骨性关节炎软骨细胞自噬中医药研究进展

马涛　张晓刚　赵永利　张宏伟　曹盼举　宋敏　王柄訸　权祯　陈钵

摘要：骨性關节炎是临床上中老年人常见的关节退行性疾患，症状多表现为关节疼痛、活动受限与功能下降。其防治已成为现代医学的研究热点，但学术界对其发病机制尚未完全明确。随着现代医学对该病的研究日趋深入，发现软骨细胞自噬与该病的发生有一定相关性。研究表明，中医药可影响软骨细胞自噬基因表达。本文就中医药对骨性关节炎软骨细胞自噬影响的研究进展进行综述。

关键词：骨性关节炎;软骨细胞;自噬;中医药;综述

中图分类号：R285;R2-05    文献标识码：A    文章编号：1005-5304（2020）03-0137-04

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.201903369

Research Progress of TCM Intervention in Osteoarthritis Chondrocyte Autophagy

MA Tao1，2， ZHANG Xiaogang1，2， ZHAO Yongli2， ZHANG Hongwei2， CAO Panju1，2， SONG Min1，2， WANG Binghe1，2， QUAN Zhen1， CHEN Bo1

1. School of Clinical Medicine， Gansu University of Chinese Medicine， Lanzhou 730000， China; 2. Affiliated Hospital of Gansu University of Chinese Medicine， Lanzhou 730000， China

Abstract： Osteoarthritis is a common degenerative disease of the joints in the middle and old people in clinic， and the symptoms are mostly joint pain， limited mobility， and decreased function. Its prevention and treatment have become a hot topic in modern medicine， but the pathogenesis of the disease has not been fully clarified in academia. With the deepening of modern medical research on this disease， it is found that there is a certain correlation between chondrocyte autophagy and the occurrence of this disease. Now a number of studies have shown that TCM may exert influence on gene expression of chondrocyte autophagy. This article reviewed the research progress of TCM for osteoarthritis.

Keywords： osteoarthritis; chondrocytes; autophagy; TCM; review

骨性关节炎是在生物学和力学因素共同作用下导致软骨细胞、细胞外基质及软骨下骨三者降解和合成正常偶联失衡的结果[1]。其主要特征是关节软骨进行性退化以及软骨下骨、滑膜和关节周围组织相关变化，主要症状是疼痛、关节肿胀及活动受限。随着我国老年人口的增加，骨性关节炎患者数量快速上升。骨性关节炎目前所公认的病因有肥胖、遗传因素、年龄、炎症及创伤等因素，但关节软骨退变是骨性关节炎发病机制的中心环节，主要病理表现是软骨细胞衰老凋亡[2]。因此，如何维持软骨细胞的生存是防治骨性关节炎的关键之一。现代医学对本病的发病机制尚未有准确的定论，因此，临床上虽然治疗手段多样，但缺乏具有有效靶点的药物。近年来有研究表明，自噬参与组织细胞的正常生长发育过程，在细胞生存能力方面扮演着非常关键的保护作用[3-6]，是整个骨关节病理生理过程中不可或缺的角色。相关研究表明，通过上调软骨细胞自噬水平可保护机体不受骨性关节炎的侵袭[7]。兹就中医药干预骨性关节炎软骨细胞自噬研究进展，以及这一过程可能对骨性关节炎的发生、发展产生的作用作一梳理，以期有助于中医药临床治疗骨性关节炎深入研究，并为寻找治疗骨性关节炎特效药物提供新的思路。

1  骨性关节炎危险因素

早期研究认为，骨性关节炎危险因素主要涉及个人层面和关节层面，如年龄、性别、肥胖、遗传易感性、下肢力线异常和机械负荷等因素，上述高危因素相互交错，加速膝关节退变，从而产生一系列临床症状[8]。随着研究不断深入，越来越多的证据表明，骨性关节炎发生不仅与以上因素有关，而且软骨细胞自噬水平在关节软骨细胞的新陈代谢中非常关键，使软骨细胞自噬维持在正常水平，延缓骨性关节炎病情[9-10]。

