基于自噬信号通路探讨中药活性成分干预类风湿关节炎的研究进展※

陈家涟,朱田田,杨东宇,赵中亭

(甘肃中医药大学,甘肃 兰州 730000)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)以滑膜炎、骨侵蚀和血管翳生成为病理特征,可造成严重关节功能障碍甚至发生残疾的免疫性疾病[1]。目前,RA的发病机制尚未完全明确,但近年来研究表明自噬与RA疾病进展有关,自噬在RA滑膜炎症、血管翳的形成、骨吸收和骨破坏等方面起着重要作用[2]。自噬发生于RA滑膜组织内层,发挥着双重作用,其中成纤维滑膜细胞(FLS)是炎症传播和关节损伤的关键效应细胞,会产生类似肿瘤样的增殖和促炎介质[3]。目前,RA以药物治疗为主,包括非甾体抗炎药、生物制剂、糖皮质激素、免疫抑制剂等,由于服用周期长,费用高,常伴有胃肠道出血、肝肾毒性、心脑血管疾病等不良反应[4],影响其临床应用。近年来,中药因其疗效及安全性而不断被研究和使用[5]。因此,本文对中药活性成分通过自噬相关信号通路干预RA的文献进行综述,为中药活性成分作为临床抗RA药物的研究方向提供依据和思路。

1 磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)/雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路

自噬通过溶酶体降解途径清除入侵的微生物,如病毒、细菌等[6],主要是经哺乳动物m TOR和PI3K信号通路调控完成。PI3K/Akt/m TOR信号通路可被生长因子、营养物质和能量触发,负向调节自噬,在细胞生长和增殖中起到关键作用[7]。

黄芪多糖(APS)是黄芪的主要活性物之一,研究证明其对抗佐剂诱导关节炎(AA)具有免疫调节[8]、改善关节症状的作用[9]。而MENG Q L等[9]研究APS对体外培养成纤维滑膜细胞(FLS)的作用,结果表明APS呈剂量依赖性地抑制细胞增殖,诱导凋亡,提示APS可能通过PI3K/Akt/m TOR调节自噬,通过增加促凋亡蛋白Bax的表达量,减少抗凋亡Bcl-2的表达量,同时增加FLS中Caspase-3活性,从而减缓RA的病理进展。另外,姜科和天南星科植物根部的提取物姜黄素已被报道对RA有防御和治疗作用[10],姜黄素还可减轻胶原诱导性关节炎(CIA)大鼠的滑膜增生,与姜黄素通过m TOR通路抑制FLS增生及降低白细胞介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、基质金属蛋白酶-1(MMP-1)等促炎细胞因子水平相关[11]。DENG H M等[12]报道表明瑞香素(DAP)呈剂量依赖性抑制CIA诱导的RA大鼠FLS增殖并诱导细胞凋亡,加速G1/G0期,抑制S期,可降低TNF-α诱导的FLS中磷酸化(P)-Akt、p-m TOR及自噬相关蛋白Atg5、Beclin-1和LC3-Ⅱ/Ⅰ的表达。总之,DAP通过下调PI3K/Akt/m TOR信号通路抑制FLS的增殖,抑制自噬从而诱导细胞凋亡,笔者认为可能是DAP治疗RA的潜在机制。

2 Janus激酶/信号转导和转录激活子(JAK/STAT)信号通路

JAK/STAT途径是一种进化上保守的信号通路,STAT有7个家族成员,其中STAT1和STAT3是主要的激活因子[13],RA患者FLS中的STAT1蛋白水平显著高于骨关节炎(OA)患者[14],且STAT3能促进FLS凋亡[15],但在RA病程中随着p-STAT3不断增加,反而抑制FLS凋亡,加重炎症[16]。该途径已被认为在RA疾病的发病机制中起着关键作用[17]。

