中药基于核因子-κB信号通路治疗骨关节炎作用机制的研究进展

易林,热米拉·艾买提,张文豪,向文远,邓迎杰,方锐

(新疆医科大学附属中医医院,新疆 乌鲁木齐 830000)

骨关节炎(osteoarthritis,OA)是一种以软骨退化、软骨下骨硬化、滑膜炎症、韧带钙化和关节边缘骨质增生等为主要病理特点的骨关节疾病[1]。目前,临床上多采用口服非甾体抗炎药或关节腔注射玻璃酸钠、糖皮质激素、医用臭氧等药物治疗OA[2]。尽管这些方法能够缓解临床症状,但均不能有效遏制或逆转OA的进展。OA的发生发展与软骨细胞的合成分解代谢失衡导致关节软骨进行性破坏密切相关[3]。核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)信号通路参与机体的免疫应答、炎症反应、细胞分化、细胞凋亡等多种生物过程,与OA的发生发展关系密切[4]。相关研究表明,中药能够通过调控NF-κB信号通路发挥治疗OA的作用[5]。本文概述了NF-κB信号通路,探讨了NF-κB信号通路与OA的关系,对中药基于NF-κB信号通路治疗OA作用机制的研究进展进行了综述。

1 NF-κB信号通路概述

NF-κB是细胞内重要的核转录因子,在机体新陈代谢、免疫应答、细胞凋亡等生物过程中发挥重要作用[6]。NF-κB家族成员包括p50、p52、p65、c-Rel和RelB,这些家族成员以二聚体的形式发挥激活相关靶基因转录的作用。在静息状态下,NF-κB与核因子-κB抑制蛋白(inhibitor of nuclear factor-κB,IκB)在细胞质中结合,处于抑制状态。当细胞接收到化学或机械刺激信号时,IκB被IκB激酶磷酸化,并通过泛素蛋白酶体系统降解;游离NF-κB数量显著增加,并从细胞质转移至细胞核中,进而调控调节多种生长因子、趋化因子、促炎性细胞因子和免疫调节因子的转录[7-9]。

2 NF-κB信号通路与OA的关系

2.1 NF-κB信号通路与关节软骨破坏关节软骨由软骨细胞及细胞外基质组成[10]。软骨细胞合成并分泌Ⅱ型胶原、蛋白聚糖等物质,维持细胞外基质的稳定,进而维持软骨正常的结构和功能[11]。OA患者软骨细胞中炎症因子表达量增加,进而激活NF-κB信号通路[12];而NF-κB信号通路的激活能够引起基质金属蛋白酶(matrix metallo proteinase,MMP)等表达上调,引起软骨细胞外基质分解,加重软骨破坏[13]。

2.2 NF-κB信号通路与软骨下骨硬化软骨下骨为软骨提供机械支撑和营养供给。OA早期,破骨细胞活性增加,导致骨吸收和骨形成之间的平衡被打破,软骨下骨微结构改变,进而对软骨造成不利影响[14-17]。炎症因子会刺激成骨细胞,促使成骨细胞过量表达并分泌核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor-κB ligand,RANKL),RANKL与破骨细胞表面的核因子-κB受体活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)受体结合,激活破骨细胞NF-κB信号通路,导致骨吸收异常,引起软骨下骨硬化[18]。

2.3 NF-κB信号通路与滑膜炎症OA滑膜炎症与NF-κB信号通路激活密切相关[19]。OA滑膜细胞中的细胞因子和细胞外基质降解产物通过Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)和趋化因子表面受体激活NF-κB信号通路[20]。NF-κB信号通路激活后,NF-κB进入细胞核促使相关趋化因子、炎症因子的表达,进而增加滑膜炎症[21-23]。因此,NF-κB信号通路的激活在加重滑膜炎症中扮演重要角色。

3 中药基于NF-κB信号通路治疗OA的作用机制

中医学认为OA的病因为肝肾亏虚、经络痹阻。因此,临床上治疗OA多以补肝肾、强筋骨、通经络、止痹痛为基本治则,用药也多以补肝肾、通经络药物为主。中药制剂成分复杂,治疗OA具有多靶点、多途径的特点,而NF-κB信号通路是中药治疗OA的重要靶向通路。

