虎杖有效成分基于類風濕關節炎相關信號通路治療類風濕關節炎作用機制的研究進展

趙鈺,李紀高,周全

(1.河南中醫藥大學第一臨床醫學院,河南 鄭州 450000;2.河南中醫藥大學第一附屬醫院,河南 鄭州 450000)

類風濕關節炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種以侵蝕性關節炎為主要特征的慢性自身免疫性疾病,可引起關節疼痛、腫脹及功能障礙,且致殘率高,嚴重影響患者的生存質量[1]。RA的發病機制尚未完全明確,多條信號通路與RA的發生和發展關系密切[2]。RA屬中醫學“痹證”“尪痹”范疇,中醫臨床上以祛風除濕、活血化瘀止痛為治療原則。虎杖是蓼科草本植物虎杖的干燥根莖和根,具有祛風除濕、活血止痛、化瘀解毒的功效,臨床上采用含有虎杖的方劑治療RA療效顯著[3-4]。本文對虎杖有效成分基于RA相關信號通路治療RA作用機制的研究進展進行了綜述。

1 虎杖的概述

虎杖始載于《名醫別錄》,適用于風濕痹痛、癰腫瘡毒及跌打損傷等。中醫學認為RA的病機為風、熱、寒、濕等邪氣侵襲,致關節經絡痹阻、氣血停凝,日久則生瘀血,致關節疼痛、腫脹、畸形。虎杖用于治療痹證由來已久。唐代醫家陳藏器認為,虎杖可治“風在骨節間及血瘀”[5];明代李中梓在《本草征要》[6]中指出虎杖主治“久患痹證,更番歷節,變形僵硬”。葉淑穎[3]采用泰痹顆粒治療RA,療效確切,其中泰痹方以虎杖為君藥;郝苗清[4]采用痹清飲治療RA,能夠顯著改善活動期RA患者臨床生化指標,其中痹清飲以虎杖為臣藥。

2 虎杖有效成分基于RA相關信號通路治療RA的作用機制

虎杖含有山柰酚、槲皮素、虎杖苷、白藜蘆醇、大黃素等多種有效成分[7]。多項研究表明,虎杖有效成分可調控Janus激酶(Janus kinase,JAK)/信號轉導及轉錄激活因子(signal transduction and activator of transcription,STAT)、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)、Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)4等多條與RA相關的信號通路,從抑制血管翳形成、減輕炎癥反應、改善氧化應激、誘導細胞凋亡、調節免疫等多方面發揮治療RA的作用(圖1)。

JAK/STAT為Janus激酶/信號轉導及轉錄激活因子;NF-κB為核因子-κB;MAPK為促分裂原活化的蛋白激酶;PI3K/AKT為磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B;TLR4為Toll樣受體4。

2.1 JAK/STAT信號通路JAK/STAT信號通路參與調節炎癥反應、細胞增殖等生物過程。JAK在接收到上游信號后,會迅速募集并活化,活化的JAK能夠催化特定的受體磷酸化;STAT識別磷酸化的受體并與之結合后,亦發生磷酸化;磷酸化的STAT進入細胞核進而調控下游因子的表達[8]。JAK/STAT信號通路在RA炎癥反應、細胞自噬過程中發揮重要作用,與RA病情發展密切相關。吳志穎等[9-10]研究發現,抑制JAK/STAT信號通路能夠減少炎癥因子的釋放、增強細胞自噬,進而改善炎癥反應,抑制滑膜增殖。JAK/STAT抑制劑托法替尼也已被用于治療RA[11]。白藜蘆醇是虎杖中的二苯乙烯類多酚化合物,具有誘導細胞凋亡、抗炎、抗氧化的生物學活性。

Yang等[12]研究發現,白藜蘆醇可通過抑制血管新生、減輕炎癥反應治療RA。Nazari-Khanamiri等[13]研究發現,白藜蘆醇通過STAT3/缺氧誘導因子-1相關途徑,下調缺氧誘導因子-1和血管內皮生長因子基因的表達,控制血管翳的形成,進而減輕關節組織的病理損害。楊璟[14]研究發現,高劑量白藜蘆醇可抑制JAK-STAT信號通路的過度激活,減少磷酸化的STAT1和STAT3,抑制滑膜血管新生。虎杖苷是虎杖的二苯乙烯類化合物,具有抗氧化應激、抗炎、抗腫瘤、調節免疫等多種作用[15]。Kamel等[16]研究發現,虎杖苷通過下調STAT3的表達,降低炎癥因子白細胞介素(interleukin,IL)-17、IL-6及腫瘤壞死因子-α水平,進而緩解大鼠炎癥反應。因此,虎杖有效成分能夠通過JAK/STAT信號通路發揮抑制血管翳生成、抗炎等作用,進而控制RA發展。

