中药干预骨关节炎软骨细胞自噬的研究进展

王亮 张虎林 汪小敏 杨超强 王宜灿 赖学倩

【摘 要】 骨关节炎发生的关键环节是关节软骨细胞受损，自噬作为维持细胞内稳态及细胞新陈代谢的重要机制，对正常软骨细胞的功能极其重要。近年来研究发现，中药及中药制剂可通过调控骨关节炎软骨细胞自噬基因的表达，促进骨关节炎软骨细胞自噬，进而抑制关节软骨受损，发挥治疗骨关节炎的作用。查阅近5年相关研究文献，就中药干预骨关节炎软骨细胞自噬的研究进展进行综述，为后期骨关节炎的治疗及研究提供新的思路和方向。

【关键词】 骨关节炎；自噬；软骨细胞；中药；调控；研究进展；综述

骨关节炎（osteoarthritis，OA）是以关节软骨损伤为主要表现的慢性退行性疾病，常发生在机体负重关节，导致受累关节出现肿痛、僵硬、畸形，以及活动受限的症状［1］。据统计，在全球范围内约有2.5亿人患有OA，且随着世界人口进入老龄化以及肥胖症的增加，预计OA发病将出现增加态势［2］。OA发病机制复杂，关节软骨退变是OA发生的关键环节，而危险因素如年龄、肥胖、关节创伤、生物力学改变均可导致关节软骨发生退变［3］。目前，关于OA的治疗相对保守，以控制疼痛为主，缺乏有效缓解或恢复受损关节软骨的措施，OA患者迫切需要可靶向治疗的药物抑制病情的发展。既往研究发现，软骨细胞自噬在OA中发挥着极其重要的作用，通过干预软骨细胞自噬可改善OA病情［4-5］。因此，探讨参与调控软骨细胞自噬的靶向药物对OA的治疗非常有必要。OA属中医学“痹证”“骨痹”范畴，中医药防治OA历史悠久且疗效客观。近年来，中药与OA软骨细胞自噬关系的研究广泛开展，结果也表明，中药对细胞自噬的影响明显［6］。本文通过查阅近5年中国知网、万方、维普、中国生物医学文献数据库及PubMed、Springer等数据库中关于中药干预OA软骨细胞自噬的相关研究文献并就其进展做一综述，以期进一步推动中药防治OA的研究，为OA的预防及治疗提供参考和依据。

1 自噬及自噬调节

细胞自噬是一种细胞内分解代谢过程，细胞通过吞噬自身胞质及内容物进而转送到溶酶体进行降解，以此更新受损的细胞器和满足自身的代谢需要，是有机生物体维持细胞内稳态必不可少的机制［7］。自噬过程的核心环节是自噬体的形成，自噬相关基因（Atg）在自噬体的形成和调节中起着关键作用。目前研究发现，Atg大约有35种，其中Atg1、Atg6、Atg8（在哺乳动物中分别对应为ULK1、Beclin-1和LC3）及Atg5是自噬的4个主要调节基因［8］。Atg1激酶结构域具有重要的自噬诱导作用，在哺乳动物细胞中，Atg13与ULK1、ULK2的相互作用可以介导ULK蛋白与FIP200D蛋白形成ULK-Atg13-FIP200复合物，ULK-Atg13-FIP200复合物是重要的自噬调节因子哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的直接靶点，在细胞自噬中发挥重要调节作用［9］。LC3作为自噬体的重要组成部分，由LC3前体通过蛋白质水解裂解生成，LC3-Ⅰ在Atg7、Atg3和Atg12-Atg5-Atg16L作用下与高度亲脂性磷脂酰乙醇胺（PE）共价结合生成LC3-Ⅱ，PE促进LC3-Ⅱ整合到脂膜中，从而形成自噬体。LC3-Ⅱ是自噬体特异性标记蛋白，在调节自噬体的大小方面发挥一定作用［10-11］。Beclin-1是与自噬和凋亡均相关的关键自噬基因，其突变会导致机体自噬基础水平增加。有研究表明，Beclin-1与抗凋亡蛋白Bcl-2家族形成的复合物破坏是增加自噬的有效机制，当Beclin-1与Bcl-2结合对自噬产生抑制作用，而当其与Bcl-2解离时可与PI3K复合物作用激活自噬的发生［12-13］。此外，许多信号通路机制已被证明参与细胞自噬的调节，如PI3K信号通路中Ⅰ型PI3K是细胞自噬负调节分子，对自噬的发生有抑制作用。核转录因子-κB信号通路可激活自噬相关基因Beclin-1启动自噬。腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）信号通路中AMPK与沉默信息调节因子-1形成正反馈机制促进细胞自噬［14-16］。

