黄酮类中药单体治疗骨性关节炎作用的最新研究进展

2019-01-02陈超群蒋涛

中医药学报 2018年6期

陈超群，蒋涛

(南京中医药大学常州附属医院，江苏常州 213000)

骨性关节炎(osteoarthritis，OA)是一种常见的关节炎，又称骨关节病、老年性关节炎、退行性关节炎，是老年人的常见疾病，主要以关节软骨的退变、破坏以及关节边缘和软骨下骨反应性增生为发病特点。随着人口老龄化的程度越来越高，其发病率也越来越高，是目前老年人慢性残疾的首要原因[1-2]。传统观点认为骨性关节炎是力学和生物力学因素共同作用下导致软骨细胞、细胞外基质以及软骨下骨三者之间合成代谢和分解代谢的失衡，然而,目前研究发现骨性关节炎是一种综合征，病变累及所有关节组织，包括软骨、软骨下骨、及滑膜组织等[3-4]。到目前为止还未完全澄清骨性关节炎的发病机制，临床治疗方面，如何运用中医中药治疗骨性关节炎已经引起医生的重点关注。相比于西药，中医中药治疗骨性关节炎具有丰富的理论和实践经验，其运用历史悠久，临床治疗方面效果较好并且毒副作用较少，因此从治疗骨性关节炎的中药中寻找有效的活性单体将成为研究热点，其中黄酮类中药单体研究较为深入。到目前为止，国内外对近40余种中药中黄酮类成分进行深入研究，近些年关于治疗骨性关节炎的相关黄酮类单体深入研究主要有8种，因此本文主要就从8种黄酮类中药单体治疗骨关节炎的作用机制方面进行总结与归纳，并进一步为筛选治疗骨关节炎的中药单体提供相应的理论依据。

1 治疗骨性关节炎的黄酮类中药单体

黄酮类单体化合物是一类具有C6-C3-C6结构的天然多酚类化合物，根据其分子结构特征，分为黄酮、二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮、黄酮醇等，尤以蔷薇科、芸香科、禾本科等植物中含量较为丰富，目前大量的研究表明其具有抗氧化、抗炎、抗病毒、抗骨质疏松等生理作用。至今为止从中药中提取的黄酮类单体较多，然而治疗骨性关节炎的黄酮类单体研究报道相对较少，我们归纳了临床上常用于治疗骨性关节炎的黄酮类中药单体(详见表1)。中药补骨脂提取的主要有效黄酮类成分柚皮苷，具有抗炎、抗病毒、镇痛等药理活性；淫羊藿苷主要是从中药淫羊藿茎叶中提取的主要活性成分，其具有增强免疫，抗肿瘤、调节内分泌等作用；黄芩素是从黄芩中提取的黄酮类化合物，临床上具有抑菌消炎及抗感染等作用；槲皮素主要存在于槐花、牡丹皮、菊花、银杏叶等中药中，具有祛痰、止咳、平喘等作用；葛根素是从中药葛根中分离出黄酮类衍生物，具有降血压、抗心律失常、保护心肌等作用，现多用于心血管疾病的治疗；木犀草素是一种从中药里提取天然类黄酮化合物，以野菊花、紫苏、金银花含量最高；金雀异黄酮又称染木料素，是一种存在于大豆和红三叶草中的多酚类化合物，具有抗氧化及对雌激素受体高度的亲和性；从绿茶中提取的茶多酚成分表没食子儿茶素没食子酸酯(ECGG)，也具有抗氧化作用，它们对于治疗骨性关节炎的作用机制复杂并且治疗靶点较多(详见表2)，下文就从对软骨细胞的增殖与凋亡、软骨细胞的代谢、对炎症细胞的代谢及对骨髓基质干细胞向软骨细胞分化等几个方面来综述黄酮类中药单体治疗骨性关节炎的作用机制。

