劉鵬，任莉，甄平，李鵬，常彥峰，曹國定，李旭升，張浩強，劉軍

1甘肅中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000；2聯(lián)勤保障部隊第940醫(yī)院關(guān)節(jié)骨科，蘭州 730050；3蘭州理工大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730050；4西安交通大學(xué)附屬第二醫(yī)院(西北醫(yī)院)骨科，西安 710004

創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎(traumatic arthritis，TA)又稱外傷性關(guān)節(jié)炎、損傷性骨關(guān)節(jié)炎，是關(guān)節(jié)外科的常見疾病，目前其發(fā)病機制尚不明確。有研究發(fā)現(xiàn)，TA的發(fā)生主要與關(guān)節(jié)面受力失衡相關(guān)[1]。TA早期患者無明顯癥狀或僅表現(xiàn)為輕微的關(guān)節(jié)不適，口服藥物或物理治療后可緩解；晚期患者關(guān)節(jié)軟骨破壞嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)關(guān)節(jié)畸形等，嚴(yán)重影響患者的日常生活。骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種慢性進行性退化性疾病，是由增齡、肥胖、勞損、關(guān)節(jié)先天性異常、關(guān)節(jié)畸形等諸多因素引起的關(guān)節(jié)軟骨退行性變，好發(fā)于負(fù)重大、活動多的大關(guān)節(jié)，較少伴有外傷史，以中老年人群多見，女性多于男性，60歲以上人群的患病率可達(dá)50.8%，70歲以上人群可達(dá)80.1%，該病的致殘率高達(dá)53.5%[2]。與OA相比，TA多伴有明確的外傷史，以青壯年多見且無性別差異。OA與TA的病理過程均以關(guān)節(jié)軟骨退化變性及軟骨下骨反應(yīng)性增生為主，但病因不同，臨床診斷時需相互鑒別，臨床治療均以減輕患者的臨床癥狀、延緩關(guān)節(jié)炎的進程為主要目標(biāo)。

目前TA的治療方式很多，包括物理療法、藥物治療、手術(shù)治療等[3]。非手術(shù)治療對早中期TA有一定療效，且以緩解臨床癥狀為主，無法終止或逆轉(zhuǎn)軟骨的破壞，而晚期患者只能接受手術(shù)治療。有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素在抗炎、促進成骨細(xì)胞增殖分化及抑制破骨細(xì)胞形成等方面發(fā)揮著重要作用，是抗早中期TA領(lǐng)域極具研究價值和開發(fā)前景的藥物[4]。姜黃素是從姜科、天南星科一些植物根莖中提取的一種化學(xué)成分，為略帶酸性的酚性物質(zhì)[5]。既往研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素具有抗癌、抗氧化、抗感染、降血脂、抗心力衰竭、抗阿爾茨海默病等多重保護效應(yīng)，且具有經(jīng)濟安全、毒副作用小等優(yōu)點[5-7]。近年來，國內(nèi)外關(guān)于姜黃素及其衍生物組織結(jié)構(gòu)和生物活性的研究熱度持續(xù)高漲[8]，姜黃素在OA、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中的作用也被證實[9]。本文就姜黃素治療TA的作用機制進行綜述。

1 創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎

1.1 TA的危險因素 TA的危險因素主要包括以下幾個方面：(1)外界暴力因素(直接暴力或間接暴力)導(dǎo)致關(guān)節(jié)面骨折、關(guān)節(jié)腔內(nèi)異物(如游離體)等，破壞關(guān)節(jié)面的完整性[10]；(2)關(guān)節(jié)反復(fù)扭傷、關(guān)節(jié)周圍韌帶松弛導(dǎo)致關(guān)節(jié)持續(xù)不穩(wěn)或反復(fù)脫位，長期超負(fù)荷運動等因素造成關(guān)節(jié)的累積性損傷；(3)先天性的關(guān)節(jié)發(fā)育畸形、關(guān)節(jié)骨折后愈合不良、長骨骨折愈合存在成角畸形等造成關(guān)節(jié)面的磨損破壞[11]；(4)體內(nèi)的氧化機制與抗氧化機制失衡，關(guān)節(jié)液中部分致炎因子含量過多，引起一系列的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致軟骨細(xì)胞凋亡，從而破壞關(guān)節(jié)軟骨[12]。

