中药影响膝骨关节炎信号通路的研究进展

杨萍

【摘 要】 膝骨关节炎是指由于膝关节软骨变性、骨质增生引起的一种慢性骨关节疾病。致病因素复杂，目前尚未明确其具体的发病机制，治疗方法也不尽如人意。因此，从中药中寻找治疗膝骨关节炎的有效药物，对于临床防治膝骨关节炎的发生发展具有重要意义。从Wnt/β-catenin、TLR4/MyD88/NF-κB、p38 MAPK及PI3K/AKT信号通路方面综述近年来中药治疗膝骨关节炎的研究进展，为进一步探讨中药治疗膝骨关节炎提供参考。

【关键词】 膝骨关节炎；中药；信号通路；有效成分；研究进展；综述

膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是以膝关节软骨非炎症性退行性改变，伴膝关节表面及其边缘反应性新骨形成为特点的一种骨关节疾病［1］。主要表现为膝关节疼痛、肿胀、积液、软组织增生、骨质增生及膝关节功能障碍、关节僵硬等，严重者关节活动受限，甚至并发关节畸形。临床病理学特征主要是关节软骨的破坏和降解。目前，西医常采用透明质酸钠、双醋瑞因、硫酸氨基葡萄糖等药物治疗KOA，虽然能够较快地缓解临床症状，但远期疗效欠佳［2］。中医药防治KOA疗效显著，且不良反应小，患者依从性高，具有广阔的开发应用前景。中医学将KOA归为“痹证”“骨痹”等范畴，以肝肾亏虚、骨髓失养为本，风寒湿邪气侵袭、痹阻经脉为标，属本虚标实之证［3］。故临证常根据补益肝肾、祛风散寒、健脾益气、清热通络、化痰活血等治则组方［4］。目前，中医药在治疗KOA相关疾病方面取得不少进展，已深入到细胞分子水平。本文对中药调控KOA的相关信号通路进行综述，为进一步探讨中药治疗KOA提供参考。

1 Wnt/β-catenin信号通路

Wnt/β-catenin信号通路是通过调节成骨细胞和软骨细胞分化，产生蛋白酶，参与KOA发病的经典途径，对软骨细胞功能的表达非常重要［5］。β-catenin经糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）磷酸化后经泛素-蛋白酶体途径分解，保持其含量在较低水平，Wnt信号系统激活后，Wnt与卷曲蛋白（Frizzled）结合后使胞浆内的蓬乱蛋白（Dvl）磷酸化而激活，活化的Dvl抑制GSK-3β活性，从而阻断β-catenin的分解并在细胞内聚集，然后转移至细胞核内与转录因子（TCF）/淋巴增强因子（LEF）结合，从而调节细胞周期蛋白D1（cyclin D1）、原癌基因（c-myc）等数个靶基因的表达，研究表明，β-catenin的过度表达在某种程度上参与了骨关节炎（osteoarthritis，OA）的病变过程［6］。

姜黄素通过调节Wnt/β-catenin信号通路中β-catenin蛋白表达，改善膝关节软骨损伤程度［7］；下调OA软骨细胞上清液基质金属蛋白酶（MMP）-13、白细胞介素（IL）-6水平，抑制骨关节炎软骨细胞增殖，保护软骨细胞，其机制可能与激活Wnt/β-catenin中Wnt、β-catenin关键蛋白有关［8］；通过促进Wnt信号分子与细胞膜上特异性受体Frizzled蛋白结合，上调β-catenin表达，促进细胞增殖、分化，起到修复保护骨关节的作用［9］。其浓度为10 μmol·L^-1，作用于软骨细胞24 h，Wnt-2及β-catenin蛋白表达量较其他条件均高，对软骨细胞的促增殖作用最为明显［10］。

牛膝多糖上调Wnt-4、Frizzled-2、β-catenin和cyclin D1的表达，下调GSK-3β的表达，诱导β-catenin核移位，增加软骨细胞中胶原蛋白Ⅱ（Collagen Ⅱ）表达，激活Wnt/β-catenin信号通路促进软骨细胞增殖［11］。牛膝总皂苷能有效抑制OA滑膜炎症，改善关节粘连度，降低滑膜组织β-catenin蛋白表达以及减少关节液肿瘤坏死因子-1（TNF-1）、IL-1β、MMP-3因子含量［12］。

雷公藤多苷通过抑制Wnt/β-catenin通路负反馈调节IL-1β诱导的软骨细胞活性降低、乳酸脱氢酶（LDH）分泌和细胞凋亡率增加，以及葡萄糖氨基聚糖（GAG）、MMP-13、蛋白聚糖（Acan）、硫氧化物（Sox-9）水平的降低和环氧合酶-2（COX-2）、诱导型一氧化氮合成酶（iNOS）水平的上升［13］。九里香黄酮类成分通过上调Foxo3a的表达并抑制miR-29a/Wnt/β-catenin信号转导活性而具有软骨保护作用［14］。大黄素在IL-1β诱导的大鼠软骨细胞mRNA和蛋白水平上均剂量依赖性地下调MMP-3、MMP-13、整合素样金属蛋白酶与凝血酶抗体-4（ADAMTS-4）和ADAMTS-5表达，抑制NF-κB和Wnt信号激活，改善OA进展［15］。黄芪甲苷抑制滑膜细胞Wnt/β-catenin信号通路，降低共培养体系异常滑膜细胞-软骨细胞体系的MMP-7、软骨寡聚基质蛋白（COMP）、Ⅱ型胶原羧基端肽（CTX-Ⅱ）含量，抑制软骨降解［16］。