2  自噬及相关标志物

细胞自噬现象是一种进化保守的溶酶体降解途径，有机生物体为维持生存将胞质蛋白及细胞器传送至溶酶体进行降解，可满足细胞自身的代谢需要并保证细胞内环境更新[11]。细胞自噬是正常关节软骨的一种“自我消化与平衡”机制，主要生理功能在于通过自噬-溶酶体消除错误折叠的蛋白质和受损失活的细胞器、大分子物质等，合成新的蛋白质，阻断细胞凋亡发生，为细胞重建、再生和修复提供必需的原料，维持细胞稳态[12]，因此有可能促进退变软骨修复。细胞自噬关键基因是ULK1、Beclin 1和微管相关蛋白1轻链3（LC3）。Beclin 1作为关键自噬调节基因，其突变会导致机体自噬基础水平增加。而Beclin 1与BCl2家族蛋白体内结合的减少在自噬与凋亡过程中起关键调节作用，表明Beclin 1-BCL2复合物的破坏是哺乳动物增加自噬的有效机制[13]。ULK1处于自噬信号通路中最上游的位置，被认为是自噬的主要调控因子，在细胞自噬过程中发挥重要作用，包括接收营养和能量信号，招募其他Atg蛋白形成自噬体。Mcalpine等[14]发现抑制细胞自噬水平的途径之一是同时敲除小鼠胚胎成纤维细胞中ULK1和ULK2。LC3对应泛素样蛋白Atg8，也是自噬的关键基因之一。在自噬体的形成过程中，自噬体膜的形成和扩展涉及类泛素偶联系统，这2个系统分别是Atg12/Atg5结合系统与Atg8/LC3系统[15-17]。LC3以2种形式存在：一种是水溶形式LC3-Ⅰ，存在于细胞质中;另一种是脂溶形式LC3-Ⅱ，参与自噬体膜的形成。LC3-Ⅱ是在Atg4剪切Atg8/LC3进行共价结合之后，LC3-Ⅰ通过泛素样系统的脂化作用转化而來，最终LC3-Ⅱ与自噬泡相结合。因此LC3-Ⅱ常被作为细胞内自噬的标记物[18]。

3  自噬与骨性关节炎

在目前骨性关节炎研究中发现，软骨退变与软骨细胞损伤和凋亡有直接联系。在骨性关节炎病程中，软骨细胞无法维持其自噬活性，导致细胞存活能力下降，细胞凋亡启动，所以通过自噬调节软骨细胞活性尤为重要。软骨细胞位于软骨陷窝中，维持软骨新陈代谢和细胞外基质稳定。Mazor等[19]研究显示，软骨损伤后无法修复到原来的状态，只能通过人为干预来缓解症状，很多情况下无法达到预期效果。Rahmati等[20]、Zhang等[21]研究发现，细胞外基质退变、软骨关节面破坏及软骨细胞减少这三大组织学特征是骨性关节炎最常见的关节退变病理学改变。Jeon[22]研究认为，当损坏的细胞器和不再需要大分子物质在软骨细胞内达到一定程度后，会加剧关节退变，自噬可去除这些有害物质，维持细胞的自我稳态，有利于软骨细胞生存，从而阻止骨性关节炎的发生发展。

4  中医药干预骨性关节炎软骨细胞自噬

4.1  中药单体

近年来，许多研究者进行中药有效成分调控细胞自噬作用的实验研究，以期阐明中药单体调节细胞自噬的作用机制。目前证实，皂苷类、多酚类、生物碱类、甾体类、萜类、多糖类、黄酮类、香豆素类等中药有效成分可通过调节MAPK、NF-κB、Wnt/β-catenin、PI3K/Akt等信号通路及PPAR-γ等受体延缓骨性关节炎进程。而皂苷类、生物碱类化合物可上调Bcl2/Bax比值，阻止软骨细胞凋亡，提高自噬水平，达到防止软骨细胞变性的目的[23]。李春亮等[24]研究发现，Sirt1激动剂白藜芦醇能使Beclin-1、LC-3 mRNA表达升高，Caspase-3活性降低。推测Sirt1表达被升高后，mTOR信号通路阻断，骨性关节炎软骨细胞自噬和凋亡得到抑制。另外，Qin等[25]在局部关节内直接注射白藜芦醇，进一步明确白藜芦醇在软骨中的保护作用与软骨细胞自噬有关。李亚楠等[26]、Li等[27]还发现姜黄素可提高自噬相关蛋白Beclin-1和LC3-Ⅱ的表达，表明姜黄素可通过提高软骨细胞自噬活性来抑制软骨细胞凋亡、促进软骨细胞增殖。虽然多项研究已证实中药单体及有效成分可影响软骨细胞自噬相关基因表达，但其作用机制尚未完全阐明。

