中医药干预转化生长因子-β表达治疗骨关节炎的研究进展

【摘 要】 骨关节炎发病机制复杂，与关节软骨损伤、软骨基质降解、软骨下骨重塑、炎症和软骨细胞凋亡代谢有关。转化生长因子-β（TGF-β）在细胞增殖、软骨组织形成与修复、炎症中发挥着关键作用，是维持关节软骨组织和软骨细胞稳态的关键调节因子。同时，TGF-β介导的相关信号通路也密切参与骨关节炎的发生、发展。基于此，针对骨关节炎发病机制，中医药干预TGF-β及其介导的相关信号通路，调控下游关键细胞因子表达，可延缓关节软骨破坏，促进软骨形成与修复，发挥防治骨关节炎的作用。

【关键词】 骨关节炎；转化生长因子-β；软骨修复；中医药；针灸；研究进展；综述

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是最常见的关节软骨退行性疾病，主要特征是关节软骨破坏、滑膜组织炎症、软骨下骨改变和形成骨赘（称为骨赘），导致关节僵硬、疼痛和残疾［1］。OA发病机制复杂，与累及关节软骨损伤、软骨基质降解、软骨下骨重塑、炎症和软骨细胞凋亡代谢有关［2］。关节软骨是覆盖在关节表面的一种无血管组织，能够促进运动，并负责吸收冲击力。关节软骨由嵌有细胞外基质（ECM）的软骨细胞组成。ECM产生和降解的合成代谢和分解代谢过程的平衡保证软骨健康［3］。转化生长因子-β（TGF-β）在细胞增殖等多种细胞过程中发挥着至关重要的作用，并密切参与调节软骨细胞稳态［4］。TGF-β超家族包括TGF-β和骨形态发生蛋白（BMP），由合成代谢生长因子组成［5］。分解代谢因子如基质金属蛋白酶（MMP）-13和炎症细胞因子如白细胞介素（IL）-6参与ECM结构的破坏［6］。OA虽然得到了广泛的研究，但仍然缺乏有效和安全的治疗方法，目前唯一可用于晚期OA的方法是关节置换手术。这种手术可能会带来持续性疼痛、手术并发症和植入物寿命有限的风险［7］。由于TGF-β在软骨稳态中发挥着关键作用，故而靶向调控TGF-β是一种替代关节置换的有效治疗方法。

当前阶段中医药治疗OA研究已有一定规模，对作用机制的探索也有一定的深度。因此，本文通过阐述TGF-β及相关信号传导通路与OA发生、发展的关系，并将中医药对TGF-β及相关信号传导通路的干预研究进展进行相关综述，同时为中医药临床防治OA提供理论依据。

1 TGF-β与OA

TGF-β在细胞增殖、组织形成、修复和炎症等多种过程中发挥关键作用［8］。同时，TGF-β是关节软骨组织维持和软骨细胞稳态的关键调节因子［9］。TGF-β有3种亚型，即TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，它们具有不同的组织特异性表达［10］。它们由软骨细胞以非活性形式产生，通常与软骨的ECM结合，剪切应力可激活这些不活跃的软骨细胞［4］。机械应力诱导的破骨细胞TGF-β1过度表达是OA中软骨细胞凋亡和软骨退化的原因［11］。关节机械负荷较重时，TGF-β被异常活化，高表达TGF-β聚集骨髓间充质干细胞，并在关节软骨下松质骨中形成异样的骨样胰岛［12］，同时引起软骨下骨中血管过度充血。TGF-β超家族的3种亚型均可诱导成人骨髓间充质干细胞向软骨细胞分化［13］。与TGF-β1相比，TGF-β2和TGF-β3通过聚集糖胺聚糖更有效地刺激软骨形成［14］。因此，抑制TGF-β表达可促进关节软骨形成及修复，是治疗OA的关键细胞因子。

2 TGF-β相关介导信号通路与OA

据报道，在正常关节中TGF-β活性水平非常低或缺失，而在OA等关节疾病中升高，TGF-β1的表达升高参与了OA的发生、发展［15］。同时发现，在小鼠软骨下骨中，高浓度的活性TGF-β1会导致骨和软骨中的OA改变。在OA影响的软骨中，TGF-β1表达与Smads的高表达相关［16］。有实验发现，TGF-β/TAK1-FoxO1介导的自噬是维持关节软骨完整性的关键细胞参与者［9］。