表1 治疗OA的黄酮类中药单体

2 黄酮类中药单体治疗骨性关节炎的机制

2.1 对软骨细胞凋亡与增殖的影响

以往关于骨性关节炎的研究多侧重于软骨细胞外基质的分解代谢与合成代谢的失衡，随着近些年来的研究，逐渐认识到正常的软骨细胞也是维持细胞外基质平衡的重要条件，其中软骨细胞凋亡与增殖的失衡是骨性关节炎的重要发病机制[5]，黄酮类中药单体对于骨性关节炎的治疗机制多靶向作用于软骨细胞，吴素珍等人研究发现槲皮素能够促进变性的软骨细胞增殖，并且与其作用浓度呈正相关[6]。LeiZhang 等人[7]研究发现一定浓度范围的淫羊藿苷促进软骨细胞的增殖，Wang[8]等人也发现淫羊藿苷能够促进软骨细胞增殖，不仅如此，体内动物实验也发现它能够促进软骨再生，而这些可能与淫羊藿苷激活缺氧诱导因子1α(HIF-1α)有关；张汉庆等人研究发现葛根的主要提取物葛根素能够恢复退变软骨细胞活性，并且能够促进软骨细胞增殖[9]，在此作用基础上，它还能够抑制诱导型一氧化氮合酶的活性，减少一氧化氮的生成[10]，一氧化氮是软骨细胞的凋亡诱导剂，这也说明葛根素不仅能够促进软骨细胞的代谢而且还能通过靶向抑制一氧化氮的生成来间接抑制软骨细胞凋亡，这也为其临床应用与推广提供了理论依据。肖涟波等人探究柚皮苷对人骨关节炎软骨细胞凋亡的影响机制中，发现一定浓度的柚皮苷能够显著降低软骨细胞凋亡比例，并进一步研究发现其可能通过阻断一氧化氮的产生并且抑制半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶(Caspase)信号通路产生作用[11]，而且柚皮苷能够通过抑制窖蛋白-p38MAPK (caveolin-p38MAPK)信号通路的激活而促进软骨细胞增殖[12]，动物实验也证实口服柚皮苷也能够修复兔的软骨缺损[13]；国内研究发现天然的雌激素受体调节剂金雀异黄酮低浓度能够逆转炎症环境下软骨细胞增殖抑制作用，然而高浓度却对软骨细胞起到抑制增殖的作用[14]；研究表明黄芩素能够促进软骨细胞的增殖以及抑制软骨细胞的凋亡，这可能与下列机制有关，①抑制软骨细胞一氧化氮合酶的表达并且进一步减少一氧化氮的产生;②抑制Caspase3及Caspase8的激活[15];③促进抗凋亡蛋白Bcl-2的表达[16]。