2 TLR4/MyD88/NF-κB信号通路

Toll样受体（TLRs）在炎症、免疫细胞调控、存活和增殖方面发挥着重要作用，是机体抵御病原体入侵的第一道防线。同时也是机体炎性反应链的启动蛋白，可通过与相应的配体结合，触发髓样分化因子88（MyD88）依赖性或非依赖性途径，活化核转录因子-κB（NF-κB），导致TNF-α、IL-1β等炎性细胞因子激活，诱发局部炎症［17］。TLRs介导的非特异性免疫反应调控炎症反应和炎症反应引起的分解代谢，例如MMP的活性，当组织损伤时，TLR4与相应的受体激动剂结合，一些“损伤相关分子模式”就会被激活。随着OA的病理进程发展，TLR4在关节软骨中的表达增加，相应的受体激动剂表达上调而导致炎症反应［18］。

研究發现，肥胖者OA软骨细胞经IL-1β诱导后TLR4、NF-κB mRNA表达均显著升高，提示OA时软骨细胞的TLR4/NF-κB信号通路可能被激活，经白藜芦醇（RES）处理后，TLR4、NF-κB mRNA均显著降低，提示RES可能通过抑制TLR4/NF-κB信号通路发挥抗OA作用［19］。抑制IL-1β诱导的软骨细胞炎症反应，缓解OA症状，通过激活TLR4/MyD88/NF-κB信号通路发挥调控作用［20］；降低培养基上清IL-6水平及软骨细胞TLR4及MyD88蛋白表达，通过抑制TLR4/MyD88依赖性信号通路发挥抗IL-1β诱导的SW1353细胞的OA效应［21］；上调IL-1β刺激软骨细胞激活TLR4和与MMP-13和IL-6合成相关的TLR4/myd88依赖和非依赖的通路下游靶点，逆转IL-1β诱导的分解代谢和炎症反应，抑制TLR4/myd88依赖和非依赖的信号通路［22］。

姜黄素降低滑液细胞因子TLR4、MyD88、p-IκBα、NF-κB表达及滑膜炎性生物标志物TNF-α、IL-1β和IL-6表达，通过激活TLR4/NF-κB信号通路，降低炎症因子表达水平以保护关节软骨［23］。秦皮素抑制IL-1β诱导的软骨细胞凋亡及炎性介质释放，通过调节TLR4/MyD88/NF-κB通路，抑制MMP-13上调和细胞外基质Collagen Ⅱ降解，保护MIA诱导的大鼠OA模型关节软骨破坏［24］。小檗碱上调OA软骨细胞中表面活性剂蛋白D（SP-D）表达，下调肿瘤坏死因子受体相关蛋白6（TRAF6）、TLR4、MD-2和MyD88表达，调节免疫反应并减少软骨降解，通过从MD-2/SP-D复合物中释放SP-D和抑制TLR4/NF-κB信号传导发挥作用［25］。青藤碱可减轻滑膜炎性细胞浸润，降低血清TNF-α、IL-17水平，下调滑膜TLR4、MyD88、NF-κB蛋白及mRNA表达，表明其抗炎作用可能与抑制滑膜TLR4/MyD88/NF-κB炎症信号通路有关［26］。

3 p38 MAPK信号通路

p38 MAPK的激活与应激反应和凋亡过程有关，是受环境应力和炎症因素激活的细胞内信号通路的一部分［27］。软骨退化是一个重要的OA发病机制，异常增殖作用的激活蛋白激酶（MAPK）信号通路在软骨细胞促进炎症反应，导致关节软骨基质降解酶的释放，加速软骨的退化［28］。

p38 MAPK信号通路可调控软骨细胞增殖、凋亡，维持细胞外基质代谢平衡，调节MMPs、促炎症因子的产生，参与胶原蛋白和蛋白多糖降解，在KOA病理进程中起重要的调控作用［29］。通过抑制p38通路能抑制软骨细胞凋亡、促进软骨修复、抑制MMPs合成、抑制炎性因子生成，多种经p38通路的治疗策略均能预防或者延缓OA动物模型病程进展［30］。

