人参皂苷治疗骨性关节炎的研究进展

郭校妍，张伟东，张扬※

（吉林大学药学院，吉林 长春 130021）

骨性关节炎（Osteoarthritis, OA）是一种退行性病变，系由于增龄、肥胖、遗传、劳损、创伤、关节先天性异常和关节畸形等诸多因素引起的关节软骨退化损伤、关节边缘和软骨下骨反应性增生。临床表现为缓慢发展的关节疼痛、压痛、僵硬、关节肿胀、活动受限和关节畸形等[1]。目前，缓解OA 的常规疗法主要包括非甾体抗炎药、糖皮质激素和物理疗法，病情严重的患者通常还需要进行关节置换[2]。所以，寻找一种副作用少和效果好的药物已经成为治疗OA 亟待解决的问题。随着对传统中医药研究的深入，发现人参在防治关节软骨损伤、退变及参与体外培养软骨细胞修复关节软骨缺损都有较好前景[3]，为OA 的治疗提供了新思路。

人参（Panax ginseng C.A.Mey.）为五加科多年生宿根草本植物的干燥根及根茎，是我国延用了多年的传统名贵药材[4]。作为东北三宝之一，具有抗炎、抗氧化、抗抑郁、抗老年痴呆、抗动脉粥样硬化和抗OA 等药理作用，有多年的用药历史和极高的药用价值[5]。人参皂苷作为人参的主要药理活性成分，在疾病治疗中发挥着关键作用。有研究显示，人参总皂苷可通过抑制炎症因子、减少软骨细胞凋亡和基质损伤、促进软骨细胞修复来改善关节疼痛、修复受损软骨，从而发挥对OA 的治疗作用[6]。尽管目前已经对人参的药理活性进行了充分的研究，但人参皂苷分类众多，具体哪种人参皂苷可能对OA 有治疗作用，人参皂苷单体联合应用是否有作用，其靶向的特异性蛋白质和/或大分子等治疗机制等问题尚未完全阐明。本文综述了近些年人参皂苷治疗OA的研究及其进展，为人参皂苷治疗OA的临床应用提供依据。

1 人参皂苷及其分类

人参皂苷（Ginsenosides, G），也称为类固醇样皂苷，是人参独有的成分，一般用Rx 表示。目前，从人参植物的根、茎、叶、花和果实中可分离出超过150 种天然存在的人参皂苷。这些人参皂苷可以根据其骨架类型分为4 类，都具有共同的四环疏水结构，但糖部分各不相同。不同的糖分子附着在四个主链的不同区域以产生独特的人参皂苷单体分子（表1），决定了不同的药理活性[7-9]。

表1 人参皂苷分类Table 1 Classification of ginsenosides

这4 种人参皂苷中，原人参二醇型皂苷和原人参三醇型皂苷占人参总皂苷的90%以上，且活性较强，是人参皂苷的主要活性成分，也是目前学者们研究的重点。其中，G Rb1、G Rg1、G Rg3、G Rd、G Re、G Rh1和G Rh2的研究最为频繁[10]。本研究对G Rb1、G Rg1、G Rg3和G Ro 等人参皂苷单体和单体联用和中药复方等治疗OA 的研究进展作详细介绍。

2 OA 的发病因素及治疗方法

2.1 OA的发病因素

OA 作为最常见的关节炎形式之一，许多因素都促进其发展，包括年龄、性别和肥胖等个体因素。研究发现，65 岁以上人群中有三分之一受OA 影响[11]，且女性的发病率在50 岁以后会大幅增加[12]，这主要由妇女绝经后雌激素减少，关节软骨分解增加导致[13]。此外，运动损伤导致关节结构的异常，增加软骨丢失风险，可以直接导致OA 的发生[14]；关节的机械压力增加了关节细胞促炎症因子的表达，也是OA 软骨发生分解代谢过程的部分原因[15]。OA 的发生发展还与新陈代谢[16,17]、遗传和免疫[18]等因素密切相关。

