謝新宇 梅陽陽 付長龍 邱志偉 林晴 黃艷峰 鄭春松
【摘 要】目的:基于核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)炎癥相關(guān)信號通路,觀察烏頭湯水提物對脂多糖(LPS)誘導(dǎo)體外培養(yǎng)軟骨細(xì)胞炎癥模型的影響。方法:①制備烏頭湯水提物;②分離、培養(yǎng)軟骨細(xì)胞;③噻唑藍(lán)(MTT)法檢測烏頭湯對LPS誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞活性的影響;采用Western Blot法檢測NF-κB p65、IκB激酶復(fù)合物(IKK)、磷酸化核因子κB抑制蛋白(pIκB)含量表達。結(jié)果:①MTT實驗結(jié)果顯示,烏頭湯水提物對LPS誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的最佳干預(yù)時間和濃度分別為24 h和150 μg·mL-1;②Western Blot檢測結(jié)果顯示,烏頭湯水提物100 μg·mL-1組、150 μg·mL-1組、200 μg·mL-1組對LPS誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞干預(yù)24 h后,可調(diào)節(jié)與炎癥相關(guān)的NF-κB p65、IKK、pIκB含量表達,尤其以烏頭湯水提物150 μg·mL-1組變化顯著(P < 0.01)。結(jié)論:烏頭湯通過降低LPS誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞中與炎癥相關(guān)的NF-κB途徑調(diào)節(jié)因子含量表達,發(fā)揮抗炎作用。
【關(guān)鍵詞】 骨關(guān)節(jié)炎;烏頭湯;軟骨細(xì)胞;炎癥反應(yīng);大鼠
【ABSTRACT】Objective:Based on the signal pathway related to the nuclear transcription factor-κB(NF-κB)inflammation,to observe the effect of water extract of Wutou Tang(烏頭湯)on lipopolysaccharide(LPS)-induced inflammatory model of chondrocytes in vitro.Methods:①The water extract of Wutou Tang was prepared;②Chondrocytes were isolated and cultured;③MTT method was used to detect the effect of Wutou Tang on LPS-induced chondrocyte activity;and Western Blot method was used to detect the expression of NF-κB p65,IKK,PIκB.Results:①MTT assay showed that the best intervention time and concentration of Wutou Tang water extract on LPS-induced chondrocytes were 24 hours and μg·mL-1 respectively;②Western Blot assay showed that after 24 h intervention to the LPS-induced chondrocytes in the 100 μg·mL-1 group,the 150 μg·mL-1group and the 200 μg·mL-1 group,the protein expression of NF-κB p65,IKK,PIκB related to inflammation could be regulated especially the 150 μg·mL-1of Wutou Tang water extract changed significantly(P < 0.01).Conclusion:Wutou Tang plays an anti-inflammatory role by reducing the expression of NF-κB pathway regulatory factor in LPS induced chondrocytes.
