郭校妍,張偉東,張揚(yáng)※
(吉林大學(xué)藥學(xué)院,吉林 長春 130021)
骨性關(guān)節(jié)炎(Osteoarthritis, OA)是一種退行性病變,系由于增齡、肥胖、遺傳、勞損、創(chuàng)傷、關(guān)節(jié)先天性異常和關(guān)節(jié)畸形等諸多因素引起的關(guān)節(jié)軟骨退化損傷、關(guān)節(jié)邊緣和軟骨下骨反應(yīng)性增生。臨床表現(xiàn)為緩慢發(fā)展的關(guān)節(jié)疼痛、壓痛、僵硬、關(guān)節(jié)腫脹、活動受限和關(guān)節(jié)畸形等[1]。目前,緩解OA 的常規(guī)療法主要包括非甾體抗炎藥、糖皮質(zhì)激素和物理療法,病情嚴(yán)重的患者通常還需要進(jìn)行關(guān)節(jié)置換[2]。所以,尋找一種副作用少和效果好的藥物已經(jīng)成為治療OA 亟待解決的問題。隨著對傳統(tǒng)中醫(yī)藥研究的深入,發(fā)現(xiàn)人參在防治關(guān)節(jié)軟骨損傷、退變及參與體外培養(yǎng)軟骨細(xì)胞修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨缺損都有較好前景[3],為OA 的治療提供了新思路。
人參(Panax ginseng C.A.Mey.)為五加科多年生宿根草本植物的干燥根及根莖,是我國延用了多年的傳統(tǒng)名貴藥材[4]。作為東北三寶之一,具有抗炎、抗氧化、抗抑郁、抗老年癡呆、抗動脈粥樣硬化和抗OA 等藥理作用,有多年的用藥歷史和極高的藥用價值[5]。人參皂苷作為人參的主要藥理活性成分,在疾病治療中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。有研究顯示,人參總皂苷可通過抑制炎癥因子、減少軟骨細(xì)胞凋亡和基質(zhì)損傷、促進(jìn)軟骨細(xì)胞修復(fù)來改善關(guān)節(jié)疼痛、修復(fù)受損軟骨,從而發(fā)揮對OA 的治療作用[6]。盡管目前已經(jīng)對人參的藥理活性進(jìn)行了充分的研究,但人參皂苷分類眾多,具體哪種人參皂苷可能對OA 有治療作用,人參皂苷單體聯(lián)合應(yīng)用是否有作用,其靶向的特異性蛋白質(zhì)和/或大分子等治療機(jī)制等問題尚未完全闡明。本文綜述了近些年人參皂苷治療OA的研究及其進(jìn)展,為人參皂苷治療OA的臨床應(yīng)用提供依據(jù)。
人參皂苷(Ginsenosides, G),也稱為類固醇樣皂苷,是人參獨(dú)有的成分,一般用Rx 表示。目前,從人參植物的根、莖、葉、花和果實(shí)中可分離出超過150 種天然存在的人參皂苷。這些人參皂苷可以根據(jù)其骨架類型分為4 類,都具有共同的四環(huán)疏水結(jié)構(gòu),但糖部分各不相同。不同的糖分子附著在四個主鏈的不同區(qū)域以產(chǎn)生獨(dú)特的人參皂苷單體分子(表1),決定了不同的藥理活性[7-9]。
表1 人參皂苷分類Table 1 Classification of ginsenosides
這4 種人參皂苷中,原人參二醇型皂苷和原人參三醇型皂苷占人參總皂苷的90%以上,且活性較強(qiáng),是人參皂苷的主要活性成分,也是目前學(xué)者們研究的重點(diǎn)。其中,G Rb1、G Rg1、G Rg3、G Rd、G Re、G Rh1和G Rh2的研究最為頻繁[10]。本研究對G Rb1、G Rg1、G Rg3和G Ro 等人參皂苷單體和單體聯(lián)用和中藥復(fù)方等治療OA 的研究進(jìn)展作詳細(xì)介紹。
