牛膝有效成分防治骨关节炎的作用机制探讨(1)
【摘 要】 综述牛膝有效成分的药理活性及其与骨关节炎的关系，探讨牛膝有效成分治疗骨关节炎的可能作用机制，为牛膝治疗骨关节炎的研究及新药开发提供新的思路与方向。
【关键词】 骨关节炎；牛膝；多糖类化合物；皂苷类化合物；甾酮类化合物；黄酮类化合物
骨关节炎(osteoarthritis，OA)是一种以关节软骨退变、骨质增生为主要病理特征的骨关节疾病，主要是在力学和生物学因素共同作用下，引起软骨细胞、细胞外基质以及软骨下骨三者降解和合成正常偶联失衡的结果，其中细胞凋亡及关节内局部炎症因子和压力机制的改变是导致病理改变的重要因素[1]。OA属中医学“骨痹”范畴。中医药治疗OA具有较大的优势与潜力，但中药防治OA的有效物质基础和作用机制尚不清楚，已成为中医药防治OA的研究重点[2]。因此，本文以分析牛膝有效成分与OA的关系为切入点，探讨牛膝有效成分防治OA的可能作用机制，为中药治疗OA及新药开发提供新的研究思路。
1 牛膝有效成分
牛膝为苋科植物牛膝的根，广泛分布于全国各地，以河南产(怀牛膝)为道地药材。牛膝具有补肝肾，强筋骨，逐瘀通经，引血下行的功效，是中医运用补肾活血法治疗“骨痹”的常用药物，在中医药治疗OA的临床实践中得到广泛的运用。牛膝中含有多种类型化合物，包括多糖类、皂苷类、甾酮类、黄酮类、多肽类、有机酸以及各种微量元素等，在治疗OA中发挥重要作用。
2 牛膝有效成分防治OA的可能机制
2.1 皂苷类化合物的药理作用 牛膝总皂苷是牛膝中的主要活性成分，以齐墩果酸皂苷为主的五环三萜皂苷主要存在于怀牛膝中。从怀牛膝中可分离出的三萜皂苷成分有齐墩果酸、竹节参皂苷-1、人参皂苷Ro、齐墩果酸-3-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸苷、齐墩果酸-3-O-β-D-(6’-丁酯)-吡喃葡萄糖醛酸苷、齐墩果酸-3-O-β-D-(6’-甲酯)-吡喃葡萄糖醛酸苷、3-O-(β-D-吡喃葡萄糖醛酸)-齐墩果-28-O-(β-D-吡喃葡萄糖)等，大多数该类化合物都具有抗炎、抗氧化作用[3-4]。牛膝总皂苷能够有效改善佐剂导致的大鼠关节炎，一定程度上减轻关节肿胀度，抑制滑膜增生[5]，提示牛膝总皂苷对关节类疾病有一定的消炎镇痛作用。
2.1.1 牛膝总皂苷的抗炎作用 研究表明，齐墩果酸及其类似物对机体内的炎症过程具有明显的抑制作用[6]。牛膝总皂苷与桔梗皂苷同属齐墩果酸型五环三萜皂苷，且化学结构相似，其抗炎作用显著[7]。桔梗皂苷D和D3的抗炎机制是通过调控早期炎症介质，抑制前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)的产生[8-9]。牛膝总皂苷中的竹节参皂
苷-1则可能是通过减少炎症自由基生成、抑制脂质过氧化反应，从而发挥一定的抗炎作用[10]。
炎症介质通过改变代谢，影响软骨细胞基质平衡，重要参与OA的病理过程。炎症因子白细胞介素(interleukin，IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(tumour necrosis factor-α，TNF-α)是OA发生发展的首要影响因素，能通过多种途径影响软骨基质代谢过程。正常情况下，分解因子/合成因子的平衡维持着关节软骨基质的分解代谢和合成代谢的平衡。而OA发病过程中，IL-1、IL-6、TNF-α等炎症因子分泌异常，导致代谢失衡，最终诱导软骨细胞凋亡，使软骨退变，形成OA[11-12]。牛膝总皂苷不仅能够减少或抑制炎症因子的释放，使环氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)或诱导型一氧化氮合酶(iducible nitric oxide synthase，iNOS)下调到基因/蛋白水平，从而减轻或阻止炎症过程，还能抑制软骨细胞凋亡通路PI3K/AKT，提高抗细胞凋亡因子AKT，减少软骨细胞凋亡，改善OA病理[13-14]。
2.1.2 牛膝总皂苷的抗氧化作用 大多数皂苷类化合物都具有抗氧化自由基损伤和抗脂质过氧化损伤作用。在体内通过电子或质子转移直接清除或抑制自由基、作用于氧化酶和抗氧化酶、螯合钝化过渡金属离子、影响基因表达等途径联合发挥抗氧化作用[15-16]。