1.2 TA的發(fā)病機制 目前TA的發(fā)病機制尚不明確。有研究發(fā)現(xiàn)，外傷直接或間接地破壞關(guān)節(jié)軟骨，改變了關(guān)節(jié)面的生物力學(xué)平衡，可引起軟骨細(xì)胞凋亡，軟骨組織破壞，導(dǎo)致軟骨退行性變[13]。TA的病理學(xué)變化最早發(fā)生于關(guān)節(jié)軟骨，當(dāng)關(guān)節(jié)面負(fù)重強度與頻率超過正常的承受范圍時，關(guān)節(jié)軟骨的合成與降解失衡，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨破壞及超微結(jié)構(gòu)改變，而軟骨細(xì)胞的再生能力很差，一旦損傷很難自我修復(fù)。導(dǎo)致軟骨損傷的因素主要有以下三個 方面。

1.2.1 機械作用 (1)關(guān)節(jié)內(nèi)骨折累及關(guān)節(jié)面導(dǎo)致關(guān)節(jié)表面不平整，增加了關(guān)節(jié)活動時的摩擦力，并引起不同區(qū)域關(guān)節(jié)軟骨的應(yīng)力分布不均衡，導(dǎo)致軟骨膠原纖維重塑，高應(yīng)力側(cè)的軟骨變薄，以致骨關(guān)節(jié)炎形成[14]；(2)高能量損傷可直接破壞關(guān)節(jié)軟骨，導(dǎo)致軟骨組織壞死、缺損；(3)關(guān)節(jié)內(nèi)出血和腫脹等致使關(guān)節(jié)腔內(nèi)壓力增高，影響關(guān)節(jié)液的生成，進而導(dǎo)致軟骨細(xì)胞會因缺乏營養(yǎng)來源而凋亡[15]； (4)反復(fù)關(guān)節(jié)脫位、關(guān)節(jié)囊及韌帶斷裂等因素造成關(guān)節(jié)不穩(wěn)，負(fù)重時關(guān)節(jié)軟骨將承受更大的剪切應(yīng)力，導(dǎo)致蛋白聚糖丟失，使軟骨下基質(zhì)失去正常彈性，軟骨膠原纖維和蛋白多糖暴露，長期磨損造成關(guān)節(jié)軟骨退化及松質(zhì)骨暴露、增生和硬化，最終發(fā)生軟骨退行性變[16]。

1.2.2 細(xì)胞因子 炎性因子在TA的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，其中腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)等的作用較明顯[17]。外傷致軟骨細(xì)胞內(nèi)線粒體受損，釋放氧自由基，引起一系列的變化，如軟骨下基質(zhì)受到損傷和軟骨細(xì)胞死亡、關(guān)節(jié)液中炎性因子(TNF-α、IL-1、MMP等)含量高于正常范圍等[18]。以上炎性因子的作用機制包括：(1)IL-1可破壞關(guān)節(jié)軟骨，對軟骨下基質(zhì)的降解起促進作用；IL-6主要通過抑制軟骨細(xì)胞蛋白多糖的合成，促使軟骨基質(zhì)降解，加速關(guān)節(jié)的損傷，最終導(dǎo)致TA的發(fā)生[19]。(2)TNF-α、IL-1及IL-6在骨質(zhì)破壞及軟骨退變中起關(guān)鍵作用，可抑制成骨細(xì)胞的增殖及促進破骨細(xì)胞的形成，釋放各種蛋白酶，如膠原酶、蛋白聚糖酶、MMP等，膠原蛋白和聚蛋白多糖可被相關(guān)蛋白酶分解，從而致使軟骨下基質(zhì)分解破壞，對關(guān)節(jié)軟骨的破壞起加速作用[20]。IL-1β與TNF-α存在協(xié)同作用[21]。(3)Kunisch等[22]發(fā)現(xiàn)，關(guān)節(jié)軟骨受到較大壓力負(fù)荷后糖胺聚糖(glycosaminoglyca，GAG)的含量降低，而MMP抑制劑(tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP)能減少GAG的丟失，但關(guān)節(jié)損傷后，MMP升高的程度遠(yuǎn)高于TIMP，致使MMP與TIMP的平衡被打破，細(xì)胞外基質(zhì)大量降解，從而導(dǎo)致TA的發(fā)生。(4)核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)等方面發(fā)揮重要作用，IL-1β和TNF-α主要通過NF-κB的調(diào)節(jié)而發(fā)揮作用[23]。

