中藥延緩終板軟骨細胞退變相關信號通路的研究進展

王晨宇,陳雙,孫道喜,謝林

(1.南京中醫藥大學第三臨床醫學院,江蘇 南京 210028;2.江蘇省中西醫結合醫院,江蘇 南京 210028)

椎間盤退變是脊柱退行性疾病的主要病理改變,是導致脊柱失穩、椎間盤突出癥及椎管狹窄癥等疾病的重要原因[1-2],也是導致頸肩腰腿痛的重要因素[3]。椎間盤由髓核、纖維環和終板組成。終板不僅是維持椎間盤穩定的重要結構,也是椎間盤進行物質交換的重要媒介。研究表明,終板軟骨細胞退變導致終板彌散功能障礙是椎間盤退變發生與發展的始動因素[4-5]。中藥能夠通過多條信號通路發揮促進終板軟骨細胞增殖、抑制終板軟骨細胞凋亡、減少終板軟骨細胞外基質降解的作用,進而延緩終板軟骨細胞退變[6-8]。本文對中藥延緩終板軟骨細胞退變相關信號通路的研究進展進行了綜述,現總結報告如下。

1 中醫對椎間盤退變的認識

椎間盤退變屬中醫學“腰痛”“痹證”范疇。《素問·脈要精微論篇》云:“腰者,腎之府,轉搖不能,腎將憊矣。”該論述明確了腎與腰的密切聯系。《丹溪心法·腰痛》載有“腰痛主濕熱、腎虛、瘀血、挫閃,有痰積”,指出了濕熱、腎虛、瘀血是腰痛的致病因素。現代中醫學家多認為椎間盤退變的病因病機為肝腎虧虛,加之風寒濕痰瘀內阻;病位在筋,與肝腎密切相關;證屬本虛標實、氣血虧虛;肝腎二臟虛損為本,風寒濕痰瘀為標[9-10]。因此,中醫治療椎間盤退變以補益肝腎為基本治則。

2 中藥延緩終板軟骨細胞退變的相關信號通路

終板是一層薄的透明軟骨,位于椎間盤的上方和下方,是營養物質從椎體毛細血管到達椎間盤的主要通路,也是代謝產物排出椎間盤的重要途徑[11]。終板軟骨細胞是終板內唯一的細胞類型,其退變、凋亡將導致終板鈣化,進而阻礙椎間盤的物質交換,并最終導致椎間盤退變[12]。終板軟骨細胞退變進程受多條信號通路調控,當前對中藥延緩終板軟骨細胞退變的研究主要圍繞Fas[13-14]、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)[15-16]、Wnt/β-catenin[17-19]、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)[20-22]、印第安刺猬因子(Indian hedgehog,IHH)[23-24]、基質細胞衍生因子(stuomalcell-derived factor,SDF)-1/CXC趨化因子受體(CXC chemokine receptor,CXCR)-4[25]等信號通路。

2.1 Fas信號通路Fas是腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)受體家族中典型的凋亡受體,Fas配體(Fas ligand,FasL)與Fas在細胞膜表面結合,進而通過激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶引起細胞凋亡[26]。Wang等[27]研究發現,椎間盤退變患者終板軟骨細胞的凋亡率及Fas蛋白表達量均高于正常人,認為終板軟骨細胞凋亡與Fas信號通路密切相關。呂存賢等[13]采用異常應力負荷及椎間失穩法建立了兔終板軟骨退變模型,并采用補陽還五湯對模型兔干預,結果顯示,終板軟骨退變模型兔的終板軟骨組織中Fas、FasL的mRNA表達量顯著上調,補陽還五湯干預后終板軟骨組織中Fas、FasL的mRNA表達量顯著下調,提示補陽還五湯能夠抑制終板軟骨細胞凋亡。吳國華等[14]研究發現,六味地黃丸含藥血清可抑制兔退變椎間盤的終板軟骨細胞凋亡及細胞外基質分解,且藥物干預組軟骨終板組織中Fas、FasL的mRNA表達水平低于模型組,提示六味地黃丸含藥血清可能通過抑制Fas信號通路延緩終板軟骨細胞的退變。