4.2  中藥复方

中药复方成分复杂、药理作用多、靶点多、干扰因素众多，故研究难度较大。然而，近年来中药复方调控软骨细胞自噬研究呈增长趋势，为其作用机制提供了药理学依据。黄杨等[28]用右归饮治疗骨性关节炎模型大鼠后，发现Beclin-1表达升高，mTOR蛋白表达降低，同时凋亡蛋白Bax、Caspase-3含量降低，说明右归饮治疗可诱导大鼠膝关节滑膜自噬表达上调，减少细胞凋亡。秦娜等[29]研究发现，桃仁膝康丸能提高 ULK-1、Beclin-1和LC3-Ⅱ蛋白表达，可通过诱导软骨细胞自噬延缓或阻止外科手术诱导的大鼠膝关节骨性关节炎的软骨退变。沈金明等[30]将四妙散作用于骨性关节炎大鼠模型，发现四妙散可升高软骨细胞LC3表达，降低Fadd、Caspase-3表达，提示四妙散可能通过激活软骨细胞自噬作用来抑制细胞凋亡，从而延缓及控制骨性关节炎进展。阮丽萍等[31]报道，在鼠骨性关节炎模型中应用新风胶囊（黄芪、薏苡仁、雷公藤、蜈蚣）可使关节软骨病理评分明显降低，自噬相关基因Atg等升高，表明新风胶囊可提高细胞自噬水平，保护关节软骨。孔甜等[32]发现，单纯使用非甾体抗炎药无法调控软骨细胞自噬水平，但联合养血益肾方后骨性关节炎小鼠LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ水平明显升高，软骨细胞自噬受到显著调控，养血益肾方对骨性关节炎关节软骨的保护作用可能是通过调控软骨细胞自噬实现的。沈寿康[33]发现，透骨消痛胶囊有提高Beclin-1、ULK-1、LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ表达的作用，可通过提高细胞自噬活性来保护软骨细胞。上述研究表明，中药复方通过干预软骨细胞自噬可有效治疗骨性关节炎，但其具体干预机制尚不清楚，因而深入研究中药复方干预细胞自噬非常重要。

4.3  针灸与按摩

除单体及复方外，针灸、按摩等物理疗法也可通过调节软骨细胞自噬治疗骨性关节炎。王舰等[34]采用外膝眼透刺内膝眼温针灸兔骨性关节炎模型，结果发现Bcl-2表达升高、Bax表达降低，软骨细胞凋亡得到有效抑制，兔骨性关节炎模型软骨退变得到改善。熊勇等[35]发现，“双固一通”温针灸可调节兔骨性关节炎模型Bcl-2/Bax比值，说明“双固一通”温针灸有保护关节软骨、抑制细胞凋亡与促进细胞自噬作用，延缓骨性关节炎的进展。付妮妮等[36]运用电针近骨针刺兔骨性关节炎模型，发现软骨细胞Caspase-3、Bax表达降低、Bcl-2表达升高，提示近骨针刺法可通过激活自噬来抑制软骨细胞凋亡、提高软骨细胞增殖能力。King等[37]发现，按摩作为一种机械应力可提高软骨细胞自噬水平，改善细胞修复，这从软骨细胞自噬角度解释了按摩治疗骨性关节炎的依据。林承列等[38]认为，针灸是一种双向调节作用，使自噬既不会太过，也不会不及。目前已知针灸、按摩等可调控软骨细胞自噬水平，但其究竟通过哪种方式调控，如何调控，以及对这些方面分子机制的认识还不全面，需更深层次的研究。

5  小结

目前，关于中医药调控软骨细胞自噬治疗骨性关节炎这一途径还未完全成熟，尽管对自噬调控因子及信号通路的研究已经取得一定进展，但还未找出靶点药物来调控软骨细胞自噬。针灸、按摩、民族医药等疗法也可提高软骨细胞自噬活性，但相关研究及报道较少。随着对中医药干预软骨细胞自噬机制的研究越来越多，用中医药靶向调控软骨细胞自噬水平及能量代谢，使自噬不会过度激活或受抑制，平衡细胞内物质代谢，从而减轻细胞损害，发挥其积极的生物学效应，为减缓或阻止这种慢性致残性疾病的进展发现新的靶点，提供新的手段。未来应不断探索中医药如何诱导骨性关节炎软骨细胞自噬，以及从分子层面探讨其靶向治疗机制。相信随着研究的不断深入，我们将对中医药干预软骨细胞自噬有一个更全面的认识。

参考文献：

[1] LOESER R F， COLLINS J A. Ageing and the pathogenesis of osteoarthritis[J]. Rheumatology，2016，12（7）：412-420.