膝骨關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis,KOA)是一種由生物因素及力學(xué)異常失穩(wěn)等因素致使膝關(guān)節(jié)部位的關(guān)節(jié)軟骨變性退化、漸行性破壞或伴骨贅繼發(fā)性增生為主的慢性關(guān)節(jié)疾病,臨床常以膝關(guān)節(jié)慢性疼痛、活動受限乃至僵硬等癥狀伴隨始終,致殘率頗高[1-2]。因此,減輕患者疼痛并改善其關(guān)節(jié)功能是目前治療KOA的首選策略[3]。
烏頭湯源于張仲景的《金匱要略》,具有扶正祛邪、利達關(guān)節(jié)之效,兼可祛風(fēng)寒逐濕邪,發(fā)揮除痹消痛作用,整體切合膝骨痹的治療病機,本方由烏頭、麻黃、黃芪、芍藥、甘草組成,其中君藥烏頭可入足厥陰肝經(jīng)與足少陰腎經(jīng),其性疏利迅捷,通達關(guān)腠,破膝骨痹之寒凝之力甚捷,故治療歷節(jié)脹痛、不可伸屈療效獨特[4]。臨床研究顯示,烏頭湯可有效改善KOA患者臨床癥狀,延緩疾病進展[5]。
經(jīng)外界刺激后,異常致炎因子脂多糖(LPS)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1(IL-1)等可與軟骨細(xì)胞表面對應(yīng)受體結(jié)合,并通過胞質(zhì)側(cè)結(jié)構(gòu)域招募相關(guān)的接頭蛋白,而此部分接頭蛋白可吸引并激活發(fā)生核因子κB抑制蛋白(IκB)激酶復(fù)合物(IKK)[6]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),通過將IKKβ基因轉(zhuǎn)移至正常大鼠關(guān)節(jié)內(nèi),可誘發(fā)炎性病理改變(關(guān)節(jié)嚴(yán)重腫脹)等關(guān)節(jié)炎癥狀[7]。而激活后的IKK可通過誘導(dǎo)IκB的兩個保守絲氨酸殘基發(fā)生磷酸化,其中隨著磷酸化核因子κB抑制蛋白α(pIκBα)的產(chǎn)生與釋放,在泛素化作用下,IκB可在蛋白體(26 S)作用下發(fā)生降解,隨后處于降解后狀態(tài)的IκB與核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)p65發(fā)生分離(即NF-κB p65脫離IκB的抑制作用),發(fā)生活化的NF-κB p65進入細(xì)胞核,最終導(dǎo)致一系列炎癥反應(yīng)的發(fā)生[8]。
因此,本實驗通過制備軟骨細(xì)胞炎癥模型,觀察烏頭湯對LPS誘導(dǎo)后軟骨細(xì)胞中NF-κB信號通路中關(guān)鍵信號分子水平表達情況,探究烏頭湯延緩KOA大鼠軟骨退變的抗炎作用機制,為其臨床應(yīng)用提供科學(xué)的實驗依據(jù)。
1 實驗材料
1.1 實驗動物 4周齡SPF級健康SD雄性大鼠25只,體質(zhì)量(90±5)g,購自斯萊克(上海)實驗動物有限責(zé)任公司,動物合格證號SCXK(滬)2012-0002,飼養(yǎng)環(huán)境常年溫度控制在23~25 ℃,濕度55%~60%,每小時換風(fēng)16次,12 h光照/12 h黑暗自動控制循環(huán)光照條件。清潔級醫(yī)學(xué)實驗動物環(huán)境設(shè)施由福建中醫(yī)藥大學(xué)實驗動物中心提供,使用許可證號SYXK (閩) 2014-0001。實驗中對動物處置符合科技部2006年《關(guān)于善待實驗動物的指導(dǎo)性意見》的規(guī)定。
1.2 主要試劑 烏頭湯(藥物組成:制川烏6 g、麻黃9 g、黃芪9 g、白芍9 g、炙甘草9 g),藥材購自福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬第三人民醫(yī)院;噻唑藍(lán)(MTT,Sigma);磷酸鹽緩沖液(HyClone);DMEM/LOW GLUCOSE(生產(chǎn)批號NZK1239,HyClone);PMSF蛋白酶抑制劑、蛋白上樣緩沖液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的聚丙烯酰胺、Tris(pH =?8.8與pH = 6.8)、十二烷基磺酸鈉(SDS)、10 × 電泳液、過硫酸銨(AP)、ECL發(fā)光顯影液(上海碧云天生物技術(shù)有限公司);10×TBST(北京索萊寶科技有限公司);玻板(生產(chǎn)批號1653311,美國BIO-RAD公司);一抗(兔抗):NF-κB p65、IKK、pIκB;二抗(羊抗兔)(美國CST公司);1-StepTM Transfer Buffer(生產(chǎn)批號PA196400,Thermo)。
