中藥治療骨關節炎作用機制的研究進展

張璐瑤，劉 維

(天津中醫藥大學第一附屬醫院，天津 300193)

骨關節炎[1](osteoarthritis,OA)是一種以關節軟骨變性、破壞及骨質增生為特征的慢性關節病。隨著全球人口老齡化及肥胖人口數目的增加，發病率也在逐年增加。根據西班牙及英國的研究報告顯示[2]，OA發病率隨著年齡增高而增高，且約在75歲達到高峰。手OA的患病率為4%～5%，髖OA為6%，膝OA為16%～17%。骨關節炎屬于中醫學“骨痹”范疇。《素問·長刺節論篇》中記載：“病在骨，骨重不可舉，骨髓酸痛，寒氣至，名曰骨痹。”目前，OA沒有明確的發病機制，西醫在治療上尚無特效藥，主要以緩解癥狀為治療核心。中醫治療強調個體化，且因其副作用較小、療效顯著而更易被接受。故本文從細胞及分子生物學水平,對目前中醫治療骨關節炎在細胞因子及信號通路方面的作用機制進行綜述，以期對中醫藥治療骨關節炎及中醫藥新藥研發提供參考。

1 骨關節炎發病機制

近年來，多數研究者認為骨關節炎的發生是關節軟骨細胞、軟骨外基質、軟骨下骨質合成及降解的平衡破壞導致的。在骨關節炎的發病過程中[2]，軟骨結構的完整性被破壞，從而使軟骨對外界刺激敏感性增高。初期，關節軟骨從軟骨表面開始被侵蝕并逐漸出現裂隙，且隨著軟骨鈣化區域的增加逐漸增大。為修復軟骨，肥大軟骨細胞開始增生，在此過程中產生的降解產物及促炎性介質則刺激鄰近滑膜增生和炎癥反應，同時軟骨下骨出現血管浸潤。由于關節軟骨自身修復能力的限制，合成與降解平衡被打破，關節軟骨結構與屬性改變，導致骨關節炎的發生。骨關節炎的發病機制較為復雜且尚不明確，即使是同一個風險因素也會有不同的致病過程，其發病不僅是退行性病變或者機械磨損的結果，目前認為其涉及機械損傷、炎癥反應、代謝、細胞衰老及凋亡多種因素，因此骨關節炎更像一種關節損傷綜合征而不是單一疾病。

2 中藥及其有效成分對細胞因子的影響

2.1 骨關節炎相關細胞因子

細胞因子是指免疫或非免疫細胞受到刺激后合成及分泌具有廣泛生物活性小分子蛋白質，通過自分泌、旁分泌及細胞內分泌的形式參與多種生理及病理的發生發展過程，發揮生物學效應，如細胞發育、免疫調節、炎癥反應等。細胞因子具有多效性及網絡性，在骨關節炎病程中起到重要作用。

細胞因子根據功能大致分為白細胞介素、腫瘤壞死因子、生長因子等。與骨關節炎相關的細胞因子包括白細胞介素1、4、6(IL-1、4、6)及腫瘤壞死因子α(TNF-α)，其中IL-1、6及TNF-α屬于炎癥因子，在骨關節炎的發病過程中主要介導炎癥反應，導致軟骨破壞。近來研究認為[3]，滑膜炎癥在骨關節炎的發病中不再僅是繼發性的病理反應，更是參與OA發病機制并推動OA發展的病理過程炎癥反應。在炎癥反應中產生的炎癥因子不僅可以直接作用于軟骨，導致關節軟骨結構改變，還可以通過調節軟骨細胞代謝，產生下游細胞因子及蛋白酶等介導炎癥發生及引起相應理化作用，導致關節軟骨退化，加速骨關節炎進程。中藥及其有效成分通過降低炎癥因子的表達，抑制其下游產物生成，減緩軟骨基質降解，起到軟骨保護作用。

2.2 中藥及其有效成分對細胞因子及其下游產物的影響

在骨關節炎發病過程中，IL-1是核心炎癥因子，外界刺激(年齡、機械應力、損傷等)引起炎癥反應產生IL-1。IL-1[4]可以通過促進磷脂酶A2及環氧合酶分泌，刺激軟骨細胞、滑膜細胞生成及釋放前列腺素(PG)，介導炎癥反應及參與誘導基質金屬蛋白酶(MMPS)表達[5]。目前研究認為[6-8]，膠原酶MMP-1和MMP-13可降解I、II、III型膠原，間質溶解素MMP-3及膠原酶MMP-13具有破壞軟骨組織主要成分Ⅱ型膠原蛋白，起到促進軟骨細胞的降解作用。楊帆等[8]研究表明，補腎通絡方通過抑制MMP-3/13和ADAMTs-4水平，可以減輕膝關節軟骨的破壞情況，改善骨關節炎癥狀。由IL-1介導生成的PEG2可調節神經遞質釋放、敏化痛覺、降低痛閾[9]，以及通過激活cAMP/PKG 與 PI3K 依賴性NF-κB誘導軟骨細胞表達IL-6[10]，參與軟骨基質降解。中藥通過降低IL-1、6及下游產物PGE2，阻止OA進行。王敏龍等[11]研究發現，五福飲顆粒劑可以顯著降低血清及關節液中IL-1β、IL-6含量，延緩軟骨中蛋白多糖(PG)的丟失，促進關節軟骨合成PG，從而預防與治療骨關節炎。胡培培等[12]研究發現，云南白藥可以通過降低血清PGE2水平，進而減少炎性介質的分泌，抑制炎性反應，顯著增高機械痛閾值，降低痛覺感受器敏感性，改善骨關節炎引起的神經病理性疼痛及減少關節及滑膜損傷。

