查尔酮及衍生物在关节炎中的治疗潜力

Therapeutic Potential of Chalcone and Derivatives in Arthritis

摘要: 查尔酮及其衍生化合物广泛来源于甘草、骨碎补、红花、明日叶和三叶漆等天然植物的提取物。现代药理学研究表明查尔酮及其衍生化合物具有广泛的药理活性，包括抗炎、减弱细胞的凋亡、延缓软骨的侵蚀、抑制破骨细胞和促炎因子的表达、降低关节炎的疼痛水肿等。在骨关节炎、痛风性关节炎、二氧化钛引起的关节炎、类风湿性关节炎等常见疾病中通过NF-κB、RANKL-RANK-TRAF6、PI3K/AKT、JAK/STAT等不同的信号通路观察到其治疗效果。通过分析归纳有关查尔酮及其衍生化合物的大量文献，对其在关节炎疾病中药理作用及其机制的研究进展进行综述，期望为其进一步应用于关节炎疾病的研究提供理论依据，为今后合理应用提供参考。

Abstract: Chalcone and its derivative compounds are widely derived from extracts of natural plants such as licorice, bone marrow, safflower, bright leaf and trichocarpus lacryma. Modern pharmacological studies have shown that chalcone and its derivative compounds have a wide range of pharmacological activities, including anti-inflammatory, attenuating apoptosis, delaying cartilage erosion, inhibiting the expression of osteoclasts and pro-inflammatory factors, and decreasing the pain and edema of arthritis. Its therapeutic effects have been observed in common diseases such as osteoarthritis, gouty arthritis, titanium dioxide-induced arthritis, and rheumatoid arthritis through different signaling pathways such as NF-κB, RANKL-RANK-TRAF6, PI3K/AKT, and JAK/STAT. By analyzing and summarizing a large amount of literature on chalcone and its derivative compounds, we reviewed the research progress of their pharmacological effects and their mechanisms in arthritis diseases, with the expectation of providing theoretical basis for their further application in arthritis diseases, and providing references for their rational application in the future.

1. 引言

关节炎是因炎症、感染、创伤、退化或其他因素引起的一系列疾病，表现为以关节及关节周围组织炎性病变，有关节的红、肿、热、痛、功能障碍及关节畸形等症状[1] [2]。截至目前，我国关节炎患者人数超过1亿人，且呈逐年上升趋势[3]，成为严重影响我国居民生命健康的疾病之一，近年来受关注程度越来越高[4]。部分病情严重的患者可致关节残疾，其生活质量也受到影响[5]。若治疗的过程中出现误诊、漏诊导致患者未得到最佳的治疗，将会对患者预后产生严重的影响[6]。临床上代表性关节炎有类风湿关节炎、痛风性关节炎、骨关节炎、化脓性关节炎、二氧化钛引起的关节炎等。近年来的研究逐渐重视这些疾病中炎性细胞因子的研究，包括白介素家族系列中多种炎性因子和肿瘤坏死因子-α (TNF-α)等多种因子[1]。并且发现中药在关节炎疾病的治疗方面发挥了重要作用。中药作为一个复杂体系，涉及NF-κB、PI3K/AKT、JAK/STAT等多个信号通路，从整体上调节机体平衡和内环境稳定[7]，这使得它们在治疗上具有优势。它们不仅能够促进血管的生成[8]，还能发挥抗炎、抗氧化的作用[9]，从而达到治疗关节炎疾病的效果[10]。因此从天然中药产物中发现并且能够分离出新活性单体已经成为发现新药物的重要来源。然而临床治疗中对控制关节炎疾病治疗手段不足，需要新的药物治疗，并且药物治疗的相关作用机制需要进一步的完善。本文通过总结查尔酮及其衍生物在关节炎疾病中的药理作用及其相关机制，为未来新药物开发提供参考，为进一步合理开发利用提供理论支持。

