中药促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变的研究进展.pdf

收稿日期:2022-03-24;修订日期:2022-08-28基金项目:