2.1 Smads相关信号传导通路与OA TGF-β/Smads通路是直接诱导ECM相关基因表达的典型信号通路［17］。在软骨细胞中，TGF-β诱导Smad信号通路。TGF-β的激活取决于受体的表达水平、共受体的表达［即内源性蛋白通过间变性淋巴瘤激酶1（ALK1）增强信号］和TGF-β的剂量［18］。抑制TGF-β/Smad信号通路可加重软骨退变，激活TGF-β/Smad信号通路可减轻软骨损伤［19］。在TGF-β刺激下，软骨细胞代谢活性依赖于ALK1表达的平衡，ALK1诱导的Smad1/5/8通路通过上调MMP-13与分解代谢相关［20］，通过上调软骨化标志因子（aggrecan）和复合胶原（COL）-Ⅱ并抑制MMP-13［21］，同时介导的Smad1/5/8诱导软骨基质降解，最终导致软骨恶化［22］。

2.2 FoxO1相关信号传导通路与OA 衰老是OA的主要危险因素。FoxO1转录因子可防止细胞和有机体衰老，并且随着衰老和OA进程，软骨中的FoxO1表达降低［23］。MATSUZAKI等［24］在小鼠体外实验中发现，FoxO1异位表达增加由蛋白聚糖4（Prg4），与TGF-β刺激协同作用，并且在OA软骨细胞中过度表达FoxO1可以减少炎症介质和软骨降解酶，增加自噬基因，拮抗IL-1β。FoxO缺失无法调节软骨细胞增殖和分化，导致软骨厚度增加［25］，对关节损伤和机械过载的软骨反应具有保护作用。LU等［26］实验发现，先天性FoxO缺失的小鼠软骨损伤更严重。CHAVEZ等［27］实验表明，维持Prg4表达可防止与小鼠TGF-β信号传导减缓相关的OA进展，但没有证据表明Prg4通过刺激TGF-β信号级联发挥作用。因此，在这方面仍需深入研究。

3 中医药干预TGF-β防治OA

3.1 中药提取物 DUAN等［28］实验发现，桃金娘醇可抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-6、TGF-β1、丙二醛、超氧化物歧化酶和活性氧的活性，以及Caspase-3、Bax的表达，改善OA小鼠组织损伤和OA评分，达到改善OA的作用。任姜栋等［29］实验发现，膝关节软骨下局部注射常山酮可抑制TGF-β1信号通路，降低血清Ⅱ型胶原C端肽、X型胶原蛋白α1链、MMP-13，以及TGF-β1表达，达到改善软骨裂纹及软骨细胞排列紊乱的病理变化，阻止异常骨重塑，防治OA的目的。LI等［30］实验发现，青蒿琥酯可通过抑制TGF-β蛋白表达，抑制TGF-β信号通路，调控RANKL-OPG系统，减少破骨细胞性骨吸收，增强偶联骨重建能力，抑制OA小鼠软骨下骨异常血管的生成，最终达到保护关节软骨，抑制骨重塑，治疗OA的效果。TAO等［31］实验发现，虫草素可下调TGF-β水平，增加自噬相关蛋白LC3-Ⅱ/Ⅰ的比例，改善OA大鼠软骨损伤，达到减轻OA疼痛和软骨损伤的作用。ZHANG等［32］实验发现，前胡素可抑制TGF-β1、金属蛋白酶组织抑制物-1和血管内皮生长因子表达，减轻OA大鼠滑膜炎及滑膜纤维化，减少促炎介质和细胞因子的产生，达到防治OA目的。SMITH等［33］实验发现，汉黄芩素可降低OA小鼠TGF-β1、高温受体A1、MMP-13和NF-κB的蛋白表达，缓解OA小鼠关节疼痛，限制OA的进展。WANG等［34］实验发现，丁香酸可通过激活TGF-β/Smad和抑制NF-κB信号通路下调TNF-α、MMP-3、MMP-13表达，在减轻关节炎症的同时促进软骨细胞合成软骨ECM，进而达到缓解软骨降解，延缓OA进展的作用。

