丹参酮IIA治疗大骨节病的潜在机制探讨

Exploration of the Potential Mechanisms of Tanshinone IIA in the Treatment of Kashin-Beck Disease

摘要: 大骨节病(Kashin-Beck disease, KBD)是一种以关节软骨病变为主的地方性疾病。属中医“痹症”范畴，其发生发展与瘀血密切相关。中药以其价格低廉、疗效安全，属于天然性植物药，越来越受到研究者的关注，丹参酮IIA (Tanshinone IIA, Tan IIA)是中药丹参的主要有效成分，具有抗炎、保护软骨细胞外基质(ECM)、抗血小板聚集、抗血栓形成等作用，对多种痹症有效，目前尚未有丹参酮IIA应用于大骨节病的研究，本文探讨了丹参酮IIA可能应用于大骨节病的潜在机制，以期为大骨节病的治疗提供新的思路。

Abstract: Kashin-Beck disease (KBD) is a regional disease primarily characterized by articular cartilage lesions. It falls under the category of “bi syndrome” in traditional Chinese medicine, and its development is closely related to blood stasis. Chinese herbal medicine, known for its low cost and safe efficacy, is increasingly gaining the attention of researchers as a natural plant-based remedy. Tanshinone IIA (Tan IIA), the main active ingredient in the Chinese herb Danshen, possesses anti-inflammatory properties, protects the extracellular matrix (ECM) of chondrocytes, prevents platelet aggregation, and inhibits thrombus formation, among other effects. It has been effective against various types of bi syndrome. To date, there has been no research on the application of Tanshinone IIA in the treatment of Kashin-Beck disease. This article explores the potential mechanisms by which Tanshinone IIA could be applied to Kashin-Beck disease, with the aim of providing new perspectives for its treatment.

1. 引言

大骨节病(Kashin-Beck disease, KBD)是一种慢性、地方性、变形性的好发于儿童和青少年的骨关节疾病([1], p. 1)。KBD主要侵犯软骨细胞，致使深层软骨细胞坏死程度比表层软骨细胞坏死程度重，导致骨骺闭合过早，严重影响患儿的生长发育[2]。Ying Zhang等人将KBD儿童样本与对照组对比发现，KBD不同区域的细胞数量均较对照组减少，而在KBD中深层细胞数量比中层、上层细胞数量要少[3]。有研究显示KBD在中国的总体患病率为0.06%，东北、西北和西南地区是其主要流行地区，虽然在过去的十几年中，KBD的发病率已经得到有效控制，但目前中国大骨节病的患病人数仍达17万人以上，KBD一旦发展到晚期，患者几乎完全丧失工作能力和生活自理能力，严重影响他们的生存质量，给家庭和社会带来沉重的经济负担[4] [5]。因此即使在KBD得到有效控制的情况下，继续研究该病对于改善患者临床症状、延缓疾病进程、提高生存质量及降低经济负担仍然具有重要意义。目前KBD的病因尚未完全明确，无特效治疗方法，故国内的治疗主要参照骨关节炎(osteoarthritis, OA)的治疗方案([1], p. 2)。甾体类(Corticosteroids, CS)和非甾体类抗炎药(Nonsteroidal Anti-inflammatory Drugs, NSAIDs)作为用于治疗OA的药物，也同样适用于治疗KBD。CS和NSAIDs虽然可以有效缓解患者疼痛，但是有多种不良反应且疗效欠佳([6], p. 1)。因此具有多种药理作用的天然植物类药物越来越成为研究热点[7]。丹参酮IIA (Tanshinone, TanIIA)是中药丹参的主要脂溶性成分，具有抗炎、保护软骨组织等功效[8]。现将丹参酮IIA用于治疗KBD的潜在机制进行综述，以期为KBD的治疗方案提供新的思路。

2. KBD的病因病机

目前多数研究认为KBD的病因主要与环境因素：低硒(Se)、T-2毒素中毒与基因共同作用有关[9]。KBD的研究虽然已经有170多年的历史，但至今发病机制仍未完全阐明，软骨细胞过度凋亡、软骨细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)代谢失衡、促炎症因子等因素均参与KBD的发生发展过程[10]。软骨细胞过度凋亡是KBD发病过程中的一个重要表现，有研究表明KBD患者关节软骨细胞的凋亡率显著高于健康人群关节软骨细胞的凋亡率[11]。正是由于软骨细胞的过度凋亡导致补充软骨细胞外基质的能力减弱，且KBD患者软骨中分解胶原和多聚蛋白聚糖的降解酶(基质金属蛋白酶，MMPs)表达增加或活性增强，二者共同加速了软骨细胞外基质的丢失[12]。促炎因子白细胞介素(IL)-1β和肿瘤坏死因子(TNF)-α在KBD患者软骨、滑膜、滑液和血清中的水平显著高于健康人群，其中(IL)-1β对软骨和软骨细胞外基质均有负向作用[13]。此外，KBD属中医学“痹症”范畴。清·林佩琴《类证治裁·痹证》云：“久而不痊，必有湿痰败血瘀滞经络[14]。”清·王清任《医林改错》中认为“瘀血致痹[15]。”中医学所述“瘀血”其实质相当于现代医学所说的瘀血、血栓形成、血栓栓塞和内出血等血液循环障碍[16]。可见瘀血与KBD的发生发展也密切相关。

