許麗文,劉春曉,李光玉
(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所,吉林 長(zhǎng)春130112)
骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)是目前全球范圍內(nèi)致畸率、致殘率較高的一種慢性、進(jìn)行性關(guān)節(jié)疾病之一,以軟骨細(xì)胞減少、關(guān)節(jié)基質(zhì)降低為主要特征[1]。OA的發(fā)病人群集中在中老年人群,臨床發(fā)病率隨著年齡的升高而逐漸升高[2-3]。目前,OA的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確,多數(shù)認(rèn)為骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生、發(fā)展與年齡、體質(zhì)量、機(jī)械損傷和生物因素等有關(guān),同時(shí)認(rèn)為該病的發(fā)生、發(fā)展還可能與機(jī)體關(guān)節(jié)軟骨病理變化導(dǎo)致的生物力學(xué)紊亂有關(guān)[4-5]。OA有2種類型:一種是原發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎,另一種是繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎。原發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎的病因目前尚不明確,可能是多因素病因相互作用而引起的系統(tǒng)性疾病[6]。繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎的病因則是諸多因素引起的退行性發(fā)展,如急性或慢性關(guān)節(jié)損傷、肌肉功能障礙、肥胖、關(guān)節(jié)鈣沉積、炎癥性關(guān)節(jié)?。ㄈ珙愶L(fēng)濕關(guān)節(jié)炎)。OA的發(fā)生涉及到整個(gè)軟骨組織(包括軟骨、滑膜和底層骨),其中與軟骨組織的病變最為密切,而軟骨組織的損傷與軟骨細(xì)胞凋亡密切相關(guān)[7-11]。
OA的治療方式主要有藥物治療(西藥、中藥和注射藥)與手術(shù)治療[12]。OA早期患者主要以藥物治療為主,晚期患者主要依靠手術(shù)治療[13]。在早期OA患者的藥物治療中,早期病變患者常使用非甾體抗炎藥物,但患者服藥后容易出現(xiàn)腎臟與胃腸道不良反應(yīng),部分患者可能出現(xiàn)心血管疾病,且這類藥物無(wú)法延緩患者病程的發(fā)展[12]。張建環(huán)等[14]比較了中藥和非甾體抗炎藥治療OA的效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn),非甾體抗炎藥的使用頻率為38.5%,藥物使用不良反應(yīng)發(fā)生率為13.5%,而中藥的使用頻率為61.5%,但不良反應(yīng)發(fā)生率僅為6.5%。該研究表明,非甾體抗炎藥鎮(zhèn)痛優(yōu)勢(shì)明顯,但可能在安全性方面有待提高。張雪英等[15]研究了中藥健骨片與非甾體類抗炎鎮(zhèn)痛藥物聯(lián)用治療成人OA的短期療效,結(jié)果發(fā)現(xiàn),骨關(guān)節(jié)疼痛完全緩解率為17.2%,疼痛改善率為77.1%,癥狀加重及效果不佳者占5.7%。該研究表明,中藥在治療OA疾病方面具有很大的應(yīng)用前景。
鹿茸作為一種典型的傳統(tǒng)動(dòng)物藥已經(jīng)使用了2 000多年,并具有改善免疫系統(tǒng)與增強(qiáng)體力的藥理作用[16]。目前,在中國(guó)、日本和韓國(guó)等國(guó)家的藥典中,梅花鹿和馬鹿的鹿茸被指定為藥用原料[17]。此外,鹿茸還可以用作預(yù)防疾病的補(bǔ)充劑。通常,鹿茸通過(guò)口服給藥用于湯劑或藥液的制劑中。鹿茸是獨(dú)特的器官,在哺乳動(dòng)物中顯示出每年完全再生的周期[18]。鹿茸的生長(zhǎng)是一個(gè)非常迅速的過(guò)程,在此期間諸如其軟骨、骨骼、神經(jīng)、皮膚和血管等組織也以相同的速度生長(zhǎng)[19]。因此,鹿茸被認(rèn)為是研究信號(hào)通路有價(jià)值的模型。牛維等[20]研究發(fā)現(xiàn),鹿茸對(duì)TGF-/Smads信號(hào)通路中的相關(guān)分子起促進(jìn)作用,激活該信號(hào)通路的轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)軟骨形成起到促進(jìn)的作用,同時(shí)證實(shí)了鹿茸能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖、分化,延緩軟骨的退變。李振華等[21]研究發(fā)現(xiàn)鹿茸多肽能夠抑制骨性關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞的早期凋亡。作者對(duì)近年來(lái)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制及鹿茸對(duì)OA軟骨細(xì)胞凋亡及信號(hào)通路調(diào)控的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述,旨在深入了解鹿茸治療OA的作用機(jī)制,抑制OA的發(fā)展速度。
