中药复方及单体成分调节自噬改善骨关节炎的研究进展

曾凡，王康，陈柏屹，段航，邝高艳，卢敏*

(1.湖南中医药大学，湖南 长沙 410208；2.怀化市中医院，湖南 怀化 418000；3.湖南中医药大学第一附属医院，湖南 长沙 410007)

骨关节炎(osteoarthritis，OA)是全球范围内最普遍的慢性筋骨退行性疾病，也是致残的主要原因之一，其主要特征是关节软骨流失、滑膜炎性变化及关节组织重塑。主要表现为关节周围疼痛、畸形、稳定性和运动功能减退，对患者的身心健康、生活质量等多方面带来严重负面影响[1-2]。作为一种与年龄相关的关节疾病，全球60岁以上的老龄人群中大概有18%的女性、9.6%的男性出现骨关节炎症状，并且，其发病率还在持续上升[3]。由于OA的发病机制尚未完全阐明，目前，大多数针对OA的治疗策略侧重于缓解症状，而不是扭转疾病的发展，因此，处于OA晚期的患者在没有更好选择的情况下不得不接受关节置换[4]。近年来，自噬因其在各种疾病的发病机制和调节衰老过程中的作用而引起了人们的兴趣。大量相关研究显示，自噬参与OA的病理进展过程，在OA发生发展过程中具有不可忽视的作用[5-6]。伴随着中医药现代化进程的不断推进，通过中医药干预治疗OA的基础和临床研究取得诸多新的研究成果,本文拟对中医药通过调控自噬干预治疗骨关节炎的相关研究进展进行综述。

1 细胞自噬相关概述

“自噬”这一术语由科学家Christian de Duve首次提出[7]。在真核生物中，自噬已被表征为一种高度调节的细胞机制，具有有益和致病双重作用[8]。根据需要降解的成分将以何种方式转移至溶酶体的不同，自噬可分为:巨自噬、微自噬、分子伴侣介导自噬，其中主要以巨自噬为主[9]。

自噬可人为的分为以下步骤。(1)自噬体膜的形成：自噬在细胞中被激活后，通过雷帕霉素靶蛋白(mTOR)使丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶ULK1脱磷酸化，进而诱导ATG13、FIP200与ULK1结合，形成ATG13-ULK1-FIP200稳定复合体，诱导在细胞质中某些区域形成一个新月形的脂质双层扁平膜样结构，即自噬体膜。(2)自噬体的形成：自噬体膜不断延伸，ATG蛋白聚集并形成泛素样结合系统，促进微管相关蛋白LC3与磷脂磷脂酰乙醇胺PE结合，形成LC3Ⅱ，结合到自噬体膜中促进自噬体膜的闭合，形成自噬体，此为自噬过程中最为关键的步骤。(3)自噬体的运输融合：自噬体通过与细胞内内吞成分如溶酶体进行融合而成熟，形成自噬性溶酶体。(4)自噬体的降解：自噬性溶酶体的内容物在溶酶体酶的作用下发生降解，在降解阶段，被包裹的细胞内大分子被分解为氨基酸、核苷酸和能量，从而被细胞回收利用[10-11]。

正常生理条件下，自噬在细胞中处于低水平状态，但在面对各种应激反应状态时，如缺氧、营养缺乏、代谢障碍、氧化应激等，可诱导自噬的发生[12]。一定程度的自噬激活，机体可通过细胞自噬，消除、降解功能异常的细胞器、变性蛋白质等物质，提供细胞再生和修复所必需的原料，达到细胞再循环和物质再利用[13]，从而提高细胞在应激状态下的适应能力；然而当应激状态超过细胞所能接受的最大适应能力时，则会导致过度自噬，进而导致细胞死亡。因此，自噬如同一把双刃剑，具有有益和致病双重作用，这取决于细胞所能接受的自噬的诱导程度及持续时间[14]。