2. 查尔酮概述

查尔酮是一种开链黄酮类化合物[11]，存在于柑橘类水果、蔬菜、补骨脂、甘草、红花、明日叶等自然界中的天然化合物中，该化合物也是许多天然类黄酮和异黄酮的合成前体，其常见的次生代谢物[12]包括甘草查耳酮A、异甘草素、龙血素A、羟基红花黄色素A、Butein、马里苷、反式查尔酮、豆蔻素等。其柔性的分子结构含有α、β双键和不饱和羰基结构，因此其衍生化合物(橙皮苷甲基查耳酮、天然吡喃查耳酮衍生化合物、查耳酮–黄酮异二聚体)的柔性分子结构可以与各种各样的受体相结合，体现出多种生物学活性，如抗肿瘤、抗炎、免疫抑制，受到医学界和药学界的广泛关注。现对其抗炎活性和抗炎作用机制进行总结，为开发新型有效治疗关节炎的药物提供新思路。

3. 查尔酮在不同关节炎中的研究进展

3.1. 骨关节炎

骨关节炎(OA)是最常见的致残性关节疾病。该病的发生与肥胖、衰老、炎性反应以及创伤等多种因素有关。正常的关节表面有一层光滑组织，主要用来保证关节活动顺畅，而老年人关节软骨磨损变薄，关节边缘形成骨刺，进而引发骨关节退行性病变[13] [14]。因此老年人的膝关节的软骨缺陷更常见，骨关节炎的发病也更为多见[15]。该病的病理特征为软骨下骨的增殖和关节软骨的退化[16]。从组织学上看，OA的异常包括软骨纤维化、骨裂和剥脱、蛋白多糖丢失、软骨细胞死亡或增殖以及骨赘形成。通过X线摄影，OA的主要解剖异常是关节和半月板软骨的丧失(反映在关节间隙狭窄)、骨赘形成、骨硬化和骨囊肿，病理性骨轮廓改变和关节错位。据统计发现，全世界有数百万人患有这种疾病，并因此致残[17]。随着人类预期寿命的延长，预计其患病率和发病率也将上升[18] [19]。

橙皮苷甲基查耳酮(HMC)是由黄酮橙皮苷(橙皮苷-7-鼠李糖苷)甲基化产生的合成黄酮类化合物，具有抗炎镇痛的生物学效应[20]。Rasquel-Oliveira FS等人发现HMC在酵母多糖诱导的关节炎模型中降低了机械性过敏和膝关节水肿、白细胞募集和促炎细胞因子水平，起到了镇痛和抗炎药的作用[21]。

甘草查耳酮A (LicoA)是从乌拉尔甘草中分离出的查耳酮，具有抗炎、抗凋亡、抗癌和抗氧化等多种生物效应[22]。Yan Z等人研究发现在脂多糖(LPS)诱导OA模型中发现LicoA对软骨细胞具有保护作用，体外实验证明Lico A可降低NLRP3、细胞凋亡相关斑点样蛋白(ASC)、加斯皮明D (GSDMD)、半胱氨酸蛋白酶(Caspase)-1的表达，表明Lico A减弱LPS诱导的软骨细胞凋亡；还可以通过增强蛋白聚糖和胶原蛋白-II的表达改善细胞外基质(ECM)的降解；并且通过核因子红细胞-2相关因子2/血红素加氧酶-2/核因子κ-B (Nrf2/HO-1/NF-κB)轴来抑制炎症反应。体内Lico A减轻了OA的进展并降低了OA国际研究协会(OARSI)评分[23]。Lico A通过缓解细胞凋亡，抑制炎症反应从而达到治疗OA的治疗效果。

研究过程中发现前列腺素E2 (PGE2)、一氧化氮(NO)等因子对于OA的发生发展密切相关[24]。Jia T等人通过实验证明Lico A还可以对白细胞介素-1β (IL-1β)诱导的PGE2和NO的产生有明显的抑制作用，明显抑制骨关节炎的进程[25]。