2.2 MAPK信號通路MAPK信號通路廣泛存在于細胞中,能夠調控細胞增殖、分化、凋亡等;該信號通路可被物理刺激、炎性細胞因子等細胞外刺激或信號激活;p38MAPK、胞外信號調節激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)是目前研究較為深入的MAPK家族成員[28]。Kong等[29]研究發現,靜態機械負荷誘導下的終板軟骨細胞凋亡過程中c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、ERK1/2和p38MAPK磷酸化水平升高,且JNK、p38MAPK和ERK抑制劑干預可抑制終板軟骨細胞的凋亡,提示MAPK信號通路的激活可引起終板軟骨細胞的凋亡。柳根哲等[15]研究發現,益氣活血湯含藥血清可促進處于高靜水壓下的兔終板軟骨細胞增殖,抑制p38蛋白的磷酸化,提示益氣活血湯延緩終板軟骨細胞退變可能與抑制p38MAPK信號通路有關。付長龍等[16]研究發現,狗脊多糖能夠下調白細胞介素(interleukin,IL)-1β誘導的大鼠椎間盤退變軟骨細胞中ERK1/2 mRNA與蛋白的表達,提示狗脊多糖可能通過抑制ERK1/2通路延緩終板軟骨細胞退變。

2.3 Wnt/β-catenin信號通路Wnt/β-catenin通路是Wnt信號通路中的經典通路,參與細胞凋亡與壞死的過程。Wnt/β-catenin信號通路被激活后,β-catenin的降解將受到抑制,細胞中游離的β-catenin增多;β-catenin與T細胞因子、淋巴增強因子結合形成復合物后進入細胞核,進而調控與細胞凋亡相關基因的表達[30]。鄭權等[31]研究發現,退變的終板軟骨細胞中β-catenin表達量明顯升高,抑制Wnt/β-catenin信號通路后,β-catenin的表達量顯著降低,而終板軟骨細胞外基質蛋白的表達升高,提示β-catenin在終板軟骨細胞退變過程中起重要作用,抑制Wnt/β-catenin信號通路可延緩終板軟骨細胞的退變。韓濤等[17]研究發現,補腎活血中藥可抑制兔離體終板軟骨組織中蛋白多糖和Ⅱ型膠原的分解,且中藥干預組Wnt-3α、β-catenin的mRNA表達水平低于對照組。劉伯齡等[18]在探討獨活寄生湯干預對大鼠椎間盤軟骨細胞Wnt/β-catenin信號通路影響的研究中發現,獨活寄生湯與Wnt/β-catenin信號通路抑制劑DDK-1對大鼠椎間盤終板軟骨細胞的干預效果一致。劉志超等[19]研究發現,益氣活血湯含藥血清干預靜水壓誘導的兔退變終板軟骨細胞24 h后,軟骨細胞Wnt4、β-catenin的蛋白表達量下調。因此,中藥延緩終板軟骨細胞退變與抑制Wnt/β-catenin信號通路密切相關。

