中药延缓终板软骨细胞退变相关信号通路的研究进展

王晨宇,陈双,孙道喜,谢林

(1.南京中医药大学第三临床医学院,江苏 南京 210028;2.江苏省中西医结合医院,江苏 南京 210028)

椎间盘退变是脊柱退行性疾病的主要病理改变,是导致脊柱失稳、椎间盘突出症及椎管狭窄症等疾病的重要原因[1-2],也是导致颈肩腰腿痛的重要因素[3]。椎间盘由髓核、纤维环和终板组成。终板不仅是维持椎间盘稳定的重要结构,也是椎间盘进行物质交换的重要媒介。研究表明,终板软骨细胞退变导致终板弥散功能障碍是椎间盘退变发生与发展的始动因素[4-5]。中药能够通过多条信号通路发挥促进终板软骨细胞增殖、抑制终板软骨细胞凋亡、减少终板软骨细胞外基质降解的作用,进而延缓终板软骨细胞退变[6-8]。本文对中药延缓终板软骨细胞退变相关信号通路的研究进展进行了综述,现总结报告如下。

1 中医对椎间盘退变的认识

椎间盘退变属中医学“腰痛”“痹证”范畴。《素问·脉要精微论篇》云:“腰者,肾之府,转摇不能,肾将惫矣。”该论述明确了肾与腰的密切联系。《丹溪心法·腰痛》载有“腰痛主湿热、肾虚、瘀血、挫闪,有痰积”,指出了湿热、肾虚、瘀血是腰痛的致病因素。现代中医学家多认为椎间盘退变的病因病机为肝肾亏虚,加之风寒湿痰瘀内阻;病位在筋,与肝肾密切相关;证属本虚标实、气血亏虚;肝肾二脏虚损为本,风寒湿痰瘀为标[9-10]。因此,中医治疗椎间盘退变以补益肝肾为基本治则。

2 中药延缓终板软骨细胞退变的相关信号通路

终板是一层薄的透明软骨,位于椎间盘的上方和下方,是营养物质从椎体毛细血管到达椎间盘的主要通路,也是代谢产物排出椎间盘的重要途径[11]。终板软骨细胞是终板内唯一的细胞类型,其退变、凋亡将导致终板钙化,进而阻碍椎间盘的物质交换,并最终导致椎间盘退变[12]。终板软骨细胞退变进程受多条信号通路调控,当前对中药延缓终板软骨细胞退变的研究主要围绕Fas[13-14]、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)[15-16]、Wnt/β-catenin[17-19]、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)[20-22]、印第安刺猬因子(Indian hedgehog,IHH)[23-24]、基质细胞衍生因子(stuomalcell-derived factor,SDF)-1/CXC趋化因子受体(CXC chemokine receptor,CXCR)-4[25]等信号通路。

2.1 Fas信号通路Fas是肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)受体家族中典型的凋亡受体,Fas配体(Fas ligand,FasL)与Fas在细胞膜表面结合,进而通过激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶引起细胞凋亡[26]。Wang等[27]研究发现,椎间盘退变患者终板软骨细胞的凋亡率及Fas蛋白表达量均高于正常人,认为终板软骨细胞凋亡与Fas信号通路密切相关。吕存贤等[13]采用异常应力负荷及椎间失稳法建立了兔终板软骨退变模型,并采用补阳还五汤对模型兔干预,结果显示,终板软骨退变模型兔的终板软骨组织中Fas、FasL的mRNA表达量显著上调,补阳还五汤干预后终板软骨组织中Fas、FasL的mRNA表达量显著下调,提示补阳还五汤能够抑制终板软骨细胞凋亡。吴国华等[14]研究发现,六味地黄丸含药血清可抑制兔退变椎间盘的终板软骨细胞凋亡及细胞外基质分解,且药物干预组软骨终板组织中Fas、FasL的mRNA表达水平低于模型组,提示六味地黄丸含药血清可能通过抑制Fas信号通路延缓终板软骨细胞的退变。

2.2 MAPK信号通路MAPK信号通路广泛存在于细胞中,能够调控细胞增殖、分化、凋亡等;该信号通路可被物理刺激、炎性细胞因子等细胞外刺激或信号激活;p38MAPK、胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)是目前研究较为深入的MAPK家族成员[28]。Kong等[29]研究发现,静态机械负荷诱导下的终板软骨细胞凋亡过程中c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、ERK1/2和p38MAPK磷酸化水平升高,且JNK、p38MAPK和ERK抑制剂干预可抑制终板软骨细胞的凋亡,提示MAPK信号通路的激活可引起终板软骨细胞的凋亡。柳根哲等[15]研究发现,益气活血汤含药血清可促进处于高静水压下的兔终板软骨细胞增殖,抑制p38蛋白的磷酸化,提示益气活血汤延缓终板软骨细胞退变可能与抑制p38MAPK信号通路有关。付长龙等[16]研究发现,狗脊多糖能够下调白细胞介素(interleukin,IL)-1β诱导的大鼠椎间盘退变软骨细胞中ERK1/2 mRNA与蛋白的表达,提示狗脊多糖可能通过抑制ERK1/2通路延缓终板软骨细胞退变。