IL-1刺激滑膜細胞產生IL-6[13]。IL-6通過促進核因子κB受體活化因子配體(RANKL)的表達，協同由巨噬細胞產生的通過激活NF-κB途徑參與骨吸收過程的強力促炎因子TNF-α[14]共同參與破骨細胞分化，影響骨吸收。其中TNF-α還能刺激軟骨細胞合成MMPs、PGE2、NO[15]，以及誘導IL-1產生[16]，IL-1的產生可進一步提高TNF-α活性，兩者協同刺激軟骨細胞分泌趨化因子1(eotaxin-1)[17]，進而誘導MMP3、13的表達，加速軟骨基質降解，推動疾病進展。中藥通過抑制炎癥因子IL-1、6及TNF-α表達，阻止炎癥反應進展，減緩軟骨退化。鄭煒宏[18]等研究發現，補腎祛痰方可以通過抑制大鼠血清和關節液內炎癥因子IL-1、IL-6及TNF-α表達水平，控制骨關節炎發展。陸洋等[19]研究發現，補腎益肝活血方通過降低血清中IL-1β、TNF-α含量，減少MMP-3生成，改善關節軟骨退變。顏春魯等[6]研究發現，右歸丸可通過降低IL-1β、IL-6、TNF-α炎癥因子表達，抑制MMP-1、3、13活性，延緩KOA軟骨的退變。陳永健等[20]研究發現,益氣養血方通過下調TNF-a表達，MMP-13蛋白表達下降,COL-II膠原表達上調,抑制軟骨細胞凋亡及細胞外基質降解。李媛等[7]研究發現，六味骨痹湯通過降低血清和關節液中,TNF-α及COMP的含量，MMP-13降低，Ⅱ型膠原蛋白表達上升，起到保護軟骨作用。

IL-1還可以通過刺激滑膜細胞產生誘導型一氧化氮合酶，繼而催化大量一氧化氮(NO)[21]。NO[22]作為IL-1下游產物一方面可以促使滑膜細胞產生金屬蛋白酶及促進IL-1β介導抑制關節軟骨蛋白多糖合成，另一方面抑制白介素-1受體拮抗劑(IL-1Ra)的合成，使軟骨基質進行性降解，推動骨關節炎病程的發展。IL-4[23]通過抑制IL-1誘導軟骨細胞合成基質金屬蛋白酶而保護軟骨。侯德才[24]研究發現，止骨增生合劑通過降低關節炎兔血清中的NO含量，緩解骨關節炎癥狀。趙樂等[25]研究發現，黃芪桂枝五物湯可以通過調節細胞因子IL-4,誘導HIF-1α、iNOS及關節處TGF-β1表達的變化，調節關節軟骨處蛋白多糖的含量，抑制Ⅱ型膠原及軟骨下骨的破壞，修復軟骨細胞的凋亡，調節機體免疫低下狀態。

3 中藥及其有效成分對信號通路的影響

3.1 中藥及其有效成分對蛋白激酶R樣內質網激酶(PERK)/免疫球蛋白結合蛋白(Bip)信號通路的影響

內質網是真核細胞中適應性最強的細胞器，是蛋白質的合成、加工修飾、分選和轉運及脂質代謝的重要場所。內質網應激反應(endopiasmic reticuium stress,ERS)是體內一種自我保護機制，參與細胞凋亡。細胞內外各種理化因素(如炎癥等)均能誘發ERS，過度的ERS可以介導細胞凋亡。研究表明[26]，骨關節炎患者的軟骨細胞中存在ERS。PERK/Bip信號通路參與骨關節炎內質網應激反應，引起軟骨細胞凋亡。具體過程：過度的ERS激活PERK信號分子使eIF-2α磷酸化，繼而進一步激活ATF-4，上調GADDl53表達，抑制Bcl-2的表達，誘導細胞凋亡，或激活 Caspase-9 進一步激活Caspase-3啟動細胞凋亡程序[27-28]。陳俊等[29]研究發現，獨活寄生湯通過調控PERK/Bip 信號通路，抑制PERK、Bip、eIF-2α、ATF-4、GADD153、Caspase-9、Caspase-3mRNA及蛋白表達，進而抑制因內質網應激反應引起的軟骨細胞凋亡。趙林燦等[30]研究發現，獨活寄生湯可通過抑制關節炎癥反應，進而下調PEAK/Bip信號通路，減少軟骨細胞凋亡。

