虎杖有效成分基于类风湿关节炎相关信号通路治疗类风湿关节炎作用机制的研究进展

赵钰,李纪高,周全

(1.河南中医药大学第一临床医学院,河南 郑州 450000;2.河南中医药大学第一附属医院,河南 郑州 450000)

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种以侵蚀性关节炎为主要特征的慢性自身免疫性疾病,可引起关节疼痛、肿胀及功能障碍,且致残率高,严重影响患者的生存质量[1]。RA的发病机制尚未完全明确,多条信号通路与RA的发生和发展关系密切[2]。RA属中医学“痹证”“尪痹”范畴,中医临床上以祛风除湿、活血化瘀止痛为治疗原则。虎杖是蓼科草本植物虎杖的干燥根茎和根,具有祛风除湿、活血止痛、化瘀解毒的功效,临床上采用含有虎杖的方剂治疗RA疗效显著[3-4]。本文对虎杖有效成分基于RA相关信号通路治疗RA作用机制的研究进展进行了综述。

1 虎杖的概述

虎杖始载于《名医别录》,适用于风湿痹痛、痈肿疮毒及跌打损伤等。中医学认为RA的病机为风、热、寒、湿等邪气侵袭,致关节经络痹阻、气血停凝,日久则生瘀血,致关节疼痛、肿胀、畸形。虎杖用于治疗痹证由来已久。唐代医家陈藏器认为,虎杖可治“风在骨节间及血瘀”[5];明代李中梓在《本草征要》[6]中指出虎杖主治“久患痹证,更番历节,变形僵硬”。叶淑颖[3]采用泰痹颗粒治疗RA,疗效确切,其中泰痹方以虎杖为君药;郝苗清[4]采用痹清饮治疗RA,能够显著改善活动期RA患者临床生化指标,其中痹清饮以虎杖为臣药。

2 虎杖有效成分基于RA相关信号通路治疗RA的作用机制

虎杖含有山柰酚、槲皮素、虎杖苷、白藜芦醇、大黄素等多种有效成分[7]。多项研究表明,虎杖有效成分可调控Janus激酶(Janus kinase,JAK)/信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription,STAT)、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)、Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)4等多条与RA相关的信号通路,从抑制血管翳形成、减轻炎症反应、改善氧化应激、诱导细胞凋亡、调节免疫等多方面发挥治疗RA的作用(图1)。

JAK/STAT为Janus激酶/信号转导及转录激活因子;NF-κB为核因子-κB;MAPK为促分裂原活化的蛋白激酶;PI3K/AKT为磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B;TLR4为Toll样受体4。

2.1 JAK/STAT信号通路JAK/STAT信号通路参与调节炎症反应、细胞增殖等生物过程。JAK在接收到上游信号后,会迅速募集并活化,活化的JAK能够催化特定的受体磷酸化;STAT识别磷酸化的受体并与之结合后,亦发生磷酸化;磷酸化的STAT进入细胞核进而调控下游因子的表达[8]。JAK/STAT信号通路在RA炎症反应、细胞自噬过程中发挥重要作用,与RA病情发展密切相关。吴志颖等[9-10]研究发现,抑制JAK/STAT信号通路能够减少炎症因子的释放、增强细胞自噬,进而改善炎症反应,抑制滑膜增殖。JAK/STAT抑制剂托法替尼也已被用于治疗RA[11]。白藜芦醇是虎杖中的二苯乙烯类多酚化合物,具有诱导细胞凋亡、抗炎、抗氧化的生物学活性。

Yang等[12]研究发现,白藜芦醇可通过抑制血管新生、减轻炎症反应治疗RA。Nazari-Khanamiri等[13]研究发现,白藜芦醇通过STAT3/缺氧诱导因子-1相关途径,下调缺氧诱导因子-1和血管内皮生长因子基因的表达,控制血管翳的形成,进而减轻关节组织的病理损害。杨璟[14]研究发现,高剂量白藜芦醇可抑制JAK-STAT信号通路的过度激活,减少磷酸化的STAT1和STAT3,抑制滑膜血管新生。虎杖苷是虎杖的二苯乙烯类化合物,具有抗氧化应激、抗炎、抗肿瘤、调节免疫等多种作用[15]。Kamel等[16]研究发现,虎杖苷通过下调STAT3的表达,降低炎症因子白细胞介素(interleukin,IL)-17、IL-6及肿瘤坏死因子-α水平,进而缓解大鼠炎症反应。因此,虎杖有效成分能够通过JAK/STAT信号通路发挥抑制血管翳生成、抗炎等作用,进而控制RA发展。

