陳志偉，馮康虎，申建軍，司元龍，張亞楠，陳海

【摘 要】 姜黃素在治療膝骨關節(jié)炎方面有著顯著的作用，它可通過多種途徑促進關節(jié)軟骨細胞增殖，減緩或抑制炎癥因子對軟骨細胞的破壞，延緩軟骨細胞凋亡，調(diào)節(jié)成骨細胞與破骨細胞以防止軟骨下骨的異常改變，有效減輕炎癥細胞對軟骨的侵蝕，清除關節(jié)軟骨活性氧自由基。但目前僅局限于細胞及動物實驗，姜黃素投入臨床使用還需更多實驗研究證實。綜述姜黃素治療膝骨關節(jié)炎相關機制及進展，為姜黃素的進一步實驗研究與投入臨床應用奠定基礎。

【關鍵詞】 膝骨關節(jié)炎;姜黃素;軟骨細胞;氧化應激;研究進展;綜述

膝骨關節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）主要是由于關節(jié)軟骨細胞的非正常凋亡和軟骨基質的降解，使關節(jié)軟骨遭到破壞，臨床表現(xiàn)為膝關節(jié)間歇性鈍痛或出現(xiàn)持續(xù)性疼痛，伴活動受限，發(fā)展到一定程度可出現(xiàn)關節(jié)畸形。KOA在世界衛(wèi)生組織列出的291種疾病中排名第11位，也是致殘率較高的疾病之一[1]。治療以服用非甾體抗炎藥和軟骨保護劑為主，晚期主要行關節(jié)置換手術。

姜黃素是一種從姜黃根中提取的天然成分，現(xiàn)代藥理學研究表明，姜黃素具有較強的抗氧化、抗微生物、抗炎和抗癌活性作用。最新研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素在治療KOA方面有著良好的療效，可促進軟骨細胞增殖，抑制軟骨細胞凋亡，抑制炎性因子對軟骨的破壞，調(diào)節(jié)軟骨基質氧化應激反應，維持關節(jié)軟骨內(nèi)環(huán)境的平衡。本文對姜黃素治療KOA研究進展做一綜述，為姜黃素臨床應用奠定理論基礎。

1 姜黃素對關節(jié)軟骨細胞的調(diào)節(jié)作用

關節(jié)軟骨由軟骨細胞和細胞外基質構成，在正常情況下關節(jié)軟骨細胞的增殖與凋亡處于一個動態(tài)平衡狀態(tài)，軟骨細胞的增殖與凋亡是此消彼長的形式。當軟骨細胞發(fā)生不正常的凋亡造成關節(jié)軟骨破壞就會引起KOA的發(fā)生[2]，因此，可以由此機制入手治療。

1.1 姜黃素對關節(jié)軟骨細胞的增殖作用 有研究認為，脂多糖（LPS）能夠誘導關節(jié)炎性軟骨細胞的增殖，刺激關節(jié)軟骨，從而發(fā)生KOA。實驗研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠對LPS引起的關節(jié)炎性反應有逆向調(diào)節(jié)的作用，誘導正常軟骨細胞增殖[3]。也有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素對關節(jié)軟骨細胞的增殖并不是絕對的，在一定濃度下，促進Wnt/β-catenin信號通路與Frizzled蛋白結合，誘導基因轉錄，促進軟骨細胞增殖[4]。Wnt/β-catenin信號通路一旦失調(diào)會導致軟骨細胞的增殖與凋亡發(fā)生異常，而且認為這種失調(diào)分為兩種，一種是β-catenin的過度表達導致未成熟軟骨分化、成熟和軟骨基質降解;另一種是β-catenin信號被抑制，軟骨細胞發(fā)生凋亡[5]。馬勇等[6]采用Western blot法檢測Wnt2、GSK-3β、β-catenin的表達，發(fā)現(xiàn)姜黃素能促進其蛋白表達量的增高，可推測通過介導Wnt/β-catenin信號通路促進正常軟骨細胞增殖。由此可見，姜黃素對調(diào)節(jié)軟骨代謝發(fā)揮重要作用。實驗研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素對大鼠缺血再灌注損傷有保護作用，因為其對細胞有保護及提供營養(yǎng)的功能，由此可推斷，姜黃素能夠對關節(jié)軟骨細胞起到保護、支持的作用[7]。BUHRMANN等[8]認為，間充質干細胞（MSC）位于關節(jié)軟骨淺層，但受損組織不具備再生能力;KOA關節(jié)中存在的高水平促炎因子可能會阻礙間充質干細胞軟骨分化，雖然這些細胞位于關節(jié)軟骨淺層;其中白細胞介素（IL）-1β能夠激活核轉錄因子-κB（NF-κB）進而激活蛋白參與矩陣退化，誘導促進體內(nèi)MSC樣祖細胞的軟骨形成，從而為軟骨細胞的增殖提供動力，促進關節(jié)軟骨的再生。

