人參皂苷治療骨性關(guān)節(jié)炎的研究進展

郭校妍，張偉東，張揚※

（吉林大學(xué)藥學(xué)院，吉林 長春 130021）

骨性關(guān)節(jié)炎（Osteoarthritis, OA）是一種退行性病變，系由于增齡、肥胖、遺傳、勞損、創(chuàng)傷、關(guān)節(jié)先天性異常和關(guān)節(jié)畸形等諸多因素引起的關(guān)節(jié)軟骨退化損傷、關(guān)節(jié)邊緣和軟骨下骨反應(yīng)性增生。臨床表現(xiàn)為緩慢發(fā)展的關(guān)節(jié)疼痛、壓痛、僵硬、關(guān)節(jié)腫脹、活動受限和關(guān)節(jié)畸形等[1]。目前，緩解OA 的常規(guī)療法主要包括非甾體抗炎藥、糖皮質(zhì)激素和物理療法，病情嚴重的患者通常還需要進行關(guān)節(jié)置換[2]。所以，尋找一種副作用少和效果好的藥物已經(jīng)成為治療OA 亟待解決的問題。隨著對傳統(tǒng)中醫(yī)藥研究的深入，發(fā)現(xiàn)人參在防治關(guān)節(jié)軟骨損傷、退變及參與體外培養(yǎng)軟骨細胞修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損都有較好前景[3]，為OA 的治療提供了新思路。

人參（Panax ginseng C.A.Mey.）為五加科多年生宿根草本植物的干燥根及根莖，是我國延用了多年的傳統(tǒng)名貴藥材[4]。作為東北三寶之一，具有抗炎、抗氧化、抗抑郁、抗老年癡呆、抗動脈粥樣硬化和抗OA 等藥理作用，有多年的用藥歷史和極高的藥用價值[5]。人參皂苷作為人參的主要藥理活性成分，在疾病治療中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。有研究顯示，人參總皂苷可通過抑制炎癥因子、減少軟骨細胞凋亡和基質(zhì)損傷、促進軟骨細胞修復(fù)來改善關(guān)節(jié)疼痛、修復(fù)受損軟骨，從而發(fā)揮對OA 的治療作用[6]。盡管目前已經(jīng)對人參的藥理活性進行了充分的研究，但人參皂苷分類眾多，具體哪種人參皂苷可能對OA 有治療作用，人參皂苷單體聯(lián)合應(yīng)用是否有作用，其靶向的特異性蛋白質(zhì)和/或大分子等治療機制等問題尚未完全闡明。本文綜述了近些年人參皂苷治療OA的研究及其進展，為人參皂苷治療OA的臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

1 人參皂苷及其分類

人參皂苷（Ginsenosides, G），也稱為類固醇樣皂苷，是人參獨有的成分，一般用Rx 表示。目前，從人參植物的根、莖、葉、花和果實中可分離出超過150 種天然存在的人參皂苷。這些人參皂苷可以根據(jù)其骨架類型分為4 類，都具有共同的四環(huán)疏水結(jié)構(gòu)，但糖部分各不相同。不同的糖分子附著在四個主鏈的不同區(qū)域以產(chǎn)生獨特的人參皂苷單體分子（表1），決定了不同的藥理活性[7-9]。

表1 人參皂苷分類Table 1 Classification of ginsenosides

這4 種人參皂苷中，原人參二醇型皂苷和原人參三醇型皂苷占人參總皂苷的90%以上，且活性較強，是人參皂苷的主要活性成分，也是目前學(xué)者們研究的重點。其中，G Rb1、G Rg1、G Rg3、G Rd、G Re、G Rh1和G Rh2的研究最為頻繁[10]。本研究對G Rb1、G Rg1、G Rg3和G Ro 等人參皂苷單體和單體聯(lián)用和中藥復(fù)方等治療OA 的研究進展作詳細介紹。