2.2 对软骨细胞代谢的影响

关节软骨细胞的代谢异常导致其变性、退化、凋亡，进而发生软骨的破损、骨质及滑膜病变继而导致骨性关节炎的发生。通常认为软骨细胞的代谢与细胞外基质(胶原、蛋白多糖)的合成、分解密切相关。基质金属蛋白酶(MMPS)以及含血小板蛋白结合基序的解聚蛋白样金属蛋白酶-4(ADAMTS-4)和ADAMTS-5是导致骨关节炎软骨细胞外基质分解的重要因素，并在软骨破损中发挥着重要作用，国外研究发现表没食子儿茶素没食子酸酯(ECGG)能够通过抑制核转录因子NF-KB和AP-1/c-Jun的激活来下调白介素1β(IL-1β)诱导的软骨细胞MMP1和MMP13的表达[17]，国内动物实验也证实了它能够下调骨性关节炎模型小鼠关节软骨MMP13的表达，不仅如此它还能促进关节软骨蛋白聚糖、Ⅱ型胶原、ADAMTS-5的表达[18]；国内Wang等人研究发现淫羊藿苷能够促进软骨细胞外基质产生，这可能与下列原因有关，①增强软骨增生的基因表达，如Sox9，Col2α，aggrecan等;②抑制软骨代谢相关基因，如Mmp2, Mmp9,Mmp13,Adamts4，Adamts5等，不仅如此，进一步研究发现，在3D培养条件下，淫羊藿苷能够起到相同的效果[8]；14年国内研究黄芩素对白介素1β诱导人软骨细胞退变的影响，发现其能够抑制软骨细胞Mmp-3，Mmp13的表达并且能够促进蛋白聚糖及Ⅱ型胶原的表达[15]，Wei-Ping Chen[19]对此进一步研究发现它保护软骨的作用有可能与MAPK信号通路激活有关；张汉庆等[20]人探究葛根素治疗兔膝关节骨性关节炎对关节软骨的基质金属蛋白酶及其抑制剂的影响，结果发现葛根素能够抑制骨关节炎软骨细胞MMP-1的表达，这也表明它具有一定的抑制细胞外基质中胶原的降解作用，这也为它防治关节炎提供理论依据。体内与体外实验[21]共同证实柚皮苷能够通过抑制NF-KB信号通路的激活来下调MMP-13、ADAMTS-5、NOS-2的表达，这些基因的下调将防止OA的软骨进一步退变与破坏。袁小亮等人[22]研究槲皮素对软骨MMP-13、TIMP-1表达的影响，分别从动物实验和细胞实验共同证实了它能够抑制MMP-13的表达及上调TIMP-1的表达，降低MMP-13/TIMP-1的比例，进而抑制细胞外基质的降解，达到保护关节软骨的作用；与之矛盾的是，韩国学者Hyun Lim等[23]探究黄酮类药物对软骨细胞的作用机制，发现槲皮素不能抑制退变软骨细胞MMP-13的表达，这种现象可能与槲皮素的作用浓度有关；不仅如此，它还能促进软骨细胞Ⅱ型胶原的表达[24]，而Ⅱ型胶原是关节软骨细胞外基质主要成分。研究发现木犀草素能够抑制体外退变软骨细胞MMP-1，MMP-3，MMP-13，ADAMTS-4，ADAMTS-5基因表达，同时体内实验也证实了高浓度的木犀草素能够抑制关节软骨MMP-3蛋白的分泌[25]。

2.3 对炎症细胞及细胞因子的影响

骨性关节炎早期被认为是一种非炎症性疾病，其患者的滑膜组织经常被作为类风湿关节炎研究的正常对照组；可是，近些年来越来越多的证据表明骨性关节炎患者存在一定程度的滑膜炎症，而且人体免疫系统也参与骨关节炎的发生与发展[26]。其中骨性关节炎患者滑膜及其巨噬细胞分泌的促炎细胞因子(TNF-α，IL-1β，MMPs)参与到软骨退变机制中，尤以TNF-α，IL-1β最为主要。关于黄酮类中药单体对于OA的炎症细胞及细胞因子的作用研究近些年也较多，施风超等[27]通过运用弗氏佐剂建立大鼠骨性关节炎疾病模型来评估木犀草素治疗骨关节炎的作用，研究结果发现木犀草素能够改善大鼠关节肿胀体积，关节炎指数，降低关节滑液中白细胞及中性粒细胞数量，体外实验进一步运用炎症细胞模型来评价它的抗炎作用，结果也表明它能够抑制内毒素(LPS)诱导的巨噬细胞激活，这抗炎机制有可能与下列有关，①下调IL-6，IL-1β，TNF-α，iNOS的表达;②调节Th1/Th2和Th17/Treg平衡;③抑制P2X4及MAPK/NF-KB信号通路;张纯武[28]也报道了相似的结果。柚皮苷能够通过抑制NF-KB信号抑制软骨细胞IL-1β，COX-2的表达[21]；黄芩素也通过抑制NF-KB信号通路来抑制COX-2的表达[16]；张城等人[29]通过研究金雀异黄酮对于LPS处理的兔软骨细胞增殖拮抗及抗炎作用中，发现其能够抑制LPS处理的软骨细胞IL-1β的表达，相反，国外有研究发现金雀异黄酮也在一定程度上抑制IL-1β的表达，但无统计学意义，这可能与金雀异黄酮的实验浓度差异或者与软骨细胞不同种类来源有关[30]；刘俊等人[31]探索槲皮素对兔骨关节炎模型中IL-1β、TNF-α的水平影响，结果表明槲皮素组关节液中促炎因子(IL-1β、TNF-α)显著低于模型组，这也为临床运用槲皮素治疗骨性关节炎提供理论依据，然而关于它对于体外软骨细胞促炎因子作用以及具体机制研究仍未完全清楚。国外研究发现ECGG能够抑制IL-1β所诱导软骨细胞COX-2上调，并进一步抑制PGE-2的产生而起到保护软骨细胞的作用，在此基础上运用转染技术，发现ECGG是通过上调软骨细胞miR-199a-3p的表达[32]，有研究表明miR-199a-3p与COX-2mRNA 的3’UTR的序列相匹配[33]，因此说明了ECGG是通过上调miR-199a-3p的表达来使得COX-2基因沉默以达到保护软骨细胞的作用；同时动物实验也发现[18]，经过ECGG治疗过的关节炎小鼠，其IL-1β、TNF-αmRNA、COX-2的表达下降，这也说明了在体内和体外ECGG均能够较好的改善关节炎的炎症因子的变化。

