脊柱结核病因病机及中医药抗结核机制研究进展

Research Progress on Pathogenesis of Spinal Tuberculosis and Anti-Tuberculosis Mechanism of Traditional Chinese Medicine

摘要: 脊柱结核是原发病灶的结核分枝杆菌经血行传播扩散到脊柱引起的感染性疾病。脊柱结核是脊柱感染性疾病中最常见的类型，同时也是肺外结核中最严重的形式之一，具有较高的致残率和致死率，对人们的生活健康造成了较为严重的危害。脊柱结核在中医学上归属“骨痨”、“龟背痰”或“流痰”范畴，由“本虚”及外感“痨虫”所致，外感六淫、情志过极、外部损伤是引起发病的常见诱因。目前，对于该病的治疗以西医化疗及手术治疗为主，辅以中医内外治疗。本文综述了近年来有关脊柱结核的病因病机和中医药抗结核机制研究最新进展，以期为脊柱结核的中医综合治疗提供崭新的视角和全新的临床指导。

Abstract: Spinal tuberculosis is an infectious disease caused by the spread of tuberculosis bacilli from a pri-mary lesion through the bloodstream to the spine. It is the most common type of spinal infectious disease and one of the most severe forms of extrapulmonary tuberculosis, with high rates of disabil-ity and mortality, causing significant harm to people’s health and daily lives. In traditional Chinese medicine, spinal tuberculosis is classified as “bone consumption” “turtle-back phlegm” or “flowing phlegm” which is caused by “ben xu” and external “lao chong”. Common causes of the disease in-clude external injury, extreme emotional stress, and exposure to six external pathogenic factors. Currently, the main treatment options for this disease are Western medicine chemotherapy and surgery, along with traditional Chinese medicine internal and external therapies. This article re-views the latest progress in the pathogenesis and anti-tuberculosis mechanisms of traditional Chi-nese medicine for spinal tuberculosis in recent years, with the aim of providing new perspectives and clinical guidance for the integrated treatment of spinal tuberculosis in traditional Chinese medicine.

1. 引言

结核病是由于结核分枝杆菌(mycobacterium tuberculosis, MTB)感染引起的一种慢性消耗性传染病，作为新型冠状病毒肺炎之后的第二大单一感染源致死原因，对全球社会造成巨大经济负担 [1] 。同时由于结核分枝杆菌耐药因素，结核病治疗往往效果不佳 [2] [3] 。根据世界卫生组织统计，2021年全球新发的利福平耐药结核病患者数为45万较2020年增加了3% [4] 。脊柱结核作为骨与关节结核的一种继发性结核病，其引发的脊柱侧弯、背部畸形、腰椎骨折等问题严重影响患者的生活。中医学作为祖国文化瑰宝，对于结核病的治疗有较早的认识和完善的体系，早在明·虞抟所著《医学正传·劳极》中已确立了治疗痨病杀虫与补虚两大治则。并且中医药在治疗结核病，杀灭结核分枝杆菌，增强免疫等方面均具有良好的效果。冬凌草、黄芩、穿心莲等具有清热解毒功效的中药能够调节细胞自噬和细胞焦亡，在抗炎、抗肿瘤、抗结核等领域取得了一定的进展 [5] [6] 。而目前关于中药治疗结核病的研究多停留于临床疗效观察的研究上，关于药物具体作用机制的基础研究较为匮乏。为此，本文就中医对脊柱结核的病因病机及相关中医药抗结核机制的研究进展综述如下。