OA的形成与发展除与软骨胶原的含量有关以外，还与关节液中的自由基含量关系密切。自由基及其产物可促使细胞凋亡，损伤关节软骨，该过程是OA病程发展的重要机制。
一氧化氮(nitric oxide，NO)是生物体内具有高度反应的自由基，其本身对培养的软骨细胞无细胞毒性作用，且在一定的氧应激状态下对软骨细胞有保护作用。但OA患者关节液及血清中NO含量增高，同时因NO介导的软骨细胞死亡还需活性氧的参与；而自由基代谢中与OA关系最密切的是活性氧(reactive oxygen species，ROS)的代谢。OA患者的关节液中过量的氧自由基与NO都可引起软骨损伤，抑制软骨细胞增殖，促使软骨细胞凋亡，抑制软骨细胞合成胶原和蛋白多糖，加速软骨基质的降解[17]。另外，自由基通过脂质过氧反应终产物丙二醛(malondialdehyde，MDA)与DNA发生交联，或直接攻击软骨细胞DNA及合成DNA所需的酶，使DNA链断裂、碱基损害，从而影响DNA的合成[18]。牛膝总皂苷通过改变OA病变软骨组织中的抗氧化酶活性，清除或减少自由基，降低脂质过氧化物，进而促进体外软骨细胞的DNA合成，减少自由基或脂质过氧化物对软骨细胞膜的直接损害作用；维持软骨基质中蛋白多糖的正常合成功能，防止Ⅱ型胶原丢失；保护软骨组织，延缓软骨组织退变。
2.2 多糖类化合物的药理作用 牛膝多糖被认为是牛膝的第三类活性成分，是从牛膝根中提取出来的水溶性小分子多糖化合物。其相对分子质量比其他多糖类化合物小、水溶性好，所以极易被吸收，对OA具有免疫调节、软骨修复等功能。单糖组成分析表明，牛膝多糖是由果糖∶葡萄糖(8.7∶1)组成，糖链中既含有1，2-连接的果糖残基，又含有2，6-连接的果糖残基[19]。这些单糖是软骨细胞糖胺多糖(glycosaminoglycan，GAG)合成过程中的重要底物，GAG对维持软骨承重能力具有重要作用，软骨细胞合成GAG的能力是其分化的重要指标[20-21]。而在OA中，GAG合成受阻，降解增加，提示牛膝对OA的治疗作用与多糖类成分密切相关。, http://www.100md.com(林平冬 翁霞萍 刘发元 刘献祥 李西海 叶蕻芝)
【关键词】 骨关节炎；牛膝；多糖类化合物；皂苷类化合物；甾酮类化合物；黄酮类化合物
骨关节炎(osteoarthritis，OA)是一种以关节软骨退变、骨质增生为主要病理特征的骨关节疾病，主要是在力学和生物学因素共同作用下，引起软骨细胞、细胞外基质以及软骨下骨三者降解和合成正常偶联失衡的结果，其中细胞凋亡及关节内局部炎症因子和压力机制的改变是导致病理改变的重要因素[1]。OA属中医学“骨痹”范畴。中医药治疗OA具有较大的优势与潜力，但中药防治OA的有效物质基础和作用机制尚不清楚，已成为中医药防治OA的研究重点[2]。因此，本文以分析牛膝有效成分与OA的关系为切入点，探讨牛膝有效成分防治OA的可能作用机制，为中药治疗OA及新药开发提供新的研究思路。
1 牛膝有效成分
牛膝为苋科植物牛膝的根，广泛分布于全国各地，以河南产(怀牛膝)为道地药材。牛膝具有补肝肾，强筋骨，逐瘀通经，引血下行的功效，是中医运用补肾活血法治疗“骨痹”的常用药物，在中医药治疗OA的临床实践中得到广泛的运用。牛膝中含有多种类型化合物，包括多糖类、皂苷类、甾酮类、黄酮类、多肽类、有机酸以及各种微量元素等，在治疗OA中发挥重要作用。
2 牛膝有效成分防治OA的可能机制
2.1 皂苷类化合物的药理作用 牛膝总皂苷是牛膝中的主要活性成分，以齐墩果酸皂苷为主的五环三萜皂苷主要存在于怀牛膝中。从怀牛膝中可分离出的三萜皂苷成分有齐墩果酸、竹节参皂苷-1、人参皂苷Ro、齐墩果酸-3-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸苷、齐墩果酸-3-O-β-D-(6’-丁酯)-吡喃葡萄糖醛酸苷、齐墩果酸-3-O-β-D-(6’-甲酯)-吡喃葡萄糖醛酸苷、3-O-(β-D-吡喃葡萄糖醛酸)-齐墩果-28-O-(β-D-吡喃葡萄糖)等，大多数该类化合物都具有抗炎、抗氧化作用[3-4]。牛膝总皂苷能够有效改善佐剂导致的大鼠关节炎，一定程度上减轻关节肿胀度，抑制滑膜增生[5]，提示牛膝总皂苷对关节类疾病有一定的消炎镇痛作用。