3.2 中藥及其有效成分對β轉化生長因子/骨形成蛋白(TGF-β/BMPs)信號通路的影響

TGF-β是結構相關信號分子，對細胞外基質形成、組織分化、骨重建、免疫調節等均起到重要作用。TGF-β1促進基質生成和成骨細胞分化且間接限制破骨細胞的形成[31]。BMP是成骨細胞分泌的一種細胞因子，BMP-2、4、7促進成骨細胞分化[31]。TGF-β/BMPs信號通路受到多種因子調控，并通過Smad/R-Smad復合物或MAPK級聯傳導[32]。當受到外源性因素如軟骨損傷等刺激時，激活TGF-β/BMPs信號通路，通過一系列信號傳導參與骨關節炎的病程[31]。楊帆等[33]研究發現，補腎通絡方通過調控TGF-β/BMPs信號通路，調節 TGF-β1、BMP-4和BMP-7的分泌，保護受損的軟骨細胞，間接抑制軟骨細胞破壞，緩解病情進展并改善預后。郝亞明等[34]等研究發現，消骨痛湯通過調控TGF-β/BMPs信號通路，上調軟骨和滑膜中TGFβ1和BMP2的蛋白表達，治療骨關節炎。

3.3 中藥及其有效成分對Wnt /β- catenin信號通路的影響

Wnt-β-catenin信號通路是一個保守的信號傳導通路，與軟骨形成及骨重建密切相關[35]，在骨細胞的終末分化中起著重要作用[36]。β- catenin的過表達可升高 MMP- 13基因表達，導致軟骨基質和關節軟骨的降解[37]。嚴可等[38]研究發現，加味獨活寄生湯通過調控Wnt/β-catenin通路和下游因子MMP-13等相關基因表達,抑制膝關節軟骨細胞損傷。吳追樂等[39]研究發現，透骨消痛膠囊等中藥通過誘導Wnt/β-catenin信號通路中Wnt-4、β-catenin和MMP-13的表達，保護軟骨。

3.4 中藥及其有效成分對NF-κB信號通路的影響

NF-κB是核轉錄因子，p38MAPK信號傳導通路參與MMPs的表達，NF-κB/ p38MAPK信號通路異常激活將引起下游炎癥因子過表達，參與炎癥反應[40]。抑制NF-κB/ p38MAPK信號通路的活化，則可以降低炎癥因子過表達，緩解軟骨退化。吳廣文等[41]研究發現，獨活寄生湯可通過調控miR-146a/-155-NF-κB/p38MAPK信號通路，抑制膝骨關節炎炎癥反應，治療膝骨關節炎。潘建科[42]研究發現，龍鱉膠囊可抑制MEK-3/6、p38、ATF2、NF-κBp65及其磷酸化產物P-MEK-3/6、P-p38、P-ATF2、P-NF-κBp65的過表達，抑制骨關節炎軟骨細胞中p38MAPK和NF-κB信號通路活化，從而緩解軟骨退變，保護軟骨，治療骨關節炎。

3.5 中藥及其有效成分對TLR/MyD88信號通路的影響

Toll樣受體(toll-like receptors，TLRs)是跨膜信號傳導蛋白，免疫的必需分子之一，參與調控適應性免疫應答。髓樣分化因子 88(MyD88)是TLRs的信號傳導下游信號分子。TLR/MyD88信號通路參與炎癥反應[43]。鄭潔[44]等研究發現，青藤堿可通過調控TLR/MyD88信號通路，下調TLR2、TLR4、MyD88關鍵分子表達，抑制兔膝骨性關節炎軟骨免疫反應，延緩OA進展。

3.6 中藥及其有效成分對細胞骨架信號通路的影響

細胞骨架是維持細胞形態、運動以及應對周圍環境的重要纖維狀網架結構，為細胞提供機械完整性以承受壓縮載荷起到重要作用[45]。異常的機械負荷與骨關節炎的發病密切相關[2]，可以通過調控細胞骨架信號通路抑制軟骨細胞骨架破壞，保護軟骨細胞。梁杰[46]等研究表明，補腎壯筋湯通過調控細胞骨架信號通路，調節通路相關蛋白ROCK、Cofilin、Phospho-Cofilin、LIMK1和Phospho-LIMK1的表達，抑制軟骨細胞骨架破壞的進程，減緩膝關節關節炎的退變。黃孝聞等[47]研究發現，淫羊藿苷通過調控細胞骨架信號通路，抑制細胞骨架相關因子Rho A和Cofilin表達，對脂多糖誘導的細胞骨架F-actin損傷具有保護作用。

在機體中，不同的信號通路會互相影響，如TGF-β協同Wnt信號促進人類間充質干細胞向成骨細胞分化等[31]，為治療骨關節炎提供多種路徑與靶點。

4 總結與展望

綜上所述，在臨床中藥預防及治療骨關節炎療效顯著，簡效廉驗，相比手術具有低風險優勢，其在治療骨關節炎方面確有廣闊的治療前景。明確中藥治療骨關節炎的具體作用機制，是研發治療骨關節炎特效中藥新藥的基礎及依據。因此，需要在細胞及分子水平進一步探索及明確中藥治療的具體作用靶點及作用途徑。