基于信号通路的中医药治疗痛风性关节炎作用机制研究进展

周亚 李孟婕 赵艳 赵春生 张煦 陈爱艳 蒋忠一 向阳 尤良震 金艳蓉

痛风性关节炎(gouty arthritis,GA),是指由于持续性高尿酸血症导致周身关节内及关节周围形成单钠尿酸盐(monosodium urate,MSU)沉积,引起关节的红斑、肿胀、发热、疼痛及活动受限等为主要临床表现的关节炎症性疾病。GA每年患病率为1%～6.8%,发病率为0.58‰～2.89‰[1]。西医治疗GA药物包括:别嘌呤醇、非布索坦、秋水仙碱等[2-4]。中医药治疗GA经验丰富,且安全高效。中医认为GA归属于“历节风”“痛风”“行痹”等病范畴,其病机为本虚标实,肝、脾、肾虚为本,风寒、痰瘀、湿热为标实[5]。近些年,探索中医药在治疗GA的作用机制方面研究进展迅速,其中NLRP3炎性体信号通路、TLRs信号通路、NF-κB信号通路、JNK信号通路、COX信号通路、NALP6炎性体信号通路等多信号通路的作用机制研究较多。本综述从相关多信号通路,包括在GA中的作用机制出发,总结中医药调节相关信号通路治疗GA的作用与机制,为临床治疗提供指导依据。

1 NLRP3炎性体信号通路

1.1 NLRP3炎性体信号通路在GA中的作用机制

NLRP3炎性体在GA中十分重要,MSU活化NLRP3炎症小体,NLRP3炎症体诱导释放成熟的白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-18等促炎因子,IL-1β和IL-18趋化免疫细胞募集至关节部位产生炎症反应[6]。NLRP3炎性体信号通路是由NLRP3蛋白、凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1(cysteinyl aspartate specific proteinase-1,Caspase-1)三个部分组成。研究表明抑制NLRP3/ASC/Caspase-1信号通路,能够缓解痛风关节炎[7]。

1.2 中医药通过调节NLRP3炎性体信号通路发挥作用

金晓敏等[8]采用尿酸钠溶液(0.025 mL)踝关节腔注射建立的小鼠GA模型后1天后予土茯苓总黄酮,按低、中、高剂量分别为100 mg/kg、300 mg/kg、500 mg/kg灌胃。结果显示土茯苓总黄酮组小鼠NLRP3、ASC、Caspase-1 mRNA和蛋白含量以及IL-1β、IL-6水平低于秋水仙碱组,而且高剂量土茯苓总黄酮组的小鼠关节肿胀程度明显下降。其作用机制可能为土茯苓总黄酮抑制NLRP3炎性体信号通路,减少下游炎性细胞因子的表达,降低GA的炎症反应,减轻GA小鼠踝关节肿胀,并且肿胀程度具有剂量依赖性。其他单体中药活性成分如萆薢总皂苷、欧前胡素、虎杖醇等[9-11]均证实通过NLRP3/ASC/Caspase-1信号通路发挥调节GA炎症反应的作用。

刘伟伟等[12]的研究发现白虎加桂枝汤能减轻大鼠的关节肿胀率,减少IL-1、IL-6、CRP等炎症指标水平,以及下调NLRP3、Caspase-1、NF-κB蛋白表达。白虎加桂枝汤能够抑制多种信号途径,包括NLRP3炎性体信号通路和NF-κB信号通路,共同改善伴有高尿酸血症的GA大鼠炎症反应。

NLRP3炎性体信号通路是目前为止相关研究最多的GA有关信号通路,单味中药有效成分提取物及经典中药复方能够通过抑制NLRP3/ASC/Caspase-1信号通路,抑制促炎因子趋化,减轻局部炎症反应而发挥治疗GA的作用。但少部分中药活性成分如黄连碱[13],并没有通过ASC而直接与下游的Caspase-1活性部位结合发挥作用,是否有其他蛋白介入,仍需进一步探索。

2 TLRs信号通路

2.1 TLRs信号通路在GA中的作用机制

Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)包括TLR2和TLR4,诱导的信号通路在GA的炎症反应中发挥重要的作用。MSU启动机体固有免疫后,激活TLRs,产生相应的配体与中间物髓样分化因子(myeloiddifferentiationfactor88,MyD88)结合后激活下游的NF-κB,促进炎症介质的释放,表达IL-1β、IL-6等细胞因子参与炎症反应[14]。如木犀草素能通过TLR/MyD88/NF-κB转导途径,减少痛风性关节炎炎症反应[15]。

2.2 中医药通过调节TLRs信号通路发挥作用

罗菲等[16]用不同剂量的原花青素作用于GA模型大鼠,测定大鼠踝关节肿胀度、步态分级、机械痛阈值、炎症因子水平、相关TLR4和NF-κB蛋白表达水平。发现三组不同剂量的原花青素组与秋水仙碱组均能减少大鼠关节肿胀度、步态分级、机械痛阈值、IL-1β、IL-6水平,抑制TLR4和NF-κB蛋白的表达。原因可能是植物中的原花青素通过调节TLR4/NF-κB信号通路下调IL-1β、IL-6等促炎因子来改善GA炎症反应。中医复方如上中下通用痛风汤和四妙丸方等[17-18]同样证实调控TLRs信号通路能够改善GA炎症反应。