OA 作為最常見的關(guān)節(jié)炎形式之一,許多因素都促進(jìn)其發(fā)展,包括年齡、性別和肥胖等個體因素。研究發(fā)現(xiàn),65 歲以上人群中有三分之一受OA 影響[11],且女性的發(fā)病率在50 歲以后會大幅增加[12],這主要由婦女絕經(jīng)后雌激素減少,關(guān)節(jié)軟骨分解增加導(dǎo)致[13]。此外,運(yùn)動損傷導(dǎo)致關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的異常,增加軟骨丟失風(fēng)險,可以直接導(dǎo)致OA 的發(fā)生[14];關(guān)節(jié)的機(jī)械壓力增加了關(guān)節(jié)細(xì)胞促炎癥因子的表達(dá),也是OA 軟骨發(fā)生分解代謝過程的部分原因[15]。OA 的發(fā)生發(fā)展還與新陳代謝[16,17]、遺傳和免疫[18]等因素密切相關(guān)。
目前,治療OA 的技術(shù)方法多種多樣,除物理療法(包括運(yùn)動療法和病人教育并以關(guān)節(jié)矯形器作輔助)外[19],還可以通過口服藥物、關(guān)節(jié)腔注射和終末期手術(shù)等方法,以期達(dá)到緩解疼痛、延緩病程和改善功能的目的[20]。
標(biāo)準(zhǔn)的藥物治療包括控制疼痛和炎癥的藥物,如非類固醇類抗炎藥、阿片類和關(guān)節(jié)內(nèi)皮質(zhì)類固醇的止痛藥等,還有關(guān)節(jié)炎的癥狀緩效藥,如硫酸葡萄糖胺、硫酸軟骨素、地塞林、大豆和鱷梨非皂化物提取物口服和關(guān)節(jié)內(nèi)注射透明質(zhì)酸[21]。此外,也有些研究顯示中草藥如甘草湯等在治療OA上也有一定作用[22]。但藥物治療對病情嚴(yán)重者療效甚微,只能選擇手術(shù)治療,最為常見也最有效的是關(guān)節(jié)置換術(shù)[23]。當(dāng)然,還可通過針灸[24]、推拿[25]、理療、中藥貼敷、中藥熏洗、中藥涂抹[26]、中藥熨燙和中藥定向透藥等傳統(tǒng)中醫(yī)手段延緩OA發(fā)展[27]。
人參皂苷Rb1(Ginsenoside Rb1,G Rb1)的主要來源是人參屬成員亞洲人參,在人參莖和葉中的含量遠(yuǎn)低于在人參根部、根莖和根毛中的含量。G Rb1是一種三萜皂苷,是40 多種單體人參皂苷中含量最多的一種,可通過抑制炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)、通過Notch 信號通路、NF- B 信號通路來發(fā)揮抗炎、抗凋亡和神經(jīng)保護(hù)等作用[9]。
G Rb1 可通過抑制炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)來發(fā)揮對關(guān)節(jié)軟骨的保護(hù)作用。Cheng等[28]通過白細(xì)胞介素(Interleukin, IL)-1 誘導(dǎo)刺激構(gòu)建軟骨OA 模型,給予一定量GRb1后進(jìn)行指標(biāo)檢測,發(fā)現(xiàn)GRb1能夠抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(Matrix metalloproteinases,MMP)-13、環(huán)氧合酶-2(Cyclo-oxygenase-2, COX-2)、前列腺素E2(Prostaglandin E2,PGE2)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase, iNOS)和一氧化氮(NO)等炎癥因子的產(chǎn)生,并減少由IL-1 在人關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞中誘導(dǎo)的Ⅱ型膠原蛋白(CollagenII)和蛋白聚糖(ACAN)降解,這表明G Rb1的作用機(jī)制可能類似于非甾體抗炎藥,可通過抑制COX-2 和PGE2 的表達(dá)來緩解OA癥狀。