2 OA 的發(fā)病因素及治療方法

2.1 OA的發(fā)病因素

OA 作為最常見的關(guān)節(jié)炎形式之一，許多因素都促進其發(fā)展，包括年齡、性別和肥胖等個體因素。研究發(fā)現(xiàn)，65 歲以上人群中有三分之一受OA 影響[11]，且女性的發(fā)病率在50 歲以后會大幅增加[12]，這主要由婦女絕經(jīng)后雌激素減少，關(guān)節(jié)軟骨分解增加導(dǎo)致[13]。此外，運動損傷導(dǎo)致關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的異常，增加軟骨丟失風險，可以直接導(dǎo)致OA 的發(fā)生[14]；關(guān)節(jié)的機械壓力增加了關(guān)節(jié)細胞促炎癥因子的表達，也是OA 軟骨發(fā)生分解代謝過程的部分原因[15]。OA 的發(fā)生發(fā)展還與新陳代謝[16,17]、遺傳和免疫[18]等因素密切相關(guān)。

2.2 OA的治療方法

目前，治療OA 的技術(shù)方法多種多樣，除物理療法（包括運動療法和病人教育并以關(guān)節(jié)矯形器作輔助）外[19]，還可以通過口服藥物、關(guān)節(jié)腔注射和終末期手術(shù)等方法，以期達到緩解疼痛、延緩病程和改善功能的目的[20]。

標準的藥物治療包括控制疼痛和炎癥的藥物，如非類固醇類抗炎藥、阿片類和關(guān)節(jié)內(nèi)皮質(zhì)類固醇的止痛藥等，還有關(guān)節(jié)炎的癥狀緩效藥，如硫酸葡萄糖胺、硫酸軟骨素、地塞林、大豆和鱷梨非皂化物提取物口服和關(guān)節(jié)內(nèi)注射透明質(zhì)酸[21]。此外，也有些研究顯示中草藥如甘草湯等在治療OA上也有一定作用[22]。但藥物治療對病情嚴重者療效甚微，只能選擇手術(shù)治療，最為常見也最有效的是關(guān)節(jié)置換術(shù)[23]。當然，還可通過針灸[24]、推拿[25]、理療、中藥貼敷、中藥熏洗、中藥涂抹[26]、中藥熨燙和中藥定向透藥等傳統(tǒng)中醫(yī)手段延緩OA發(fā)展[27]。

3 人參皂苷對OA 治療作用的研究進展

3.1 人參皂苷Rb1

人參皂苷Rb1（Ginsenoside Rb1,G Rb1）的主要來源是人參屬成員亞洲人參，在人參莖和葉中的含量遠低于在人參根部、根莖和根毛中的含量。G Rb1是一種三萜皂苷，是40 多種單體人參皂苷中含量最多的一種，可通過抑制炎癥細胞因子的表達、通過Notch 信號通路、NF- B 信號通路來發(fā)揮抗炎、抗凋亡和神經(jīng)保護等作用[9]。

G Rb1 可通過抑制炎癥細胞因子的表達來發(fā)揮對關(guān)節(jié)軟骨的保護作用。Cheng等[28]通過白細胞介素（Interleukin, IL）-1 誘導(dǎo)刺激構(gòu)建軟骨OA 模型，給予一定量GRb1后進行指標檢測，發(fā)現(xiàn)GRb1能夠抑制基質(zhì)金屬蛋白酶（Matrix metalloproteinases,MMP）-13、環(huán)氧合酶-2（Cyclo-oxygenase-2, COX-2）、前列腺素E2（Prostaglandin E2,PGE2）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（Inducible nitric oxide synthase, iNOS）和一氧化氮（NO）等炎癥因子的產(chǎn)生，并減少由IL-1 在人關(guān)節(jié)軟骨細胞中誘導(dǎo)的Ⅱ型膠原蛋白（CollagenII）和蛋白聚糖（ACAN）降解，這表明G Rb1的作用機制可能類似于非甾體抗炎藥，可通過抑制COX-2 和PGE2 的表達來緩解OA癥狀。