2.2 OA的治疗方法

目前，治疗OA 的技术方法多种多样，除物理疗法（包括运动疗法和病人教育并以关节矫形器作辅助）外[19]，还可以通过口服药物、关节腔注射和终末期手术等方法，以期达到缓解疼痛、延缓病程和改善功能的目的[20]。

标准的药物治疗包括控制疼痛和炎症的药物，如非类固醇类抗炎药、阿片类和关节内皮质类固醇的止痛药等，还有关节炎的症状缓效药，如硫酸葡萄糖胺、硫酸软骨素、地塞林、大豆和鳄梨非皂化物提取物口服和关节内注射透明质酸[21]。此外，也有些研究显示中草药如甘草汤等在治疗OA上也有一定作用[22]。但药物治疗对病情严重者疗效甚微，只能选择手术治疗，最为常见也最有效的是关节置换术[23]。当然，还可通过针灸[24]、推拿[25]、理疗、中药贴敷、中药熏洗、中药涂抹[26]、中药熨烫和中药定向透药等传统中医手段延缓OA发展[27]。

3 人参皂苷对OA 治疗作用的研究进展

3.1 人参皂苷Rb1

人参皂苷Rb1（Ginsenoside Rb1,G Rb1）的主要来源是人参属成员亚洲人参，在人参茎和叶中的含量远低于在人参根部、根茎和根毛中的含量。G Rb1是一种三萜皂苷，是40 多种单体人参皂苷中含量最多的一种，可通过抑制炎症细胞因子的表达、通过Notch 信号通路、NF- B 信号通路来发挥抗炎、抗凋亡和神经保护等作用[9]。

G Rb1 可通过抑制炎症细胞因子的表达来发挥对关节软骨的保护作用。Cheng等[28]通过白细胞介素（Interleukin, IL）-1 诱导刺激构建软骨OA 模型，给予一定量GRb1后进行指标检测，发现GRb1能够抑制基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases,MMP）-13、环氧合酶-2（Cyclo-oxygenase-2, COX-2）、前列腺素E2（Prostaglandin E2,PGE2）、诱导型一氧化氮合酶（Inducible nitric oxide synthase, iNOS）和一氧化氮（NO）等炎症因子的产生，并减少由IL-1 在人关节软骨细胞中诱导的Ⅱ型胶原蛋白（CollagenII）和蛋白聚糖（ACAN）降解，这表明G Rb1的作用机制可能类似于非甾体抗炎药，可通过抑制COX-2 和PGE2 的表达来缓解OA症状。

这一作用在OA 大鼠模型上也得到了验证。Aravinthan 等[29]发现G Rb1 可能通过抑制MMP13 和COX-2 mRNA 的水平并抑制干扰素（Interferon gamma, IFN- ）、单核细胞趋化蛋白-1（Monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1）/趋化因子配体-2（CCL-2）、IL-1 和IL-6 这几种炎性细胞因子/趋化因子的表达来防止软骨降解，从而有助于G Rb1发挥对碘乙酸（MIA）诱导的卵巢OA 大鼠抗炎作用。高志[30]通过切断大鼠右膝关节的前交叉韧带建立骨关节炎模型，基于不同剂量G Rb1来治疗大鼠。结果表明，G Rb1显著降低了模型大鼠血液中白细胞、淋巴细胞的数量，且以浓度依赖性方式降低了大鼠血清TNF- 和IL-1 水平，也降低了大鼠关节软骨组织中MMP-9、MMP-13 和ADAMTS-5 的表达，同时升高了软骨组织中Collagen II和Aggrecan 的表达，表明G Rb1 可通过抑制炎症反应和关节组织中MMPs 的合成来抑制软骨降解，对前交叉韧带切断诱导的骨关节炎具有较好的治疗作用。