1.2 姜黃素對關節(jié)軟骨細胞凋亡的抑制作用 軟骨細胞的非正常凋亡在KOA的發(fā)生中起到了關鍵作用。SHAKIBAEI等[9]實驗研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能抑制IL-1誘導的上游蛋白激酶（BAkt）的刺激，認為其與下調(diào)環(huán)氧化酶-2（COX-2）、基質金屬蛋白酶-9（MMP-9）等細胞信號傳導通路（NF-κB）靶點相關;還發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠逆轉IL-1誘導的Ⅱ型膠原蛋白和β1-整合素受體表達下調(diào)，表明姜黃素通過抑制NF-κB介導的軟骨細胞IL-1β/腫瘤壞死因子（TNF）信號通路，達到抑制關節(jié)軟骨細胞分解的目的。馮誠[10]通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素作用于Wnt/β-catenin信號通路能夠明顯降低凋亡相關分子細胞凋亡蛋白酶3（Caspase-3）和β-catenin蛋白的表達來抑制軟骨細胞的凋亡。有研究表明，姜黃素能夠抑制IL-1介導的軟骨細胞凋亡，增加軟骨細胞磷酸化細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2（ERK1/2）、自噬標記輕鏈3（LC3）-Ⅱ和細胞自噬基因（Beclin-1）的表達，抑制軟骨細胞凋亡，從而保護關節(jié)軟骨[11];JAK2/STAT3信號通路主要參與機體的炎癥反應、氧化應激損傷、細胞的凋亡等過程[12]。李旭升等[13]研究發(fā)現(xiàn)，通過抑制JAK2/STAT3信號通路，小鼠骨關節(jié)炎軟骨細胞凋亡明顯增高，而姜黃素治療組關節(jié)軟骨保存較完整，證明姜黃素能夠激活JAK2/STAT3信號通路，抑制軟骨細胞凋亡?？傊?，姜黃素能夠作用于多種通路與分子機制，保護關節(jié)軟骨。

2 姜黃素對破骨細胞和成骨細胞的調(diào)節(jié)作用

成骨細胞與破骨細胞處于一個動態(tài)平衡，共同維持關節(jié)軟骨和軟骨下骨內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。一旦兩者平衡被打破，則關節(jié)軟骨與軟骨下骨會發(fā)生損傷，進而加速KOA的進展。

2.1 姜黃素對成骨細胞的促進作用 KOA不僅僅是關節(jié)軟骨的病變，還有一方面的因素是軟骨下骨的異常。越來越多的證據(jù)表明，軟骨下骨參與KOA的進展;軟骨下骨在全軟骨缺損區(qū)骨核最厚，在骨贅區(qū)骨核最薄。軟骨下骨硬化是骨關節(jié)炎的一大特征，而成骨細胞異常是引起軟骨下骨硬化的重要因素，所以可以由此入手治療KOA。實驗研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素處理組中的Caspase-2、Caspase-3表達顯著低于TNF-α處理組，證明姜黃素能夠抑制由TNF-α主導的成骨細胞凋亡[14];還發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠增強成骨細胞氧化呼吸鏈酶的活性、降低Caspase-3的表達，從而抑制由脂多糖誘導的成骨細胞線粒體功能的破壞和成骨細胞的凋亡[15]?？傊?，姜黃素能夠調(diào)節(jié)成骨細胞的活化與凋亡防止軟骨下骨硬化。