杨琳等[16]对AA大鼠采用治疗痹病的常用中药秦艽的秦艽醇提物进行研究,结果表明该成分可降低IL-6与TNF-α的表达量,增加IL-10的表达量,同时秦艽醇提物能抑制p-JAK2的表达量,其中10 g/(kg·d)高剂量组可抑制p-STAT3的相对表达,提示秦艽醇提物对AA模型大鼠有抗炎效果,通过调控JAK2/STAT3通路发挥对FLS的抑制增殖及诱导凋亡的作用。雷公藤可降低炎症因子水平,调节免疫细胞等作用[18]。雷公藤甲素(TP)是雷公藤主要有效活性物之一[19]。樊丹平[20]实验研究证明在CIA大鼠中采用TP干预能降低促炎细胞因子TNF-α、IL-1β及IL-6水平,抑制p-JAK2和p-STAT3,表明TP可以通过调节TREM-1-JAK/STAT3信号通路发挥治疗作用。莪术醇是中药莪术的挥发油中重要的衍生物之一。WANG H等[21]发现莪术醇可以抑制血小板衍化生长因子-BB(PDGF-BB)诱导的FLS的DNA合成,衰减FLS中p-JAK2、降低STAT1和STAT3活性,提示莪术醇可能通过JAK2-STAT 1/3信号通路调节自噬,从而抑制FLS增殖,发挥潜在的治疗作用。YANG Y S等[22]研究得出苦参碱能抑制CIA大鼠FLS增殖及升高凋亡率,可阻滞FLS的G0/G1细胞周期,抑制增殖,减少磷酸化,激活JAK2、STAT1和STAT3,表明其作用机制可能通过抑制JAK/STAT自噬相关信号通路,从而促进模型鼠FLS的凋亡。

3 核转录因子(NF)-κB信号通路

自噬和凋亡在FLS细胞中具有相互关系,因为抑制自噬可促进FLS细胞凋亡,表明自噬可能参与其凋亡的调节[23]。有研究表明,TNF-α可以上调自噬活性并激活NF-κB信号通路抑制自噬,在一定程度上改善TNF-α加重的FLS增殖/凋亡失衡,从而延缓RA的进展,证明NF-κB信号通路可能参与了FLS自噬的调控[24]。

白藜芦醇(Res)是由植物中提取的多酚天然单体,可影响自噬相关蛋白及线粒体凋亡通路[25]。研究报道称Res能减轻血管生成素-1(Ang-1)和血管内皮生长因子(VEGF)水平,降低滑膜组织中NF-κB的表达[26]。LEE H J等[27]在研究中使用巴西木素治疗FLS,发现该成分可增加自噬小体积累,提高LC3-Ⅱ水平,减少TNF诱导的NF-κB活化和IL-6、IL-8分泌,认为主要与NF-κB通路介导有关。丹皮酚是芍药的主要衍生物之一。研究表明,丹皮酚可抑制Toll样受体4(TLR4)的表达和NF-κB p65基因的激活,抑制滑膜炎,提示潜在机制可能与丹皮酚抑制炎症和NF-κB信号传导以缓解RA的进展有关[28]。山柰苷是天然的类黄酮苷,WANG J等[29]研究发现山柰苷可降低FLS中 MH7 A细胞的IL-1β、IL-6、TNF-α、MMP-1和 MMP-3水平,阻断NF-κB和Akt/m TOR通路激活,认为山柰苷抑制NF-κB和Akt/m TOR通路,抑制细胞增殖,诱导细胞凋亡。CHEN Y等[30]体外研究表明,香叶木素能减少FLS中MH7A细胞中IL-1β、IL-6、IL-8和 MMP-1的表达,还能抑制 NF-κB和Akt/m TOR通路,促进MH7 A细胞凋亡。

4 丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路

RA患者滑膜组织中MAPK的表达异常增加,可能与FLS增殖有关[31]。紫草素是源自紫草的萘醌类色素,具有抗炎及免疫抑制作用。何莲花等[32]在体外研究中发现紫草素能降低TNF-α诱导的FLS中MH7A细胞的p-Akt、p-p38、p-ERK、p-JNK 表达量,认为紫草素能抑制FLS中异常活化的Akt和MAPK信号通路。

