张 扬 张 宁 玄锋学 王 博 于海涛 郭梓恒 李高峰*
膝骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)常见于中老年人群，作为一种慢性退行性关节病变，其在中老年人群中的发病比例高达22.9%，且随着我国老龄化进程的加剧，使KOA发病率呈逐年上升趋势。关节局部炎症、骨赘形成、肌肉萎缩、关节软骨降解是KOA的典型特征，继而导致关节变形、功能障碍及关节僵硬疼痛，对患者生活质量造成严重影响，是引起残疾的重要原因。非甾体类抗炎药、阿片类镇痛药在临床上常用于KOA的治疗，但存在疗效受限、不良反应大等诸多问题，故探寻及开发新型治疗药物迫在眉睫。
KOA的发病机制复杂，骨代谢平衡失调、软骨组织细胞凋亡及炎症反应等均参与了KOA的发病及进展。研究发现，骨代谢平衡失调可增加关节软骨受应力、使软骨的损伤及退变程度加速，从而促进KOA的发生、发展，改善骨代谢已成为治疗KOA的潜在靶标。软骨细胞是维持软骨基质稳态的关键介质，作为软骨的常驻细胞，其功能损伤和凋亡会造成软骨稳态的破坏，使KOA的进程加快。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)信号通路介导的炎症反应，能够升高肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)及IL-6等炎症因子含量，促进软骨降解、退化及KOA进展，而抑制MAPK/NF-κB信号通路介导的炎症反应是改善关节功能、缓解关节疼痛的有效手段。
中药治疗KOA的经验由来已久，疗效显著，不良反应低，已成为近年来KOA治疗的研究热点。丹参又名赤参，为传统中药，始载于《神农本草经》，主要产于河北、山东、四川等地，为唇形科植物丹参(Salvia miltiorrhiza Bge.)的干燥根及根茎，具有凉血消痈、清心除烦、通经止痛、活血化瘀之功效。丹参的主要化学成分为丹酚酸类化合物、丹参酮类化合物及多糖类化合物。研究发现，丹酚酸B可通过调控低氧诱导因子-1/血管内皮生长因子通路，减轻KOA模型大鼠的软骨组织损伤，缓解骨关节炎症。丹参酮ⅡA也能够通过抑制Toll样受体4/NF-κB信号通路相关蛋白表达，使炎症因子释放减少，进而发挥改善KOA大鼠膝关节功能的作用。但迄今为止，丹参中的多糖类成分是否具有治疗KOA作用未见报道。
因此，本研究采用膝关节腔内注射碘乙酸钠法建立大鼠KOA模型，给予丹参多糖(Salvia miltiorrhiza polysaccharide,SMP)干预后，通过检测关节功能、疼痛行为、关节软骨组织病理形态等评价其对KOA的治疗作用；同时探讨丹参多糖对骨代谢、关节软骨细胞凋亡、炎症因子及MAPK/NF-κB信号通路的影响，阐明治疗作用的潜在分子机制，旨在为丹参多糖用于临床治疗KOA提供实验依据。
丹参多糖是中药丹参的主要功效成分之一，现代药理学研究表明丹参多糖具有广泛的 药理作用，如改善胰岛素抵抗、抑制氧化应激、抗癌、提高免疫力及减轻肝肾损伤等，然而丹参多糖对KOA是否具有治疗作用并不清楚。碘乙酸钠是甘油醛-3-磷酸脱氢酶的抑制剂，膝关节腔内注射碘乙酸钠能引起软骨的降解、丢失及软骨基质的退行性改变，与人KOA的病理变化类似，且操作简单、对动物创伤性小，是KOA的经典造模方法。塞来昔布为非甾体抗炎药，该药能通过抑制环氧化物酶2的合成发挥镇痛和抗炎作用，且具有抑制软骨细胞凋亡活性，为临床治疗KOA的常用药，在本研究中被选为阳性对照药物。碘乙酸钠所致KOA大鼠经丹参多糖及塞来昔布干预后，爪压评分及步态评分下降，MWT及TML增加，Markin评分降低，提示丹参多糖可以减轻关节功能损伤、缓解疼痛、改善软骨组织病理形态，证实其对大鼠KOA具有治疗作用。
骨代谢平衡失调可引起软骨结构改变，是KOA发病中的重要环节，故调节骨代谢平衡已成为治疗KOA的有效策略。COMP、CTX-Ⅰ及OCN含量变化可有效反映机体骨代谢水平，是临床上检测骨代谢失衡的常用指标。研究发现，丹参中的丹酚酸类化合物丹酚酸B及丹参酮类化合物丹参酮ⅡA均具有调节骨代谢水平的活性。本研究结果同样发现，丹参多糖能够降低碘乙酸钠所致KOA大鼠血清COMP及CTX-Ⅰ含量，增加OCN含量，表明丹参多糖也具有改善KOA大鼠骨代谢作用。