2 自噬与OA

软骨细胞是机体正常软骨的唯一细胞成分，软骨细胞分化后不易再生，当其受到危险因素的损伤后可使关节软骨产生变性进而导致OA的发生。自噬对于维持软骨细胞的正常功能和内环境稳定非常重要，大量研究表明，软骨细胞自噬的减少增加了正常关节软骨变性的风险［17-18］。CARAM?S等［19］用绿色荧光蛋白标记OA小鼠自噬基因LC3作为自噬激活的衡量标准，动态监测软骨损伤时自噬水平的变化，发现随着自噬水平的下降，软骨损伤程度逐渐加重。KANG等［20］通过建立小鼠模型发现，培养的软骨细胞中Atg7消融会导致自噬缺陷，此时软骨细胞表现出增殖和分化减少而凋亡增加；进一步研究发现，自噬的缺乏可能会触发生长板软骨细胞中的内质网应激并导致软骨细胞生长迟缓，从而暗示自噬是软骨形成过程中的重要调节剂，自噬缺陷会导致软骨细胞退变。ZHOU等［21］探索自噬对关节软骨细胞凋亡的影响时发现，对大鼠关节软骨使用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤（3-MA）可加速大鼠软骨细胞凋亡和关节软骨损伤，使用自噬激活剂雷帕霉素则可减少软骨细胞凋亡和关节软骨损伤，由此可见，自噬对关节软骨损伤起负调控作用。CHENG等［22］在KOA患者双膝关节中注射自噬激活剂Torin1，并通过透射电子显微镜观察软骨细胞变性和自噬体的变化，最终发现关节内注射Torin1显著减少了OA关节软骨的退化，自噬体和自噬基因Beclin-1及LC3在Torin1处理的软骨细胞中表达增加。值得注意的是，并不是自噬水平下降就是OA的开始，CHENG等［23］发现，在胶原酶诱导的OA兔软骨中，自噬基因Beclin-1和LC3B的表达先增加后减少；并通过透射电镜观察发现，软骨细胞自噬体在OA早期明显增多，而在后期则减少。CARAM?S等［24］通过比较软骨退变不同阶段自噬基因的表达发现，自噬基因的表达水平在不同阶段存在差异，在退变初期自噬基因仍存在較强表达，而随着退变的加剧，软骨细胞的自噬活性逐渐减弱。孙明帅等［25］认为，软骨退变早期自噬水平的增强可能是一种机体保护性机制，以应对各种环境变化；而后期软骨退变加重无法维持自噬能力，最终导致OA的发生。总之，自噬与OA的关系十分密切，关节软骨细胞自噬能力的减弱是OA发生的重要原因。

3 中药干预OA软骨细胞自噬

3.1 中药及中药提取物 随着对中药现代化研究广泛开展，研究人员陆续发现，众多中药及中药提取物可通过对自噬基因和自噬调控信号通路产生影响，进而调控OA软骨细胞的自噬。中药姜黄中包含一种姜黄素，有研究应用姜黄素治疗OA动物并探究其治疗机制时发现，姜黄素增强了OA动物中的软骨细胞自噬，减少了细胞凋亡和软骨损失［26］；并表明其机制为姜黄素通过调节AKT/mTOR信号通路促进自噬，发挥抗OA的作用。芍药苷是芍药的有效成分，姚旭等［27］用芍药苷处理白细胞介素-1β诱导的OA模型后发现，自噬相关基因Beclin-1和LC3-Ⅱ的表达增加，软骨细胞的自噬能力也提高，表明芍药苷有望成为治疗OA的潜在药物。XU等［28］研究当归的主要成分当归多糖对OA软骨细胞的凋亡影响及机制时发现，软骨细胞的凋亡可被当归多糖显著逆转，其机制为当归多糖依赖ERK1/2通路的激活提高OA软骨细胞自噬水平。虫草素来源于中药蛹虫草，TAO等［29］探讨虫草素在OA的作用及其与自噬的关系时发现，虫草素可减轻和逆转大鼠疼痛和软骨损伤；进一步研究表明，虫草素通过抑制转化生长因子-β活性和诱导软骨细胞自噬增加，减轻大鼠OA症状。TANG等［30］通过大鼠OA模型研究淫羊藿苷对OA的治疗作用时发现，淫羊藿苷治疗OA大鼠能抑制OA软骨细胞的凋亡率；同时发现，自噬基因Beclin-1、LC3表达上调，表明淫羊藿苷通过增加软骨细胞的自噬減轻OA的发展。此外，菊花提取物BST106通过增加自噬体和自体溶酶体相关分子的蛋白质表达和抑制促凋亡蛋白的表达起到保护软骨细胞的作用。贯叶连翘苷可增加自噬基因Beclin-1、LC3、ATG5的表达水平激活自噬，减轻关节软骨的退化。柴胡提取物柴胡皂苷通过抑制PI3K/AKT/mTOR信号通路对自噬进行调节，进而缓解OA发展。黄芪甲苷通过上调LC3-Ⅱ/Ⅰ的表达促进软骨细胞的自噬活性防止关节软骨退变［31-34］。总之，中药在OA软骨细胞自噬中发挥重要的调控作用；但是，目前对中药干预软骨细胞自噬的研究还局限于动物实验水平，且其具体的干预机制仍未完全阐明，因此，需要更加深入的研究。