3.1 中药复方右归丸出自《景岳全书》,是治疗OA的常用方剂。安方玉等[24]研究发现,采用右归丸干预大鼠OA模型能够降低大鼠软骨组织中炎症因子、MMP的表达,进而缓解大鼠炎症反应、抑制软骨降解,且其作用机制与抑制NF-κB通路相关蛋白的表达有关。金连峰等[25]研究发现,右归丸能够下调OA模型大鼠TLR4、IκB激酶、白细胞介素(interleukin,IL)-1β的蛋白表达,提示其可能通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号通路发挥保护软骨、抑制炎症反应的作用。刘海龙等[26]研究发现,补肾通络方可降低OA大鼠血清中IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α的含量,上调滑膜组织中骨保护素的蛋白表达,下调p65、RANKL、RANK的蛋白表达,提示补肾通络方可能通过抑制NF-κB/RANK/RANKL信号通路来抑制炎症因子的表达,进而缓解大鼠关节炎症。壮骨健膝方能够有效缓解OA患者关节疼痛、肿胀等症状[27]。陈鹏等[28]采用壮骨健膝方含药血清干预脂多糖诱导的A型滑膜细胞,结果显示干预组A型滑膜细胞中p50、p65蛋白表达量下调,而肝X受体(liver X receptor,LXR)α和核受体辅助抑制因子(nuclear receptor co-repressor,N-CoR)的蛋白表达上调,提示壮骨健膝方能够通过激活LXRα和N-CoR来抑制NF-κB信号通路,进而抑制OA滑膜炎症反应。钱佳佳等[29]研究发现,温经通络汤能够减少OA模型小鼠软骨组织诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)阳性细胞,上调Ⅱ型胶原的蛋白表达,减轻炎症反应,其作用机制可能与抑制NF-κB信号通路有关。钱凯等[30-31]采用甘草附子汤干预OA模型小鼠,能够减轻关节软骨破坏,并下调p65的蛋白表达,提示其可能通过干预NF-κB信号通路发挥治疗OA的作用。三仁汤出自《温病条辨》,是治疗湿温的代表方。胡锋等[32]研究发现,三仁汤缓解OA大鼠关节疼痛和减轻软骨损伤的作用机制与抑制NF-κB信号通路相关蛋白的表达关系密切。

3.2 中药单体中药成分复杂,中药治疗OA的作用机制研究困难重重。探究中药有效成分治疗OA的作用机制对于逐步揭示中药治疗OA的作用机制意义重大。丹参酮Ⅰ是中药丹参的重要有效成分,具有抗炎、改善微循环的作用。Wang等[33]研究发现,采用丹参酮Ⅰ干预IL-1β诱导的软骨细胞,能够缓解甚至逆转Ⅱ型胶原、聚集蛋白聚糖的降解,其作用机制与抑制NF-κB信号通路有关。丹参酮ⅡA具有改善血液循环的功效,能够抑制OA大鼠的软骨退变,改善大鼠膝关节功能,且其可能通过抑制TLR4/Myd88/NF-κB信号通路相关蛋白表达发挥作用[34]。芍药苷是从赤芍、白芍中提取的具有抗炎镇痛功效的中药单体。陈谱等[35]研究发现,芍药苷能够通过抑制IL-6、TNF-α及MMP13的表达水平,发挥延缓关节软骨退变的作用,且与抑制NF-κB信号通路相关蛋白表达关系密切。杜仲多糖是杜仲的主要药效成分。李宁博等[36]研究发现,杜仲多糖能够通过抑制NF-κB通路的激活抑制IL-1β诱导的小鼠软骨细胞的凋亡和炎症反应。矢车菊素具有抗炎、抗氧化的作用。Jiang等[37]研究发现,其能有效抑制TNF-α、iNOS的表达,抑制损伤软骨细胞中聚集蛋白聚糖和Ⅱ型胶原的降解;作用机制分析发现,矢车菊素通过抑制NF-κB信号通路发挥上述作用,且与沉默信息调节因子(silence information regulator,SIRT)6的激活有关,提示矢车菊素可能通过调控SIRT6/NF-κB信号通路发挥保护软骨细胞的作用。连翘苷元是从连翘中提取的糖苷类化合物,具有抗氧化应激及抗炎的作用。胡芯源等[38]研究发现,连翘苷元能有效减轻OA大鼠软骨组织损伤,抑制软骨细胞外基质的降解,其作用机制与抑制TLR4介导的NF-κB信号通路激活有关。

4 小 结

OA的发病机制复杂,涉及多条信号通路,其中NF-κB信号通路与OA关系密切。NF-κB信号通路的异常激活与软骨破坏、软骨下骨硬化及滑膜炎症等密切相关。多种中药复方和中药单体能够发挥治疗OA的作用,而其作用机制多为靶向抑制NF-κB信号通路的异常激活。中药通过调控NF-κB信号通路发挥了减轻炎症反应、抑制细胞凋亡、抑制骨吸收、抗氧化等作用,进而改善OA症状,发挥治疗OA的作用。关于中药治疗OA的作用机制研究虽然取得了一定的成果,但仍存在以下两方面问题:一方面,目前关于中药治疗OA的作用机制多通过细胞实验、动物实验等基础研究进行,缺少相关的临床试验研究,而中药在人体内发挥治疗OA的作用机制与基础研究的结论是否一致,尚需进一步验证;另一方面,目前的研究多针对单一信号通路,缺少多条信号通路共同参与治疗OA的研究,且对信号通路的传导途径及调控靶点的探索也不够深入。因此,仍需要开展更多的高质量基础研究和临床研究进一步深入探索。