软骨细胞凋亡与KOA严重程度密切相关，在软骨破坏过程中起着主导作用，抑制软骨细胞凋亡是治疗KOA的关键。Bcl-2、Caspase-3及Bax均参与了软骨细胞的凋亡过程，其中Bcl-2为抗凋亡蛋白，Caspase-3及Bax具有促凋亡作用。本研究结果发现，丹参多糖低、高剂量组大鼠关节软骨组织Bcl-2 mRNA表达升高，Caspase-3及Bax mRNA表达下降，提示丹参多糖具有抗碘乙酸钠所致KOA大鼠关节软骨细胞凋亡作用。丹参多糖抗凋亡活性多见报道，在脂多糖诱导的心肌细胞凋亡中，丹参多糖能够抑制Bax、cleaved-Caspase-3蛋白表达，促进自噬效应蛋白1、成微管相关蛋白轻链3-II表达,从而减少心肌细胞凋亡的发生。在小鼠免疫性肝损伤模型中，丹参多糖可以通过增加Bcl-2表达、降低Bax、凋亡相关因子配体和Caspase-3表达，进而发挥抗肝细胞凋亡作用。
KOA的病变机制目前尚未明确，但炎症反应假说得到了众多学者的认可，炎症因子对KOA病变全程均有影响，其中TNF-α、IL-1β及IL-6发挥着至关重要的作用。TNF-α是加重炎症反应的关键要素，又能诱导IL-1β产生；IL-1β是导致损伤的重要原因，也能增加TNF-α的活性，二者在破坏膝骨关节软骨和促进软骨吸收方面具有协同作用。IL-6主要参与成纤维细胞的激活、增殖及破骨细胞分化等过程，能够通过多种信号通路促进破骨细胞分化或抑制成骨细胞生成，最终导致KOA。研究发现，KOA患者血清TNF-α、超敏C反应蛋白、IL-1β及IL-6等炎症因子含量升高，而降低相关炎症因子含量有助于提高临床疗效，并促进患者膝关节功能恢复。Zhang等证实丹参多糖能抑制丙二醛、活性氧及TNF-α、IL-1β、IL-6的表达，通过抗氧化应激及抗炎作用减轻黄曲霉毒素B1诱导的肝脏损伤。Han等探讨了丹参多糖对脂多糖诱导的RAW264.7细胞的保护作用，发现保护机制与抑制TNF-α、IL-6、诱导型NO合成酶、环氧化酶-2等炎症因子的转录与表达有关。本研究结果发现，在碘乙酸钠所致KOA大鼠模型中，丹参多糖能明显降低关节滑液中TNF-α、IL-1β及IL-6含量，具有抑制炎症反应作用，与上述研究结论相符。MAPK/NF-κB信号通路可通过影响炎症因子的表达介导KOA的发生、发展过程，阻断该通路可抑制炎症反应，降低关节软骨侵蚀，缓解KOA症状。在金黄色葡萄球菌诱导的大鼠乳腺炎模型中，丹参多糖能抑制MAPK和NF-κB蛋白磷酸化水平，减少乳腺组织中IL-1β、IL-6和TNF-α的基因转录和蛋白表达，减弱炎症反应。本研究结果同样发现，在碘乙酸钠所致KOA大鼠模型中，丹参多糖低、高剂量组关节软骨组织p-p38 MAPK及p-NF-κB p65蛋白表达降低，进一步表明丹参多糖能够抑制MAPK/NF-κB信号通路介导的炎症反应。
综上所述，本研究结果发现丹参多糖对碘乙酸钠所致大鼠KOA具有治疗作用，并证实改善骨代谢、抗凋亡及抑制MAPK/NF-κB信号通路介导的炎症反应是丹参多糖治疗KOA的潜在机制。该研究成果发表在《天然产物研究与开发》2024年第11期，欢迎引用(点击左下方“阅读原文”可查看全文)。
引用格式：张 扬,张 宁,玄锋学,等.丹参多糖对碘乙酸钠所致大鼠膝骨性关节炎的治疗作用及机制研究[J].天然产物研究与开发,2024,36:1821-1829. Zhang Y,Zhang N,Xuan FX,et al.Therapeutic effect and mechanism of Salvia miltiorrhiza polysaccharide on sodium iodoacetate-induced knee osteoarthritis rats[J].Nat Prod Res Dev,2024,36:1821-1829.
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