這一作用在OA 大鼠模型上也得到了驗證。Aravinthan 等[29]發(fā)現(xiàn)G Rb1 可能通過抑制MMP13 和COX-2 mRNA 的水平并抑制干擾素（Interferon gamma, IFN- ）、單核細胞趨化蛋白-1（Monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1）/趨化因子配體-2（CCL-2）、IL-1 和IL-6 這幾種炎性細胞因子/趨化因子的表達來防止軟骨降解，從而有助于G Rb1發(fā)揮對碘乙酸（MIA）誘導(dǎo)的卵巢OA 大鼠抗炎作用。高志[30]通過切斷大鼠右膝關(guān)節(jié)的前交叉韌帶建立骨關(guān)節(jié)炎模型，基于不同劑量G Rb1來治療大鼠。結(jié)果表明，G Rb1顯著降低了模型大鼠血液中白細胞、淋巴細胞的數(shù)量，且以濃度依賴性方式降低了大鼠血清TNF- 和IL-1 水平，也降低了大鼠關(guān)節(jié)軟骨組織中MMP-9、MMP-13 和ADAMTS-5 的表達，同時升高了軟骨組織中Collagen II和Aggrecan 的表達，表明G Rb1 可通過抑制炎癥反應(yīng)和關(guān)節(jié)組織中MMPs 的合成來抑制軟骨降解，對前交叉韌帶切斷誘導(dǎo)的骨關(guān)節(jié)炎具有較好的治療作用。

G Rb1 治療OA 的作用機制有多種，可能通過Notch 信號通路、NF- B 信號通路來發(fā)揮作用。例如，王維[31]研究發(fā)現(xiàn)，G Rb1 可以降低IL-1 誘導(dǎo)的細胞Ⅱ型膠原和MMP-13 表達，同時使誘導(dǎo)后的Notch1、JAG1 表達水平下降，表明G Rb1 對軟骨細胞的保護作用可能是通過抑制MMP-13 的表達以及Notch 信號通路活化來實現(xiàn)的。此外，Hossain 等[32]通過構(gòu)建OA 兔模型，發(fā)現(xiàn)G Rb1可預(yù)防軟骨細胞凋亡，抑制軟骨細胞內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生，下調(diào)p38/MAPK 和PI3K/AKT 信號通路以防止MMPs 和平衡膠原II 型和蛋白聚糖的表達，且激活NF- B 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)揮對軟骨細胞的保護作用，從而用于治療OA。

3.2 人參皂苷Rg1

人參皂苷Rg1（Ginsenoside Rg1,G Rg1）最初由中藥人參根、莖部分提取所得，是三萜達瑪烷環(huán)類衍生物，具有三十個碳原子，有類似糖皮質(zhì)激素甾環(huán)樣的結(jié)構(gòu)，能夠通過與糖皮質(zhì)激素受體相結(jié)合發(fā)揮與糖皮質(zhì)激素類藥物相似的抗炎作用。黃宇旻[33]通過前交叉韌帶切除法（ACLT）和MIA 關(guān)節(jié)腔注射法在大鼠體內(nèi)構(gòu)建OA 模型，發(fā)現(xiàn)G Rg1 能夠通過抑制I B 的磷酸化過程來降低I B 的激活，從而抑制NF- B 的激活來降低軟骨細胞MMP-13 和PGE2 的合成來發(fā)揮軟骨保護作用。