1.2.3 細(xì)胞衰老與凋亡 TA的軟骨退變與軟骨細(xì)胞凋亡密不可分。軟骨損傷后受損細(xì)胞可產(chǎn)生高氧活性物質(zhì)，使細(xì)胞核和線粒體損傷，致使軟骨細(xì)胞容易衰老，軟骨細(xì)胞新陳代謝活性降低，再生修復(fù)能力減退，導(dǎo)致關(guān)節(jié)出現(xiàn)退行性改變。

2 姜黃素的治療作用及相關(guān)機制

2.1 抑制氧化 研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素用于治療各種疾病與其抗氧化特性密切相關(guān)。姜黃素主要通過清除自由基和增強抗氧化酶的活性來抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而發(fā)揮抗氧化作用[5]。

2.1.1 清除自由基 自由基是生物體中必需的化學(xué)基團，具有強氧化活性，可維持生物體內(nèi)的代謝平衡。自由基不但可調(diào)節(jié)細(xì)胞生長和細(xì)胞之間的信號傳導(dǎo)，還可抑制生物體內(nèi)細(xì)菌及病毒的生長，在生物體正常生理代謝過程中發(fā)揮重要作用[24]。正常生理情況下，體內(nèi)的氧化機制與抗氧化機制保持平衡，自由基對機體有益；但外來因素造成關(guān)節(jié)損傷后，會使軟骨內(nèi)的線粒體受損，釋放大量氧自由基，當(dāng)體內(nèi)的自由基超過抗氧化系統(tǒng)的清除能力時，可引起一系列有害影響，如蛋白質(zhì)變性、軟骨下基質(zhì)破壞、軟骨細(xì)胞凋亡，從而促進破骨細(xì)胞的形成，導(dǎo)致骨與軟骨破壞。

姜黃素的抗氧化作用與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān)[25]。姜黃素的分子結(jié)構(gòu)為1,7-二-(4-羥基-3-甲氧基苯基)-1,6-庚二烯-3,5-二酮(圖1)。姜黃素分子中含有多個活性基團：2個苯丙烯?；羌?、2個苯環(huán)上各有1個酚羥基和1個甲氧基，丙烯基與β-二酮/烯醇式結(jié)構(gòu)相連接，其中酚羥基和β-二酮這2個活性基團可提供質(zhì)子，阻斷自由基反應(yīng)，發(fā)揮抗氧化作用[24]。但人們對其各功能基團在自由基反應(yīng)中的具體作用尚存在不同觀點[26]。Chen等[27]發(fā)現(xiàn)，姜黃素的抗氧化活性與pH值有關(guān)，在pH=6.8的環(huán)境下，其抗氧化活性主要由酚羥基決定，而在pH=8.0的環(huán)境下，則由酚羥基、甲氧基與1,3-二酮結(jié)合形成的雙烯系統(tǒng)決定。Shang等[28]發(fā)現(xiàn)，姜黃素主要依靠酚羥基提供氫原子來發(fā)揮抗氧化作用，因此認(rèn)為酚羥基才是其主要的活性部位。

圖1 姜黃素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical formula of curcumin

發(fā)生TA時，大量的炎性因子、自由基等物質(zhì)釋放，會導(dǎo)致膠原酶、蛋白多糖等軟骨基質(zhì)分解，軟骨細(xì)胞受到氧化應(yīng)激損傷而死亡。有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可在氧化反應(yīng)中提供質(zhì)子，清除自由基，減輕脂質(zhì)氧化，增加組織細(xì)胞的抗氧化能力，從而減輕軟骨細(xì)胞的不可逆損傷[29]。NF-κB信號通路在TA的發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用。機體受到外界刺激時，IκB抑制蛋白激酶(inhibitory κB protein kinase，IKK)會使κB抑制蛋白(inhibitory κB proteins，IκB)發(fā)生磷酸化，磷酸化的IκB被蛋白酶所降解，導(dǎo)致NF-κB大量釋放，與靶基因上啟動子區(qū)的κB位點結(jié)合，從而調(diào)控細(xì)胞因子、趨化因子、氧化應(yīng)激相關(guān)酶等的表達(dá)[25]，參與炎癥反應(yīng)及細(xì)胞增殖、分化和凋亡等過程[30]。姜黃素可抑制NF-κB的活化及下游炎性因子的釋放，從而調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激狀態(tài)，減輕氧化應(yīng)激損傷[7]。