目前該病的病因尚不清楚,其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣,不論是原發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎還是繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎,關(guān)節(jié)軟骨都是OA發(fā)生的集中部位[22]。OA涉及整個(gè)滑膜關(guān)節(jié),包括軟骨,滑膜和底層骨。這些組織中的每一個(gè)細(xì)胞都具有獨(dú)立的能力來(lái)引發(fā)和響應(yīng)關(guān)節(jié)損傷,最終導(dǎo)致軟骨變性。OA的早期癥狀主要為關(guān)節(jié)疼痛、功能障礙,主要采用藥物治療;晚期癥狀為關(guān)節(jié)畸形、活動(dòng)受限,必須采用手術(shù)治療[5]。目前研究認(rèn)為OA與遺傳、老化、肥胖和劇烈運(yùn)動(dòng)等有關(guān),其治病因素及發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣[12]。近年來(lái),在細(xì)胞學(xué)領(lǐng)域許多學(xué)者對(duì)OA患者的關(guān)節(jié)組織進(jìn)行細(xì)胞分離,結(jié)果發(fā)現(xiàn),剛分離的軟骨細(xì)胞凋亡的數(shù)量與OA的發(fā)展具有高度一致性[23]。羅淦等[24]總結(jié)了與OA軟骨細(xì)胞凋亡相關(guān)的信號(hào)通路,包括p38 MAPK信號(hào)通路和TLR信號(hào)通路。OA的發(fā)生和發(fā)展還與Wnt信號(hào)通路和TGF信號(hào)通路高度密切相關(guān)。
細(xì)胞凋亡也稱為程序性死亡,是細(xì)胞的自然死亡和自我清除的過(guò)程。細(xì)胞凋亡的形態(tài)表現(xiàn)包括細(xì)胞收縮(同時(shí)保持膜完整性)、核周圍的染色質(zhì)凝結(jié)、膜出血以及最終形成含有假定完整細(xì)胞器的凋亡小體[25]。在體內(nèi),這些膜包被的囊泡很快被常駐的吞噬細(xì)胞吞噬,從而防止細(xì)胞內(nèi)成分暴露于免疫系統(tǒng)并防止炎癥的發(fā)生[26]。在分子水平上,凋亡由順序排列的步驟組成,包括起始、效應(yīng)、降解和清除階段。細(xì)胞凋亡屬于正常的細(xì)胞周期發(fā)育,當(dāng)需要在確定的位置和精確的步驟(軟骨內(nèi)骨化、卵巢回歸)下發(fā)生細(xì)胞死亡時(shí),細(xì)胞凋亡在時(shí)間上受到調(diào)控[27]。細(xì)胞凋亡也是必要的,以擺脫感染、受損或異常細(xì)胞,以避免異常傳播[28]。然而,過(guò)度的細(xì)胞凋亡或者缺乏細(xì)胞凋亡都會(huì)導(dǎo)致其組織發(fā)生病理變化,如癌癥或自身免疫疾病,這是嚴(yán)格控制細(xì)胞凋亡的重要性。
軟骨細(xì)胞凋亡與OA的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān),軟骨細(xì)胞凋亡會(huì)加速OA的發(fā)展。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),中藥能夠通過(guò)抑制軟骨細(xì)胞的凋亡,來(lái)控制OA的發(fā)展。肖經(jīng)難等[29]研究了六味地黃丸對(duì)兔OA軟骨細(xì)胞凋亡的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與OA模型組相比,用藥組軟骨細(xì)胞凋亡指數(shù)明顯降低,說(shuō)明六味地黃丸有效減緩了軟骨細(xì)胞凋亡。軟骨細(xì)胞凋亡參與OA的發(fā)生與發(fā)展,而與OA軟骨細(xì)胞凋亡相關(guān)的信號(hào)通路在OA的發(fā)病中也起著重要的作用[30]。研究發(fā)現(xiàn),p38 MAPK信號(hào)通路與OA軟骨細(xì)胞凋亡有關(guān)[31]。目前大多數(shù)研究認(rèn)為,參與OA軟骨細(xì)胞凋亡的至少有2種相互獨(dú)立的途徑:一種是一氧化氮(NO)介導(dǎo),另一種是Fas介導(dǎo)。NO與OA的病理過(guò)程密切相關(guān),而NO具有抑制軟骨細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡的作用;Fas途徑是一條細(xì)胞凋亡轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。