2.2 NF-κB信號通路NF-κB信號通路參與獲得性免疫細胞的調控過程。NF-κB和NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB,IκB)以復合物的形式存在,外界刺激激活IκB激酶后,使IκB磷酸化后被降解,NF-κB被釋放后進入細胞核,調控靶基因的轉錄,進而參與機體免疫應答、炎癥反應、細胞增殖與凋亡等過程[17]。NF-κB信號通路與RA的病理過程關系密切。NF-κB信號通路的過度激活可導致成纖維樣滑膜細胞在軟骨表面聚集和黏附,加重RA患者關節軟骨的破壞[18]。曾茂湘等[19]研究發現,抑制NF-κB信號通路,可下調抗凋亡因子及炎癥因子的水平。氧化應激參與了RA病理過程,引起活性氧(reactive oxygen species,ROS)等自由基增多,加重炎癥反應;還原型谷胱甘肽作為細胞內的抗氧化物,在改善氧化應激中發揮重要作用[20]。Guazelli等[21]研究發現,槲皮素能夠通過抑制NF-κB信號通路提高還原型谷胱甘肽的水平、下調前內皮素原-1和環氧合酶-2 mRNA的表達,減少IL-1β的釋放,抑制中性粒細胞向關節腔的聚集,從而發揮抗氧化應激、抗炎的作用。Yang等[22]的研究結果表明,白藜蘆醇能夠通過抑制RA滑膜成纖維細胞的NF-κB信號通路抑制環氧合酶-2的釋放,發揮延緩RA病程的作用。大黃素是虎杖中的蒽醌類衍生物,具有免疫抑制、抗炎、抗氧化等藥理特性[23]。孟慶良等[24]研究發現,大黃素可通過抑制NF-κB信號通路的激活降低人RA成纖維樣滑膜細胞中抑凋亡因子B淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)的表達、提高促凋亡因子Bax的表達,加速RA成纖維樣滑膜細胞的凋亡,抑制滑膜細胞的增殖,延緩RA進展。因此,虎杖有效成分可通過NF-κB信號通路發揮抗氧化應激、抗炎、促細胞凋亡等作用,進而延緩RA進程。

2.3 MAPK信號通路MAPK主要包括p38、c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)1/2/3、胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2等3個亞族[25]。MAPK信號通路在多方面和RA密切相關。MAPK被激活后,通過逐級磷酸化調控下游應答分子,調節細胞分化和增殖,參與RA炎癥的調節過程[26]。Ma等[27]研究發現,p38、JNK、ERK通過誘導細胞周期正調節因子的表達,促進細胞分化和增殖,導致RA滑膜組織增生。趙萌萌[28]研究發現,p38抑制劑SB202190能下調RA成纖維樣滑膜細胞中炎癥因子的水平,延緩骨破壞進程。基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)是一類蛋白水解酶;MMP的過度激活會導致軟骨組織被破壞,且MMP與炎癥反應、新生血管形成等生物過程均有聯系[29]。山柰酚是虎杖根的黃酮類化合物,具有抗炎、調節免疫、抗氧化、抗癌等作用[30-31]。Pan等[32]研究發現,山柰酚可通過阻斷MAPK信號通路,有效抑制RA成纖維樣滑膜細胞的侵襲和遷移,降低MMP表達,抑制軟骨細胞降解,減輕RA癥狀。Gao等[33]研究發現,白藜蘆醇通過抑制MAPK信號通路,下調MMP-3、MMP-13、環氧合酶-2的表達,降低IL-1β、前列腺素E2釋放,減弱炎癥細胞浸潤,改善RA癥狀。Yang等[12]研究發現,白藜蘆醇可阻斷滑膜細胞株RSC-364中JNK和p38的磷酸化,改善氧化還原穩態,減少ROS積累,下調丙二醛的血清水平并增強超氧化物歧化酶的活性,減輕氧化損傷,延緩RA進展。因此,虎杖有效成分能夠通過調控MAPK信號通路,從抗氧化應激損傷、減輕炎癥反應等方面發揮延緩RA進程的作用。