龙血素A (Loureirin A，化学名4’-羟基-2,6-二甲氧基二氢查尔酮)是树脂类药材龙血竭的主要活性成分，具有明显的抗炎生物活性[26]。研究表明骨关节炎的产生多与软骨的ECM过度降解有关[27]。Hu SL等人证实可以用Loureirin A抑制了基质金属蛋白酶-9 (MMP-9)的表达，引起ECM的降解，导致IL-1β刺激的ECM中蛋白聚糖和II型胶原蛋白的降解被逆转，抑制了关节炎的进展[28]。

异甘草素(ISL)又名2,2,4-三羟基查尔酮，是一种从甘草中提取的天然类黄酮，具有抗炎、抗凋亡和抗血管生成的生物学活性[29]。Ji B等人研究发现ISL提高润滑蛋白表达水平，降低了胶原蛋白X (Col X)、基质金属蛋白酶-13 (MMP-13)的表达，还减少了异常活动性软骨下骨的重塑，其中包括降低小梁模式因子(Tb.pf)和增加骨量/组织体积(BV/TV, %)和软骨下骨板(SBP)厚度，并且能够降低RANKL-RANK-TRAF6单通路诱导的破骨形成，通过间接抑制TGF-β释放来防止异常骨形成，抑制MMP-2在软骨下骨中表达，发挥抗血管生成作用[30]。说明ISL通过抑制软骨下骨的骨吸收和血管生成保护了关节软骨，从而减缓OA的进展。另一项研究发现ISL对IL-1β刺激的软骨细胞样ATDC5细胞具有抗炎和抗凋亡作用[31]，表明异甘草素通过抑制炎症反应减缓OA的发病进展。

羟基红花黄色素A (HSYA)是来源于中药红花的主要活性成分，属于醌式查尔酮类化合物，具有抗炎、镇痛和抗氧化等功效[32]-[35]。Hu ZC等证明了HSYA抑制IL-1β诱导促炎细胞因子NO和PGE2的过量产生。此外，HSYA通过降低金属蛋白酶(MMPs)和血小板反应蛋白基序5 (ADAMTS5)的表达来减弱IL-1β诱导的ECM降解。另一项研究发现HSYA能够抑制IL-1β诱导的NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)级联的激活，并且与HSYA与p65、细胞外信号调节激酶(ERK)、p38和c-Jun N端激酶(JNK)具有很好的结合能力[36]，表明HSYA对OA患者具有保护作用。

Butein (2’,3,4,4’-四羟基查尔酮)是一种天然存在于漆树、骆驼尾巴、芳香红木心材和腰果茎皮等植物中的查尔酮类化合物，具有抗氧化、抗炎等多种生物学活性[37]-[39]。Zheng W等人研究显示Butein能够显著抑制IL-1β诱导的NO和PGE2的产生，抑制了骨关节炎的进展。在体内，经Butein治疗后表现出较少的Safranin O损失、软骨侵蚀和较低的OARSI评分，并且减少了软骨下骨板厚度因此缓解了滑膜炎[40]。因此Butein抑制对骨关节炎的发展体现出了明显的抑制作用。

综上所述，多项研究表明查尔酮及其衍生物可以抑制炎症因子的产生。其机制可能是与查尔酮类化合物通过NF-κB信号通路抑制炎症相关因子的生成有关，但是具体的作用机制尚未得到精准的研究，需要继续探索。

3.2. 痛风性关节炎

痛风性关节炎(GA)是尿酸单钠晶体(MSU)沉积于关节部位而引发的急、慢性炎症和组织损伤的一种代谢性疾病，嘌呤代谢紊乱和(或)尿酸排泄减少而导致的高尿酸血症与其发生有直接的关系[41]。患者受累的关节会出现红肿热痛，并伴有乏力、发热等症状[42] [43]。关节造影可用于早期检测关节软骨上的晶体沉积。在滑膜液中，即使未检测到细胞内尿酸盐结晶，在偏振显微镜下检测到尿酸盐结晶也是痛风的证据[44]。MSU是一种重要的促炎因子，它可以激活炎性细胞的趋化性，加速炎性级联反应，促进炎性细胞因子及介质的合成和释放，加速炎症的进展[45]。疾病发展过程中由于大量晶体沉积而对骨骼和软骨造成不可逆的损害，最终可导致身体残疾[46]。根据世界卫生组织的调查数据表明，痛风在成年人中的患病率为3.9%，在我国的发病率大约为1.1%，且其患病率呈现明显上升和年轻化趋势[47]。近些年通过对GA发病机制、解剖学特征的不断深入研究，寻求新药已经成为热点，具有抗炎作用的中药逐步进入人们的视线，其包含的化合物可以有效防治痛风性关节炎，由于成分天然、不良反应少，引起了研究者的广泛关注[48] [49]。这些研究成果也为临床治疗GA提供了新的方向。