桑叶水提物降低IL-1β诱导的SW1353细胞中MMP-1、MMP-13和炎性介质一氧化氮（NO）、前列腺素E2（PGE2）、iNOS及COX-2表达，抑制NF-κB核移位，激活p38 MAPK磷酸化［31］。丹酚酸A抑制MMP-1、MMP-13和ADAMTS-5表达，促进Collagen Ⅱ和蛋白聚糖合成，下调NF-κB和p38 MAPK通路表达水平［32］。槲皮素通过抑制p38 MAPK信号通路下调炎症因子表达水平，保护关节软骨［33］。山奈酚抑制IL-1β诱导的炎性介质如iNOS和COX-2蛋白表达，MMP-1、MMP-3、MMP-13和血栓反应蛋白motif-5的解整合素和金属蛋白酶及Collagen Ⅱ降解，抑制MAPK相关的细胞外信号调节激酶（ERK）和P38信号通路发挥调控作用［34］。黄芩素通过调节miR-29a-3p靶向抑制MAP2K6磷酸化，提高软骨细胞活性，抑制细胞凋亡，从而改善OA引起的软骨细胞退化［35］。

4 PI3K/AKT信号通路

磷脂酰肌醇-3-羟激酶（PI3K）/蛋白激酶（AKT）通过广泛的靶蛋白如雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、NF-κB、GSK-3β、p53等调控一系列级联变化，可能是OA成纤维样滑膜细胞侵袭与软骨损伤的交联机制，PI3K可能参与钙黏蛋白-11（Cadherin 11）的转录后调控，TNF-α通过PI3K/AKT通路诱导OA成纤维样滑膜细胞中Cadherin 11表达的增加，PI3K/AKT通路在滑膜炎症中起重要作用，可能参与OA的发病机制［36］。PI3K/AKT信号途径改变在软骨细胞凋亡中的作用已成为近年来学者们研究的热点［37］。PI3K和AKT表达下降使软骨细胞内通过PI3K/AKT信号通路来维持细胞存活的信号不能够有效传递，使促进软骨细胞生长的能力下降，最终导致细胞凋亡，引起疾病［38］。

杜仲水提物可能通过抑制PI3K/AKT通路延缓软骨退变，减少炎症因子IL-1β、IL-6表达，抑制MMP-3分泌，下调磷酸化AKT，抑制OA进展［39］。灯盏乙素降低IL-1β诱导的IL-6表达升高，下调PI3K/AKT/mTOR信号通路中AKT、磷酸化（p）-AKT、mTOR和p-mTOR蛋白表达，表明其通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路调节OA［40］。甘草酸抑制IL-1β引起的NO、PGE2、TNF-α、IL-6及COX-2合成，诱导iNOS、MMP-3、MMP-13、ADAMTS-1和MMP-5，逆转蛋白聚糖和Collagen Ⅱ降解，抑制PI3K/AKT磷酸化和NF-κB核移位，保护小鼠OA模型软骨破坏［41］。香草酸减轻OA模型大鼠的病情进展，抑制COX-2、iNOS、MMPs、ADAMTS-5等炎症反应及Collagen X、Runx2、血管内皮生长因子A（VEGFA）等肥大软骨细胞表达，保护CollagenⅡ和蛋白聚糖降解，抑制MAPK和PI3K/AKT/NF-κB通路的激活［42］。杨梅素下调IL-1β诱导损伤的软骨细胞TNF-α、IL-6及PI3K、AKT、NF-κB P65、IKKαβ、IKBα磷酸化水平，上调IKBα、IL-10表达，使受损的软骨细胞形态变规则，软骨组织的胶原纤维排列变紧密，促进软骨细胞增殖，抑制凋亡及OA炎症反应，抑制PI3K/AKT/NF-κB信号通路的激活，缓解关节软骨退变［43］。芍药苷下调软骨细胞中p-PI3K和p-AKT蛋白表達，应用自噬抑制剂3MA后，部分拮抗p-PI3K和p-AKT蛋白减少，表明通过抑制PI3K/AKT信号促进细胞自噬活力，减轻炎症反应，减少软骨细胞损伤［44］。

5 小 结

中医理论认为，“肾主骨生髓”，肾主骨和髓的生长发育，与骨的功能密切相关。肾藏精，精生骨髓，骨髓充实，则骨骼强壮，骨质健壮结实。肾的精气盛衰，直接影响骨骼的生长、营养、功能等。因此，中医临床常以补肾壮骨法治疗骨关节疾病。牛膝、杜仲补肝肾、强筋骨；姜黄、雷公藤、九里香、虎杖、灯盏花、丹参活血通经；青风藤祛风湿、通经络；山奈行气止痛。根据KOA中医临床辨证分型的不同，又可配伍秦皮、黄连、黄芩等清热类药及黄芪、甘草、当归、白芍等补益类药。临床常用这些药物组方缓解KOA关节肿胀、疼痛、屈伸不利，改善患者病理进程，提高生活质量。

目前，中药对KOA的防治在细胞分子水平方面取得很大进展。虽然我们对Wnt/β-catenin、TLR4/MyD88/NF-κB、p38 MAPK及PI3K/AKT通路的信号转导途径及调控机制已有较多了解，但是对这些信号通路与疾病之间的关系，多种信号通路之间的协同交叉作用，中药多通路的调控机制及多种中药有效组分对疾病的影响等方面的研究还不够深入。相信随着现代分子生物学技术、网络药理学、蛋白组学、基因组学、代谢组学等研究方法的不断创新发展，中药治疗KOA的分子机制将会被更进一步阐释，在临床KOA疾病治疗方面也将会出现更多具有活性的药物。

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