3. 丹参酮IIA在痹症中的研究

丹参首载于《神农本草经》，谓之：“主心腹邪气，……破癥除瘕”，列为上品[17]，为唇形科植物丹参的干燥根及根茎，具有活血祛瘀、通经止痛、清心除烦、凉血消痈的功效[18]。丹参酮IIA是丹参的主要脂溶性成分，具有抗炎、抗血小板聚集、抗血栓形成、抗氧化活性和神经保护等作用[19]。目前研究表明丹参酮IIA在多种“痹症”的治疗中显示出良好的效果及应用前景。在OA方面，洪瑛等人将不同浓度的TanIIA和致炎因子白细胞介素1β (IL-1β)同时处理小鼠原代软骨细胞，发现TanIIA能够明显抑制IL-1β对核因子κB (Nuclear Factor-Kappa B)的激活作用，进而缓解软骨的炎症反应，起到保护软骨的作用[20]。在类风湿性关节炎(Rheumatoid Arthritis, RA)方面，彭秋伟基于丹参酮IIA是清热活血方治疗RA的主要有效成分之一，通过体内外实验证明了丹参酮IIA可有效改善AIA (Autoimmune Inflammatory Diseases, AIA)小鼠的关节症状，抑制破骨细胞分化，缓解RA骨破坏[21]。在痛风方面，岳虎通过实验发现，丹参酮IIA能够改善痛风性关节炎的发生发展，在MSU诱导的痛风性关节炎大鼠模型中，丹参酮IIA能够抑制血清中IL-1β的产生，并减少关节组织内caspase-1的活性，从而抑制NLRP3炎症小体的激活[22]。综上所述，丹参酮IIA在骨关节炎、类风湿性关节炎和痛风的研究中均显示出良好的效果，为丹参酮IIA应用于KBD的研究奠定了坚实的科学基础。

4. 丹参酮IIA治疗KBD的潜在机制

4.1. 抗炎作用

韩莉欣等将国内外检测KBD患者血清中IL-1β和TNF-α水平的文献进行Meta分析，结果显示KBD患者血清中的IL-1β和TNF-α水平均显著高于健康人[23]。这说明炎症因子是导致KBD的重要因素。NF-κB是一种具有免疫调节和炎症反应的信号通路，可被多种刺激激活从而引发炎症反应[24]。在KBD中可观察到NF-κB信号通路的异常反应，一方面，该信号通路的激活参与诱导了炎症蛋白IL-1β和IL-6的表达，继而导致软骨在KBD过程中的降解[25]。另一方面，β抑制蛋白2 (β-arrestin2)是NF-κB的上游细胞因子，其表达可抑制NF-κB的激活，丹参酮IIA不仅可以直接抑制NF-κB信号通路的激活，而且能间接通过上调β-arrestin2的表达来抑制NF-κB信号通路，从而发挥抗炎的作用抑制软骨降解([26], p. 1)。