2. 中医学对脊柱结核病因病机的认识

中医学中并无对骨与关节结核相对应的病名，但是根据其发病特点、临床表现和并发症，认为骨与关节结核应该属于“流痰”和“骨痨”范畴。其中发生于脊背者被称作“龟背痰”。脊柱结核的形成，与肾脏的亏虚有着密切的关系，肾脏虚弱则骨骼生长障碍骨质脆弱，外邪有间隙可乘。“骨痨”作为痨病的一种，其发病机制与现代医学对结核分枝杆菌MTB感染通过血液循环到达脊柱引发脊柱结核不谋而合 [7] 。风邪作为最常见的外感邪气之一，常兼他邪随风邪入侵，滞留于关节筋骨之间，致血脉痹阻。饮食不节致脾失健运，脾虚易生痰湿，凝滞于筋肉骨节之间，导致本病的发生。此外，跌打损伤导致耗气伤血津亏，情志内伤导致的气机逆乱，均会造成人体正气受损，影响人体正常生理功能，最终引发“骨痨” [7] [8] 。

3. 中医治疗

3.1. 从温阳散寒角度治疗阳虚痰凝型脊柱结核

大部分中医学家认为，脊柱结核的病机多属阳虚，阳虚寒凝，脉络不通则气血瘀滞，脊柱失养。许斌 [9] 使用阳和汤治疗脊柱结核后炎症因子水平白细胞介素类(interleukins, ILs)、血清肿瘤坏死因子-α (tumour necrosis factor-α, TNF-α)、红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate, ESR)、C反应蛋白(c-reactive protein, CRP)、干扰素-γ (interferon-gamma, IFN-γ)和结核相关指标基质金属蛋白酶-1、基质金属蛋白酶-9、单核细胞趋化因子-1明显低于未使用中药的常规组，治疗组的总有效率达93.33%，显著高于对照组的70.00%，同时治疗组不良反应更少。戴赢杰 [10] 选用阳和汤联合HRZE四联抗结核疗法治疗阳虚型脊柱结核患者，临床总有效率达96.70%，效果显著优于对照组的73.30%，治疗后在视觉模拟评分(visual analogue scale, VAS)上治疗组(2.40 ± 1.10)优于对照组(3.33 ± 1.88)。

3.2. 从滋阴清热角度治疗阴虚内热型脊柱结核

清骨散作为脊柱结核阴虚内热的常用方剂，雒军强 [11] 在清骨散研究生侧重于手术率及复发率和影像学的表现，发现使用清骨散的联合中药组的整体治疗时间和手术率(2.33%)均低于抗结核五联组(手术率13.95%)，并且在影像学上有更好的表现。而郑庆丰 [12] 则侧重于对保守治疗患者的功能恢复的评价，发现清骨散能有效降低保守治疗患者的腰椎功能障碍评分(the Oswestry Disability Index, ODI)评分，其中对照组治疗6周后的ODI评分为12.62 ± 1.32分，而观察组的ODI评分为10.35 ± 1.12分。王锋 [13] 等，根据脊柱结核阴虚内热的特点，通过自拟骨痨汤治疗局部化疗的老年胸腰椎结核患者，在免疫功能指标及炎症指标上显著优于单纯局部化疗的患者，观察组CD3+、CD4+、CD4+/CD8+水平显著高于对照组，CD8+水平显著低于对照组。

3.3. 从补益脾肾角度治疗肝肾亏虚型脊柱结核

在脊柱结核发病人群中，儿童患者占有一定的比例 [1] 。从中医角度来看，小儿乃稚阴稚阳之体，其脏腑功能尚未成熟，气血及肝肾之气尚未充盈；加之后天失于濡养，则精不生髓，骨失所养；肝血亏虚，则血不荣筋，致髓弱骨嫩。在补益先天之本的同时，益气健脾。骨痨汤是现代医家对前人经验总结出的治疗骨结核的专方。张吉亮 [14] 运用骨痨汤辅助治疗胸腰椎单节段脊柱结核手术患者，观察6个月后，使用骨痨汤的观察组的ESR、CRP、Cobb角、ODI评分、VAS评分均低于对照组。同时可调节免疫及炎症因子，减轻炎症对于骨骼的破坏。丘继觉 [15] 在用骨痨汤治疗四肢骨结核的患者，观察2周、4周后IL-2、IL-10含量均显著高于对照组，IL-6、TNF-α含量均显著低于对照组。