這一作用在OA 大鼠模型上也得到了驗(yàn)證。Aravinthan 等[29]發(fā)現(xiàn)G Rb1 可能通過抑制MMP13 和COX-2 mRNA 的水平并抑制干擾素(Interferon gamma, IFN- )、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(Monocyte chemoattractant protein-1, MCP-1)/趨化因子配體-2(CCL-2)、IL-1 和IL-6 這幾種炎性細(xì)胞因子/趨化因子的表達(dá)來防止軟骨降解,從而有助于G Rb1發(fā)揮對碘乙酸(MIA)誘導(dǎo)的卵巢OA 大鼠抗炎作用。高志[30]通過切斷大鼠右膝關(guān)節(jié)的前交叉韌帶建立骨關(guān)節(jié)炎模型,基于不同劑量G Rb1來治療大鼠。結(jié)果表明,G Rb1顯著降低了模型大鼠血液中白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞的數(shù)量,且以濃度依賴性方式降低了大鼠血清TNF- 和IL-1 水平,也降低了大鼠關(guān)節(jié)軟骨組織中MMP-9、MMP-13 和ADAMTS-5 的表達(dá),同時升高了軟骨組織中Collagen II和Aggrecan 的表達(dá),表明G Rb1 可通過抑制炎癥反應(yīng)和關(guān)節(jié)組織中MMPs 的合成來抑制軟骨降解,對前交叉韌帶切斷誘導(dǎo)的骨關(guān)節(jié)炎具有較好的治療作用。
G Rb1 治療OA 的作用機(jī)制有多種,可能通過Notch 信號通路、NF- B 信號通路來發(fā)揮作用。例如,王維[31]研究發(fā)現(xiàn),G Rb1 可以降低IL-1 誘導(dǎo)的細(xì)胞Ⅱ型膠原和MMP-13 表達(dá),同時使誘導(dǎo)后的Notch1、JAG1 表達(dá)水平下降,表明G Rb1 對軟骨細(xì)胞的保護(hù)作用可能是通過抑制MMP-13 的表達(dá)以及Notch 信號通路活化來實(shí)現(xiàn)的。此外,Hossain 等[32]通過構(gòu)建OA 兔模型,發(fā)現(xiàn)G Rb1可預(yù)防軟骨細(xì)胞凋亡,抑制軟骨細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)的產(chǎn)生,下調(diào)p38/MAPK 和PI3K/AKT 信號通路以防止MMPs 和平衡膠原II 型和蛋白聚糖的表達(dá),且激活NF- B 信號轉(zhuǎn)導(dǎo),發(fā)揮對軟骨細(xì)胞的保護(hù)作用,從而用于治療OA。
人參皂苷Rg1(Ginsenoside Rg1,G Rg1)最初由中藥人參根、莖部分提取所得,是三萜達(dá)瑪烷環(huán)類衍生物,具有三十個碳原子,有類似糖皮質(zhì)激素甾環(huán)樣的結(jié)構(gòu),能夠通過與糖皮質(zhì)激素受體相結(jié)合發(fā)揮與糖皮質(zhì)激素類藥物相似的抗炎作用。黃宇旻[33]通過前交叉韌帶切除法(ACLT)和MIA 關(guān)節(jié)腔注射法在大鼠體內(nèi)構(gòu)建OA 模型,發(fā)現(xiàn)G Rg1 能夠通過抑制I B 的磷酸化過程來降低I B 的激活,從而抑制NF- B 的激活來降低軟骨細(xì)胞MMP-13 和PGE2 的合成來發(fā)揮軟骨保護(hù)作用。
G Rg1還可抑制軟骨細(xì)胞凋亡、促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖,發(fā)揮對軟骨細(xì)胞的保護(hù)作用,從而具有治療OA的潛在價值。段超等[3]采用伸直位管型石膏固定法造模6 周,成功建立兔類似臨床所見的人OA 模型。觀察G Rg1對兔膝OA 關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡的影響,發(fā)現(xiàn)一定劑量G Rg1 對軟骨組織有著積極的保護(hù)作用,可通過調(diào)控軟骨細(xì)胞凋亡關(guān)鍵因子Bax/Bcl-2 表達(dá)比例和下調(diào)Caspase-3 的表達(dá)有效抑制軟骨細(xì)胞過度凋亡,避免軟骨組織進(jìn)行性破壞。