2 自噬与OA

OA是一种涉及多种因素，包括机械、遗传、衰老等而导致的慢性关节疾病，关节软骨退变为其重要病理改变[15]。关节软骨的退化是骨关节炎发病机理的中心，软骨细胞是软骨目前研究中发现的主要细胞类型，软骨外基质的合成和更新依赖于软骨细胞的参与与维持，所以防止软骨变性的重要因素之一是将软骨细胞维持在健康的状态[16]。

软骨退变在骨关节疾病进展过程中的特点，主要为细胞内出现功能异常受损的细胞器和需要降解的大分子物质不断持续累积对软骨细胞造成损害，而合适水平自噬的激活则可以在一定程度上有效的清理受损的细胞器以及需要降解的大分子物质，进而防止软骨细胞受到损害,提供良好的细胞内环境从而利于软骨细胞的存活。因此，在退变或损伤的细胞中激活自噬，可能为一种可行的、有效减缓甚至阻止关节软骨退变进程的新方法[17]。因此，近年来，通过自噬激活抑制软骨细胞凋亡引起广泛探索[18]。Caramés等[19]通过研究发现，在人类OA、小鼠衰老相关和手术诱导的OA中出现ULK1、Beclin1和LC3表达的减少和软骨细胞凋亡增加，并且这些自噬关键因子的减少伴随着软骨细胞凋亡的增加，证实了受损的自噬可能有助于OA的发展。Bohensky等[20]研究表明在异常环境下如低氧或高压，软骨细胞内自噬的激活有利于增强细胞适应环境的能力，提高细胞的生存率，Xue等[21]发现，抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路可显著促进了OA大鼠的关节软骨细胞的自噬水平并减轻其炎症反应，保护关节软骨。Lian等[22]通过在关节腔内强制表达miR-128a，诱导Atg12丢失抑制软骨细胞自噬后，软骨基质降解加快以及OA组织病理学进展变得更加明显，而关节腔内注射miR-128a反义寡核苷酸稳定软骨细胞的自噬后，关节组织包括软骨侵蚀、滑膜炎、骨赘形成和软骨下板损伤速度均得到减缓，提示自噬对OA的保护作用。以上研究均表明，自噬在软骨细胞的病理生理以及OA的发展过程中均有着不可忽视的作用，因此，以自噬为靶点可能是治疗OA新的治疗策略。

