑞士白鼠和Wistar大鼠，在标准控制条件下将实验组分为6组（6只/组），设为对照组、阴性对照组、标准组和牛膝提取物添加组（低、中、高），共4周。实验各组均用0.1 ml 甲醛（2%）注入左后足诱发关节炎，采用血清血红蛋白、红细胞沉降率、足爪体积、关节直径、放射学和组织病理学检查评价，证实牛膝提取物对关节炎中软骨细胞有明显的保护作用。此外，低氧诱导因子1α（hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α）与血管内皮生长因子在关节软骨细胞的生长与分化中起着至关重要的作用[18]。马笃军等[19]证明ABS 能够有效提高软骨细胞活力，降低软骨细胞早晚期凋亡，提高Ⅱ型胶原蛋白表达，促进软骨细胞增殖，并且在进一步研究中揭示了其机制与HIF-1信号通路相关，与提高关节软骨细胞耐缺氧能力相关。ABS在保护软骨细胞方面的机制已经逐渐被发现，同时对于ABS其他方面作用的探索也在不断深入。

4 “类软骨细胞”——髓核细胞

健康的腰椎间盘由三部分组成：①髓核（nucleus pulposus,NPs），是一种胶状核；②纤维环（anulus fibrous,AF），由纤维组织构成的片状外环；③上下椎体的终版软骨（cartilaginous end plate,CEP）。腰椎间盘髓核细胞（nucleus pulposus cells,NPCs）的变化，是腰椎间盘退变发生和发展的重要影响因素[20]。保护好腰椎间盘髓核细胞能够减少腰椎间盘突出症的发病率，同时也能延缓腰椎间盘的进一步突出以及缓解腰椎间盘突出症患者的疼痛。

由于髓核细胞缺乏特征性的标志物，因此难以通过特征性标志物的测定来确定髓核细胞在某种药物的作用下被保护。成熟的髓核细胞被称为“类软骨细胞”，Power 等[21]通过对实体中提取的髓核细胞与软骨细胞相比较，得出CAXⅡ标记见于椎间盘的髓核和退行性组织中，即CAXⅡ可以作为髓核细胞的标志物。Jin等[22]也使用髓核细胞中与软骨细胞中有的Ⅱ型胶原和sox-9标志物作为髓核细胞的鉴定，此外还有CD24 等[23]相同的标志物。ABS 对软骨细胞的保护有十分有效的作用，可以进一步研究牛膝对于“类软骨细胞”——髓核细胞的保护效果。

5 腰椎间盘退变与凋亡、炎症因子及相关通路

一般来说，椎间盘的衰老及退变被认为经历三个阶段[24]：①诱因导致椎间盘的表型发生变化，从而使椎间盘中的髓核细胞与纤维环产生大量的细胞因子与趋化因子；②白细胞浸润退变椎间盘，新生血管与神经进入结构缺陷的椎间盘组织，进一步扩大炎性反应；③炎症因子与神经营养素对神经末梢的敏化和疼痛通道活动的调节。炎症因子贯穿了椎间盘衰老及退变的各个阶段，并且发挥着重要作用，无论是何诱因，椎间盘的退变都与NPCs、AF、T 细胞与中性粒细胞分泌促炎因子的异常有关[20]。TNF-α、IL-1α/β、IL-6、IL-7、前列腺素2（prostaglandin E-2,PGE-2）等炎性因子均与椎间盘的退变有关，其中又以TNF-α和IL-1β 与其联系密切[25]。与正常椎间盘中炎症因子的对比研究发现，退变椎间盘中IL-1β 和TNF-α含量明显升高，而且其含量与椎间盘退变程度呈正相关[26]。