2.2 NF-κB信号通路NF-κB信号通路参与获得性免疫细胞的调控过程。NF-κB和NF-κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB,IκB)以复合物的形式存在,外界刺激激活IκB激酶后,使IκB磷酸化后被降解,NF-κB被释放后进入细胞核,调控靶基因的转录,进而参与机体免疫应答、炎症反应、细胞增殖与凋亡等过程[17]。NF-κB信号通路与RA的病理过程关系密切。NF-κB信号通路的过度激活可导致成纤维样滑膜细胞在软骨表面聚集和黏附,加重RA患者关节软骨的破坏[18]。曾茂湘等[19]研究发现,抑制NF-κB信号通路,可下调抗凋亡因子及炎症因子的水平。氧化应激参与了RA病理过程,引起活性氧(reactive oxygen species,ROS)等自由基增多,加重炎症反应;还原型谷胱甘肽作为细胞内的抗氧化物,在改善氧化应激中发挥重要作用[20]。Guazelli等[21]研究发现,槲皮素能够通过抑制NF-κB信号通路提高还原型谷胱甘肽的水平、下调前内皮素原-1和环氧合酶-2 mRNA的表达,减少IL-1β的释放,抑制中性粒细胞向关节腔的聚集,从而发挥抗氧化应激、抗炎的作用。Yang等[22]的研究结果表明,白藜芦醇能够通过抑制RA滑膜成纤维细胞的NF-κB信号通路抑制环氧合酶-2的释放,发挥延缓RA病程的作用。大黄素是虎杖中的蒽醌类衍生物,具有免疫抑制、抗炎、抗氧化等药理特性[23]。孟庆良等[24]研究发现,大黄素可通过抑制NF-κB信号通路的激活降低人RA成纤维样滑膜细胞中抑凋亡因子B淋巴细胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)的表达、提高促凋亡因子Bax的表达,加速RA成纤维样滑膜细胞的凋亡,抑制滑膜细胞的增殖,延缓RA进展。因此,虎杖有效成分可通过NF-κB信号通路发挥抗氧化应激、抗炎、促细胞凋亡等作用,进而延缓RA进程。

2.3 MAPK信号通路MAPK主要包括p38、c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)1/2/3、胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)1/2等3个亚族[25]。MAPK信号通路在多方面和RA密切相关。MAPK被激活后,通过逐级磷酸化调控下游应答分子,调节细胞分化和增殖,参与RA炎症的调节过程[26]。Ma等[27]研究发现,p38、JNK、ERK通过诱导细胞周期正调节因子的表达,促进细胞分化和增殖,导致RA滑膜组织增生。赵萌萌[28]研究发现,p38抑制剂SB202190能下调RA成纤维样滑膜细胞中炎症因子的水平,延缓骨破坏进程。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)是一类蛋白水解酶;MMP的过度激活会导致软骨组织被破坏,且MMP与炎症反应、新生血管形成等生物过程均有联系[29]。山柰酚是虎杖根的黄酮类化合物,具有抗炎、调节免疫、抗氧化、抗癌等作用[30-31]。Pan等[32]研究发现,山柰酚可通过阻断MAPK信号通路,有效抑制RA成纤维样滑膜细胞的侵袭和迁移,降低MMP表达,抑制软骨细胞降解,减轻RA症状。Gao等[33]研究发现,白藜芦醇通过抑制MAPK信号通路,下调MMP-3、MMP-13、环氧合酶-2的表达,降低IL-1β、前列腺素E2释放,减弱炎症细胞浸润,改善RA症状。Yang等[12]研究发现,白藜芦醇可阻断滑膜细胞株RSC-364中JNK和p38的磷酸化,改善氧化还原稳态,减少ROS积累,下调丙二醛的血清水平并增强超氧化物歧化酶的活性,减轻氧化损伤,延缓RA进展。因此,虎杖有效成分能够通过调控MAPK信号通路,从抗氧化应激损伤、减轻炎症反应等方面发挥延缓RA进程的作用。