TLR4、NF-κB中间是否存在其他蛋白?徐轶尔的研究存在一定参考价值。徐轶尔等[19]探究单味中药豨莶草对GA的作用机制,发现豨莶草使GA大鼠的IL-1和IL-8等细胞因子、NF-κB mRNA的表达水平的降低外,还抑制中间MyD88 mRNA的表达,进而减少NF-κB mRNA的表达。表明豨莶草抑制炎症反应的机制可能是其通过调控TLRs/MyD88/NF-κB信号通路有关。

目前,有关中医药通过调节TLRs信号通路治疗GA的动物实验中,大部分都发现NF-κB蛋白水平的变化,表明中医药调节信号通路并不单一。不同浓度的中药能否促进多通路之间发挥协同作用,具有重要研究前景。

3 NF-κB信号通路

3.1 NF-κB信号通路在GA中的作用机制

NF-κB是细胞内重要的核转录因子,参与机体的炎症反应、免疫应答,细胞凋亡等过程。在GA病理机制中,NF-κB信号通路主要介导炎症反应,引起IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎症因子的表达,这些因子的过度表达反过来激活NF-κB信号通路,产生炎症级联放大效应[20-21]。另外,NF-κB激活可以启动NLRP3炎性体,抑制NF-κB信号通路和NLRP3炎症体的激活可以降低IL-1β水平[22-23]。NF-κB信号通路可以被TLRs和NLRP3启动,介导炎性细胞因子表达[24-25]。

3.2 中医药通过调节NF-κB信号通路发挥作用

杨大兴等[26]用不同浓度的黄芪甲苷作用于GA大鼠,发现膝关节组织中的TLR2、NF-кB mRNA表达水平、IL-6明显低于模型组,黄芪甲苷组机械痛域(posterior wall thickness,PWT)和热刺激潜伏期(paw withdrawal thermal latency,PWTL)高于模型组,表明黄芪甲苷能够抑制TLR亚家族成员中的TLR2水平以及NF-кB基因的表达,同时抑制NF-κB信号通路及TLRs信号通路而发挥抗炎作用。

张晓熙[27]用MSU和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导痛风炎症模型的THP-1细胞,予低、中、高剂量的加味三妙丸(黄柏、苍术、川牛膝、土茯苓),结果显示加味三妙丸较模型组能明显下调p-NF-κB及NLRP3、ASC、Caspase-1和MyD88、TLR2、TLR4等蛋白的表达,降低IL-1β水平。表明三妙丸可以不仅可以调节NF-κB 信号通路,而且可以调节NLRP3炎性体信号通路和TLRs信号通路。该方可能抑制 IL-1β相关受体激酶的激活,减少TLRs和NF-κB信号通路的相关蛋白水平,减少pro-IL-1β的表达,促进NLRP3炎性体信号通路进一步抑制 IL-1β的产生,产生协调抑制效应,改善GA炎症反应。

NF-κB信号通路常与其他通路交叉影响,中医药NF-κB信号通路调节最能体现其多靶向作用机制,其他如TLRs、NLRP3等通路同样具有影响。相对于简单的单味中药活性成分而言,中医复方是在中医辨证论治思维指导下组方遣药,辨证因人而异,中医复方多靶向性及多样性是未来探索GA机制难点所在。

4 COX信号通路

4.1 环氧化酶-2信号通路在GA中的作用机制

环氧化物酶-2(cyclooxygenase inhibitor,COX-2)信号通路是GA发病的重要原因之一。COX-2可以通过COX-2/mPGES-1/PGE2途径,合成的前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2),PGE2主要介导炎症级联放大反应[28]。

4.2 中医药通过调节COX信号通路发挥作用

周建华等[29]将大鼠随机分为白虎加桂枝汤组、秋水仙碱组以及对照和模型组四组。对照组关节腔注射生理盐水,其他三组予以关节腔MSU注射液(50 μL)制造成GA模型。结果显示白虎加桂枝汤组和秋水仙碱组右踝关节直径、IL-1β、NO、COX-2水平较模型组明显降低。表明中药方剂白虎加桂枝汤和西药秋水仙碱同样能够通过COX-2信号通路减少相关炎症因子的表达,改善GA炎症反应。

王洋洋等[30]在栀黄止痛散对GA炎症反应的实验中,还发现COX-2减少的同时,PGE2的水平表达也降低,表明中药作用机制可能包括通过COX-2/mPGES-1/PGE2途径,减少炎症级联放大反应来抑制GA炎症反应。

COX信号通路是影响GA重要机制之一,其中PGE2主要参与GA中的炎症级联放大反应,中医药能够显著调节C0X-2、PGE2水平而改善GA。但未提及对mPGES-1蛋白的影响,故目前中医药对COX-2信号通路的研究存在一定的单极化现象,需要未来进一步研究证实。