G Rg1還可抑制軟骨細胞凋亡、促進軟骨細胞增殖，發(fā)揮對軟骨細胞的保護作用，從而具有治療OA的潛在價值。段超等[3]采用伸直位管型石膏固定法造模6 周，成功建立兔類似臨床所見的人OA 模型。觀察G Rg1對兔膝OA 關(guān)節(jié)軟骨細胞凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)一定劑量G Rg1 對軟骨組織有著積極的保護作用，可通過調(diào)控軟骨細胞凋亡關(guān)鍵因子Bax/Bcl-2 表達比例和下調(diào)Caspase-3 的表達有效抑制軟骨細胞過度凋亡，避免軟骨組織進行性破壞。此外，Huang 等[34]發(fā)現(xiàn)G Rg1預(yù)處理的IL-1 誘導(dǎo)的軟骨細胞也會促進Bcl-2 的表達，抑制Bax 活性，并降低Cyt C 釋放和Caspase-3 激活。它還增強了TIMP-1 表達并抑制了MMP-13 的合成，有效抑制了細胞外基質(zhì)降解。還發(fā)現(xiàn)G Rg1 的這些效果是通過增強的PI3K/AKT 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)部分介導(dǎo)實現(xiàn)的。

此外，G Rg1還可抑制炎癥介質(zhì)活性，減輕關(guān)節(jié)軟骨損傷。Cheng 等[35]通過使用人體軟骨細胞的體外模型和大鼠OA 的體內(nèi)模型來觀察G Rg1作用，發(fā)現(xiàn)G Rg1可抑制IL-1 誘導(dǎo)的人軟骨細胞MMP-13、COX-2和PGE2 基因和蛋白的表達，并防止Col2A1 和ACAN降解，減緩軟骨退變。這表明G Rg1對OA 治療具有潛在的臨床益處。

3.3 人參皂苷Rg3

人參皂苷Rg3（Ginsenoside Rg3,G Rg3）是四乙二醇三萜皂苷單體，可由Rb1、Rb2、Rb3、Rc 和Rd 代謝得到，其結(jié)構(gòu)為3b、12b 以及20 pro-S 位被羥基取代且3 位羥基轉(zhuǎn)化為-D-吡喃葡萄糖基- -D-吡喃葡萄糖苷的達瑪烷，屬原人參三醇型人參皂苷[36]。

有一項體外研究調(diào)查了G Rg3對人OA 軟骨細胞的保護作用。So 等[37]用IL-1 刺激軟骨細胞顯示MMP-1、MMP-3 和MMP-13 水平的增加和COL2A1和ACAN 表達的下降，而在用IL-1 和G Rg3 共同處理的細胞中，MMP-1 和MMP-13 的水平低于單獨用IL-1 處理的細胞，并且COL2A1 和ACAN 的表達水平從僅在IL-1 存在下培養(yǎng)時的低值恢復(fù)。此外研究還發(fā)現(xiàn)僅IL-1 刺激軟骨細胞會導(dǎo)致與衰老相關(guān)的-半乳糖苷酶（Senescence-associated -galactosidase,SA- -Gal）陽性細胞的增加，而IL-1 和G Rg3共同培養(yǎng)的細胞中對這一衰老標志物的表達有明顯抑制。且用G Rg3培養(yǎng)的軟骨細胞顯示出明顯高于對照細胞的增殖和端粒酶活性。以上研究表明，G Rg3 能保護細胞免受骨關(guān)節(jié)炎中軟骨細胞衰老的影響。

G Rg3還可以通過調(diào)節(jié)SIRT1 介導(dǎo)的抗凋亡和抗炎機制對OA 發(fā)揮作用。Ma 等[38]用腫瘤壞死因子（Tumor necrosis factor,TNF）- 刺激TC28a2 人軟骨細胞誘導(dǎo)軟骨細胞的損傷，發(fā)現(xiàn)G Rg3 逆轉(zhuǎn)了TNF- 抑制的SIRT1 的表達，還可激活SIRT1/PGC-1 /SIRT3途徑抑制TNF- 誘導(dǎo)的乙酰化環(huán)蛋白D（Acetylated Cyclophilin D,CypD）的乙酰化，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙和活性氧（ROS）積累減少，改善TNF- 誘導(dǎo)的細胞凋亡。此外還發(fā)現(xiàn)，G Rg3 逆轉(zhuǎn)SIRT1/PGC-1 /SIRT3的激活，介導(dǎo)p38 MAPK 的抑制，進而下調(diào)TNF- 處理的細胞中的NF- B 轉(zhuǎn)位。總之，在TNF- 刺激下，G Rg3能通過SIRT1/PGC-1 /SIRT3/p38 MAPK/NF- B信號傳導(dǎo)減少軟骨細胞中IL-8 和MMP-9 的產(chǎn)生，從而達到治療OA 的目的。

