升麻素苷治疗膝骨关节炎的作用机制研究
金灵璐 朱尉东 仲卫红 邱志伟 涂海水 陈长兴 郑春松 付长龙
【摘 要】 膝骨关节炎的治疗以改善临床症状、延缓疾病进展为主要策略。升麻素苷具有抗炎、镇痛、解热，以及抗血小板聚集等多种药理活性作用，可以通过抑制炎症反应，抗氧化作用，抑制基质金属蛋白酶的表达等，缓解膝骨关节炎的炎性症状，干预其病理进程。升麻素苷对细胞周期的调节作用，对核转录因子-κB信号通路和丝裂原活化蛋白激酶信号通路调控机制，尚有待进一步研究。
【关键词】 膝骨关节炎;升麻素苷;作用机制
膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是一种以膝关节疼痛伴随活动不利为主要临床特征的常见慢性退行性疾病，具有高发病率、高致残率以及低治愈率等特点。其基本病理特点是膝关节软骨进行性纤维化、皲裂，甚至脱失，以及膝关节边缘及软骨下骨退行性改变、滑膜病变伴有炎症反应。KOA典型临床表现为膝关节僵硬、肿痛、肌肉萎缩、活动受限，甚至发生关节畸形[1]。调查数据显示，55～64岁为KOA发病率最高的年龄区间，且由于解剖学结构差异，女性发病率较高，男女比例约为1∶1.25[2]。据调查，我国KOA患病率约为8.1%，高于欧洲国家白色人种，且患病率与年龄相关[3]。KOA引起疼痛，影响患者日常活动行为，最终导致个人与社会的负担加重。因此，改善KOA病情、缓解临床症状是当前亟需解决的关键问题之一。
升麻素苷（POG）是一种从防风干燥根中提取的具有药理活性的色原酮类成分[4]，在防风中含量较高，可作为指标性成分，常用做测定防风有效成分含量的指标[5]。POG具有镇痛、抗炎、解热、抗凝等多种药理活性，可用于KOA的防治[6]。本文通过总结大量POG药理作用机制的研究，探究POG治疗KOA的作用机制，以期为临床提供新的治疗手段。
1 POG的药理药效研究
POG是从中草药植物防风中分离出的色原酮类成分之一[7]。戴锦娜[8]对含药大鼠血浆进行全组分分析，发现防风抗炎作用主要来自于其成分中的POG。相关研究发现，POG具有抗炎、解热、镇痛、抗凝血等药理作用。近年来，POG治疗KOA相关药理药效是研究的热点之一。
2 POG对KOA的作用机制研究
2.1 对炎症反应的抑制作用 炎症与其引起的疼痛为KOA的主要临床表现之一，也是引起患者不适及活动受限的主要症状[9]。薛宝云等[4]从防风中提取出POG与5-O-甲基维斯阿米醇苷，结果发现，其明显抑制了醋酸及温度刺激引起的小鼠疼痛。姜华等[10]将POG作用于小鼠，观察其对小鼠热板致痛的影响，证明静脉给药POG能够通过提高小鼠痛阈值抑制疼痛。将POG作用于二甲苯所致耳郭炎症小鼠，给药后，观察小鼠耳郭肿胀程度，证实了POG的抗炎作用，但其作用起效较升麻素慢，推测POG可以通过肝肠循环转化成其苷元升麻素，间接发挥药理作用。研究表明，KOA患者膝关节软骨变性损伤、膝关节周围组织破坏和软骨下骨赘形成与细胞炎症因子[如白细胞介素（IL）-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等]有关[11-12]。赵娟等[13]证实，一定剂量的防风色原酮提取物对关节炎症具有改善作用，抑制关节和骨的侵蚀破坏，能明显降低胶原诱导性关节炎大鼠血清中IL-1β、IL-6、TNF-α等炎症因子水平。核转录因子-κB（NF-κB）参与KOA发病过程中膝关节软骨的降解，促进软骨细胞分解代谢、细胞凋亡，引起软骨炎症与膝关节损伤[14-15]。炎症因子刺激激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）信号通路，使基质金属蛋白酶（MMPs）过表达，引起软骨細胞凋亡、软骨基质破坏等一系列反应，从而造成膝关节软骨的退行性改变[16];其中ERK1/2信号传导通路参与细胞生长分化，JNK和p38信号传导通路则多与细胞凋亡及炎症反应相关[17]。陈娜[18]实验结果显示，脂多糖（LPS）刺激小鼠单核巨噬细胞后，显著提高了ERK1/2、JNK和p38的磷酸化水平;POG可以剂量依赖性抑制LPS刺激后小鼠单核巨噬细胞内IκB的降解，且显著降低了药物组细胞内p-IκB的表达量。