2.1.2 增強抗氧化酶活性 活性氧(reactive oxygen species，ROS)和抗氧化酶是生物體內(nèi)參與氧化反應(yīng)的重要化學(xué)物質(zhì)。抗氧化酶主要包括過氧化氫酶(catalase，CAT)、丙二醛(malondialdehyde，MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px) 等[31]。正常生理狀態(tài)下，ROS的產(chǎn)生受SOD、CAT、MDA、GSH-Px等抗氧化酶的調(diào)節(jié)，后者通過清除體內(nèi)的過氧化物使機體處于氧化還原動態(tài)平衡狀態(tài)，若ROS大量產(chǎn)生超過細(xì)胞的抗氧化能力，平衡被打破，則會發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，損傷軟骨細(xì)胞[32]。

Nrf2-ARE信號通路在機體的抗氧化應(yīng)激反應(yīng)中起重要作用。核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor-E2-related factor 2，Nrf2)是發(fā)揮抗氧化作用最重要的細(xì)胞因子。正常生理狀態(tài)下，Nrf2在細(xì)胞質(zhì)中的含量很低，當(dāng)活性氧過表達(dá)時，Nrf2可與抗氧化反應(yīng)元件(anti-oxidant response element，ARE)基因結(jié)合，從而啟動機體的抗氧化機制[33]，誘導(dǎo)機體產(chǎn)生SOD、CAT、醌氧化還原酶(quinone oxidoreductase 1，NQO1)、GSH-Px、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(glutathione S transferase，GST)等抗氧化酶，增強細(xì)胞清除ROS的能力，維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的平衡并減輕氧化損傷[25]。姜黃素可上調(diào)Nrf2的表達(dá)，促進Nrf2的核內(nèi)轉(zhuǎn)移，上調(diào)血紅素氧化酶-1(HO-1)的表達(dá)，從而減輕細(xì)胞的氧化應(yīng)激損傷[34]。

Notch信號通路是一種生物進化過程中高度保守的信號通路，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而影響細(xì)胞增殖、分化及凋亡等[35]。姜黃素可通過Notch1信號通路上調(diào)Bac-2的表達(dá)，減少氧自由基及乳酸脫氫酶的釋放，增強CAT、SOD等氧化酶的活性，對超氧化物、過氧化物等自由基進行還原分解，從而發(fā)揮抗氧化作用[36]。

李旭升等[4]的動物實驗發(fā)現(xiàn)，姜黃素可通過激活JAK2/STAT3信號通路，增加軟骨細(xì)胞線粒體的抗氧化應(yīng)激能力，明顯緩解關(guān)節(jié)軟骨的退變。Aborehab等[37]的動物實驗發(fā)現(xiàn)，使用姜黃素飼養(yǎng)大鼠后，大鼠軟骨細(xì)胞中MDA及SOD水平升高，提示姜黃素具有抗氧化作用。

2.2 抑制炎癥反應(yīng) 炎癥反應(yīng)是生物體內(nèi)復(fù)雜的病理過程，是由感染或組織損傷引起的一系列反應(yīng)，可導(dǎo)致機體功能障礙。姜黃素可通過抑制炎性因子如環(huán)氧化酶(cyclooxygenase，COX)、脂氧化酶(lipoxygenase，LOX)、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、前列腺素(prostaglandin，PG)、IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α、NF-κB、MMP等而發(fā)揮抗炎效應(yīng)[29]。相較于其他抗炎藥物，姜黃素具有毒副作用小的優(yōu)勢。