2.2 姜黃素對破骨細胞的抑制作用 破骨細胞是骨吸收中獨特的細胞類型，成骨細胞與破骨細胞處于一個動態(tài)平衡，破骨細胞異常增多是導致關節(jié)軟骨破壞的重要因素。破骨細胞與骨關節(jié)炎軟骨和軟骨下骨的完整性和功能的喪失有關。核轉錄因子-κB受體活化因子配體（RANKL）/成骨細胞分泌的護骨素（OPG）通路是參與骨代謝調(diào)節(jié)的重要通路，OPG與RANKL結合，降低RANKL/核轉錄因子-κB受體活化因子（RANK）結合率來抑制破骨細胞的分泌，所以調(diào)節(jié)RANKL/OPG的比例可以作為治療KOA的切入點。邱艷等[16]實驗觀察發(fā)現(xiàn)，姜黃素能夠通過提高大鼠滑膜細胞OPG的表達，抑制RANKL與RANK結合以致滑膜細胞RANKL的表達降低，以此可推斷，姜黃素能夠通過調(diào)節(jié)OPG與RANKL的關系對破骨細胞產(chǎn)生抑制作用。已經(jīng)有大量文獻表明，NF-κB信號通路也參與了破骨細胞的分化與表達。有研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素能抑制破骨細胞分化過程中的NF-κB信號，通過抑制NF-κB入核降低轉錄因子（NFATc1）的表達，一旦NFATc1的活化降低，破骨細胞的活性也會降低，對軟骨下骨起到一定的保護作用[17]。

3 姜黃素對關節(jié)炎癥因子的調(diào)節(jié)作用

IL-1由巨噬細胞、軟骨細胞、滑膜細胞等多種細胞產(chǎn)生，有IL-1α和IL-1β兩種亞型。IL-1β可以誘發(fā)MMPs和前列腺素，抑制Ⅱ型膠原蛋白的合成[18]。在正常情況下，MMPs與金屬蛋白酶組織抑制因子（TIMPs）處于一個動態(tài)平衡的狀態(tài);發(fā)生KOA時，這種平衡被打破，MMPs的增加大于TIMPs的增加，使軟骨降解超過合成，出現(xiàn)軟骨基質損害[19]。因此，對炎癥因子的調(diào)節(jié)管控也是治療KOA的關鍵因素。

SCHULZE-TANZIL[20]通過研究證實，IL-1介導的軟骨細胞炎癥前期MMP-3的上調(diào)是通過NF-κB激活機制實現(xiàn)的，因此可推斷，姜黃素起到了拮抗IL-1信號轉導的作用。姜程曦等[21]利用MTT實驗評價姜黃素化合物22的細胞毒性，發(fā)現(xiàn)姜黃素能夠通過抑制ERK和JNK信號通路以及NF-κB通路的激活發(fā)揮抗炎活性。這些結果表明，姜黃素通過抑制NF-κB介導的軟骨細胞IL-1β/TNF信號通路，抑制炎癥因子對關節(jié)軟骨機制的破壞。MUN等[22]研究發(fā)現(xiàn)，膠原誘導性關節(jié)炎小鼠通過口服姜黃素以劑量依賴性的方式抑制，表明姜黃素對TNF刺激產(chǎn)生的MMP-1和MMP-3有劑量依賴性，而且證明是通過JNK通路抑制MMP-1和MMP-3表達來廣泛抑制免疫細胞浸潤、滑膜增生、軟骨破壞。研究報道指出，通過不同濃度的姜黃素溶液培養(yǎng)關節(jié)炎癥細胞來探討姜黃素對MMP-1等炎癥因子的影響，發(fā)現(xiàn)姜黃素能夠對破壞軟骨細胞的致炎因子產(chǎn)生抑制作用[23]。但值得注意的是，只有當姜黃素在體內(nèi)達到一定濃度時才有效，這也提醒我們，姜黃素在投入臨床使用時一定要關注有效劑量。