2.1.1 牛膝总皂苷的抗炎作用 研究表明，齐墩果酸及其类似物对机体内的炎症过程具有明显的抑制作用[6]。牛膝总皂苷与桔梗皂苷同属齐墩果酸型五环三萜皂苷，且化学结构相似，其抗炎作用显著[7]。桔梗皂苷D和D3的抗炎机制是通过调控早期炎症介质，抑制前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)的产生[8-9]。牛膝总皂苷中的竹节参皂
苷-1则可能是通过减少炎症自由基生成、抑制脂质过氧化反应，从而发挥一定的抗炎作用[10]。
炎症介质通过改变代谢，影响软骨细胞基质平衡，重要参与OA的病理过程。炎症因子白细胞介素(interleukin，IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(tumour necrosis factor-α，TNF-α)是OA发生发展的首要影响因素，能通过多种途径影响软骨基质代谢过程。正常情况下，分解因子/合成因子的平衡维持着关节软骨基质的分解代谢和合成代谢的平衡。而OA发病过程中，IL-1、IL-6、TNF-α等炎症因子分泌异常，导致代谢失衡，最终诱导软骨细胞凋亡，使软骨退变，形成OA[11-12]。牛膝总皂苷不仅能够减少或抑制炎症因子的释放，使环氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)或诱导型一氧化氮合酶(iducible nitric oxide synthase，iNOS)下调到基因/蛋白水平，从而减轻或阻止炎症过程，还能抑制软骨细胞凋亡通路PI3K/AKT，提高抗细胞凋亡因子AKT，减少软骨细胞凋亡，改善OA病理[13-14]。
2.1.2 牛膝总皂苷的抗氧化作用 大多数皂苷类化合物都具有抗氧化自由基损伤和抗脂质过氧化损伤作用。在体内通过电子或质子转移直接清除或抑制自由基、作用于氧化酶和抗氧化酶、螯合钝化过渡金属离子、影响基因表达等途径联合发挥抗氧化作用[15-16]。
OA的形成与发展除与软骨胶原的含量有关以外，还与关节液中的自由基含量关系密切。自由基及其产物可促使细胞凋亡，损伤关节软骨，该过程是OA病程发展的重要机制。
一氧化氮(nitric oxide，NO)是生物体内具有高度反应的自由基，其本身对培养的软骨细胞无细胞毒性作用，且在一定的氧应激状态下对软骨细胞有保护作用。但OA患者关节液及血清中NO含量增高，同时因NO介导的软骨细胞死亡还需活性氧的参与；而自由基代谢中与OA关系最密切的是活性氧(reactive oxygen species，ROS)的代谢。OA患者的关节液中过量的氧自由基与NO都可引起软骨损伤，抑制软骨细胞增殖，促使软骨细胞凋亡，抑制软骨细胞合成胶原和蛋白多糖，加速软骨基质的降解[17]。另外，自由基通过脂质过氧反应终产物丙二醛(malondialdehyde，MDA)与DNA发生交联，或直接攻击软骨细胞DNA及合成DNA所需的酶，使DNA链断裂、碱基损害，从而影响DNA的合成[18]。牛膝总皂苷通过改变OA病变软骨组织中的抗氧化酶活性，清除或减少自由基，降低脂质过氧化物，进而促进体外软骨细胞的DNA合成，减少自由基或脂质过氧化物对软骨细胞膜的直接损害作用；维持软骨基质中蛋白多糖的正常合成功能，防止Ⅱ型胶原丢失；保护软骨组织，延缓软骨组织退变。
2.2 多糖类化合物的药理作用 牛膝多糖被认为是牛膝的第三类活性成分，是从牛膝根中提取出来的水溶性小分子多糖化合物。其相对分子质量比其他多糖类化合物小、水溶性好，所以极易被吸收，对OA具有免疫调节、软骨修复等功能。单糖组成分析表明，牛膝多糖是由果糖∶葡萄糖(8.7∶1)组成，糖链中既含有1，2-连接的果糖残基，又含有2，6-连接的果糖残基[19]。这些单糖是软骨细胞糖胺多糖(glycosaminoglycan，GAG)合成过程中的重要底物，GAG对维持软骨承重能力具有重要作用，软骨细胞合成GAG的能力是其分化的重要指标[20-21]。而在OA中，GAG合成受阻，降解增加，提示牛膝对OA的治疗作用与多糖类成分密切相关。, http://www.100md.com(林平冬 翁霞萍 刘发元 刘献祥 李西海 叶蕻芝)