胡春江等[32]研究表明,關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射p38 MAPK抑制劑可以減少軟骨細(xì)胞的凋亡[33],減輕關(guān)節(jié)軟骨的退變。Long等[34]研究表明,p38 MAPK作為炎癥過(guò)程中重要的信號(hào)通路,能夠誘導(dǎo)MMP-l3的表達(dá),導(dǎo)致Ⅱ型膠原的降解,加快對(duì)軟骨組織的破壞。錢臣等[35]研究了Toll樣受體4表達(dá)與膝骨關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞凋亡的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn),TLR4在凋亡軟骨細(xì)胞中的表達(dá)增加,而其在正常軟骨細(xì)胞中的表達(dá)降低,說(shuō)明在軟骨細(xì)胞凋亡過(guò)程中TLR4信號(hào)通路參與了凋亡過(guò)程。
Wnt信號(hào)通路在很早之前就被研究發(fā)現(xiàn),Wnt信號(hào)通路參與了許多生命過(guò)程,在細(xì)胞的增殖、分化、極化、凋亡與抗凋亡等生命過(guò)程中都有參與。在Wnt參與的信號(hào)通路中,Wnt/-eatenin是最經(jīng)典的,也是研究較為透徹的一條信號(hào)通路,此外Wnt信號(hào)通路還包括Wnt/Ca2+及Wnt/PCP通路。Wnt/-eatenin信號(hào)通路的激活主要是胞漿內(nèi)多余的-eatenin進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi),與T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子結(jié)合,最終導(dǎo)致相關(guān)靶基因的表達(dá)[36-37],見(jiàn)圖1。Wnt信號(hào)通路可能在一般的關(guān)節(jié)疾病中尤其是在OA中起作用,也可以在骨骼發(fā)育過(guò)程中的通路中找到。經(jīng)典的Wnt信號(hào)已在體外和體內(nèi)廣泛參與抑制軟骨形成分化并促進(jìn)祖細(xì)胞的成骨分化[36-38]。在骨骼發(fā)育和生長(zhǎng)期間,經(jīng)典的Wnt信號(hào)傳導(dǎo)在驅(qū)動(dòng)祖細(xì)胞增殖和維持祖細(xì)胞或干細(xì)胞中很重要,但該途徑在軟骨生成細(xì)胞中受到抑制,從而可以進(jìn)一步分化為軟骨細(xì)胞[36,39]。在發(fā)育過(guò)程中以及在生長(zhǎng)中軟骨內(nèi)骨形成的后期階段,經(jīng)典Wnt信號(hào)激活是驅(qū)動(dòng)軟骨細(xì)胞向肥大細(xì)胞最終分化的關(guān)鍵,肥大細(xì)胞隨后發(fā)生分化或被骨細(xì)胞替代[40]。相比之下,經(jīng)典的Wnt信號(hào)似乎可以直接刺激成骨細(xì)胞的分化[38,41]。研究表明,Wnt/-catenin信號(hào)通路以及相關(guān)產(chǎn)物可以影響軟骨細(xì)胞的分化、成熟與凋亡[42],減少軟骨細(xì)胞中Ⅱ型膠原的產(chǎn)生[43],進(jìn)而產(chǎn)生關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行性變性等一系列變化。顏春魯?shù)萚44]基于Wnt信號(hào)通路分析了右歸丸對(duì)膝骨性關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis,KOA)大鼠的影響,并探討了右歸丸對(duì)OA大鼠的保護(hù)機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn),右歸丸通過(guò)抑制Wnt信號(hào)通路相關(guān)因子的表達(dá),來(lái)發(fā)揮對(duì)KOA的保護(hù)作用。由此可見(jiàn),Wnt/-catenin信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)OA的發(fā)展。
圖1 Wnt/-catenin信號(hào)通路示意圖[37]Fig.1 Wnt/-catenin signaling pathway[37]
轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-(transforminggrowth factor-,TGT-)在多個(gè)組織和器官中都廣泛表達(dá)[45],它們參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、細(xì)胞外基質(zhì)降解與合成及細(xì)胞凋亡等[46-47],更重要的是在軟骨的形成、維持、修復(fù)過(guò)程中均發(fā)揮著關(guān)鍵作用[48]。TGF-超家族由近40個(gè)配體組成,這些配體負(fù)責(zé)許多細(xì)胞發(fā)育過(guò)程,包括早期胚胎發(fā)育、組織模式和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)、骨形成、傷口愈合和纖維化[49-50]。