4 姜黃素對關節(jié)軟骨氧化應激反應的調(diào)節(jié)

人類細胞必須處理活性氧（ROS）的不斷產(chǎn)生，雖然ROS的過度產(chǎn)生可能對細胞生物學有害，KOA中ROS的過量產(chǎn)生可改變細胞內(nèi)信號通路、軟骨細胞生命周期、軟骨基質代謝，并可導致滑膜炎癥和軟骨下骨功能障礙[24]。

抗氧自由基系統(tǒng)的失活或氧自由基本身的高水平導致的氧自由基失衡，從而加重了關節(jié)軟骨的炎癥反應，其持續(xù)的表達也是造成KOA的關鍵因素[25]。KOA中ROS的過量產(chǎn)生可改變細胞內(nèi)信號通路、軟骨細胞生命周期、軟骨基質代謝，并可導致滑膜炎癥和軟骨下骨功能障礙[26]。所以防治關節(jié)軟骨氧化應激反應也是治療的重中之重。JAK2/STAT3信號通路與骨關節(jié)炎病理過程密切相關，姜黃素可刺激JAK2/STAT3信號通路，抑制細胞內(nèi)線粒體的氧化應激反應[27]。YANG等[28]發(fā)現(xiàn)，姜黃素通過抑制Notch信號通路，阻斷B淋巴細胞瘤-2基因表達，下調(diào)內(nèi)源性線粒體凋亡，達到增強內(nèi)源性抗氧化保護作用和抑制內(nèi)源性線粒體凋亡的目的。此外，姜黃素預處理三磷酸腺苷的產(chǎn)生，抑制活性氧的積累和線粒體膜電位的下降，從而防止H/r誘導的線粒體功能障礙，通過此方式能夠減輕氧化應激損傷，保護軟骨細胞[29]。在天然蛋白質結合姜黃素的情況下，體外過氧化氫可以減少活性氧的生成[30]。MEHTA等[31]認為，氧化應激是機體活性氧和抗氧化劑之間的不平衡，而姜黃素作為一種天然化合物，能夠減輕機體的氧化應激反應。綜上所述，氧化應激反應是加重KOA進程的關鍵因素，而姜黃素能夠降低關節(jié)軟骨的氧化應激反應，減緩KOA的發(fā)展。

5 小結與展望

KOA是我國乃至世界引起中老年人膝關節(jié)疼痛、活動障礙的重要原因，嚴重影響患者的生活質量。而姜黃素是姜黃中主要的多酚類化合物，能夠通過多種途徑保護關節(jié)軟骨及軟骨基質，從而治療KOA。上述大量研究證明，姜黃素在軟骨細胞的增殖與凋亡中可以通過多種轉導通路作用于多個靶點調(diào)節(jié)軟骨細胞、抑制軟骨細胞的凋亡與軟骨基質的降解;作用于不同受體參與破骨細胞與成骨細胞抑制軟骨下骨硬化;也發(fā)現(xiàn)，姜黃素能抑制或激活不同的信號通路抑制炎性介質的釋放，同時能夠減輕機體的氧化應激反應，保護軟骨基質。目前，姜黃素對KOA的治療還未真正投入臨床，所以對于姜黃素治療KOA要更加具體化、細節(jié)化，從機制出發(fā)探索一條安全、有效的道路，為其臨床運用奠定基礎。

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收稿日期：2021-09-25;修回日期：2021-11-15