2.4 PI3K/AKT信號通路PI3K/AKT信號通路是調節細胞增殖、代謝、凋亡的核心信號通路。AKT是PI3K下游的關鍵靶點,PI3K/AKT信號通路通過激活AKT誘發級聯反應,參與細胞增殖及凋亡等生物過程[34]。PI3K/AKT信號通路與RA關系緊密,在RA的病理過程中起重要作用。Cheng等[35-36]研究發現,PI3K/AKT信號通路通過參與調控成纖維樣滑膜細胞增殖與凋亡、血管翳的形成及軟骨組織降解等過程影響RA發展。細胞凋亡是機體保持內環境穩態的重要方式,RA成纖維樣滑膜細胞的增殖和凋亡失衡是RA進展的重要因素[37]。彭菲菲[38]研究發現,虎杖的有效成分大黃素能夠通過抑制PI3K/AKT信號通路促進RA成纖維樣滑膜細胞的凋亡、抑制RA滑膜細胞增殖。潘東梅[39]研究發現,山柰酚通過抑制人RA成纖維樣滑膜細胞中PI3K和AKT的磷酸化過程,降低細胞周期蛋白依賴性激酶4、細胞周期蛋白D1水平,誘導RA成纖維樣滑膜細胞的凋亡和周期阻滯,抑制滑膜增生。Tian等[40]研究發現,白藜蘆醇通過抑制RA成纖維樣滑膜細胞中的PI3K/AKT信號通路,降低MMP-3、IL-1β水平,改善炎癥反應。因此,虎杖有效成分能通過PI3K/AKT信號通路促進滑膜細胞凋亡、改善炎癥反應。

2.5 TLR4信號通路TLR是連接天然免疫和特異性免疫的樞紐,具有免疫調節作用。TLR4是TLR家族成員之一,可通過髓樣分化因子88依賴途徑向下游傳導信號,以介導炎癥反應、細胞凋亡。TLR4相關信號通路和RA的發生發展關系密切。Duffy 等[41]研究發現,RA患者外周血及滑膜組織中的TLR4蛋白異常高表達。TLR4抑制劑TAK-242在臨床試驗中顯示了良好的RA治療效果,可能成為潛在治療RA的新型藥物[42]。免疫紊亂是RA重要的發病機制,而脾臟的相對質量是評價免疫功能的重要指標。Shen等[43]研究發現,高劑量的槲皮素能夠下調膠原誘導型關節炎小鼠TLR4表達,通過高遷移率族蛋白B1、TLR4、p38、NF-κB等信號通路抑制免疫球蛋白G1、G2a的表達,顯著降低脾臟指數、IL-8等炎癥因子水平及踝關節滑膜組織中丙二醛的水平,上調過氧化氫酶的表達。謝延平等[44]研究發現,槲皮素可降低軟骨組織中TLR4水平,抑制腫瘤壞死因子受體相關因子6、髓樣分化因子88、NF-κB p65表達,進而緩解滑膜炎癥。李麗等[45]的研究結果表明,白藜蘆醇可通過抑制腱糖蛋白-C/TLR4信號通路的活化下調炎癥因子表達,降低RA大鼠關節的腫脹率。因此,虎杖通過調控TLR4信號通路,能夠調節免疫、抗氧化應激、減輕炎癥反應等,進而發揮治療RA的作用。

3 小 結

RA屬中醫學“痹證”“尪痹”范疇,虎杖用于治療RA歷史悠久、療效顯著。虎杖含有山柰酚、槲皮素、虎杖苷、白藜蘆醇、大黃素等多種有效成分,這些有效成分能夠調控JAK/STAT、NF-κB、MAPK、PI3K/AKT及TLR4等多條與RA相關的信號通路,從抑制血管翳形成、減輕炎癥反應、改善氧化應激、誘導細胞凋亡、調節免疫等多方面發揮治療RA的作用。虎杖有效成分治療RA的作用機制表現出多途徑、多成分、多靶點的特點。目前,針對虎杖有效成分治療RA作用機制的研究已取得顯著成果,但在不同信號通路、不同有效成分之間的相互作用機制研究方面尚顯不足,且目前的研究以體外細胞實驗和動物實驗為主,缺少臨床試驗研究。因此,虎杖治療RA的作用機制尚需從上述方面進一步深入研究,以期為RA新藥的研發提供支持。