3.4. 从益气补血的角度治疗脊柱结核手术病人

结核病是一种慢性消耗性疾病，结核病长期患者在临床上常常有营养不良、恶病质表现，同时加上术后患者气血津液大伤，气血无源则无以滋养皮肉、筋骨，针对这种病人，中医治疗上以益气补血为重，达到促进伤口恢复、延缓椎旁肌退变、改善患者营养状态等作用。贺元等 [16] 利用人参养荣汤治疗脊柱结核内固定术后患者，发现运用中药观察组的脊髓神经功能(E级)和脊柱稳定性的恢复效果要优于单纯术后对症处理。

4. 中医药及主要化学活性成分抗结核的基础研究

4.1. 冬凌草

内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)是一种细胞应激反应，通常发生在内质网功能异常或突然变化的情况下。它是由于内质网内的蛋白质合成和折叠失衡而引起的一系列复杂的生物学反应，包括信号转导、转录后调控、转录和翻译抑制等。内质网应激可以导致细胞中大量的未折叠蛋白积累和聚集，从而引发一系列的信号反应。这些信号反应可能通过多种途径影响细胞的生物学功能和代谢过程 [17] [18] 。核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3 (nucleotide binding oligomerization domain-like receptor protein 3, NLRP3)炎症小体介导的信号通路是一种炎症信号通路。NLRP3炎症小体信号通路主要由NLRP3、凋亡相关点样蛋白和半胱天冬酶-1 (caspase-1)等多个分子组成，这些分子在激活后可以形成炎症小体结构，并促进促炎性因子白细胞介素-1β (interleukin-1β, IL-1β)和白细胞介素-18 (interleukin-18, IL-18)的合成和分泌，从而引发炎症反应和免疫反应。硫氧还蛋白互作蛋白 (thioredoxin-interacting protein, TXNIP)，是一种细胞内的重要调节分子，在内质网应激和炎症反应中扮演着重要的角色。在正常条件下，TXNIP与还原型硫氧还蛋白(reduced thioredoxin, TRX)结合形成一个复合物，这个复合物会抑制NLRP3炎症小体的聚集和激活，从而抑制炎症反应的发生。当ERS发生时，TXNIP与TRX的结合会发生改变，TXNIP与NLRP3的结合能力增强，促进NLRP3炎症小体的聚集和激活 [19] [20] 。

近年研究表明，MTB感染后可诱发ERS发生，这一过程中MTB感染巨噬细胞能激活NLPR3信号通路介导的炎症反应，导致炎症损伤 [21] [22] 。冬凌草甲素是一种广泛应用于中药的天然二萜类化合物，李银虹等 [23] 通过对MTB感染的Raw264.7加入凌冬草甲素干预后研究发现，冬凌草甲素可以抑制TXNIP、NLRP3蛋白的表达，并且能够通过抑制内质网标志蛋白Bip和CHOP，以及内质网跨膜蛋白pIRElα、JRElα、peIF2α的表达从而抑制ERS的发生，即通过抑制ERS进而影响TXNIP/NLRP3信号通路抑制MTB感染巨噬细胞的NLRP3炎症小体活化，达到抗炎症损伤的作用。

4.2. 黄芩

自噬是一种细胞内噬菌过程，可以消除细胞内的病原菌和有害分子，宿主可以通过自噬消除异常细胞器、蛋白质聚集物和细胞内的有害物质等途径，清除病原体感染引起的炎症介质。自噬可作为抗菌防御机制，清除细胞内的病原体并促进抗菌分子的产生，增强细胞的抗菌能力。此外，自噬还可以降低MTB引起的炎症反应程度,促进巨噬细胞的MHC-II抗原递呈和激活T细胞，引发细胞免疫反应，促进机体的抗菌防御 [24] 。