[2] WILKINSON D J， HABGOOD A， LAMB H K， et al. Matriptase induction of metalloproteinase-dependent aggrecanolysis in vitro and in vivo：promotion of osteoarthritic cartilage damage by multiple mechanisms[J]. Arthritis & Rheumatology （Hoboken， N.J.），2017， 69（8）：1601-1611.

[3] LAVANDERO S， CHIONG M， ROTHERMEL B A. Autophagy in cardiovascular biology[J]. The Journal of clinical investigation，2015，125（1）：55-64.

[4] LIU W J， LUO M N， TAN J， et al. Autophagy activation reduces renal tubular injury induced by urinary proteins[J]. Autophagy， 2014，10（2）：243-256.

[5] LIU Y， LI D， HE Z， et al. Inhibition of autophagy-attenuated calcium oxalate crystal-induced renal tubular epithelial cell injury and[J]. Oncotarget，2018，9（4）：4571-4582.

[6] 劉宁，宋玉文.细胞自噬与退行性骨关节疾病[J].中国骨与关节损伤杂志，2014，29（5）：517-518.

[7] ZHANG Y， VASHEGHANI F， LI Y H， et al. Cartilage-specific deletion of mTOR upregulates autophagy and protects mice from osteoarthritis[J]. Annals of the Rheumatic Diseases，2015，74（7）：1432-1440.

[8] PALAZZO C， NGUYEN  C， LEFEVER-COLAU M M， et al. Risk factors and burden of osteoarthritis[J]. Annals of Physical and Rehabilitation Medicine，2016，59（3）：134-138.

[9] BOUDERLIQUE T， VUPPALAPATI K K， NEWTON P T， et al. Targeted deletion of Atg5 in chondrocytes promotes age-related osteoarthritis[J]. Annals of the Rheumatic Diseases，2016，75（3）：627-631.

[10] MECKES J K， CARAMES B， OLMER M， et al. Compromised autophagy precedes meniscus degeneration and cartilage damage in mice[J]. Osteoarthritis and Cartilage/OARS， Osteoarthritis Research Society，2017，25（11）：1880-1889.

[11] ZHANG H. Eaten alive：novel insights into autophagy from multicellular model systems[J]. Trends in Cell Biology，2015， 25（7）：376-387.

[12] VINATIER C， DOMINGUEZ E， GUICHEUX J. Role of the inflammation-autophagy-senescence integrative network in osteoarthritis[J]. Frontiers in Physiology，2018，9：706.

[13] FERNANDEZ A F， SEBTI S， WEI Y， et al. Disruption of the beclin 1-BCL2 autophagy regulatory complex promotes longevity in mice[J]. Nature，2018，558（7708）：136-140.

[14] MCALPINE， WILLIAMSON L E， TOOZE S A， et al. Regulation of nutrientsensitive autophagy by uncoordinated 51-like kinases 1 and 2[J]. Autophagy，2013，9（3）：361-373.

[15] GALLUZZI L， BAEHRECKE E H， B ALLABIO A， et al. Molecular definitions of autophagy and related processes[J]. The EMBO Journal，2017，36（13）：1811-1836.

[16] YAMAGUCHI M， SATOO K， SUZUKI H， et al. Atg7 activates an autophagy-essential ubiquitin-like protein Atg8 through multi-step recognition[J]. Journal of molecular biology，2018， 430（3）：249-257.

[17] KOTANI T， KIIRISAKO H， KOIZUMI M， et al. The Atg2-Atg18 complex tethers pre-autophagosomal membranes to the endoplasmic reticulum for autophagosome formation[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America， 2018，115（41）：10363-10368.