反式查尔酮(1,3-二苯基-2-丙烯-1-酮)是一种查尔酮类化合物前体，具有抗炎和抗氧化等生物活性[50]-[52]。Staurengo-Ferrari L等人观察到在体内反式查耳酮抑制MSU诱导的机械痛觉过敏、水肿和白细胞募集，缓解了MSU诱导的氧化应激，并且能通过抑制NF-κB信号通路以达到减少了体内MSU诱导的IL-1β和白细胞介素-6 (IL-6)，从而降低了炎症小体成分NLRP3 (冷冻蛋白)、ASC (含有CARD的细胞凋亡相关斑点样蛋白)和Caspase-1，抑制了关节的炎症[53]。反式查耳酮通过抑制炎症因子，抑制炎症反应从而达到治疗GA的治疗效果。

豆蔻素(2’,4’-二羟基-6’-甲氧基查耳酮)是从高良姜种子中分离出的查耳酮，据报道具有抗炎和抗氧化特性[54]。有研究证实了MSU晶体可触发促炎细胞因子IL-1β的产生，在这一过程中Caspase-1参与IL-1β的形成[55]-[57]。同时受到MSU晶体的刺激，炎症小体NLRP3被动释放，而NLRP3的释放又促进了Caspase-1活化[55]。在这个过程中环氧合酶-2 (COX-2)作为一种维持炎症的关键酶参与其中[58]。Wang CC等人证实了豆蔻素通过降低了Caspase-1的活性来抑制促炎细胞因子IL-1β的产生和释放，从而显著减弱了MSU刺激的COX-2生成，表现出豆蔻素对痛风性关节炎的治疗作用[59]。

炎症小体NLRP3通过NF-κB信号通路进行表达[60]。Ruiz-Miyazawa KW等人通过实验证实了HMC在痛风关节炎中通过抑制NF-κB信号通路，减弱了炎症小体NLRP3的表达，表现出抗炎作用，而非直接作用于炎症小体[61]。

黄嘌呤氧化酶(XO)是催化黄嘌呤和次黄嘌呤在体内氧化成为尿酸的关键酶[62]。尿酸被认为是一种废物，当高浓度存在时，会导致痛风型关节炎[63]。Yang TH等首次揭示了漆树科三叶漆的可以提取分离出的6种查耳酮–黄酮异二聚体Termipaniculatones A-F，Termipaniculatones A-F等通过与Glu802，Arg880，Thr1010和Val1011残基相互作用，很好地定位在XO的活性位点，抑制XO的生物学活性，因此Termipaniculatones A-F通过靶向定位降低高尿酸血症患者中的XO活性，并减轻MSU诱导的关节肿胀，降低了痛风患者的疼痛感[64]。首次揭示了三叶漆的提取物具有抗高尿酸血症和抗急性痛风性关节炎的效力。

因此，查尔酮及其衍生物具有抑制痛风性关节炎的进程，其调节机制可能与NF-κB、RANKL-RANK-TRAF6等通路有关，通过抑制信号通路以达到抑制IL-1β、IL-6、COX-2等炎症因子从而抑制了痛风性关节炎的发展，并且对痛风性关节炎的愈后有重要的效用，但是具体的机制仍有待未来的研究。