3.4 人參皂苷Ro

人參皂苷Ro（Ginsenoside Ro,G Ro）是齊墩果烷型人參皂苷，有研究顯示，G Ro 通過直接抑制TLR4信號通路發(fā)揮抗炎作用，表明G Ro 可以作為炎癥相關(guān)疾病的天然治療化合物[39]。

Zhang 等[40]首次報道了G Ro 能抑制IL-1 誘導(dǎo)的大鼠軟骨細胞凋亡率且促進凋亡蛋白的表達，同時還能夠抑制COX-2、MMP-3 和MMP-9 等炎癥因子的表達從而發(fā)揮抗炎作用。此外還發(fā)現(xiàn)G Ro 抑制了軟骨細胞中IL-1 刺激的NF- B 磷酸p65 的活化，表明G Ro 是通過抑制NF- B 來抑制IL-1 誘導(dǎo)的細胞凋亡和炎癥的。

3.5 其他人參皂苷單體

目前，針對其他人參皂苷治療OA 的研究較少。但有研究顯示，人參皂苷包括Rb2、Rh、Rc，Rd 和Rf等均可抑制MMPs 的表達來發(fā)揮抗炎作用，有希望成為治療OA 的潛在藥物，但發(fā)揮作用涉及的靶點還需要進一步深入研究[41]。Lee等[42]發(fā)現(xiàn)包括人參皂苷Rd、Rf 和F4 在內(nèi)的幾種皂苷在非細胞毒性濃度（1~50M）下可抑制IL-1 處理的軟骨細胞中MMP-13 的表達，最突出的抑制劑是人參皂苷F4 和Rg3。進一步研究發(fā)現(xiàn)G F4 能強烈抑制p38 促絲裂原激活蛋白激酶的激活，從而抑制MMP-13 的活性[43]。

此外，研究顯示，G Rb2 和G Rg5 等均可抑制OA大鼠關(guān)節(jié)軟骨細胞凋亡和基質(zhì)損傷，還可抑制IL-1 和TNF- ，從而減緩關(guān)節(jié)炎的進展或嚴重程度，預(yù)防關(guān)節(jié)軟骨的破壞[44,45]。Zhang 等[45]通過韌帶橫斷和內(nèi)側(cè)半月板切除制備骨關(guān)節(jié)炎大鼠模型，然后給予大鼠不同劑量的G Rg5 觀察。發(fā)現(xiàn)15M G Rg5 能顯著預(yù)防OA大鼠模型中的軟骨退化，防止滑膜崩解。用G Rg5治療大鼠可使Col2A1、ACAN 和Ⅱ型膠原蛋白表達水平增加，降低MMP-13、IL-1 、TNF- 、NO 和iNOS 的水平，證明G Rg5 可防止軟骨降解，抑制OA 大鼠滑膜炎癥，使軟骨細胞凋亡，可用于骨關(guān)節(jié)炎的治療。

研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷Rc 可以通過激活-catenin和Runx2 的經(jīng)典Wnt 通路促進成骨細胞分化和基質(zhì)礦化，上調(diào)骨標志物的表達來增加骨形成[43]。