[18] KRAFT L J， NGUYEN T A， VOGEL S S. Size， stoichiometry， and organization of soluble LC3-associated complexes[J]. Autophagy， 2014，10（5）：861-877.

[19] MAZOR M， LESPESSAILLES E， COURSIER R， et al. Mesenchymal stem-cell potential in cartilage repair：an update[J]. Journal of Cellular and Molecular Medicine，2014，18（12）：2340-2350.

[20] RAHMATI M， NALESSO G， MOBASHERI A. Aging and osteoarthritis：Central role of the extracellular matrix[J]. Ageing Research Reviews，2017，40：20-30.

[21] ZHANG M， MANI S B， HE Y， et al. Induced superficial chondrocyte death reduces catabolic cartilage damage in murine posttraumatic osteoarthritis[J]. The Journal of Clinical Investigation，2016， 126（8）：2893-2902.

[22] JEON H. Autophagy in osteoarthritis[J]. Connective Tissue Research，2017，58（6）：497-508.

[23] 韓晗，张媛媛，潘立，等.中药有效成分防治骨性关节炎的研究进展[J].中国药科大学学报，2018，49（3）：279-285.

[24] 李春亮，李钊伟，秦凤.Sirt1调控软骨细胞自噬在骨关节炎中作用及机制[J].重庆医学，2016，45（15）：2118-2122.

[25] QIN N， WEI L， LI W， et al. Local intra-articular injection of resveratrol delays cartilage degeneration in C57BL/6 mice by inducing autophagy via AMPK/mTOR pathway[J]. Journal of Pharmacological Sciences，2017，134（3）：166-174.

[26] 李亚楠，倪娟，方禹舜，等.姜黄素对脂多糖诱导炎症致软骨细胞凋亡及增殖能力的影响[J].中国组织工程研究，2018，22（32）：5157-5162.

[27] LI X D， FENG K， LI J， et al. Curcumin inhibits apoptosis of chondrocytes through activation ERK1/2 signaling pathways induced autophagy[J]. Nutrients，2017，9（4）：1-14.

[28] 黄杨，江浪清，孔劲松，等.右归饮对骨性关节炎模型大鼠膝关节滑膜细胞自噬和凋亡相关蛋白及血清炎症因子的影响[J].浙江中西医结合杂志，2018，28（9）：739-742，716.

[29] 秦娜，郭艳幸，魏立伟，等.桃仁膝康丸激活软骨细胞自噬延缓骨性关节炎软骨退变的研究[J].中药新药与临床药理，2018，29（5）：575-580.

[30] 沈金明，封蕾，陈杰，等.四妙散调节软骨细胞凋亡与自噬治疗膝骨关节炎大鼠的实验研究[J].新中医，2017，49（9）：12-15.

[31] 阮丽萍，刘健，王亚黎，等.新风胶囊治疗大鼠骨关节炎[J].中成药， 2015，37（10）：2114-2120.

[32] 孔甜，何晓瑾.养血益肾方联合非甾体抗炎药对骨关节炎小鼠软骨细胞损伤的影响及机制[J].辽宁中医杂志，2018，45（4）：861-864.

[33] 沈寿康.透骨消痛胶囊干预骨性关节炎软骨退变的机制研究[D].福州：福建中医药大学，2014.

[34] 王舰，王巧灵，林淑芳.外膝眼透刺内膝眼温针灸对膝骨性关节炎兔软骨组织Bax、Bcl-2表达的影响[J].云南中医学院学报，2018，41（1）：29-33.

[35] 熊勇，彭锐，王华.“双固一通”温针灸实验性膝骨性关节炎模型兔Bcl-2及Bax蛋白的表达[J].中国组织工程研究，2012，16（2）：261-264.

[36] 付妮妮，李学智，杨晓光，等.短刺法结合电针对兔膝骨关节炎软骨细胞增殖及凋亡的影响[J].四川大学学报：医学版，2016，47（5）：708-713.

[37] KING J S. Mechanical stress meets autophagy：potential implications for physiology and pathology[J]. Trends in Molecular Medicine，2012，18（10）：583-588.

[38] 林承列，田甜，吴焕淦，等.针灸对细胞自噬水平的调控及其在神经退行性疾病中的作用[J].世界中医药，2016，11（12）：2566-2570.

（收稿日期：2019-03-28）

（修回日期：2019-04-09;编辑：华强）