3.3. 类风湿性关节炎

类风湿性关节炎(RA)是一种常见的慢性自身免疫性疾病，其典型症状为滑膜炎、血管翳、软骨及关节侵蚀、关节强直等，可致患者行动不便，严重时可致残[65] [66]。主要表现为对称性、周围性的多关节慢性炎性疾病，影像学结果显示，膝关节RA病变对关节软骨病变累及范围较广，病变程度较高，对内、外侧半月板损伤存在一致性，且在疾病晚期半月板结构残存较少或已完全消失[67]。

吡喃查耳酮是一类丰富的类黄酮，在自然界中分布广泛，具有强效抗炎的药理活性[68]。Li X等证明了天然吡喃查耳酮衍生化合物(E)-3-(3,4-二甲氧基苯基)-1-(5-羟基-2，2-二甲基-2H-色烯-6-基)丙-2-烯-1-酮(5b)，具有防止关节水肿和关节炎的作用。Li X等人通过实验证明5b通过抑制NF-κB达到抑制了iNOS、COX-2、TNF-α、IL-6和IL-1β的表达，以及抑制LPS与巨噬细胞中Toll样受体4 (TLR4)结合从而产生NO和PGE2。并且5b还抑制IL-1受体相关激酶(IRAK)的降解以及JNK和ERK的激活[69]。因此5b通过抑制巨噬细胞中的TLR4，NF-κB和ERK/JNK达到抑制了iNOS、COX-2、TNF-α、IL-6和IL-1β的表达的作用，表现出对类风湿性关节炎发挥治疗剂作用。

补骨脂乙素(IBC)是一种天然查耳酮化合物，中药补骨脂中主要活性成分之一[70]。据前期报道称IBC具有抗菌、抗氧化和抗肿瘤等多种药理作用[71]。Wang S等人报道称IBC通过磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶(PI3K/AKT)和JAK/STAT信号通路调节细胞增殖和存活，发挥其抗类风湿关节炎作用[72]。

综上所述，查尔酮类化合物可以抑制风湿性关节炎，其相关的作用机制比较清晰，查尔酮类化合物作用的信号通路包括NF-κB、PI3K/AKT、JAK/STAT，但是具体的机制有待进一步的研究。

3.4. 二氧化钛引起的关节炎

关节成形术是用骨科假体代替功能失调的关节，从而恢复关节功能[73]。关节功能受损和慢性疼痛会降低患者活动能力；因此，患者的整体生活质量受到影响。在严重病例中，需要关节成形术，从部分到全部用假体替换功能失调的关节[74]。患者在使用关节假体后，由于长期的关节活动造成的磨损碎片，从而产生无菌性炎症[75]。佩戴过程中释放出二氧化钛是其中碎屑成分之一，触发假体周围组织中的免疫反应[76]-[78]。Goodman SB等人定义了二氧化钛引起的关节炎的特征是中性粒细胞和单核细胞募集、软骨退化、关节水肿和疼痛[79]。

Artero NA等通过实验证明了HMC抑制白细胞募集和膝关节氧化应激达到降低机械性痛觉过敏，降低热痛觉过敏和关节水肿并且能抑制髌骨蛋白聚糖降解；还能减少促炎细胞因子的产生。因此，HMC可以减少关节成形术后佩戴假体时释放成分二氧化钛引发的关节炎[80]。

总之，多项研究表明查尔酮类化合物抑制髌骨蛋白聚糖降解和白细胞募集以及膝关节氧化应激，减少了炎症细胞因子的产生，从而减轻二氧化钛引起关节炎的关节炎疼痛水肿和膝关节特有的氧化应激反应，但是具体的信号通路尚未得到精确研究，需要继续探索。

3.5. 化脓性关节炎

化脓性关节炎是由化脓性细菌感染引起关节的破坏及功能丧失，细菌侵入关节及邻近组织的内感染疾病，常见于膝关节和髋关节，临床症状常表现为受累关节红、肿、热、痛等症状[81]。金黄色葡萄球菌、白色葡萄球菌、淋病奈瑟菌、肺炎链球菌和肠道杆菌等均可以引起化脓性关节炎[82]。化脓性细菌引起的关节炎其中一部分是由于LPS导致的[83]，LPS是革兰氏阴性细菌产生的，对组织提供持续的炎症刺激的内毒素[84]。