2.4 对骨髓基质干细胞向软骨细胞分化的影响

骨髓基质干细胞(骨髓间充质干细胞)是存在于骨髓中一种特殊的非造血干细胞，具有自我更新、高度增殖能力、多向分化潜能，在特定的诱导因子作用下将其诱导为软骨细胞，因此在骨关节炎疾病治疗中又被称为“种子细胞”，目前关于黄酮类中药单体是否促进骨髓基质干细胞成软骨分化的研究较少，王冠军等人[34]研究柚皮苷对大鼠骨髓基质干细胞增殖及其成软骨细胞分化的影响中，发现低浓度的柚皮苷能够促进骨髓基质干细胞的增殖，但是单纯柚皮苷作用于骨髓基质干细胞并不能诱导其成软骨分化，然而柚皮苷加软骨细胞诱导液却能促进其骨髓基质干细胞的成软骨细胞的分化能力；在体外2D[35]及3D[36]软骨细胞培养条件下，淫羊藿苷均能促进骨髓基质干细胞向软骨细胞分化，相反却不促进软骨过度肥厚方向分化，这也为促进软骨组织修复提供潜在的药物，然而关于其它黄酮类中药单体(葛根素、黄芩素、槲皮素、金雀异黄酮、ECGG、木犀草素)在骨髓基质干细胞的研究多集中于成骨方向的研究，相反在是否促进其向软骨方向的研究少之又少，以及这些单体是否在体内实验也起到相同的作用仍需要我们进一步研究、探索。

3 总结与展望

中医中药在临床上治疗骨性关节炎具有作用广泛，疗效明显并且毒副作用较少等优势，其中运用现代中药的研究方法从传统中药中筛选出新的有效活性单体治疗骨性关节炎将成为研究热点，目前的研究发现中药单体治疗骨性关节炎具有多靶点、多环节的特点，但是对于其基础研究尚处于起步阶段，有些活性成分及作用机制仍未完全明确；因此本文对黄酮类中药单体治疗骨性关节炎的作用机制进行初步探讨与总结，以期为从传统中药中筛选出治疗骨性关节炎的黄酮类活性单体，探究新的治疗靶点提供思路，但目前黄酮类中药单体治疗骨性关节炎的研究偏少，多局限于疗效及基础研究等方面，因而运用现代中医药新技术及方法探究其药理活性、化学活性结构，将成为开发黄酮类中药单体治疗骨性关节炎的有效途径。