G Rb1 治疗OA 的作用机制有多种，可能通过Notch 信号通路、NF- B 信号通路来发挥作用。例如，王维[31]研究发现，G Rb1 可以降低IL-1 诱导的细胞Ⅱ型胶原和MMP-13 表达，同时使诱导后的Notch1、JAG1 表达水平下降，表明G Rb1 对软骨细胞的保护作用可能是通过抑制MMP-13 的表达以及Notch 信号通路活化来实现的。此外，Hossain 等[32]通过构建OA 兔模型，发现G Rb1可预防软骨细胞凋亡，抑制软骨细胞内活性氧（ROS）的产生，下调p38/MAPK 和PI3K/AKT 信号通路以防止MMPs 和平衡胶原II 型和蛋白聚糖的表达，且激活NF- B 信号转导，发挥对软骨细胞的保护作用，从而用于治疗OA。

3.2 人参皂苷Rg1

人参皂苷Rg1（Ginsenoside Rg1,G Rg1）最初由中药人参根、茎部分提取所得，是三萜达玛烷环类衍生物，具有三十个碳原子，有类似糖皮质激素甾环样的结构，能够通过与糖皮质激素受体相结合发挥与糖皮质激素类药物相似的抗炎作用。黄宇旻[33]通过前交叉韧带切除法（ACLT）和MIA 关节腔注射法在大鼠体内构建OA 模型，发现G Rg1 能够通过抑制I B 的磷酸化过程来降低I B 的激活，从而抑制NF- B 的激活来降低软骨细胞MMP-13 和PGE2 的合成来发挥软骨保护作用。

G Rg1还可抑制软骨细胞凋亡、促进软骨细胞增殖，发挥对软骨细胞的保护作用，从而具有治疗OA的潜在价值。段超等[3]采用伸直位管型石膏固定法造模6 周，成功建立兔类似临床所见的人OA 模型。观察G Rg1对兔膝OA 关节软骨细胞凋亡的影响，发现一定剂量G Rg1 对软骨组织有着积极的保护作用，可通过调控软骨细胞凋亡关键因子Bax/Bcl-2 表达比例和下调Caspase-3 的表达有效抑制软骨细胞过度凋亡，避免软骨组织进行性破坏。此外，Huang 等[34]发现G Rg1预处理的IL-1 诱导的软骨细胞也会促进Bcl-2 的表达，抑制Bax 活性，并降低Cyt C 释放和Caspase-3 激活。它还增强了TIMP-1 表达并抑制了MMP-13 的合成，有效抑制了细胞外基质降解。还发现G Rg1 的这些效果是通过增强的PI3K/AKT 信号转导部分介导实现的。

此外，G Rg1还可抑制炎症介质活性，减轻关节软骨损伤。Cheng 等[35]通过使用人体软骨细胞的体外模型和大鼠OA 的体内模型来观察G Rg1作用，发现G Rg1可抑制IL-1 诱导的人软骨细胞MMP-13、COX-2和PGE2 基因和蛋白的表达，并防止Col2A1 和ACAN降解，减缓软骨退变。这表明G Rg1对OA 治疗具有潜在的临床益处。

3.3 人参皂苷Rg3

人参皂苷Rg3（Ginsenoside Rg3,G Rg3）是四乙二醇三萜皂苷单体，可由Rb1、Rb2、Rb3、Rc 和Rd 代谢得到，其结构为3b、12b 以及20 pro-S 位被羟基取代且3 位羟基转化为-D-吡喃葡萄糖基- -D-吡喃葡萄糖苷的达玛烷，属原人参三醇型人参皂苷[36]。

有一项体外研究调查了G Rg3对人OA 软骨细胞的保护作用。So 等[37]用IL-1 刺激软骨细胞显示MMP-1、MMP-3 和MMP-13 水平的增加和COL2A1和ACAN 表达的下降，而在用IL-1 和G Rg3 共同处理的细胞中，MMP-1 和MMP-13 的水平低于单独用IL-1 处理的细胞，并且COL2A1 和ACAN 的表达水平从仅在IL-1 存在下培养时的低值恢复。此外研究还发现仅IL-1 刺激软骨细胞会导致与衰老相关的-半乳糖苷酶（Senescence-associated -galactosidase,SA- -Gal）阳性细胞的增加，而IL-1 和G Rg3共同培养的细胞中对这一衰老标志物的表达有明显抑制。且用G Rg3培养的软骨细胞显示出明显高于对照细胞的增殖和端粒酶活性。以上研究表明，G Rg3 能保护细胞免受骨关节炎中软骨细胞衰老的影响。