2.4 NF-κB信號通路NF-κB信號通路是調控細胞生長、凋亡及炎癥反應的重要信號通路。在靜息狀態下,NF-κB與核因子-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor-κB,IκB)結合形成二聚體;當受到刺激信號時,IκB激酶激活IκB,IκB與NF-κB分離,NF-κB進入細胞核內,促進相關基因轉錄。高智等[32]研究發現,在自然傳代的大鼠終板軟骨細胞中加入NF-κB信號通路抑制劑,可抑制基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-13和SRY相關高遷移群盒-9的表達,提高Ⅱ型膠原、蛋白聚糖的表達,提示NF-κB信號通路與終板軟骨細胞退變有密切聯系。付美艷等[20]研究發現,青藤堿可顯著降低IL-1β誘導的大鼠退變終板軟骨細胞中IL-6、TNF-α、MMP-13及血小板反應蛋白解整合素金屬肽酶(disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin,ADAMTS)-5的表達,同時抑制NF-κB及IκB激酶的表達,提示青藤堿可能通過抑制NF-κB信號通路而發揮延緩椎間盤終板軟骨細胞退變的作用。薛凡[21]研究發現,補肝健腰方含藥血清可以增強IL-1β誘導的大鼠退變終板軟骨細胞的增殖能力,下調IκB激酶、NF-κB p65的mRNA表達。王剛良[22]研究發現,石蒜堿能夠抑制IL-1β誘導的大鼠終板軟骨細胞的NF-κB信號通路,其作用靶點為IκBα/p50/p65三聚體,進而抑制ADAMTS-4、ADAMTS-5、MMP-3和MMP-13表達上升,延緩終板軟骨細胞退變。因此,多種中藥單體、復方均能夠通過抑制NF-κB信號通路延緩終板軟骨細胞的退變。

2.5 IHH信號通路IHH信號通路與終板軟骨細胞退變密切相關。Wang等[33]研究發現,IHH配體與終板軟骨細胞膜受體Patched-1結合后,可激活轉錄因子Gli-1;Gli-1能夠激活包括刺猬因子相互作用蛋白和Runt相關轉錄因子2等在內的IHH信號通路下游靶基因的轉錄,進而激活MMP-13和X型膠原的表達,誘導終板軟骨細胞的退變。丁慧琴等[23]研究發現,補骨壯筋湯能夠明顯抑制小鼠退變終板軟骨細胞中IHH及MMP-13的表達,抑制終板軟骨細胞外基質降解,提示補骨壯筋湯可通過抑制IHH信號通路延緩終板軟骨退變。徐永明等[24]應用細胞應力加載系統在體外建立大鼠終板軟骨細胞退變模型,并采用淫羊藿素干預,結果顯示淫羊藿素能夠下調終板軟骨細胞中IHH mRNA及蛋白的表達,上調軟骨合成相關基因的表達,且其效果與IHH信號通路抑制劑環巴胺類似,提示淫羊藿素可能通過抑制IHH信號通路延緩終板軟骨細胞退變。

2.6 SDF-1/CXCR-4信號通路SDF-1是CXCR-4目前已知的唯一配體,SDF-1可直接誘導軟骨細胞凋亡,同時還能夠提高軟骨細胞MMP-13的表達,進而促進細胞外基質降解[34]。抑制SDF-1/CXCR-4信號通路能夠促進終板軟骨細胞增殖和細胞外基質形成,抑制細胞凋亡,在防治終板軟骨細胞退變中有重要意義[35]。蔣偉等[25]研究發現,桂枝加葛根湯含藥血清可以增加外力刺激誘導的大鼠退變終板軟骨細胞的活性,降低終板軟骨細胞凋亡率,并顯著抑制CXCR-4的蛋白表達;且在桂枝加葛根湯+SDF-1α組中,桂枝加葛根湯對終板軟骨細胞的改善作用被SDF-1α抑制,提示桂枝加葛根湯可能通過抑制SDF-1/CXCR4信號通路延緩終板軟骨細胞退變。

3 小 結

終板軟骨細胞退變是椎間盤退變的起始階段,而中醫藥在椎間盤退變的治療中發揮了重要作用。中藥能夠通過Fas、MAPK、Wnt/β-catenin、NF-κB、IHH、SDF-1/CXCR-4等多條信號通路發揮延緩終板軟骨細胞退變的作用。目前,針對中藥延緩終板軟骨細胞退變的相關信號通路的研究仍存在以下不足:①總體研究數量較少;②目前的研究以體外實驗為主,對于藥物能否通過體內代謝而對終板軟骨細胞產生影響的問題,尚待動物實驗及臨床試驗進一步加以證實;③終板軟骨細胞退變是由多條信號通路協同作用導致的,而目前的研究多針對某一信號通路,對于多條信號通路之間的相互關系有待進一步發掘。