2.2.1 姜黃素對COX和LOX的效應(yīng) 姜黃素可抑制參與炎癥反應(yīng)的炎性因子的活性及生成，以發(fā)揮抗炎作用。COX是花生四烯酸分解代謝為PG類(PGE2、PGD2、PGF2)炎性物質(zhì)的一種關(guān)鍵酶[29]，而代謝產(chǎn)物PG被認(rèn)為在TA的發(fā)病過程中起著關(guān)鍵作用。PGE2參與了TA的炎癥反應(yīng)及軟骨細(xì)胞破壞等病理過程[38]，而PGD2則可直接誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的凋亡[39]。在炎癥發(fā)生早期，姜黃素可通過抑制COX-2的生成，減少PG的合成而發(fā)揮抗炎作用[40]。

5-脂氧化酶(5-lipoxygenase，5-LOX)是花生四烯酸轉(zhuǎn)化為白細(xì)胞三烯類炎性物質(zhì)的另一種關(guān)鍵酶[29]。白細(xì)胞三烯(leukotriene，LT)包括LTA4、LTB4、LTC4等，其中LTB4可做為中性粒細(xì)胞的趨化因子參與炎癥反應(yīng)。姜黃素可通過阻礙5-LOX的表達(dá)或抑制其作用位點的活性來減少白三烯類物質(zhì)的生成，從而減輕炎癥反應(yīng)[29]。因此，由花生四烯酸轉(zhuǎn)化而來的炎性介質(zhì)主要是通過COX和LOX途徑生成的，而姜黃素則可通過COX和LOX等多種信號途徑在細(xì)胞及分子水平抑制炎癥反應(yīng)。Moon等[41]的動物實驗發(fā)現(xiàn)，姜黃素可抑制IL-1β和TNF-α等炎性因子的產(chǎn)生，還可通過抑制COX-2的活性，減少PGE2的產(chǎn)生。鄒志余等[42]發(fā)現(xiàn)，姜黃素可減輕炎癥對軟骨細(xì)胞的破壞，延緩關(guān)節(jié)退化，修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷。

2.2.2 姜黃素對NF-κB的效應(yīng) NF-κB蛋白家族做為初級轉(zhuǎn)錄因子，在抗凋亡、基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞分化及免疫應(yīng)答等方面發(fā)揮著重要的作用[29]。孫焱等[43]發(fā)現(xiàn)，NF-κB可參與調(diào)節(jié)多種炎性因子的轉(zhuǎn)錄，與炎癥的發(fā)生密切相關(guān)。當(dāng)機體受到外來因素刺激時，體內(nèi)的絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)途徑被激活，引起IKK激活、IκB磷酸化，游離的NF-κB與炎性物質(zhì)結(jié)合發(fā)生炎癥反應(yīng)。而姜黃素可抑制軟骨細(xì)胞中IKK的活化，減少IκB的磷酸化，阻止NF-κB信號通路的傳導(dǎo)，從而抑制炎癥反應(yīng)[7]；此外，還可抑制激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)、游磷脂酶A2(phospholipase A2，PLA2)、COX-2、5-LOX的活性，減少IL-1β、TNF-α等炎性因子的產(chǎn)生，調(diào)控MMP的表達(dá)[44]。Kazumi等[45]的研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可通過抑制NF-κB信號通路及抑制COX-2的生成，使蛋白酶激活受體2(protease activated receptors 2，PAR2)誘導(dǎo)的PGE2生成減少，從而減輕炎癥反應(yīng)。

有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素既可直接抑制TNF-α和COX-2的生成，也可通過抑制NF-κB信號通路來間接抑制TNF-α和COX-2的生成，從而減輕炎癥反應(yīng)[24]。Csaki等[46]發(fā)現(xiàn)，姜黃素可抑制IL-1β誘導(dǎo)的NF-κB活化和易位，并抑制NF-κB誘導(dǎo)的COX-2和VEGF表達(dá)，從而導(dǎo)致TNF-α、MMPs、5-LOX等炎性介質(zhì)的表達(dá)下調(diào)，發(fā)揮抗炎作用。