3 中医药调控自噬治疗骨关节炎

3.1 单味中药及中药单体

随着中医药现代化的进展，中药有效成分得到不断阐明，中药单体因其效果显著、成分明确，近年来得到广泛研究。

续断于《神农本草经》首见记载，为多年生植物川续断的干燥根，功可补肝肾，强筋骨。现代药理学研究研究显示，其具抗氧化、抗炎、骨保护等广泛作用，其中骨保护为续断最具特点的药理作用，巧妙地暗合了古人广泛运用此种药物于伤科治疗，并取名续断的思想[23]，现代临床常用于治疗腰肌劳损、骨关节疾病等[24]。续断总皂苷为其主要成分，商连斌等[25-26]研究发现续断总皂苷可以上调KOA小鼠关节软骨组织中Atg3、Atg4、Atg7表达水平，抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路的过度活化，从而促进自噬的发生，由此达到保护关节软骨的作用。白杨素为中药木蝴蝶中提取的一种具有抗氧化、抗病毒等诸多药理作用的黄酮类化合物，杨阳等[27]证实白杨素可抑制脂多糖诱导的软骨细胞中PI3K/AKT信号通路的激活作用，下调软骨细胞中表达的Beclin-1及LC3，抑制软骨细胞过度自噬，进而保护软骨细胞。白藜芦醇广泛存在于藜芦、虎杖等药用植物中的一种抗毒素，具有强大的抗炎特性，能够有效抵消IL-1β介导的促炎分解代谢，明显改善炎症条件下软骨外基质的沉积，在关节软骨修复、延缓骨关节炎进展方面表现出巨大潜力[28]。董鑫等[29]通过高脂喂食诱导肥胖相关小鼠OA，予以白藜芦醇治疗后，发现其能够有效降低肥胖导致的过度自噬水平，改善肥胖相关骨关节炎病理改变。Qin等[30]则通过半月板失稳术制备OA小鼠模型并局部关节腔内注射白藜芦醇，发现白藜芦醇关节内注射可以延缓关节软骨的退化，并进一步证明这可能与调控AMPK/mTOR信号通路、促进软骨细胞自噬有关。光甘草定是提取自甘草的一种具有极强抗氧化能力黄酮类化合物，戴纪杭等[31]通过OA大鼠膝关节腔注射光甘草定发现其能有效延缓大鼠OA的进展，并通过体外实验进一步验证，光甘草定能够激活mTOR介导的自噬途径，促进软骨细胞中Atg5、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ以及Beclin1的表达，抑制人软骨细胞的凋亡，显示出光甘草定用于防治OA的可行性。芍药苷是芍药的主要药效成分，姚旭等[32]研究发现，软骨细胞经IL-1β处理后，细胞中自噬水平下降，而予以芍药苷干预后，PI3K/AKT信号被抑制，软骨细胞中LC3Ⅱ及Beclin-1表达水平上升，自噬活性增加，并同时降低了炎症因子浓度水平，有效缓解了软骨细胞的损伤。牛膝常用于治疗痹证，植物化学和药理学研究证实牛膝多糖为中药牛膝的主要活性成分，基础研究证实其能够有效抑制caspase-3的激活，下调促凋亡蛋白Bad和Bax、上调抗凋亡蛋白Bcl-xL表达水平，抑制p53蛋白磷酸化等作用来抑制IL-1β诱导的细胞凋亡，保护软骨细胞[33]。李晨春等[34]研究表明，牛膝多糖还可通过促进软骨细胞中Beclin-1、LC3Ⅱ/Ⅰ蛋白表达水平，降低Fadd的表达，改善骨关节炎软骨细胞中的自噬水平，减少软骨细胞的凋亡。姜黄素是姜黄根茎中最活跃的成分，在一系列与慢性炎症相关的疾病中展现出良好的治疗效果，其中，将其用于OA治疗的相关研究中，它被证实具备可靠的抗氧化应激、抗凋亡及抗分解代谢作用[35]。李亚楠等[36]、Li等[37]、李晓东等[38]均通过体外实验证实姜黄素可提高自噬相关蛋白Beclin-1和LC3-Ⅱ的表达，诱导软骨细胞自噬抑制细胞凋亡和炎症信号的传导，促进软骨细胞修复、增殖，发挥软骨保护作用。淫羊藿的主要成分之一淫羊藿苷具有多种药理作用，包括对软骨细胞损伤的保护作用。Bobin等[39]、Tang等[40]通过体内及体外实验发现，对OA大鼠予以淫羊藿苷治疗后，OA软骨组织的严重病理状态得到了显著缓解，并呈剂量依赖性方式激活软骨细胞的自噬，并降低软骨细胞凋亡率，通过介导 PI3K/AKT/mTOR 及NF-κB信号传导调节软骨细胞的自噬来缓解 OA 症状。当归于《神农本草经》中首载，为生血活血之主药，亦具宣通气分、祛风开痹之功效[41]，当归多糖为其主要成分，具有显著的抗衰老、免疫调节、神经保护等作用。一些研究表明[42]，当归多糖能够通过其抗氧化、抗炎作用保护软骨细胞免受过氧化氢诱导的氧化应激和随后的细胞凋亡。Xu等[43]进一步探究得出当归多糖能够通过ERK1/2信号通路激活软骨细胞中的自噬，保护软骨细胞免于凋亡。上述研究表明多种中药及中药单体可通过多种途径调控软骨细胞自噬相关关键因子表达水平，从而发挥保护关节软骨的作用。