1.3 主要儀器 熒光型顯微鏡(Olympus,TKO);無菌操作臺(AIRTECH型,蘇州安泰);CO2恒溫培養(yǎng)箱(BB16/BB5060型,德國Heraus公司);凝膠成像系統(tǒng)(GELDOC2000型,美國BIO-RAD公司);離心機(5417R型,德國Eppendorf公司)等。
2 方 法
2.1 烏頭湯水提物的制備 烏頭湯水回流提取
2次,每次2 h,合并提取液,抽濾,濃縮成浸膏,60 ℃水浴蒸干至恒重;待經(jīng)低溫下研磨成粉末狀,精確稱量浸膏50 mg,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的FBS培養(yǎng)基5 mL溶解,超聲10 min,再經(jīng)0.22 μL無菌濾嘴濾過后4 ℃冰箱保存?zhèn)溆?,配?0 mg·mL-1烏頭湯水提物母液,備用。
2.2 軟骨細(xì)胞的分離和培養(yǎng) 其步驟依次為:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的戊巴比妥鈉(40 mg·kg-1)麻醉成功后,每次人工處死大鼠3只(經(jīng)行脫頸椎式),浸泡消毒,離斷至雙側(cè)膝關(guān)節(jié)以上骨骼,PBS緩沖液沖洗凈,再次浸泡消毒,暴露關(guān)節(jié)腔,按層次分離關(guān)節(jié)軟骨,集中后經(jīng)剪碎處理(1 mm3/單位體積),PBS緩沖液沖洗3遍及以上,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的Ⅱ型膠原酶消化,無菌試管收集消化后的上清液(每次2 h,重復(fù)3次),高速離心后棄上清液,移液器代液狀態(tài)輕柔吹打沉淀,計數(shù)板計數(shù)(2×105·mL-1),種植原代細(xì)胞于培養(yǎng)瓶進行孵化培養(yǎng),48 h后初次換液,鏡下觀察細(xì)胞鋪滿絕大數(shù)瓶底,PBS緩沖液沖洗倒凈,胰酶消化進行傳代培養(yǎng),標(biāo)為第1代軟骨細(xì)胞。以同樣方法傳至第3代細(xì)胞,鏡下觀察分析比較后,選取狀態(tài)及活性最佳的第2代軟骨細(xì)胞進行后續(xù)實驗。
2.3 軟骨細(xì)胞致炎模型的復(fù)制 以潔凈培養(yǎng)瓶(規(guī)格4 mL/瓶)為載體培育第2代軟骨細(xì)胞(計數(shù)2500個·mL-1),置于37 ℃培養(yǎng)箱中(含體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2)孵育細(xì)胞,每隔24 h更換一次培養(yǎng)液,待軟骨細(xì)胞沿瓶壁生長占滿約90%的空間時,按本課題組前期造模方式[9],經(jīng)10 ng·mL-1LPS干預(yù)軟骨細(xì)胞8 h后復(fù)制軟骨細(xì)胞炎癥模型。
2.4 MTT比色試驗測定軟骨細(xì)胞活性 以96孔板為載體培育經(jīng)計數(shù)為2×103/孔的第2代軟骨細(xì)胞24 h后,再饑餓細(xì)胞同步培養(yǎng)12 h,棄去舊液,標(biāo)記分組并進行干預(yù)。①空白對照組:使用移液槍添加100 μL體積/單孔的軟骨細(xì)胞培養(yǎng)基(含體積分?jǐn)?shù)為10%的胎牛血清的DMEM)。②模型對照組:先向每反應(yīng)孔中加入含LPS(10 ng·mL-1)的培養(yǎng)基100 μL體積,待反應(yīng)8 h后倒凈舊液,再添加100 μL體積/單孔的軟骨細(xì)胞培養(yǎng)基(含體積分?jǐn)?shù)為10%的胎牛血清的DMEM)繼續(xù)培養(yǎng)。③烏頭湯水提物各濃度(50,100,150,200,400,600 μg·mL-1)組:向反應(yīng)孔中加入劑量為10 ng·mL-1的LPS培養(yǎng)基100 μL,作用8 h后,更換為烏頭湯水提物各濃度組分別培養(yǎng)6,12,24,48 h。后續(xù)操作依次為:棄凈每孔舊液,37 ℃溫箱MTT(每孔100 μL)反應(yīng)5 h,二甲基亞砜(DMSO)振蕩條件下反應(yīng)10 min (100 μL/孔),酶標(biāo)儀570 nm波長下檢測每孔OD值并記錄與分析。
2.5 Western Blot檢測NF-κB p65、IKK、pIκB蛋白含量表達 在6孔板各孔中央部接種含有第2代