此外,Huang 等[34]發(fā)現(xiàn)G Rg1預(yù)處理的IL-1 誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞也會促進(jìn)Bcl-2 的表達(dá),抑制Bax 活性,并降低Cyt C 釋放和Caspase-3 激活。它還增強(qiáng)了TIMP-1 表達(dá)并抑制了MMP-13 的合成,有效抑制了細(xì)胞外基質(zhì)降解。還發(fā)現(xiàn)G Rg1 的這些效果是通過增強(qiáng)的PI3K/AKT 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)部分介導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的。
此外,G Rg1還可抑制炎癥介質(zhì)活性,減輕關(guān)節(jié)軟骨損傷。Cheng 等[35]通過使用人體軟骨細(xì)胞的體外模型和大鼠OA 的體內(nèi)模型來觀察G Rg1作用,發(fā)現(xiàn)G Rg1可抑制IL-1 誘導(dǎo)的人軟骨細(xì)胞MMP-13、COX-2和PGE2 基因和蛋白的表達(dá),并防止Col2A1 和ACAN降解,減緩軟骨退變。這表明G Rg1對OA 治療具有潛在的臨床益處。
人參皂苷Rg3(Ginsenoside Rg3,G Rg3)是四乙二醇三萜皂苷單體,可由Rb1、Rb2、Rb3、Rc 和Rd 代謝得到,其結(jié)構(gòu)為3b、12b 以及20 pro-S 位被羥基取代且3 位羥基轉(zhuǎn)化為-D-吡喃葡萄糖基- -D-吡喃葡萄糖苷的達(dá)瑪烷,屬原人參三醇型人參皂苷[36]。
有一項(xiàng)體外研究調(diào)查了G Rg3對人OA 軟骨細(xì)胞的保護(hù)作用。So 等[37]用IL-1 刺激軟骨細(xì)胞顯示MMP-1、MMP-3 和MMP-13 水平的增加和COL2A1和ACAN 表達(dá)的下降,而在用IL-1 和G Rg3 共同處理的細(xì)胞中,MMP-1 和MMP-13 的水平低于單獨(dú)用IL-1 處理的細(xì)胞,并且COL2A1 和ACAN 的表達(dá)水平從僅在IL-1 存在下培養(yǎng)時的低值恢復(fù)。此外研究還發(fā)現(xiàn)僅IL-1 刺激軟骨細(xì)胞會導(dǎo)致與衰老相關(guān)的-半乳糖苷酶(Senescence-associated -galactosidase,SA- -Gal)陽性細(xì)胞的增加,而IL-1 和G Rg3共同培養(yǎng)的細(xì)胞中對這一衰老標(biāo)志物的表達(dá)有明顯抑制。且用G Rg3培養(yǎng)的軟骨細(xì)胞顯示出明顯高于對照細(xì)胞的增殖和端粒酶活性。以上研究表明,G Rg3 能保護(hù)細(xì)胞免受骨關(guān)節(jié)炎中軟骨細(xì)胞衰老的影響。
G Rg3還可以通過調(diào)節(jié)SIRT1 介導(dǎo)的抗凋亡和抗炎機(jī)制對OA 發(fā)揮作用。Ma 等[38]用腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor,TNF)- 刺激TC28a2 人軟骨細(xì)胞誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的損傷,發(fā)現(xiàn)G Rg3 逆轉(zhuǎn)了TNF- 抑制的SIRT1 的表達(dá),還可激活SIRT1/PGC-1 /SIRT3途徑抑制TNF- 誘導(dǎo)的乙?;h(huán)蛋白D(Acetylated Cyclophilin D,CypD)的乙?;?,從而導(dǎo)致線粒體功能障礙和活性氧(ROS)積累減少,改善TNF- 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。