2.3 抗凋亡作用 TA的發(fā)生及軟骨細(xì)胞的凋亡與體內(nèi)自噬減少關(guān)系密切，ULK1、Beclin1和LC3基因在正常關(guān)節(jié)軟骨中均有表達(dá)，而在關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)[47]。人類自噬相關(guān)基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)，OA軟骨組織中自噬相關(guān)基因ULK1、Beclin1和LC3等的表達(dá)有所下調(diào)[48]。體外研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可通過AKT/mTOR途徑調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞的自噬，并可降低由IL-1β誘導(dǎo)的半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)和Bax/Bcl-2等的表達(dá)，從而起到抗軟骨細(xì)胞凋亡的作用[49]。有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠抑制IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞凋亡以及凋亡標(biāo)志物caspase-3的激活，從而促進Bcl-2的表達(dá)；還能夠上調(diào)軟骨細(xì)胞的自噬水平，使軟骨細(xì)胞內(nèi)自噬小泡的數(shù)量增加，從而使軟骨細(xì)胞內(nèi)自噬相關(guān)基因LC3-Ⅱ、Beclin1的表達(dá)增加[50]。

動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)局部應(yīng)用姜黃素可顯著減少滑膜中IL-1β和TNF-ɑ的分泌，通過抑制軟骨和滑膜組織中Toll樣受體(Tolllike receptors，TLRs)信號通路來間接抑制其下游的NF-κB通路，進而起到抗滑膜炎癥、重塑軟骨基質(zhì)、抗軟骨細(xì)胞凋亡的作用[51]。最近研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素可通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的體內(nèi)、體外軟骨細(xì)胞凋亡而減緩骨關(guān)節(jié)炎的進展，并可在大鼠體內(nèi)通過抑制PERK-eIF2α-ATF4-CHOP信號通路及激活沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(silent information regulator factor 2-related enzyme 1，SIRT1)而對大鼠軟骨細(xì)胞發(fā)揮保護作用[52]。

2.4 軟骨保護作用 研究發(fā)現(xiàn)，TA的發(fā)生是由多種細(xì)胞因子及相關(guān)信號通路參與的生物反應(yīng)過 程[53]。軟骨細(xì)胞凋亡受體外壓力刺激、軟骨細(xì)胞生存環(huán)境改變、炎性因子、軟骨代謝酶降解等多種因素的影響[54]。多種機械因素和生物因素的作用可導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)降解、軟骨細(xì)胞凋亡，關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生不可逆地破壞。

2.4.1 通過酪氨酸蛋白激酶-2/轉(zhuǎn)錄激活子-3信號通路保護軟骨細(xì)胞 酪氨酸蛋白激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(Janus activated kinase signal transducer/activator of transcription，JAK/STAT)是近年來發(fā)現(xiàn)的重要的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路家族[4]。JAK2/STAT3信號通路與細(xì)胞生長、增殖和分化，以及免疫系統(tǒng)的功能等有密切關(guān)系[29]，尤其在炎癥反應(yīng)過程中發(fā)揮著重要的效應(yīng)[55]。研究發(fā)現(xiàn)，JAK2/STAT3通路可減輕細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷，維持線粒體功能，延緩TA的進程。李旭升等[4]的動物實驗發(fā)現(xiàn)，姜黃素可激活JAK2/STAT3信號傳導(dǎo)通路，顯著增強軟骨細(xì)胞線粒體的抗氧化應(yīng)激能力，明顯降低軟骨細(xì)胞凋亡率。

姜黃素可以激活JAK2/STAT3信號通路，上調(diào)抗凋亡分子Bcl-2并下調(diào)促凋亡分子caspase-3的表達(dá)，抑制軟骨細(xì)胞的凋亡。使用JAK2/STAT3特異性阻斷劑AG490可抑制JAK2/STAT3信號通路，通過下調(diào)Bcl-2、上調(diào)caspase-3的表達(dá)，顯著減弱姜黃素的軟骨細(xì)胞保護作用，提示姜黃素可通過JAK2/STAT3信號通路發(fā)揮抗TA的作用[56]。

有研究發(fā)現(xiàn)，干擾素(interferon，IFN)、粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colonystimulating factor receptor，GM-CSF)、IL-6、IL-15等細(xì)胞因子的表達(dá)與JAK2/STAT3信號通路有密切的關(guān)系[57]。Wang等[58]應(yīng)用姜黃素治療TA發(fā)現(xiàn)，姜黃素可明顯減輕氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而有效抑制軟骨細(xì)胞的降解。