3.6 多種人參皂苷協(xié)同治療

多種人參皂苷聯(lián)合用藥治療OA 也是目前研究的方向之一。有學(xué)者制備人參皂苷Rd 和人參皂苷Re作為活性成分組成的復(fù)合人參皂苷，將其作為治療OA的藥物[46]。Siddiqi 等[47]通過重復(fù)地蒸煮和干燥從新鮮人參根部分離出Rg5:Rk1混合物，研究其對小鼠MC3T3-E1 細胞生長和分化方面的影響，發(fā)現(xiàn)Rg5:Rk1會以劑量依賴的方式刺激MC3T3-E1 細胞生長，且上調(diào)膠原蛋白的合成，對骨基質(zhì)的發(fā)展產(chǎn)生增殖和合成作用，還可以誘導(dǎo)體外成骨的MC3T3-E1 細胞分化和礦化，而Rg5:Rk1對MC3T3-E1 細胞生長和分化的影響與BMP-2/Runx2 信號通路的表達密切相關(guān)。Rg5:Rk1 可能對刺激成骨細胞分化和正確的骨形成有用，可能成為治療OA 的潛在藥物。

此外，研究顯示，含多種人參皂苷的中藥復(fù)方在治療OA方面也有一定的前景。秦七風濕方（Qinqi Rheumatism Formula,QRF）是作為治療類風濕性關(guān)節(jié)炎的臨床經(jīng)驗方，由珠子參（扣子七）、秦艽和山茱萸組成，蘇潔等[48]推測其對OA 也有一定療效。借助網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，基于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，建立QRF 干預(yù)OA 的靶點網(wǎng)絡(luò)，對QRF 作用于OA 的活性成分及作用機制進行預(yù)測分析，得出QRF 可能通過G Re、G Rb1、G Rg1和G Rd 等活性成分，作用于IL-6、TNF 和IL-1等靶點，調(diào)控IL-17 信號通路、TNF信號通路、Th17 分化、Toll 樣受體信號通路及破骨細胞分化信號通路等實現(xiàn)對OA 的干預(yù)，為QRF 干預(yù)OA 的臨床研究提供參考。活血止痛膠囊是一種中藥配方，由當歸、三七、乳香、冰片、土鱉和黃芪以20:10:4:4:6:1 的比例組成，主要活性成分有G Rg1 和G Rb1 等[2]。Jua 等[2]發(fā)現(xiàn)，活血止痛膠囊能夠改善MIA 誘導(dǎo)的大鼠OA 模型中的OA 發(fā)展。

4 總結(jié)與展望

人參作為傳統(tǒng)中藥，在臨床具有廣泛的應(yīng)用前景。人參皂苷的藥理作用的研究主要集中在抗癌，抗氧化和免疫刺激活性上。然而，許多研究提出的證據(jù)表明，人參皂苷可通過抗炎來預(yù)防和治療各種炎癥性疾病，包括OA。

OA 作為一種多發(fā)于老年人群的疾病，越來越受到研究人員的重視。目前研究發(fā)現(xiàn)，人參皂苷可以通過多種途徑發(fā)揮對OA 的治療作用。人參皂苷可以調(diào)控軟骨細胞凋亡關(guān)鍵因子Bax/Bcl-2 表達比例，抑制軟骨細胞凋亡，或同時促進軟骨細胞增殖來保護軟骨細胞，但其相關(guān)調(diào)控的信號通路還不明確，有待后續(xù)進一步研究；其次，人參皂苷能夠通過NF- B、Notch和p38 MAPK 等信號通路抑制OA 細胞內(nèi)炎癥信號因子的表達，從而發(fā)揮抗炎作用。此外，人參皂苷還能抑制軟骨細胞衰老，從而阻止OA 軟骨損傷進程。人參皂苷除抗炎作用外，還具有一定的抗氧化應(yīng)激作用[49]。抗氧化應(yīng)激也是治療OA 的一種可行方法[50]，但目前針對人參皂苷在抗氧化應(yīng)激方面對OA 是否有作用的研究還較少，其具體機制仍需要更深入的研究。

總之，隨著對人參皂苷研究的深入，人參皂苷及其代謝物、衍生物可以用作預(yù)防和治療OA的有效藥物，并需要對其治療機制進行更深一步的研究，將為開發(fā)OA 治療藥物及人參皂苷的臨床應(yīng)用提供幫助。