此外還發(fā)現(xiàn),G Rg3 逆轉(zhuǎn)SIRT1/PGC-1 /SIRT3的激活,介導(dǎo)p38 MAPK 的抑制,進(jìn)而下調(diào)TNF- 處理的細(xì)胞中的NF- B 轉(zhuǎn)位??傊?,在TNF- 刺激下,G Rg3能通過SIRT1/PGC-1 /SIRT3/p38 MAPK/NF- B信號傳導(dǎo)減少軟骨細(xì)胞中IL-8 和MMP-9 的產(chǎn)生,從而達(dá)到治療OA 的目的。
人參皂苷Ro(Ginsenoside Ro,G Ro)是齊墩果烷型人參皂苷,有研究顯示,G Ro 通過直接抑制TLR4信號通路發(fā)揮抗炎作用,表明G Ro 可以作為炎癥相關(guān)疾病的天然治療化合物[39]。
Zhang 等[40]首次報道了G Ro 能抑制IL-1 誘導(dǎo)的大鼠軟骨細(xì)胞凋亡率且促進(jìn)凋亡蛋白的表達(dá),同時還能夠抑制COX-2、MMP-3 和MMP-9 等炎癥因子的表達(dá)從而發(fā)揮抗炎作用。此外還發(fā)現(xiàn)G Ro 抑制了軟骨細(xì)胞中IL-1 刺激的NF- B 磷酸p65 的活化,表明G Ro 是通過抑制NF- B 來抑制IL-1 誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和炎癥的。
目前,針對其他人參皂苷治療OA 的研究較少。但有研究顯示,人參皂苷包括Rb2、Rh、Rc,Rd 和Rf等均可抑制MMPs 的表達(dá)來發(fā)揮抗炎作用,有希望成為治療OA 的潛在藥物,但發(fā)揮作用涉及的靶點(diǎn)還需要進(jìn)一步深入研究[41]。Lee等[42]發(fā)現(xiàn)包括人參皂苷Rd、Rf 和F4 在內(nèi)的幾種皂苷在非細(xì)胞毒性濃度(1~50M)下可抑制IL-1 處理的軟骨細(xì)胞中MMP-13 的表達(dá),最突出的抑制劑是人參皂苷F4 和Rg3。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)G F4 能強(qiáng)烈抑制p38 促絲裂原激活蛋白激酶的激活,從而抑制MMP-13 的活性[43]。
此外,研究顯示,G Rb2 和G Rg5 等均可抑制OA大鼠關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡和基質(zhì)損傷,還可抑制IL-1 和TNF- ,從而減緩關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展或嚴(yán)重程度,預(yù)防關(guān)節(jié)軟骨的破壞[44,45]。Zhang 等[45]通過韌帶橫斷和內(nèi)側(cè)半月板切除制備骨關(guān)節(jié)炎大鼠模型,然后給予大鼠不同劑量的G Rg5 觀察。發(fā)現(xiàn)15M G Rg5 能顯著預(yù)防OA大鼠模型中的軟骨退化,防止滑膜崩解。用G Rg5治療大鼠可使Col2A1、ACAN 和Ⅱ型膠原蛋白表達(dá)水平增加,降低MMP-13、IL-1 、TNF- 、NO 和iNOS 的水平,證明G Rg5 可防止軟骨降解,抑制OA 大鼠滑膜炎癥,使軟骨細(xì)胞凋亡,可用于骨關(guān)節(jié)炎的治療。
研究發(fā)現(xiàn),人參皂苷Rc 可以通過激活-catenin和Runx2 的經(jīng)典Wnt 通路促進(jìn)成骨細(xì)胞分化和基質(zhì)礦化,上調(diào)骨標(biāo)志物的表達(dá)來增加骨形成[43]。