2.4.2 通過抑制MMP的功能保護軟骨細(xì)胞 MMP是生物體內(nèi)一種重要的蛋白水解酶。MMP家族包括多個成員，如MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-13等，是導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨不可逆破壞的重要原因[59]。發(fā)生TA時，由Ⅱ型膠原組成的軟骨基質(zhì)被MMP大量降解，尤其是MMP-1會通過誘導(dǎo)Ⅱ型膠原變性，裂解細(xì)胞外基質(zhì)，從而介導(dǎo)TA軟骨基質(zhì)的破壞[5]。MMP-3不但會裂解蛋白聚糖，還可激活MMP-1，進一步加速Ⅱ型膠原的降解，大量破壞細(xì)胞外基質(zhì)，加速關(guān)節(jié)炎的進程[29]。MMP-13可直接切斷軟骨的Ⅱ型膠原，促進軟骨間質(zhì)的降解，而軟骨間質(zhì)的降解產(chǎn)物又可通過正反饋作用加速自身降解，加速軟骨的破壞[5]。發(fā)生TA時在炎性因子刺激下關(guān)節(jié)軟骨會產(chǎn)生大量的MMP，導(dǎo)致大量軟骨細(xì)胞病理性凋亡，從而導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨不可逆的破壞。因此，MMP過表達(dá)是骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)軟骨退變的重要原因。

MMP的活性受NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控。在機體受到外在因素的刺激時，NF-κB信號通路被激活，導(dǎo)致下游MMP過量表達(dá)，與其他炎性因子共同參與炎癥反應(yīng)，加速關(guān)節(jié)軟骨的破壞[29]。而姜黃素主要通過抑制NF-κB信號通路的傳導(dǎo)，抑制MMP的激活及表達(dá)，減輕MMP過量表達(dá)對軟骨細(xì)胞的損傷，延緩關(guān)節(jié)損傷進程[60]。

Zhang等[61]發(fā)現(xiàn)，局部外用姜黃素可通過抑制MMP-1的表達(dá)而減少Ⅱ型膠原及蛋白多糖的降解，從而可保護軟骨細(xì)胞。Wang等[44]發(fā)現(xiàn)，姜黃素可通過抑制NF-κB P65來抑制NF-κB信號通路的傳導(dǎo)，進而抑制MMP-1、MMP-13的表達(dá)，減少Ⅱ型膠原的降解，減輕軟骨損傷，延緩關(guān)節(jié)炎的進程。Yeh等[62]發(fā)現(xiàn)，姜黃素可通過抑制NF-κB信號通路來減少炎性因子的產(chǎn)生，減輕氧化應(yīng)激對軟骨細(xì)胞的損傷；上調(diào)骨保護素(osteoprotegerin，OPG)/NF-κB受體活化因子配體(receptor activator of NF-κB ligand，RANKL)的比例可抑制成骨細(xì)胞凋亡，促進破骨細(xì)胞凋亡，延緩OA的進程。

3 總結(jié)與展望

姜黃素不僅是日常的調(diào)味品和色素材料，且具有強大的抗氧化及抗炎等藥理作用。多種疾病的發(fā)生與體內(nèi)氧自由基過量產(chǎn)生及炎癥反應(yīng)密切相關(guān)，而姜黃素已被證實在腫瘤、動脈粥樣硬化、糖尿病等多種疾病的治療中扮演著重要的角色。在骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等疾病中，姜黃素可降低炎性因子的表達(dá)，抑制軟骨炎癥，增加軟骨細(xì)胞的生物活性，減少軟骨細(xì)胞凋亡，促進成骨細(xì)胞的增殖分化及抑制破骨細(xì)胞的形成等。但迄今為止，姜黃素對TA作用機制及相關(guān)信號通路的研究非常有限，且目前多數(shù)研究結(jié)果將姜黃素對軟骨細(xì)胞代謝的保護效應(yīng)歸因于其強大的抗炎特性和自由基清除能力，對于姜黃素如何參與TA發(fā)生過程中多種信號通路和細(xì)胞因子的生物反應(yīng)過程，特別是核內(nèi)信號的傳遞、轉(zhuǎn)錄因子的激活及被誘導(dǎo)基因的表達(dá)等相關(guān)機制尚待深入研究。