在结核分枝杆菌感染的过程中，自噬通路起着重要的作用。其中磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase, PI3K)/蛋白激酶B (protein kinase B, Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶点(mammalian target of rapamycin, mTOR)信号通路与自噬密切相关，这一信号通路的激活通常是通过细胞膜上的受体激活PI3K酶来实现的。PI3K酶能将细胞膜上的磷脂酰肌醇二磷酸转化为磷脂酰肌醇三磷酸(phosphatidyl inositol triphosphate, PIP3)。PIP3进一步激活Akt，激活Akt会抑制TSC1/TSC2复合物，这个复合物是调节哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1 (mammalian target of rapamycin complex 1, mTORC1)的一个负调节子。抑制TSC1/TSC2复合物会使mTORC1失活，从而促进自噬的发生。当细胞处于高营养状态下，PI3K/Akt/mTOR信号通路会被激活，mTOR则会抑制自噬过程，使细胞处于正常代谢状态。而当细胞受到一定的压力或处于低营养状态时，这个信号通路被抑制，导致mTOR的抑制作用被解除，进而促进自噬过程的发生。Zhang等 [25] 通过从黄芩属植物中提取的黄芩苷能够影响PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制Akt磷酸化从而促进诱导自噬杀死细胞内的MTB，并对MTB触发的NLRP3炎症小体和调控核因子κB (nuclear factor κB, NF-κB)信号通路的激活有抑制作用，首次证明黄芩苷通过诱导宿主巨噬细胞自噬发挥抗结核作用。

细胞焦亡是一种不同于细胞坏死和凋亡的细胞死亡方式，它是一种由于异常的细胞内环境刺激引起的程序性细胞死亡。从分子机制上来说，细胞焦亡的发生依赖于Gasdermin家族蛋白(gasdermin family proteins, GSDMs)和caspase-1所诱导的细胞膜裂解，当细胞接受外界刺激后，会通过相关信号通路激活炎症小体，在炎症小体形成后caspase-1会导致Gasdermin家族蛋白D (gasdermin family protein D, GSDMD)裂解，裂解形成N端(GSDMD-N)可以诱导细胞膜裂解。细胞膜裂解后，成熟的IL-1β和IL-18等其他损伤相关分子模式诸如高迁移率族蛋白B1 (high mobility group protein B1, HMGB1)、S100蛋白、白介素-1a 等释放，产生细胞焦亡。当MTB感染巨噬细胞引起ERS发生时，引起TXNIP与NLRP3的结合能够促进NLRP3炎症小体的聚集和激活，导致caspase-1激活和GSDMD裂解，诱导IL-1β和HMGB1等释放，从而引发细胞焦亡 [22] [26] [27] [28] 。蛋白激酶R样内质网激酶(protein kinase r like endoplasmic reticulum kinase, PERK)是内质网应激相关激酶之一，它通过激活真核细胞启动因子2α (eukaryotic promoter 2α, eIF2α)或其他信号转导级联来应对细胞应激，当ERS发生时，Bip蛋白与PERK分离，PERK会被激活并磷酸化eIF2α，从而促进TXNIP增加，引起细胞焦亡 [29] 。Fu等 [30] 通过对MTB感染的巨噬细胞加入黄芩苷干预研究发现，黄芩苷能够抑制PERK/eIF2α通路的激活，从而降低TXNIP与NLRP3相互作用，减少NLRP3炎症小体的激活，降低MTB感染后巨噬细胞的GSDMD-N水平的表达以抑制MTB感染的巨噬细胞中的焦亡，即黄芩苷具有通过抑制PERK/TXNIP/NLRP3信号通路来缓解MTB感染所引起焦亡对于细胞损害。