4.2. 保护软骨细胞外基质(ECM)作用

软骨细胞外基质的代谢失衡是KBD发生发展过程中的重要因素。软骨ECM主要是由胶原蛋白和多聚蛋白聚糖等大分子等构成，关节软骨细胞分泌软骨ECM，软骨ECM支持营养关节软骨细胞，二者互相依赖和互相调节[27]。软骨ECM受多种因素影响，其中由IL-1β诱导软骨细胞生成的基质金属蛋白酶(Matrix Metalloproteinases, MMPs)-1、MMP-13和聚蛋白多糖酶(aggrecanase, ADAMTS)-5会导致软骨ECM成分的加速降解，且IL-1β会直接抑制蛋白多糖和II型胶原蛋白的合成([26], p. 2)，有研究通过动物实验发现大骨节病和骨关节炎的软骨细胞外基质的降解存在差异，实验结果显示KBD软骨组织中细胞外基质总量和II型胶原蛋白丢失比OA软骨组织多[28]。这说明抑制ECM和II型胶原蛋白的丢失在KBD的治疗过程中显得尤为重要。丹参酮IIA能逆转MMP-1、MMP-13的高表达且能升高蛋白多糖和II型胶原蛋白的表达，从而抑制软骨ECM的减少从而缓解软骨的进行性降解([6], p. 2)。更有研究发现丹参酮IIA能显著升高基质金属蛋白酶抑制剂-1 (Matrix Metalloproteinase Inhibitor 1, TIMP-1)的表达，有效减少软骨ECM的丢失[29]。另外，Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)信号通路中β-catenin蛋白的表达可促使多种降解酶的生成，导致软骨ECM的降解和软骨损伤，而Wnt的表达可使II型胶原蛋白的含量增加。有研究发现对培育的软骨细胞加入不同浓度丹参酮IIA，观察其中软骨细胞II型胶原蛋白的变化及β-catenin蛋白的表达情况，结果发现丹参酮IIA组的II型胶原蛋白量均较对照组升高，且丹参酮IIA浓度越高II型胶原蛋白也越高，Western Blot检测结果显示β-catenin蛋白条带随浓度的增加而变窄，推测丹参酮IIA可通过下调Wnt/β-catenin信号通路增加II型胶原蛋白的生成同时抑制降解酶的生成以缓解软骨降解[30]。综上所述，丹参酮IIA通过抗炎和保护软骨ECM的作用以缓解软骨降解用于防治KBD。

4.3. 改善血液循环障碍及骨内压的作用

KBD属中医学“痹症”范畴，与瘀血密切相关，丹参酮IIA是中药丹参的有效成分之一，活血化瘀的功效突出，因此探讨改善关节软骨局部血液循环障碍以防治KBD。深层关节软骨坏死是KBD的基本病理变化。关节软骨本身没有血液供应，其供养主要来源于关节腔内滑膜分泌的滑液，而滑液与关节局部的血液微循环有关，如果微循环出现障碍影响到关节滑液，会造成关节软骨的营养障碍，同时如果关节周围因各种原因出现微血栓，造成血液循环不畅，微循环灌注不足，又会造成关节缺血缺氧[31]，与此同时，骨内静脉瘀血会造成骨内高压，骨内高压可使分泌滑液的滑膜血流量变少，血液循环障碍导致滑膜分泌不正常的滑液，关节软骨因此受到损害[32]。因此改善关节软骨局部的血液循环障碍对抑制关节软骨的坏死有重要作用。一方面，丹参酮IIA可抗血小板聚集以改善血液循环障碍。研究表明丹参酮IIA可以抑制血小板聚集的机制与常用抗血小板药物氯吡格雷的药理机制一致[33]；张泽文[34]等把血小板分为未处理组、凝血酶组和TanIIA组，检测结果显示，TanIIA组可抑制Ｇ蛋白及相关信号分子的基因转录和表达，且随浓度越高抑制越明显，表明TanIIA可抑制血小板活化。另一方面，丹参酮IIA可抗血栓形成。周娟[35]等使用大剂量肾上腺素联合冰水浴制作大鼠急性瘀血模型，观察丹参酮IIA静脉乳剂对其血液流变学的影响，结果显示丹参酮IIA静脉乳剂可以降低血液粘滞度、减少红细胞的聚集，改善红细胞的变形能力，抑制血栓形成；郭冬[36]等采用均匀设计，研究丹参酮IIA、丹参素、川芎嗪和阿魏酸四种成分对ADP诱导的大鼠和人血小板聚集的影响，结果发现这四种成分均能抗血小板聚集及抗血栓形成。综上丹参酮IIA可通过抗血小板和抗血栓形成来抑制关节软骨局部的血液循环障碍和骨内高压，从而缓解关节软骨因缺乏营养而导致的坏死。

5. 小结

目前KBD的发病机制未明，治疗主要参照骨关节的治疗方案，因此探寻其他的治疗方法有助于为KBD提供更好的治疗。中药在骨关节炎的防治中因其价格低廉、疗效安全，且是天然类植物药越来越受到人们的关注[37]。丹参酮IIA是丹参的主要有效成分，因具有抗炎、保护软骨组织等作用，已经应用于防治OA的基础研究中，效果明确[8]，而KBD与OA同属骨关节疾病，都存在关节软骨的损伤[38]，这为丹参酮IIA应用于KBD的研究奠定了基础。KBD属中医学“痹症”范畴，瘀血是其重要的病理因素，因此探讨将具有抗血小板聚集和抗血栓形成的丹参酮IIA用以防治KBD具有一定的理论基础。故本文从抗炎、保护软骨ECM、抗血小板聚集和抗血栓形成等作用探讨了丹参酮IIA用于研究KBD的可能性及治疗的潜在机制，同时为丹参酮IIA新的应用研究提供理论资料。

基金项目

黑龙江省中医药管理局国医大师学术思想传承科研课题(ZHY2023-154)。

NOTES

^*通讯作者。