軟骨細(xì)胞的重懸液(1×105個·mL-1),待軟骨細(xì)胞爬片孵育后,標(biāo)記分組并進行干預(yù)。①空白對照組:使用移液槍添加2 mL體積/單孔的軟骨細(xì)胞培養(yǎng)基(含體積分?jǐn)?shù)為10%的胎牛血清的DMEM)。②模型對照組:先向每反應(yīng)孔中加入含LPS(10 ng·mL-1)的培養(yǎng)基2 mL體積,待反應(yīng)8 h后倒凈舊液,再添加2 mL體積/單孔的軟骨細(xì)胞培養(yǎng)基(含體積分?jǐn)?shù)為10%的胎牛血清的DMEM)繼續(xù)培養(yǎng)。③烏頭湯100 μg·mL-1組:向反應(yīng)孔中加入劑量為10 ng·mL-1的LPS培養(yǎng)基2 mL,作用8 h后更換為100 μg·mL-1濃度烏頭湯水提物繼續(xù)培養(yǎng)24 h。④烏頭湯150 μg·mL-1組:向反應(yīng)孔中加入劑量為10 ng·mL-1的LPS培養(yǎng)基2 mL,作用8 h后更換為150 μg·mL-1濃度烏頭湯水提物繼續(xù)培養(yǎng)24 h。⑤烏頭湯200 μg·mL-1組:向反應(yīng)孔中加入劑量為10 ng·mL-1的LPS培養(yǎng)基2 mL,作用8 h后更換為200 μg·mL-1濃度烏頭湯水提物繼續(xù)培養(yǎng)24 h。各組軟骨細(xì)胞經(jīng)干預(yù)后,棄去原培養(yǎng)基,移液槍吸入預(yù)冷的PBS緩沖液4 mL后進行輕柔振蕩漂洗,共計2次;倒掉瓶內(nèi)PBS,調(diào)至20 μL移液槍,充分吸凈瓶內(nèi)視野面中的PBS殘留,加入預(yù)冷的RIPA裂解液(含1 mmol·L-1 PMSF),轉(zhuǎn)移至4 ℃冰箱充分裂解,每隔10 min輕輕搖勻,以使裂解液充分裂解全部細(xì)胞,共計3次;使用無菌細(xì)胞刮刀緊貼瓶壁由上而下,由左至右進行刮?。ū喜僮鳎?,并收集至提前預(yù)冷的EP管中;冰盒內(nèi)轉(zhuǎn)移EP管至提前預(yù)冷的4 ℃高速離心機中,以15 000 r·min-1離心20 min,離心半徑10 cm,然后取出EP管,插入冰盒內(nèi),移液槍輕輕吸取上清,并轉(zhuǎn)移至提前標(biāo)記且預(yù)冷的新的EP管中,此為提取的軟骨細(xì)胞蛋白。進行蛋白定量分析(BCA法)后,配制體積分?jǐn)?shù)為12%的分離膠與體積分?jǐn)?shù)為5%的濃縮膠,進行上樣(20 μg/孔),電泳條件為:恒流下,以20 V電壓先跑10 min,再調(diào)制50 V電壓跑30 min,最后調(diào)整到100 V電壓跑至分離膠底部;轉(zhuǎn)膜、封閉、雜交(NF-κB p65、IKK、pIκB的一抗?jié)舛?∶1000)、顯影及分析。
2.6 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料以表示,組間比較采用t檢驗與單因素方差分析;計數(shù)資料采用χ2檢驗。以P < 0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
3 結(jié) 果
3.1 軟骨細(xì)胞觀察 鏡下觀察細(xì)胞外觀形態(tài)近似圓形,大小基本一致,且遮光性強為原代軟骨細(xì)胞;大鼠軟骨細(xì)胞原代培養(yǎng)2 d后大多數(shù)軟骨細(xì)胞開始緊貼壁生長,形似扁平狀;培養(yǎng)6 d后,軟骨細(xì)胞開始聚集重疊并沿瓶壁擴散生長,呈現(xiàn)“簇團樣”集聚,外觀以圓形或橢圓形為主;8 d后細(xì)胞分布均勻,邊界清晰,形態(tài)結(jié)構(gòu)一致,呈明顯的鋪路石狀外觀;本實驗使用第2代軟骨細(xì)胞。見圖1。
3.2 MTT比色試驗測定軟骨細(xì)胞活性結(jié)果 MTT法檢測烏頭湯水提物在不同濃度(0,50,100,150,200,400,600 μg·mL-1)及不同時間(6,12,24,48 h)對軟骨細(xì)胞活性的影響。經(jīng)烏頭湯水提物各濃度組干預(yù)24 h時對軟骨細(xì)胞活性影響:模型對照組OD值均明顯低于空白對照組(P < 0.01),烏頭湯水提物不同濃度組(50,100,150,200,400,600 μg·mL-1)干預(yù)24 h后的OD值均高于模型對照組(P < 0.05或P < 0.01),且以150 μg·mL-1組最高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P < 0.01),見圖2(1)。經(jīng)150 μg·mL-1烏頭湯水提物組干預(yù)各時段后對軟骨細(xì)胞活性影響:24 h的OD值較6,12,48 h明顯升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P < 0.01),見圖2(2)。從而得出,烏頭湯水提物干預(yù)退變軟骨細(xì)胞后,對其活性具有一定的時效-量效關(guān)系,其最佳干預(yù)時間和濃度分別為24 h和150 μg·mL-1。