在軟骨中這個(gè)超家族的主要代表是TGF-和BMP,二者對(duì)于正常的關(guān)節(jié)發(fā)育和體內(nèi)平衡至關(guān)重要,并與OA的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。TGF-超家族(包括骨形態(tài)發(fā)生蛋白)激活后,通過(guò)I型和II型受體的異聚復(fù)合物發(fā)出信號(hào),募集下游R-Smad蛋白,然后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核并充當(dāng)靶基因的轉(zhuǎn)錄因子[51]。TGF-還可以通過(guò)非Smad途徑來(lái)發(fā)揮其生物學(xué)作用[52]。在非經(jīng)典途徑中,可能通過(guò)TGF-激活TAK1激酶,通過(guò)MAP激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)其信號(hào)。TGF-可以利用多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑,包括細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶ERK[53]、p38激酶[54]、c-Jun N末端激酶JNK[55]、磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/AKT[56],或Rho樣GTPase[57]信號(hào)傳導(dǎo)途徑,與Smad途徑協(xié)同調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。TGF-信號(hào)通常通過(guò)ALK5磷酸化Smad2/3,而B(niǎo)MP通常通過(guò)ALK1、2、3和6磷酸化Smad1/5/8發(fā)出信號(hào)(圖2)[58]。在軟骨細(xì)胞分化中,Smad2/3是早期軟骨發(fā)生和阻斷終末分化所必需的,而Smad1/5/8是終末分化所必需的[59-61]。所有這些R-Smads作為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,在成骨細(xì)胞發(fā)生和軟骨發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用。魏建仝等[62]研究發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)液TGF-1的表達(dá)與OA存在相關(guān)性,可能在OA的發(fā)生過(guò)程中起重要作用。張志剛等[63]探討了人OA的發(fā)生機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在滑膜組織中IL-1、TGF-1蛋白隨著OA病情的加重而增強(qiáng)。楊物鵬[64]探討了TGF-1對(duì)培養(yǎng)兔關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞增殖和分化的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)TGF-1對(duì)原代軟骨細(xì)胞的增殖起促進(jìn)作用。上述研究表明,TGF-對(duì)OA的病因、治療和預(yù)防具有重要的參考價(jià)值。
圖2 TGF-/Smad信號(hào)通路示意圖[58]Fig.2 TGF-/Smad signaling pathway[58]
鹿茸是鹿科動(dòng)物(如梅花鹿或馬鹿)雄鹿密生茸毛未骨化的角,是一種名貴的傳統(tǒng)中藥,有著悠久的藥用史,始載于漢代的《神農(nóng)本草經(jīng)》[65-66]。關(guān)于鹿茸的藥用作用前人均有記載,鹿茸具有生精補(bǔ)髓、強(qiáng)筋健骨、養(yǎng)血益陽(yáng)等作用[67-69]?,F(xiàn)代藥理研究亦表明,鹿茸能夠提高體外軟骨細(xì)胞的增殖與分化,抑制軟骨細(xì)胞的凋亡[20]。鹿茸可以通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-/Smads信號(hào)通路抑制OA的發(fā)展。Moreau等[70]研制出一種優(yōu)質(zhì)的鹿茸粉末,可以有效緩解犬OA的病情。牛維等[20]研究發(fā)現(xiàn),鹿茸通過(guò)調(diào)控ADAMTS-4/TIMP-3基因的表達(dá),減少蛋白聚糖、Ⅱ型膠原蛋白的降解,對(duì)軟骨起到修復(fù)的作用。由此可見(jiàn),鹿茸可以有效治療OA。然而,鹿茸治療OA的作用機(jī)制尚不明確。大多數(shù)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),鹿茸可以通過(guò)TGF-/Smads信號(hào)通路和Wnt/-catenin信號(hào)通路調(diào)控OA的發(fā)生與發(fā)展。此外,鹿茸還可以抑制軟骨細(xì)胞的凋亡,抑制OA的發(fā)生與發(fā)展。