FLS的炎症与血管翳生成相关,而辅助性T细胞(Th)-17和IL-17线粒体障碍能诱发自噬发生[32]。血管新生是造成持续RA滑膜翳的重要因素,VEGF作为调节内皮细胞增殖的主要细胞因子之一,可抑制血管新生[33]。甘草苷是从甘草中提取的黄酮类化合物。ZHAI K F等[34]研究报道甘草苷能显著抑制IL-18诱导的FLS增殖,促进核DNA破碎,下调Bcl-2/Bax比值,抑制VEGF表达及JNK、p38磷酸化,提示甘草苷可能通过减少炎症、抑制血管生成、阻断MAPK信号以诱导自噬。活性氧自由基(ROS)的过度积累和减少能通过调节MAPK通路发挥干预作用[35-36]。YANG G L等[35]研究认为Res下调IL-1β刺激的RSC-364细胞缺氧诱导因子-1α和p38MAPK,可能与Res减少ROS积累,减轻炎症,抑制细胞增殖,抑制MAPK信号通路,刺激滑膜组织中的细胞凋亡,减少血管生成有关。研究表明,细胞内ROS累积易诱导FLS凋亡[25,35]。

5 线粒体途径

线粒体是重要的细胞器。细胞的正常活动依赖于完整的线粒体结构和功能。功能异常的线粒体经过线粒体自噬而被降解。线粒体自噬是降解受损线粒体介导细胞凋亡及维持细胞内环境稳态的过程[37]。ZHANG J Q等[25]发现Res可降低AA大鼠自噬蛋白Beclin-1、LC3-Ⅰ/Ⅱ、氧化应激蛋白 MnSOD,能减少氧化应激,增加线粒体ROS(mt ROS)的产量,从而促进FLS的凋亡,提示可能与破坏线粒体结构和功能有关。另有研究表明,Res能抑制线粒体超氧化物歧化酶的表达和FLS增殖,诱导凋亡[38],提示Res的作用机制可能与RA中的超氧化物歧化酶-线粒体ROS信号通路有关。ZHAI K F等[39]研究欧前胡素(IPT)对CIA大鼠的FLS的影响,结果表明IPT能激活细胞中Caspase-9和Caspase-3,表明IPT通过调控Caspase途径促进细胞凋亡,认为Caspase依赖的线粒体信号通路可能参与IPT诱导FLS自噬和凋亡,IPT可能成为潜在的RA治疗药物成分。

6 小结

RA患者体内自噬蛋白过表达,自噬在滑膜组织中发挥着双重作用,当被适度激活时能促进细胞内部细胞器的降解,保护细胞免受过度凋亡,延长细胞寿命;当被过度激活时,会导致细胞的死亡。由于自噬和凋亡呈负相关,当自噬被抑制时,会增加细胞凋亡,这也是中药活性物通过抑制自噬、发挥抗炎、抑制骨破坏和血管翳生成等潜在治疗作用机制[23]。现有研究探讨中药衍生物干预RA的作用机制,认为是通过信号通路调节细胞自噬、抑制FLS的增殖、诱导凋亡发生发挥作用的。首先,在中药活性物方面,研究的衍生物种类广,其中白藜芦醇、黄酮类研究较多,而多酚类、萜类、生物碱、香豆素类等研究次之。其次,在分子机制方面,主要是通过活性物质对G0/G1、S期细胞周期阻滞、对炎症细胞因子、对重要自噬相关蛋白等发挥作用。最后,在信号通路方面,有效成分可经 PI3K/Akt/m TOR、JAK/STAT、NF-κB通路、线粒体、活性氧等其他途径,经关键分子磷酸化上调或下降作用,达到对自噬的双向调控作用,发挥抑制滑膜炎症和FLS的增生、减少骨侵蚀和血管新生,促进FLS凋亡,减缓疾病进程,故将中药活性成分经RA相关信号通路对自噬的调控进行总结,见表1。

表1 中药活性成分经相关信号通路调控自噬的总结

7 不足与展望

本文通过将自噬相关蛋白及信号通路进行总结,为活性物质治疗RA的作用机制提供依据;对活性物质和自噬相关信号通路进行总结,发现关于一些活性成分的研究多停留在单一通路及少量细胞因子的研究上,为同一活性物质横向验证在多条自噬相关通路上的作用提供研究选择上的参考,促进后期推广及实验(试验)研究。本研究仍存在不足,如对中药方剂的网络药理学研究较多,若能将众多方剂中的总提取物进行自噬相关信号通路进行归纳总结,将会更加完整。