4.3. 大黄

TOLL样受体4(toll-like receptor 4, TLR4)介导的炎症信号通路与多种细胞内信号通路相互作用，包括糖原合成酶激酶(glycogen synthetase kinase, GSK)、PI3K/Akt通路 [31] [32] 。这些通路在调节细胞生长、存活和代谢等细胞过程中发挥重要作用。TLR4的激活可导致GSK通路关键酶糖原合成酶激酶3β (glycogen synthetase kinase 3β, GSK-3β)的激活，进而调节下游多个信号分子的活性 [33] 。此外，TLR4的激活已被证明可激活PI3K，从而导致脂质第二信使PIP3的产生，继而PIP3激活Akt [34] [35] 。PI3K/Akt通路可调控NF-κB和GSK-3β等一系列靶蛋白调控炎症反应。胡雪琴等 [36] 将含药血清浓度为60%大黄加入处理过后的体外MTB感染的软骨细胞后发现，TLR4、PI3K、Akt、NF-κB、GSK明显低于经MTB感染后的软骨细胞模型组，大黄可能通过影响TLR4/PI3K/Akt/NF-κB、TLR4/PI3K/Akt/GSK信号通路进而抑制MTB感染的软骨细胞炎症反应，从而减轻MTB对应软骨细胞炎症损害。

4.4. 甘草

Notch1信号通路是一种细胞间信号传递机制，参与了多种细胞命运决定的调控。Notch1信号通路的激活是由Notch1膜受体与其配体的结合引起的，这种结合会导致Notch1膜受体的切割，产生一个可活化的Notch1内部片段(notch1 internal fragment, NICD)。NICD会进入细胞核并结合到转录因子RBP-J上，从而调节多种靶基因的转录，包括Hes和Hrt等基因 [37] [38] 。这些基因的表达被Notch1信号通路调节，进而影响细胞的增殖、分化和凋亡等生理过程。NF-κB激活依赖于核因子κB的抑制蛋白(inhibitor of κB, IκB)磷酸化，IκB激酶(IκB kinase, IKK)复合物是一个由IkappaB激酶α (IkappaB kinase alpha, IKKα)和IkappaB激酶β (IkappaB kinase beta, IKKβ)以及一个调节亚基NEMO组成的酶复合物，它可以激活IκB磷酸化，当IκB被磷酸化降解后，被IκB阻绝于细胞质中的复合物p50/p65会释放，使得复合物p50/p65进入细胞核并激活靶基因进而调控，释放出来的IKK蛋白进入细胞核后调节许多基因的转录活性，包括炎症因子、免疫反应因子、凋亡相关因子等 [39] [40] 。NF-κB是Notch1信号通路调控巨噬细胞炎症反应的主要途径，Notch1通过与IKKα结合，上调IκB的表达水平，从而促进NF-κB活性 [41] 。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)是一种重要的信号传导通路，它调节了许多细胞生理和病理过程，包括细胞增殖、分化、凋亡、炎症、应激反应等。MAPK通路在细胞各种生物学反应中具有广泛的作用和重要的意义，它同时在多种信号通路，诸如PI3K/Akt、NF-κB信号通路等，扮演一个交通枢纽的角色 [42] [43] [44] 。MAPK通路主要包括三个级别的激酶级联反应，分别是MAPK激酶激酶、MAPK激酶和MAPK，这三种激酶能依次激活，其中MAPK是最终的效应蛋白激酶。在经典的MAPK通路中，常见的MAPK包括细胞外信号调节激酶、c-Jun氨基末端激酶和p38 MAPK。这些MAPK具有不同的下游靶基因和生物学效应，分别参与不同的信号调节网络。Sun等 [41] 通过研究发现异甘草黄酮(isoliquiritigenin, ISL)作为从甘草中提取的黄酮类化合物，能够通过Notch1/NF-κB和MAPK信号通路减轻MTB诱导的炎症反应，减轻炎症对组织的损伤。研究首先发现ISL能够抑制ERS和炎症反应的关键蛋白NLRP3、NF-κB、GSDMD的活性，ISL能够抑制NF-κB的特征蛋白P65的表达来抑制NF-κB介导的炎症型号通路，同时可以抑制PI3K/Akt信号通路中Akt蛋白的磷酸化和MAPK信号通路活性以调控炎症反应。而Notch1信号通路同时和NF-κB、PI3K/Akt信号通路密切相关，因此Sun等又做了进一步的研究探讨ISL的抗炎作用是否与下调Notch信号通路的激活有关，通过对ISL治疗后不同时间点NICD1和Hes1基因的表达水平发现，ISL能够通过抑制Notch1信号通路，达到抑制Akt和NF-κB p65亚基的磷酸化，改善MTB感染引发炎症反应对宿主细胞的损害。