5 JNK信号通路

5.1 c-Jun氨基末端激信号通路在GA中的作用机制

c-Jun氨基末端激(c-Jun N-terminal protein kainse,JNK),又称为应激活化蛋白激酶(SAPK),在细胞凋亡、应激等生理病理方面具有重要的双重调节作用。JNK信号通路认为是丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路的一分支。JNK信号通路能够上调IL-6、IL-1β和TNF-α水平的表达[31],抑制JNK信号通路,能减轻GA的炎症反应[32]。

5.2 中医药通过调节JNK信号通路发挥作用

徐轶尔等[33]的研究发现不同剂量的豨莶草均可以抑制GA大鼠JNK、p-JNK、NF-κB、c-jun、AP-1蛋白的表达,降低血清中的IL-1水平,其作用机制与豨莶草是通过调节JNK通路,减少GA炎症反应有关。另外,党荣敏[34]的研究证实单味中药提取物-黑骨藤醇提取物可以通过调节JNK和NF-κB通路抑制炎症因子表达,改善GA炎症反应。

中药豨莶草以及中药活性提取物黑骨藤醇均能够较好地抑制JNK和NF-κB信号通路,缓解GA炎症反应,但是具体如何影响JNK信号通路机制,JNK信号通路与NF-κB信号通路是否存在某种关联尚不明确。因此,中医药如何调节GA中的JNK信号通路机制将是下一步实验探究的重点。

6 NALP6炎性体信号通路

6.1 NALP6炎性体信号通路在GA中的作用机制

NALP6炎性体信号通路由NLRP6蛋白、ASC、Caspase-1三个部分组成的NLRP6/ASC/Caspase-1信号通路,同样参与GA的炎症反应过程。MSU晶体诱导NALP6炎性体的表达,促进Caspase-1前体水解,活化Caspase-1,诱导刺激IL-1β分泌[35]。沉默NALP6基因使得Caspase-1的活性及IL-1β水平降低,减少GA的炎性损伤[36]。

6.2 中医药通过调节NALP6炎性体信号通路发挥作用

隋方宇[37]的研究发现补肾利湿法中药复方制备的含药血清能够明显下调GA模型大鼠中的NALP6 mRNA、NALP6、NF-κB蛋白、Caspase-1活性以及IL-1β含量表达。其作用机制可能与补肾利湿法中药复方通过调节NLRP6/ASC/Caspase-1的信号通路,对Caspase-1及NF-κB进行靶调控,抑制炎症级联放大反应,下调GA中促炎因子IL-1β的水平,防治GA。

NALP6炎性体信号通路是近几年除NLRP3炎性信号通路外发现的同样影响ASC、Caspase-1水平的通路。但中医药对该通路干预的研究极少,扩大深入探究中医药对NALP6信号通路同样具有重要潜在价值。

7 总结与讨论

近年来,生活条件不断改善,饮食结构逐渐转向高脂、高嘌呤等高代谢食物,导致GA患病率日益增多,因此,GA的发病机制尤为值得关切。目前为止,大都认为GA发作与MSU诱发局部无菌性炎症相关。局部关节或组织出现MSU沉积,诱导炎症因子聚集并活化,进一步介导炎性细胞的浸润,产生炎症级联放大效应。其中NLRP3炎性体信号通路、NF-κB信号通路、TLRs信号通路、NALP6炎性体信号通路、COX信号通路等都参与调节GA炎症反应的过程,并且部分机制之间存在协同调节作用,如NLRP3炎性体信号通路诱导IL-1β水平的增加,IL-1β又反过来激活NF-κB信号通路和TLRs信号通路,最终诱发炎症级联放大效应。

西医治疗GA取得一定的进展,大部分药物包括非甾体类抗炎药、激素、非布司他等能快速有效缓解症状。GA的治疗不应该仅限于西医,亟需探索其他治疗方法。我国中医历史悠久,在GA的诊疗方面拥有丰富的中药资源以及临床经验,并且具有很高的疗效及安全性。应用现代药理学和分子生物学技术,探索和总结中医药治疗GA作用机制有重要的现实意义。

现有GA动物或组织细胞模型实验证实中药单体或单味提取物和中药复方能够通过上述信号通路交叉作用于关节组织对相应靶细胞,抑制包括IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α和IL-18等在内的促炎因子表达,抑制GA炎症反应,治疗GA。首先,鉴于目前有关中医药作用GA信号通路的研究大都是动物实验,少部分如NLRP6炎性体信号通路和JNK信号通路的研究资料相对较少。其次,中药复方与单药有效成分提取物存在显著差异,中医复方体现的是整体观念指导下的辨证论治,其成分复杂而且因人而异,加味后复方中各成分之间是否出现协同或拮抗作用仍是研究的难点。再者,中医药煎煮方法不同,是否影响GA各信号通路尚不明确。因此,今后仍需进一步开展更多与中医药作用机制的相关动物及临床实验研究。