腰椎间盘退变与凋亡的机制通路目前并未完全被揭示，但是腰椎间盘的退变与凋亡和髓核细胞的变化密切相关，从既往的相关研究中可以发现可能存在的通路。TNF-α与IL-1β是影响髓核细胞的重要炎症因子，董振辉等[27]对人髓核细胞凋亡机制的研究证明，TNF-α 可以通过P38MAPK 和P-JNK/SAPK 两条途径诱导人髓核细胞凋亡。Zhu等[28]在对髓核细胞凋亡机制的研究中提出，退变椎间盘组织中TNF-α表达激活Trim14/PPM1A/NF-κB p65，从而增加NF-κB磷酸化水平，增加凋亡基因表达，促进髓核细胞进一步凋亡。Shen 等[29]在IL-1β 对退变的椎间盘髓核细胞的研究中表明，IL-1β 通过其下游信号靶点NF-κB促进人退行性髓核细胞凋亡，且IL-1β能够通过线粒体途径诱导退变的髓核细胞凋亡。Lu 等[30]研究证明，小檗碱对髓核细胞的保护是通过抑制NF-κB 途径阻止IL-1β 诱导髓核细胞的细胞外基质降解和凋亡，从而来保护髓核细胞，减缓椎间盘的退变及凋亡。Du等[26]研究当参和黄芪的成分对髓核细胞的保护作用中证明，miR-223 可选择性通过JAK2/STAT1途径促进髓核细胞的炎症反应，增加IL-6、TNF-α、MMP-3/9 等表达，诱导髓核细胞的凋亡。同时基因研究也穿插在对髓核细胞的保护研究中，Jiang 等[31]对近年来miRNAs、IncRNAs以及circRNAs在腰椎间盘突出中的作用进行总结归纳，系统阐述了通过调控下游靶基因来调控NPCs 和CEP 增殖、衰老、凋亡和细胞外基质降解。众多研究表明，不同的因子可以通过介导炎症因子来影响髓核细胞，炎症因子则可通过不同的通道诱导髓核细胞的凋亡，加速椎间盘的退变，从而导致各种腰椎、颈椎退行性疾病。众所周知，IL-1β 与TNF-α 也被认为是参与关节软骨关节炎发病的代表性细胞因子[32]，Xu 等[15]的研究中证实ABS能够抑制IL-1β所诱导的一系列反应，以保护关节软骨细胞。ABS对髓核细胞是否也像保护关节软骨细胞一样通过NF-κB等通路来保护椎间盘髓核细胞？这是未来研究的方向之一。王新立等[33]对大鼠髓核细胞的研究中证实ABS能够通过SIRT1/自噬信号通路促进细胞外基质的合成，保护椎间盘髓核细胞，并促进髓核细胞的存活。

此外，HIF-1α 是诱导细胞低氧基因以及维持低氧环境中细胞内环境的核心因子之一，髓核细胞也处于低氧环境中，并且研究表明HIF-1α 在椎间盘髓核细胞中表达且呈正相关[34]。国内外许多研究对HIF-1α 在椎间盘髓核细胞功能中的作用进行总结，李旭等[35]提出在一定程度内，HIF-1α浓度的提高可以提高髓核细胞的凋亡程度，以及与线粒体凋亡途径中的相关因子（p53、caspase3等）相关；Bao等[36]证明，在miR-623通过硫氧还蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein,TXNIP）调节氧化应激诱导的髓核细胞的炎症反应中，其表达受HIF-1α 所调控等。上述研究均提出HIF-1α是诊断早期椎间盘变性以及治疗腰椎间盘突出的潜在靶点[37,38]。牛膝已被证明可以通过HIF-1途径保护关节软骨细胞，而同样存在且与HIF-1α 密切相关的髓核细胞，是否也是ABS 保护椎间盘、防治腰椎间盘突出的潜在靶点还有待研究。

6 小结

腰痛是影响个人生活、工作、娱乐等一系列行为的健康问题之一，其产生多与腰椎间盘突出症有密不可分的联系。腰椎间盘突出症的重要原因之一是腰椎退行性病变，与其退变程度相关的因素很多，如工作性质[39]、年龄、基因、肥胖[40]等。药物在针对腰椎间盘突出症的症状治疗中有着不可或缺的地位，中药在其中发挥着越来越重要的作用。目前，对于牛膝治疗骨关节炎及对软骨细胞保护机制方面的研究越来越深入，在含有牛膝的中药方剂治疗腰椎间盘突出症方面也有很大进展。很多研究表明，牛膝在治疗腰椎间盘突出症方面有一定疗效，进一步探索牛膝总皂苷对作为“类软骨细胞”的髓核细胞是否也有保护作用，从而延缓腰椎的退行性病变及减轻腰部疼痛症状，有望为腰椎间盘突出症患者提供新的治疗方案。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突