2.4 PI3K/AKT信号通路PI3K/AKT信号通路是调节细胞增殖、代谢、凋亡的核心信号通路。AKT是PI3K下游的关键靶点,PI3K/AKT信号通路通过激活AKT诱发级联反应,参与细胞增殖及凋亡等生物过程[34]。PI3K/AKT信号通路与RA关系紧密,在RA的病理过程中起重要作用。Cheng等[35-36]研究发现,PI3K/AKT信号通路通过参与调控成纤维样滑膜细胞增殖与凋亡、血管翳的形成及软骨组织降解等过程影响RA发展。细胞凋亡是机体保持内环境稳态的重要方式,RA成纤维样滑膜细胞的增殖和凋亡失衡是RA进展的重要因素[37]。彭菲菲[38]研究发现,虎杖的有效成分大黄素能够通过抑制PI3K/AKT信号通路促进RA成纤维样滑膜细胞的凋亡、抑制RA滑膜细胞增殖。潘东梅[39]研究发现,山柰酚通过抑制人RA成纤维样滑膜细胞中PI3K和AKT的磷酸化过程,降低细胞周期蛋白依赖性激酶4、细胞周期蛋白D1水平,诱导RA成纤维样滑膜细胞的凋亡和周期阻滞,抑制滑膜增生。Tian等[40]研究发现,白藜芦醇通过抑制RA成纤维样滑膜细胞中的PI3K/AKT信号通路,降低MMP-3、IL-1β水平,改善炎症反应。因此,虎杖有效成分能通过PI3K/AKT信号通路促进滑膜细胞凋亡、改善炎症反应。

2.5 TLR4信号通路TLR是连接天然免疫和特异性免疫的枢纽,具有免疫调节作用。TLR4是TLR家族成员之一,可通过髓样分化因子88依赖途径向下游传导信号,以介导炎症反应、细胞凋亡。TLR4相关信号通路和RA的发生发展关系密切。Duffy 等[41]研究发现,RA患者外周血及滑膜组织中的TLR4蛋白异常高表达。TLR4抑制剂TAK-242在临床试验中显示了良好的RA治疗效果,可能成为潜在治疗RA的新型药物[42]。免疫紊乱是RA重要的发病机制,而脾脏的相对质量是评价免疫功能的重要指标。Shen等[43]研究发现,高剂量的槲皮素能够下调胶原诱导型关节炎小鼠TLR4表达,通过高迁移率族蛋白B1、TLR4、p38、NF-κB等信号通路抑制免疫球蛋白G1、G2a的表达,显著降低脾脏指数、IL-8等炎症因子水平及踝关节滑膜组织中丙二醛的水平,上调过氧化氢酶的表达。谢延平等[44]研究发现,槲皮素可降低软骨组织中TLR4水平,抑制肿瘤坏死因子受体相关因子6、髓样分化因子88、NF-κB p65表达,进而缓解滑膜炎症。李丽等[45]的研究结果表明,白藜芦醇可通过抑制腱糖蛋白-C/TLR4信号通路的活化下调炎症因子表达,降低RA大鼠关节的肿胀率。因此,虎杖通过调控TLR4信号通路,能够调节免疫、抗氧化应激、减轻炎症反应等,进而发挥治疗RA的作用。

3 小 结

RA属中医学“痹证”“尪痹”范畴,虎杖用于治疗RA历史悠久、疗效显著。虎杖含有山柰酚、槲皮素、虎杖苷、白藜芦醇、大黄素等多种有效成分,这些有效成分能够调控JAK/STAT、NF-κB、MAPK、PI3K/AKT及TLR4等多条与RA相关的信号通路,从抑制血管翳形成、减轻炎症反应、改善氧化应激、诱导细胞凋亡、调节免疫等多方面发挥治疗RA的作用。虎杖有效成分治疗RA的作用机制表现出多途径、多成分、多靶点的特点。目前,针对虎杖有效成分治疗RA作用机制的研究已取得显著成果,但在不同信号通路、不同有效成分之间的相互作用机制研究方面尚显不足,且目前的研究以体外细胞实验和动物实验为主,缺少临床试验研究。因此,虎杖治疗RA的作用机制尚需从上述方面进一步深入研究,以期为RA新药的研发提供支持。