多種人參皂苷聯(lián)合用藥治療OA 也是目前研究的方向之一。有學(xué)者制備人參皂苷Rd 和人參皂苷Re作為活性成分組成的復(fù)合人參皂苷,將其作為治療OA的藥物[46]。Siddiqi 等[47]通過重復(fù)地蒸煮和干燥從新鮮人參根部分離出Rg5:Rk1混合物,研究其對小鼠MC3T3-E1 細(xì)胞生長和分化方面的影響,發(fā)現(xiàn)Rg5:Rk1會以劑量依賴的方式刺激MC3T3-E1 細(xì)胞生長,且上調(diào)膠原蛋白的合成,對骨基質(zhì)的發(fā)展產(chǎn)生增殖和合成作用,還可以誘導(dǎo)體外成骨的MC3T3-E1 細(xì)胞分化和礦化,而Rg5:Rk1對MC3T3-E1 細(xì)胞生長和分化的影響與BMP-2/Runx2 信號通路的表達(dá)密切相關(guān)。Rg5:Rk1 可能對刺激成骨細(xì)胞分化和正確的骨形成有用,可能成為治療OA 的潛在藥物。
此外,研究顯示,含多種人參皂苷的中藥復(fù)方在治療OA方面也有一定的前景。秦七風(fēng)濕方(Qinqi Rheumatism Formula,QRF)是作為治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的臨床經(jīng)驗(yàn)方,由珠子參(扣子七)、秦艽和山茱萸組成,蘇潔等[48]推測其對OA 也有一定療效。借助網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法,基于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫,建立QRF 干預(yù)OA 的靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò),對QRF 作用于OA 的活性成分及作用機(jī)制進(jìn)行預(yù)測分析,得出QRF 可能通過G Re、G Rb1、G Rg1和G Rd 等活性成分,作用于IL-6、TNF 和IL-1等靶點(diǎn),調(diào)控IL-17 信號通路、TNF信號通路、Th17 分化、Toll 樣受體信號通路及破骨細(xì)胞分化信號通路等實(shí)現(xiàn)對OA 的干預(yù),為QRF 干預(yù)OA 的臨床研究提供參考?;钛雇茨z囊是一種中藥配方,由當(dāng)歸、三七、乳香、冰片、土鱉和黃芪以20:10:4:4:6:1 的比例組成,主要活性成分有G Rg1 和G Rb1 等[2]。Jua 等[2]發(fā)現(xiàn),活血止痛膠囊能夠改善MIA 誘導(dǎo)的大鼠OA 模型中的OA 發(fā)展。
人參作為傳統(tǒng)中藥,在臨床具有廣泛的應(yīng)用前景。人參皂苷的藥理作用的研究主要集中在抗癌,抗氧化和免疫刺激活性上。然而,許多研究提出的證據(jù)表明,人參皂苷可通過抗炎來預(yù)防和治療各種炎癥性疾病,包括OA。
OA 作為一種多發(fā)于老年人群的疾病,越來越受到研究人員的重視。目前研究發(fā)現(xiàn),人參皂苷可以通過多種途徑發(fā)揮對OA 的治療作用。人參皂苷可以調(diào)控軟骨細(xì)胞凋亡關(guān)鍵因子Bax/Bcl-2 表達(dá)比例,抑制軟骨細(xì)胞凋亡,或同時促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖來保護(hù)軟骨細(xì)胞,但其相關(guān)調(diào)控的信號通路還不明確,有待后續(xù)進(jìn)一步研究;其次,人參皂苷能夠通過NF- B、Notch和p38 MAPK 等信號通路抑制OA 細(xì)胞內(nèi)炎癥信號因子的表達(dá),從而發(fā)揮抗炎作用。此外,人參皂苷還能抑制軟骨細(xì)胞衰老,從而阻止OA 軟骨損傷進(jìn)程。人參皂苷除抗炎作用外,還具有一定的抗氧化應(yīng)激作用[49]??寡趸瘧?yīng)激也是治療OA 的一種可行方法[50],但目前針對人參皂苷在抗氧化應(yīng)激方面對OA 是否有作用的研究還較少,其具體機(jī)制仍需要更深入的研究。
總之,隨著對人參皂苷研究的深入,人參皂苷及其代謝物、衍生物可以用作預(yù)防和治療OA的有效藥物,并需要對其治療機(jī)制進(jìn)行更深一步的研究,將為開發(fā)OA 治療藥物及人參皂苷的臨床應(yīng)用提供幫助。