G Rg3还可以通过调节SIRT1 介导的抗凋亡和抗炎机制对OA 发挥作用。Ma 等[38]用肿瘤坏死因子（Tumor necrosis factor,TNF）- 刺激TC28a2 人软骨细胞诱导软骨细胞的损伤，发现G Rg3 逆转了TNF- 抑制的SIRT1 的表达，还可激活SIRT1/PGC-1 /SIRT3途径抑制TNF- 诱导的乙酰化环蛋白D（Acetylated Cyclophilin D,CypD）的乙酰化，从而导致线粒体功能障碍和活性氧（ROS）积累减少，改善TNF- 诱导的细胞凋亡。此外还发现，G Rg3 逆转SIRT1/PGC-1 /SIRT3的激活，介导p38 MAPK 的抑制，进而下调TNF- 处理的细胞中的NF- B 转位。总之，在TNF- 刺激下，G Rg3能通过SIRT1/PGC-1 /SIRT3/p38 MAPK/NF- B信号传导减少软骨细胞中IL-8 和MMP-9 的产生，从而达到治疗OA 的目的。

3.4 人参皂苷Ro

人参皂苷Ro（Ginsenoside Ro,G Ro）是齐墩果烷型人参皂苷，有研究显示，G Ro 通过直接抑制TLR4信号通路发挥抗炎作用，表明G Ro 可以作为炎症相关疾病的天然治疗化合物[39]。

Zhang 等[40]首次报道了G Ro 能抑制IL-1 诱导的大鼠软骨细胞凋亡率且促进凋亡蛋白的表达，同时还能够抑制COX-2、MMP-3 和MMP-9 等炎症因子的表达从而发挥抗炎作用。此外还发现G Ro 抑制了软骨细胞中IL-1 刺激的NF- B 磷酸p65 的活化，表明G Ro 是通过抑制NF- B 来抑制IL-1 诱导的细胞凋亡和炎症的。

3.5 其他人参皂苷单体

目前，针对其他人参皂苷治疗OA 的研究较少。但有研究显示，人参皂苷包括Rb2、Rh、Rc，Rd 和Rf等均可抑制MMPs 的表达来发挥抗炎作用，有希望成为治疗OA 的潜在药物，但发挥作用涉及的靶点还需要进一步深入研究[41]。Lee等[42]发现包括人参皂苷Rd、Rf 和F4 在内的几种皂苷在非细胞毒性浓度（1~50M）下可抑制IL-1 处理的软骨细胞中MMP-13 的表达，最突出的抑制剂是人参皂苷F4 和Rg3。进一步研究发现G F4 能强烈抑制p38 促丝裂原激活蛋白激酶的激活，从而抑制MMP-13 的活性[43]。

此外，研究显示，G Rb2 和G Rg5 等均可抑制OA大鼠关节软骨细胞凋亡和基质损伤，还可抑制IL-1 和TNF- ，从而减缓关节炎的进展或严重程度，预防关节软骨的破坏[44,45]。Zhang 等[45]通过韧带横断和内侧半月板切除制备骨关节炎大鼠模型，然后给予大鼠不同剂量的G Rg5 观察。发现15M G Rg5 能显著预防OA大鼠模型中的软骨退化，防止滑膜崩解。用G Rg5治疗大鼠可使Col2A1、ACAN 和Ⅱ型胶原蛋白表达水平增加，降低MMP-13、IL-1 、TNF- 、NO 和iNOS 的水平，证明G Rg5 可防止软骨降解，抑制OA 大鼠滑膜炎症，使软骨细胞凋亡，可用于骨关节炎的治疗。