3.3 Western Blot結(jié)果 Western Blot結(jié)果顯示,? 烏頭湯水提物干預(yù)經(jīng)LPS誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞后,可下調(diào)NF-κB p65、IKK、pIκB 蛋白含量表達。與空白對照組比較,模型對照組NF-κB p65、IKK、pIκB蛋白含量均顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義
(P < 0.01);在NF-κB p65、IKK、pIκB指標(biāo)上,與模型對照組比較,烏頭湯水提物組(100,150,200 μg·mL-1)的蛋白含量均顯著降低,其中以實驗2組(烏頭湯水提物150 μg·mL-1)蛋白含量的表達影響顯著(P < 0.01)。提示烏頭湯水提物可通過調(diào)控NF-κB p65、IKK、pIκB蛋白含量表達,在一定程度上抑制炎癥反應(yīng)程度,進而延緩軟骨細(xì)胞的退變進程。見圖3、圖4。
4 討 論
KOA屬中醫(yī)學(xué)“膝骨痹”范疇,多為氣血、肝腎虧虛引起筋骨失養(yǎng),外加風(fēng)寒濕邪侵襲,留駐關(guān)節(jié),以及外傷勞損加劇病變,致使痹證日久,邪氣久羈,深筋入骨,氣血不暢,經(jīng)絡(luò)郁阻,故關(guān)節(jié)腫痛,不可伸屈。中醫(yī)病機為“本虛標(biāo)實”“本痿標(biāo)痹”[10]。烏頭湯臨床上治療KOA具有良效,究其原因,烏頭湯溫陽祛濕、散寒止痛、補益氣血、利達關(guān)節(jié)之功切合KOA病機,可內(nèi)外兼顧,進而發(fā)揮祛因通痹的作用[11]。方中君藥制川烏溫陽下行,開關(guān)節(jié)祛寒濕,通經(jīng)絡(luò)逐冷痹;臣藥麻黃性辛溫,可行宣散風(fēng)寒、通利氣機之效,君主臣佐,兩藥配伍,可加強祛風(fēng)散寒、除濕行痹的作用;黃芪補益氣血、實衛(wèi)肌表,同時又可兼解君臣兩藥之辛熱過盛之功;芍藥酸甘化陰,養(yǎng)血調(diào)經(jīng);炙甘草可散表寒、補中益氣,同時還可調(diào)和藥性,解川烏之毒[12]。
課題組前期研究發(fā)現(xiàn),烏頭湯可下調(diào)大鼠血清和關(guān)節(jié)液中IL-1β、IL-6、TNF-α和MMP-3水平,發(fā)揮抑制炎癥反應(yīng)的作用,進而延緩軟骨退變[13]。由此提示,烏頭湯發(fā)揮抗炎鎮(zhèn)痛作用的機制可能為調(diào)控與炎癥相關(guān)的信號通路分子水平的表達。為進一步研究其作用機制,課題組以NF-κB信號通路為切入點進行了深入研究。NF-κB蛋白作為轉(zhuǎn)錄因子家族蛋白重要成員之一,在炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、免疫調(diào)節(jié)中起到重要的作用。通常,NF-κB在體內(nèi)主要以p50和p65結(jié)合構(gòu)成的異二聚體形式存在。正常狀態(tài)時,NF-κB(p50/p65)與抑制蛋白IκB結(jié)合,使其處于失活狀態(tài),當(dāng)聚合物受到外界病原因素(如LPS、IL-1β、TNF-α等)刺激后,可激活TAK1,導(dǎo)致IκB被磷酸化發(fā)生降解,活化后的二聚體從細(xì)胞質(zhì)內(nèi)移到細(xì)胞核內(nèi),實現(xiàn)轉(zhuǎn)錄。換言之,LPS等炎癥因子可引起NF-κB信號通路的活化,而此通路的活化又可誘導(dǎo)炎癥因子形成,進而加劇炎癥反應(yīng)對關(guān)節(jié)軟骨的損害[14]。本研究結(jié)果顯示,烏頭湯水提物可調(diào)控LPS誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞中NF-κB p65信號通路中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子NF-κB p65、IKK、pIκB的蛋白含量表達,在一定程度上抑制炎癥反應(yīng),進而延緩LPS誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞退變進程。
綜上所述,烏頭湯水提物可通過調(diào)節(jié)LPS誘導(dǎo)的致炎軟骨細(xì)胞與NF-κB p65信號通路相關(guān)調(diào)節(jié)因子含量表達,發(fā)揮抗炎作用,但其基于相關(guān)Lnc RNA與微小mRNA的微觀調(diào)控機制及烏頭湯的干預(yù)機制仍有待深入探討。
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收稿日期:2019-07-11;修回日期:2019-08-23