3.2 中药复方 中药复方是在中医基础理论指导下，集多味中药于一体的混合治疗药物。近年来，多种中药复方已应用于治疗OA，且发现其作用机制与自噬密切相关。乌头汤主要由川乌、麻黄、芍药、黄芪等组成，是治疗寒湿痹阻型OA的中药方剂。YAN等［35］通过数据挖掘方法研究乌头汤治疗OA的机制时发现，乌头汤的活性化合物可能对调节关节软骨自噬水平和代谢方面起关键作用的MAPK信号通路产生影响，进而起到延缓OA发展的作用。卢岩岩［36］建立OA动物模型研究补肾活血方对OA的治疗机制时发现，与对照组相比，应用补肾活血方的治疗组大鼠软骨组织自噬基因ULK1、Beclin-1表达水平显著升高；进一步研究发现，补肾活血方对OA起治疗作用可能通过激活自噬AMPK/ULK1信号通路产生。沈金明等［37］应用四妙散治疗OA大鼠并检测关节软骨自噬和凋亡相关基因的表达水平时发现，凋亡基因Fadd、Casp3的表达降低，自噬基因LC3的表达升高，表明四妙散可能通过促进软骨细胞自噬水平抑制软骨细胞凋亡发挥治疗OA的作用。黄杨等［38］应用右归饮治疗OA大鼠并检测自噬和凋亡相关蛋白发现，其可减轻OA大鼠软骨细胞的破坏；同时，发现自噬蛋白表达上调，凋亡蛋白表达下调。此外，一项研究通过观察芍药甘草附子汤治疗OA临床疗效及软骨细胞自噬基因的表达变化，发现芍药甘草附子汤对OA有良好的治疗作用，且预计芍药甘草附子汤是通过调节软骨细胞自噬抑制软骨退变，延缓OA的病情进展［39］。

3.3 中成药 补肾强筋胶囊、透骨消痛胶囊及桃仁膝康丸是治疗OA疗效可观的中药制剂，研究者分别对其延缓OA病情的机制进行研究，发现均与软骨细胞自噬有关。彭莎等［40］建立OA动物模型并给予补肾强筋胶囊治疗，6周后检测发现，Beclin-1、LC3-Ⅱ/Ⅰ、ULK-1及AMPK表达显著提高，mTOR表达降低，最终研究表明，补肾强筋胶囊可能通过AMPK/mTOR上调OA动物的软骨细胞自噬水平从而延缓病程。LI等［41］用透骨消痛胶囊治疗经诱导形成的OA软骨细胞发现，软骨细胞中Beclin-1、Atg3、Atg5、Atg7、Atg10、Atg12和LC3-Ⅱ/Ⅰ的表达增加，经治疗后的软骨细胞中有更多的自噬体形成，表明透骨消痛胶囊是减少OA软骨降解的潜在治疗剂。秦娜等［42］研究也发现，桃仁膝康丸治疗OA可提高自噬基因ULK1、Beclin-1和LC3-Ⅱ的表达水平，进而诱导软骨细胞自噬，延缓或阻止OA的软骨退变，但桃仁膝康丸激活软骨细胞自噬的具体机制仍不完全清楚。

以上研究均表明，中药及中药制剂可通过提高软骨细胞自噬水平抑制OA的发生、发展；但可以看出，目前中药及中药制剂干预细胞自噬的研究大多以自噬基因为切入点，缺少其他干预途径的研究。

4 小结与展望

随着中药现代化的快速发展，可对多靶点、多通路产生影响，进而发挥治疗疾病的作用。软骨细胞是正常软骨的唯一细胞成分，受到损伤后将导致OA的发生。细胞自噬是维持胞内稳定及细胞新陈代谢的重要机制，对维持关节软骨的正常功能非常重要。中药与软骨细胞自噬关系密切，通过综述近年来众多学者对中药干预软骨细胞自噬进行的动物实验及机制研究成果，表明中药单体、复方及中成药均可通过调控软骨细胞自噬基因的表达，促进软骨细胞自噬，起到治疗OA的作用。但问题也伴随存在：①应用中药干预细胞自噬治疗OA的研究还局限于动物实验水平，缺乏大样本的临床研究数据；②中药复方及中成药成分较为复杂，关于其调控软骨细胞自噬的机制仍未完全阐明；③目前的研究大多以自噬基因为切入点，缺少其他干预途径的研究。因此，未来的研究应利用中药现代化的先进手段，进一步挖掘中药的有效成分并阐明其具体的干预机制；同时，应另辟研究路径，探寻更多可能的干预方式。相信随着中药干预细胞自噬研究的不断深入，应用中药治疗OA的优势会更加凸显。

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收稿日期：2022-11-05；修回日期：2022-12-23

基金项目：甘肃省自然科学基金资助项目（18JR3RA077）；兰州市卫生健康科技发展项目（2019-050）；兰州市人才创新创业项目（2020-RC-67）；甘肃中医药大学附属医院青年项目（gzfy-2019-18）

作者单位：1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730000；2.甘肃中医药大学附属医院，甘肃 兰州 730000

通信作者：张虎林