4.5. 穿心莲

穿心莲内酯是中药穿心莲的主要生物活性成分，目前研究已经证实了穿心莲内酯在抗炎、抗肿瘤、抗病毒的领域具有重要作用 [45] [46] 。在结核领域中He等 [47] 发现在MTB感染后的巨噬细胞和人肺泡上皮细胞中，穿心莲内酯可抑制Notch1/Akt/NF-κB信号通路，抑制Akt诱导的细胞自噬，同时抑制NF-κB通路来调节信号下游NLRP3炎性小体激活和随后IL-1β的产生。核因子E2相关因子2 (nuclear factor E2 related factor 2, Nrf-2)是参与机体氧化应激的中药转录因子，其介导的Nrf-2/血红素加氧酶1 (heme Oxygenase-1, HO-1)信号通路通过调节细胞焦亡、炎症反应、细胞氧化应激在多种疾病中扮演重要角色 [48] 。microRNAs (miRNAs)是18~25个核苷酸组成的非编码转录本，与多种疾病的进展密切相关，其中miR-155-5p作为一种促炎miRNAs，参与多种感染性疾病，能够调控Nrf2、抑制细胞因子信号转导1、自噬相关基因12等，从而改善炎症反应 [49] [50] 。MTB感染后的巨噬细胞GSDMD-N的表达水平会升高，引起细胞膜裂解，释放炎症因子，引起细胞焦亡，Fu等 [51] 发现穿心莲内酯能够抑制MTB感染巨噬细胞的GSDMD-N和IL-1β表达，从而提高巨噬细胞的生存能力。进一步研究发现，miR-155-5p的过表达会抑制Nrf2/HO-1信号通路从而促进MTB诱导的IL-1β，而穿心莲内酯可以抑制miR-155-5p来激活Nrf2/HO-1信号通路，从而减轻MTB引发的细胞焦亡，而在基因敲除Nrf2后，加入穿心莲内酯并不会减轻MTB引发的细胞焦亡。同时在这一过程中还发现了穿心莲内酯可以通过激活Nrf2来减少TXNIP与下游NLRP3结合，来抑制MTB所引起的炎症反应。即穿心莲内酯能够抑制miR-155-5p/Nrf2/TXNIP/NLRP3信号通路来减轻MTB感染所引发的细胞焦亡。

5. 讨论与展望

近年来，宿主导向疗法(host-directed therapies, HDT)成为新型结核病防治手段。HDT的策略是基于平衡宿主免疫系统的概念，干扰病原体复制或持续所需的宿主细胞因子，增强对病原体的保护性免疫反应，减少过度炎症并在病理部位平衡免疫反应 [52] [53] 。传统中医药因其独有的理论体系，在治疗结核病上独树一帜，对于中药单体及其主要化学活性成分的研究，在HDT治疗策略起到一定补充、促进作用(见表1)。因此随着结核病的相关研究和诊疗技术的推陈出新，我们要继续开展对中药在结核领域的基础研究，并在此基础上根据现有的社会结构，理性分析结核病患者群体的诊疗和防控实际，争取未来的结合治疗上能够实现治疗支出经济化、治疗进程效率化、学习曲线短程化，以期在结核病治疗领域取得更大的突破。

Table 1. Study on the anti-tuberculosis mechanism of Chinese medicine monomers and their main chemical active components

表1. 中药单体及其主要化学活性成分抗结核机制研究

基金项目

湖北省卫健委科研项目(WJ2017Z022)；湖北省卫健委中医药科研项目(ZY2019F025)；湖北省武汉卫生健康委员会重大项目(WX21M02)。

NOTES

^*通讯作者。