3.2 中药复方

近年来，有关中药复方参与调控软骨细胞自噬的相关研究成为热点。暴丁溯等[44]通过临床研究观察发现，相较于常规西药治疗，加服芍药甘草附子汤的患者软骨自噬相关蛋白Beclin-1表达上升，PI3K、pAkt、mTOR表达降低，软骨细胞自噬水平提高，患者骨关节炎相关症状较西药治疗组得到更加显著的缓解。卢岩岩等[45]使用临床对照试验研究的方法发现补肾活血方能够有效缓解膝骨关节炎患者疼痛，改善关节功能评分，随后进一步通过动物实验发现其能有效降低KOA小鼠血清炎症水平，减少软骨外基质的降解，其作用机制可能与激活软骨中的自噬及抑制相关炎症信号通路有关。刘璞等[46]通过IL-1β诱导制备KOA软骨细胞模型，通过予以加味阳和汤含药血清干预后发现，其能有效下调KOA软骨细胞模型中的炎性因子IL-6、TNF-α、MMP-13水平，并上调软骨细胞中自噬关键因子的表达，反应了加味阳和汤可调控软骨细胞自噬水平，并且降低炎症水平，从而发挥对软骨细胞的保护作用。沈金明等[47]对成模骨关节炎大鼠予以四妙散治疗，结果显示予以四妙散治疗后软骨细胞中LC3的表达得到提高，而Fadd、Caspase-3的表达出现降低，大鼠骨关节炎进展得到缓解，提示软骨细胞的凋亡可能被中药复方四妙散激活的软骨细胞自噬作用所抑制。颜春鲁等[48]通过改良Hulth法制备大鼠膝骨关节炎模型，并对其予以右归丸治疗，检测结果发现不同浓度的右归丸均可在一定程度上影响软骨组织中自噬相关蛋白的表达，提高自噬水平，延缓软骨组织退变。秦娜等[49-50]通过予以KOA模型鼠桃仁膝康丸治疗12周后，关节软骨组织中细胞外基质降解受到抑制，自噬相关蛋白质表达得到增高，提示桃仁膝康丸能够对鼠KOA模型软骨具有一定的保护作用，其机制与激活自噬相关，之后进一步试验探究发现，其可能通过抑制PI3K/AKT/mTOR通路，进而激活软骨细胞自噬的发生而达到保护关节软骨的作用。孔甜等[51]发现，单独使用非甾体抗炎药尽管可以改善造模小鼠的症状，但对软骨细胞自噬水平无影响，而加用养血益肾方后，造模鼠软骨中LC3表达水平得到提升且症状改善效果优于西药，提示养血益肾方能够通过调控软骨细胞自噬发挥对关节软骨的保护作用。以上众多研究结果证实，中医药中诸多经典复方能够通过影响自噬从而达到对关节软骨的保护作用，见表1。

表1 中药复方及单体调控软骨细胞自噬治疗骨关节炎

4 小结

综上所述，自噬参与了骨关节炎的发生发展过程，以自噬为靶点治疗KOA，是未来治疗OA极具潜力的治疗策略。基于目前研究可见，无论是单味中药、中药单体亦或是中药复方，均可以通过不同的机制达到调控软骨细胞自噬，从而防治骨关节炎的作用，但在诸多研究结果中我们可以发现存在着相互矛盾的结果，即自噬可以减少软骨细胞凋亡，保护关节软骨，但当出现过度自噬时，反而会加速细胞的死亡，进一步损伤关节软骨，表现出自噬两个相反方向的调节作用。因此，自噬在骨关节炎的进展过程中，究竟处于何种水平时发挥保护作用仍未能阐明，需在今后的研究中，对其进行更加深入的研究。同时，骨关节炎作为一种关节疾病，广泛涉及关节及周围组织病变，目前研究多局限在关节软骨，尚缺乏对于关节软骨下骨及滑膜等周围组织的研究，需在今后的研究中对其进行多维度、深层次的探究。基于目前的文献报道，中医药调控自噬防治骨关节炎的研究仍处于探索阶段，机制仍有待进一步探索，期待今后更多中药调控自噬发挥防治骨关节炎的作用机制得到揭示，为中医药临床应用及新药开发提供更加坚实充分的科学依据。