據(jù)報(bào)道,單味藥鹿茸能夠影響OA大鼠軟骨組織中Smad 2和Smad 3的表達(dá)水平,而鹿茸可以通過(guò)調(diào)節(jié)Smad 2和Smad 3的mRNA和蛋白表達(dá)來(lái)修復(fù)軟骨,表明Smad 2和Smad 3的mRNA和蛋白表達(dá)上調(diào)可能是OA發(fā)病的重要機(jī)制之一[71]。吳永磊等[72]研究發(fā)現(xiàn),中藥鹿茸治療膝骨關(guān)節(jié)炎的療效較好,其機(jī)制可能與上調(diào)血清TGF-水平、下調(diào)IL-1和IL-6水平有關(guān)。盧賀等[73]報(bào)道了鹿茸調(diào)控OA大鼠軟骨Smads基因/蛋白表達(dá)水平的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn),鹿茸對(duì)軟骨細(xì)胞內(nèi)Smads基因及蛋白的表達(dá)具有調(diào)控作用,促進(jìn)了關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù),阻礙了OA的發(fā)展。牛維等[20]研究鹿茸歸經(jīng)靶向調(diào)控OA TGF-/Smads信號(hào)通路的機(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn),鹿茸提高了TGF-/Smads信號(hào)通路中相關(guān)分子的表達(dá)水平,對(duì)軟骨的形成起到促進(jìn)作用,減緩了OA的進(jìn)展。
Wnt/-catenin信號(hào)通路與OA密切相關(guān)。NG等[37]研究發(fā)現(xiàn),在OA軟骨中Wnt/-catenin信號(hào)通路的激活或者抑制可導(dǎo)致軟骨磨損的加速或減緩。Xie等[74]報(bào)道,-catenin條件激活小鼠在軟骨細(xì)胞中-catenin基因特異性過(guò)度表達(dá),在腰椎間盤和膝關(guān)節(jié)表現(xiàn)出OA樣表型,因此用小鼠來(lái)模擬OA模型,并測(cè)試了鹿茸多肽(pilose antler polypeptide,PAP)在該小鼠模型中的潛在療效。Xie等[74]證實(shí)PAP降低了-catenin蛋白水平,中度上調(diào)了Ⅱ型膠原蛋白水平,下調(diào)了細(xì)胞外基質(zhì)合成降解酶MMP13、ADAM4和ADAM5的表達(dá)水平。因此,PAP可能通過(guò)Wnt/-catenin信號(hào)通路抑制MMP13、ADAM4和ADAM5,從而調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的合成。
鹿茸具有多種藥理特性,已被用于許多疾病的臨床治療。研究發(fā)現(xiàn),PAP可調(diào)節(jié)免疫活性并具有抗氧化特性,利用PAP可以有效治療OA[75]。另一項(xiàng)研究還表明,OA的發(fā)生與軟骨細(xì)胞的病理密切相關(guān)[76],此外有報(bào)道認(rèn)為,PAP對(duì)正常兔軟骨細(xì)胞的增殖有影響[77-78]。苗永剛[79]研究發(fā)現(xiàn),PAP可以明顯降低早期凋亡細(xì)胞所占的比例,對(duì)軟骨細(xì)胞的早期凋亡有明顯的抑制作用,而對(duì)軟骨細(xì)胞凋亡有保護(hù)作用。王梓懿[80]研究了PAP對(duì)兔膝骨性關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞凋亡的影響,發(fā)現(xiàn)PAP具有抑制OA軟骨細(xì)胞凋亡的作用。
OA的發(fā)病機(jī)制目前還不明確,早期患者主要采用藥物治療,晚期患者治療OA主要采用手術(shù)。筆者通過(guò)查閱大量資料,對(duì)其發(fā)病機(jī)制及鹿茸治療OA的作用進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)。OA的發(fā)病機(jī)制主要涉及軟骨細(xì)胞凋亡、多條信號(hào)通路等。鹿茸對(duì)于治療OA是有效的,可以通過(guò)抑制TGF-/Smads信號(hào)通路和Wnt/-catenin信號(hào)通路治療OA。鹿茸能抑制軟骨細(xì)胞早期凋亡數(shù)量的增加,從而阻斷軟骨細(xì)胞的凋亡,保護(hù)其免受細(xì)胞死亡。鹿茸可以上調(diào)軟骨細(xì)胞中II型膠原的表達(dá),下調(diào)細(xì)胞外基質(zhì)中降解酶的表達(dá)。鹿茸能夠調(diào)控OA有關(guān)的部分信號(hào)通路,對(duì)部分信號(hào)通路起作用,但OA的發(fā)病因素涉及到多條信號(hào)通路,因此不能完全阻礙OA的發(fā)展。同時(shí),鹿茸在治療OA建立的試驗(yàn)數(shù)據(jù)大多都是通過(guò)建立動(dòng)物模型進(jìn)行研究,動(dòng)物模型與人的治病機(jī)理存在差異。目前,通過(guò)對(duì)OA的機(jī)制研究,能夠確定鹿茸對(duì)OA的治療具有一定的作用,但還不能確定鹿茸中哪種有效成分發(fā)揮相應(yīng)功能。因此,今后應(yīng)進(jìn)一步解析鹿茸單體治療OA的作用機(jī)制。