2.3 Wnt/β-catenin信号通路Wnt/β-catenin通路是Wnt信号通路中的经典通路,参与细胞凋亡与坏死的过程。Wnt/β-catenin信号通路被激活后,β-catenin的降解将受到抑制,细胞中游离的β-catenin增多;β-catenin与T细胞因子、淋巴增强因子结合形成复合物后进入细胞核,进而调控与细胞凋亡相关基因的表达[30]。郑权等[31]研究发现,退变的终板软骨细胞中β-catenin表达量明显升高,抑制Wnt/β-catenin信号通路后,β-catenin的表达量显著降低,而终板软骨细胞外基质蛋白的表达升高,提示β-catenin在终板软骨细胞退变过程中起重要作用,抑制Wnt/β-catenin信号通路可延缓终板软骨细胞的退变。韩涛等[17]研究发现,补肾活血中药可抑制兔离体终板软骨组织中蛋白多糖和Ⅱ型胶原的分解,且中药干预组Wnt-3α、β-catenin的mRNA表达水平低于对照组。刘伯龄等[18]在探讨独活寄生汤干预对大鼠椎间盘软骨细胞Wnt/β-catenin信号通路影响的研究中发现,独活寄生汤与Wnt/β-catenin信号通路抑制剂DDK-1对大鼠椎间盘终板软骨细胞的干预效果一致。刘志超等[19]研究发现,益气活血汤含药血清干预静水压诱导的兔退变终板软骨细胞24 h后,软骨细胞Wnt4、β-catenin的蛋白表达量下调。因此,中药延缓终板软骨细胞退变与抑制Wnt/β-catenin信号通路密切相关。

2.4 NF-κB信号通路NF-κB信号通路是调控细胞生长、凋亡及炎症反应的重要信号通路。在静息状态下,NF-κB与核因子-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor-κB,IκB)结合形成二聚体;当受到刺激信号时,IκB激酶激活IκB,IκB与NF-κB分离,NF-κB进入细胞核内,促进相关基因转录。高智等[32]研究发现,在自然传代的大鼠终板软骨细胞中加入NF-κB信号通路抑制剂,可抑制基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-13和SRY相关高迁移群盒-9的表达,提高Ⅱ型胶原、蛋白聚糖的表达,提示NF-κB信号通路与终板软骨细胞退变有密切联系。付美艳等[20]研究发现,青藤碱可显著降低IL-1β诱导的大鼠退变终板软骨细胞中IL-6、TNF-α、MMP-13及血小板反应蛋白解整合素金属肽酶(disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin,ADAMTS)-5的表达,同时抑制NF-κB及IκB激酶的表达,提示青藤碱可能通过抑制NF-κB信号通路而发挥延缓椎间盘终板软骨细胞退变的作用。薛凡[21]研究发现,补肝健腰方含药血清可以增强IL-1β诱导的大鼠退变终板软骨细胞的增殖能力,下调IκB激酶、NF-κB p65的mRNA表达。王刚良[22]研究发现,石蒜碱能够抑制IL-1β诱导的大鼠终板软骨细胞的NF-κB信号通路,其作用靶点为IκBα/p50/p65三聚体,进而抑制ADAMTS-4、ADAMTS-5、MMP-3和MMP-13表达上升,延缓终板软骨细胞退变。因此,多种中药单体、复方均能够通过抑制NF-κB信号通路延缓终板软骨细胞的退变。

2.5 IHH信号通路IHH信号通路与终板软骨细胞退变密切相关。Wang等[33]研究发现,IHH配体与终板软骨细胞膜受体Patched-1结合后,可激活转录因子Gli-1;Gli-1能够激活包括刺猬因子相互作用蛋白和Runt相关转录因子2等在内的IHH信号通路下游靶基因的转录,进而激活MMP-13和X型胶原的表达,诱导终板软骨细胞的退变。丁慧琴等[23]研究发现,补骨壮筋汤能够明显抑制小鼠退变终板软骨细胞中IHH及MMP-13的表达,抑制终板软骨细胞外基质降解,提示补骨壮筋汤可通过抑制IHH信号通路延缓终板软骨退变。徐永明等[24]应用细胞应力加载系统在体外建立大鼠终板软骨细胞退变模型,并采用淫羊藿素干预,结果显示淫羊藿素能够下调终板软骨细胞中IHH mRNA及蛋白的表达,上调软骨合成相关基因的表达,且其效果与IHH信号通路抑制剂环巴胺类似,提示淫羊藿素可能通过抑制IHH信号通路延缓终板软骨细胞退变。

2.6 SDF-1/CXCR-4信号通路SDF-1是CXCR-4目前已知的唯一配体,SDF-1可直接诱导软骨细胞凋亡,同时还能够提高软骨细胞MMP-13的表达,进而促进细胞外基质降解[34]。抑制SDF-1/CXCR-4信号通路能够促进终板软骨细胞增殖和细胞外基质形成,抑制细胞凋亡,在防治终板软骨细胞退变中有重要意义[35]。蒋伟等[25]研究发现,桂枝加葛根汤含药血清可以增加外力刺激诱导的大鼠退变终板软骨细胞的活性,降低终板软骨细胞凋亡率,并显著抑制CXCR-4的蛋白表达;且在桂枝加葛根汤+SDF-1α组中,桂枝加葛根汤对终板软骨细胞的改善作用被SDF-1α抑制,提示桂枝加葛根汤可能通过抑制SDF-1/CXCR4信号通路延缓终板软骨细胞退变。

3 小 结

终板软骨细胞退变是椎间盘退变的起始阶段,而中医药在椎间盘退变的治疗中发挥了重要作用。中药能够通过Fas、MAPK、Wnt/β-catenin、NF-κB、IHH、SDF-1/CXCR-4等多条信号通路发挥延缓终板软骨细胞退变的作用。目前,针对中药延缓终板软骨细胞退变的相关信号通路的研究仍存在以下不足:①总体研究数量较少;②目前的研究以体外实验为主,对于药物能否通过体内代谢而对终板软骨细胞产生影响的问题,尚待动物实验及临床试验进一步加以证实;③终板软骨细胞退变是由多条信号通路协同作用导致的,而目前的研究多针对某一信号通路,对于多条信号通路之间的相互关系有待进一步发掘。