3.2 中药复方 白荣闯等［35］实验发现，甘姜苓术汤可抑制OA兔膝关节中MMP-3和TGF-β1表达，改善OA兔表层软骨剥脱、细胞核变性，达到保护关节软骨损伤，延缓OA进程的作用。WANG等［36］实验发现，补肾活血方可通过TGF-β/MMP-13信号通路，增强转化生长因子Ⅱ型受体（TGF-βRⅡ）和p Smad表达，下调MMP-13表达，改善软骨退化和软骨细胞凋亡。金连峰等［37］实验发现，新止骨增生丸可增强OA大鼠TGF-β表达，抑制膝关节软骨细胞异常增生，改善膝关节软骨细胞变性等病理改变，保护关节软骨，防治OA。LING等［38］实验发现，骨伤愈合剂可上调Col2、TGF-βRⅡ和p Smad的表达，下调MMP-13表达，减轻软骨下骨硬化、减缓软骨退化，从而改善OA进展。李阳等［39］实验发现，骨痹汤通过熏蒸治疗OA大鼠膝关节，可抑制MMP-13表达，增强TGF-β1蛋白表达，改善OA大鼠痛阈、膝关节活动度，达到改善关节疼痛，促进关节软骨修复，延缓OA进程的效果。

3.3 中医针刺 针刺不仅可抑制OA关节炎症，有效缓解疼痛，还可调控软骨细胞凋亡、促进软骨下新生血管形成［40］。但通过查阅大量文献发现，针刺治疗OA多采用近部取穴的原则，选取膝关节周围内外膝眼、犊鼻、阿是等穴位，多是研究针刺的近治作用，远治作用鲜有研究。腰痛点、尺泽、内关、太溪、昆仑等四肢远端穴位对膝关节疼痛也有较好的缓解作用，对OA的症状减轻是否有特异性作用仍需深入研究。

李志娟等［41］研究发现，火针针刺右侧“内膝眼”“犊鼻”穴可下调TGF-β、IL-10、IL-37、IL-1α和TNF-α表达，改善膝关节软骨中线粒体肿胀、空泡，粗面内质网扩张、断裂溶解等现象，达到防治OA的作用。胡益华等［42］研究发现，电针刺激双侧膝关节内膝眼与外膝眼穴并联合雷公藤红素干预可抑制MMP-2、MMP-9和TGF-β1蛋白表达，下调TNF-α、IL-1β和IL-6水平，防治OA。黄滢等［43］研究发现，不同针灸方法（普通针刺、火针、温针、电针）针刺内膝眼、外膝眼、阴陵泉穴均可减轻膝关节疼痛，抑制MMP-3、TGF-β1、骨桥蛋白表达，对OA有着较好的治疗效果。黄冬娥等［44］试验发现，不同波型电针（疏密波电针、连续波电针、断续波电针）针刺血海、梁丘、犊鼻、内膝眼穴位，均可促进TGF-β1的分泌及蛋白表达，提高Lysholm膝关节评分，达到改善患者的临床表现，治疗OA的效果。

4 小 结

综上所述，在正常骨关节中，TGF-β发挥着维持关节软骨正常、保护骨关节的作用。但OA软骨破损退化、软骨细胞激活、机械应力等多种因素引起TGF-β长期处于一种高表达状态。TGF-β长期高表达将会对关节软骨产生消极作用，导致异常骨形成、软骨重塑、软骨细胞凋亡，及软骨退化，严重损害关节软骨。中医药具有价廉、效优、作用靶点多、途径广的优势，成为防治OA、减轻经济压力、缓解患者心理压力的重要手段。

但当前，中医药防治OA的相关研究多以细胞、动物实验为主，缺乏大样本、长周期的临床观察及相关循证研究数据。TGF-β及其下游细胞因子介导的相关信号通路与OA的关系仍尚未阐述透彻，且中药单体、复方、中医特色治疗方式对OA的作用机制错综复杂，同时中药剂量与疗效关系在个体化诊疗中存在不可控因素，高、nbyR6uuNAXvWvqzm6A4wOw==低剂量对疾病影响较大，过度激活或者过度抑制TGF-β都将会加重OA，起到适得其反的作用，故而未来应当继续深入研究TGF-β对OA作用机制，探究过度抑制TGF-β对OA产生的消极影响，并加强在循证医学指导下进行相关临床观察研究，并充分利用分子生物学和网络药理学等新兴技术，加强中医药通过TGF-β对OA全面的作用机制研究，为中医药更加有效防治OA提供扎实的理论基础，帮助中药相关科研成果转化为临床治疗手段，为下一步研究提供方向。

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收稿日期：2024-03-27；修回日期：2024-05-09