研究发现，人参皂苷Rc 可以通过激活-catenin和Runx2 的经典Wnt 通路促进成骨细胞分化和基质矿化，上调骨标志物的表达来增加骨形成[43]。

3.6 多种人参皂苷协同治疗

多种人参皂苷联合用药治疗OA 也是目前研究的方向之一。有学者制备人参皂苷Rd 和人参皂苷Re作为活性成分组成的复合人参皂苷，将其作为治疗OA的药物[46]。Siddiqi 等[47]通过重复地蒸煮和干燥从新鲜人参根部分离出Rg5:Rk1混合物，研究其对小鼠MC3T3-E1 细胞生长和分化方面的影响，发现Rg5:Rk1会以剂量依赖的方式刺激MC3T3-E1 细胞生长，且上调胶原蛋白的合成，对骨基质的发展产生增殖和合成作用，还可以诱导体外成骨的MC3T3-E1 细胞分化和矿化，而Rg5:Rk1对MC3T3-E1 细胞生长和分化的影响与BMP-2/Runx2 信号通路的表达密切相关。Rg5:Rk1 可能对刺激成骨细胞分化和正确的骨形成有用，可能成为治疗OA 的潜在药物。

此外，研究显示，含多种人参皂苷的中药复方在治疗OA方面也有一定的前景。秦七风湿方（Qinqi Rheumatism Formula,QRF）是作为治疗类风湿性关节炎的临床经验方，由珠子参（扣子七）、秦艽和山茱萸组成，苏洁等[48]推测其对OA 也有一定疗效。借助网络药理学方法，基于系统网络数据库，建立QRF 干预OA 的靶点网络，对QRF 作用于OA 的活性成分及作用机制进行预测分析，得出QRF 可能通过G Re、G Rb1、G Rg1和G Rd 等活性成分，作用于IL-6、TNF 和IL-1等靶点，调控IL-17 信号通路、TNF信号通路、Th17 分化、Toll 样受体信号通路及破骨细胞分化信号通路等实现对OA 的干预，为QRF 干预OA 的临床研究提供参考。活血止痛胶囊是一种中药配方，由当归、三七、乳香、冰片、土鳖和黄芪以20:10:4:4:6:1 的比例组成，主要活性成分有G Rg1 和G Rb1 等[2]。Jua 等[2]发现，活血止痛胶囊能够改善MIA 诱导的大鼠OA 模型中的OA 发展。

4 总结与展望

人参作为传统中药，在临床具有广泛的应用前景。人参皂苷的药理作用的研究主要集中在抗癌，抗氧化和免疫刺激活性上。然而，许多研究提出的证据表明，人参皂苷可通过抗炎来预防和治疗各种炎症性疾病，包括OA。

OA 作为一种多发于老年人群的疾病，越来越受到研究人员的重视。目前研究发现，人参皂苷可以通过多种途径发挥对OA 的治疗作用。人参皂苷可以调控软骨细胞凋亡关键因子Bax/Bcl-2 表达比例，抑制软骨细胞凋亡，或同时促进软骨细胞增殖来保护软骨细胞，但其相关调控的信号通路还不明确，有待后续进一步研究；其次，人参皂苷能够通过NF- B、Notch和p38 MAPK 等信号通路抑制OA 细胞内炎症信号因子的表达，从而发挥抗炎作用。此外，人参皂苷还能抑制软骨细胞衰老，从而阻止OA 软骨损伤进程。人参皂苷除抗炎作用外，还具有一定的抗氧化应激作用[49]。抗氧化应激也是治疗OA 的一种可行方法[50]，但目前针对人参皂苷在抗氧化应激方面对OA 是否有作用的研究还较少，其具体机制仍需要更深入的研究。

总之，随着对人参皂苷研究的深入，人参皂苷及其代谢物、衍生物可以用作预防和治疗OA的有效药物，并需要对其治疗机制进行更深一步的研究，将为开发OA 治疗药物及人参皂苷的临床应用提供帮助。