POG处理后药物组细胞的MAPKs亚型磷酸化水平较阳性对照组明显降低。这表明POG能够抑制NF-κB信号通路的激活，且显著抑制ERK1/2、JNK、p38的活化，这种抑制作用呈剂量依赖性。前列腺素（PG）是导致患者疼痛的重要因素[19]，环氧合酶（COX）参与催化PG的合成并起到重要作用，在躯体紊乱的应激状态下，其异构体COX-2介导PG参与调节炎症疼痛。目前，临床使用的非甾体抗炎药（NSAIDs）通过抑制COX来阻断PG合成，从而达到有效缓解疼痛的目的，但对关节软组织的病理状态并无改善作用，且易引起胃肠道的不良反应[20]。WU等[21]通过将POG作用于弗氏完全佐剂刺激所致炎症大鼠模型，POG可剂量依赖性升高TNF-α、IL-1β、IL-6抑制因子，从而抑制此类炎症因子，达到抗炎的效果;与吲哚美辛治疗组比较，POG代谢产生升麻素，下调脊髓COX-2的表达，从而降低脊髓PGE2，对关节炎具有抗炎及镇痛作用，药效类似吲哚美辛且更有效。
2.2 发挥抗氧化作用 研究表明，氧化应激是直接导致骨细胞凋亡的原因之一[22]。氧化应激导致膝关节滑膜产生炎症，并且影响膝关节软骨细胞的合成与代谢，最终导致膝关节软骨发生退行性改变。生理状态正常时，氧自由基能够及时被清除，其生成和消除保持动态平衡;但当机体处于病理状态，过量的活性氧（ROS）自由基将作用于软骨基质中Ⅱ型胶原蛋白的氨基酸、脂链等，破坏胶原纤维正常的生理结构及功能，引发软骨细胞凋亡，膝关节软骨改变[23-25]。其中与KOA关系最密切的自由基代谢是ROS的代谢，过多的ROS对软骨细胞造成破坏，在随着年龄增长而造成的软骨老化过程中扮演重要角色[26]。研究证实，POG可降低诱导性一氧化氮合成酶（iNOS）的表达，抑制ROS和一氧化氮（NO）的产生，达到抗氧化作用[27]。亦有研究发现，防风提取物可有效降低碘乙酸钠诱导骨关节炎大鼠组织中NO含量[28]，而POG作为防风提取物中的重要活性成分，在延缓骨关节炎病程中发挥重要作用[29]。
2.3 抑制MMPs的表达 蛋白多糖和Ⅱ型胶原是膝关节软骨基质的重要成分，具有保持软骨弹性、润滑关节和缓冲内外部压力等作用。MMPs参与KOA病因机制，因需要以金属离子作为辅助因子帮助其发挥活性作用而得名。MMPs发挥作用时可降解细胞外基质中的基质蛋白，破坏正常组织结构与功能。现有研究表明，MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13五种蛋白酶能够对KOA的病因造成影响[30]。MMPs能降解细胞外基质中各种起重要作用的蛋白成分，造成关节软骨的破坏。失去关节软骨的保护后，膝关节骨面进一步损伤，KOA症状加重[31]。李博[32]将一定量的MMP-2分别与不同浓度的防风正丁醇层提取物混合，观察其对MMP-2的影响，得出防风及其包括POG在内的4种色原酮单体均不同程度抑制MMPs的活性。另外，POG可通过调节血清中TNF-α的表达水平以及抑制MAPKs信号通路的激活来降低MMPs的分泌和表达，延缓蛋白多糖和Ⅱ型胶原在细胞外基质中的降解，从而保护软骨[13，18，21]。
3 小结和展望
POG具有抗炎、解热、镇痛、抗凝血等多种药理作用。因其在防风色原酮类物质中大量存在，提取手段相对成熟，且整体不良反应小，故在用于预防和治疗KOA及其他类似的慢性关节炎症性疾病上具有较高的临床研究應用价值和发展前景。如今，随着我国人口步入老龄化，以KOA为主的各种慢性关节炎症发病率逐年升高;且该类疾病病程长，预后差，影响患者正常活动功能，降低患者生活质量，给家庭及社会造成负担。故研究POG预防与治疗KOA的作用机制，以及如何将其应用于临床治疗，具有很大的价值和临床意义。目前，POG对细胞周期的调节作用尚未明确，对NF-κB信号通路和MAPKs信号通路调控机制的研究也尚不明确，有待进一步提高。另外，对于POG的药理作用研究大多为细胞实验，缺少动物实验，且未见随机双盲大样本临床试验。
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收稿日期：2021-07-16;修回日期：2021-08-21
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