马里苷是两色金鸡菊头状花序中分离得到的，其全称为奥卡宁-4’-O-吡喃葡萄糖苷，具有明显的抗氧化、抗病毒、抗炎等多种有益的生物活性[85] [86]。研究发现，马里苷是两色金鸡菊黄酮类化合物的主要活性成分之一，为查尔酮主要的葡萄糖苷[87]。Li Y等人实验证明了马里苷通过抑制NF-κB信号通路抑制LPS诱导的破骨细胞前体RAW264.7细胞的形成，同时破骨细胞的形成和促炎细胞因子的表达降低[88]。因此抑制NF-κB信号通路，降低破骨细胞前体RAW264.7细胞的形成，保护了关节，马里苷可能是一种潜在治疗细菌诱导骨破坏疾病的药物。

综上所述，多项研究表明查尔酮类化合物可以抑制破骨细胞和促炎因子的表达。其机制可能与查尔酮类化合物通过NF-κB信号通路抑制破骨细胞的生成能力和降低促炎细胞因子的表达有关，具体的信号通路尚未得到精确研究，需要探索。

4. 讨论

目前对于关节炎的治疗包括手术关节镜下冲洗清理术、截骨术、关节置换术、开放式手术、关节腔灌洗术；物理疗法包含红外线疗法、日光浴疗法、水疗、传导热疗法、射频疗法、低频疗法、拔罐疗法、磁疗、电疗等；药物治疗包括口服以对乙酰氨基酚为主的消炎镇痛药、硫酸软骨素、非甾体抗炎药，关节腔注射玻璃酸钠、糖皮质激素、透明质酸、医用几丁糖、自体富血小板血浆等[89]-[93]。目前对于关节炎的治疗手段有限，但关节炎的发病机制又十分复杂，因此关节炎的治疗仍然是临床所面对的难题。前期这些研究已经证实了各种查尔酮及其衍生物通过对炎症因子、信号通路等的调节，从而提高对各种关节炎的抑制作用。近几年通过深入的研究与开发，国内外研究人员共同发现从天然的植物中提取查尔酮并通过其优良的分子机构衍生其化合物对关节炎疾病的治疗有了新的提高。这种新型的药物开发可能成为未来治疗关节炎的发展方向。目前的研究表明，查尔酮及其衍生物可以通过调节NF-κB信号通路，抑制炎症因子的产生与表达，减缓各类关节炎的进展。查尔酮及其衍生物在关节炎疾病中的潜在应用将极大的改善患者的临床症状，提高患者的生活质量，减低患者医疗经济负担和残疾风险并且显著影响着关节炎未来的治疗。虽然对查尔酮及其衍生物的药理作用的研究已经取得了一些成果，但是其更为详细具体作用机制尚且不清楚。除了抑制炎症因子的产生，查尔酮类化合物还以哪些其他方式抑制关节炎的进展？查尔酮类化合物及其衍生物作用的信号通路除了NF-κB、PI3K/AKT、JAK/STAT等，还存在哪些信号通路是没有发现的？在各类型的关节炎的发展过程中，查尔酮及其衍生物作用的机制还有哪些未发现的？这些问题需要在以后的实验中进一步研究。

研究表明查尔酮及其衍生物对关节炎的治疗确实有效，如果其药理作用和临床适应症保持不变，则查尔酮类药物的应用对关节炎的治愈将会有重要的意义，但是其衍生化合物的稳定性和毒性尚且需要加强进一步的研究。总之，查尔酮及其衍生物通过抑制关节炎的相关炎症因子和信号通路来提高关节炎的治疗潜力。查尔酮及其衍生物的这些药理活性为未来的关节炎的临床治疗和预防提供了新的思路和方向，并且具有非常重要的应用价值，但是所涉及的详细的作用机制需要更为详尽的研究。

NOTES

^*通讯作者。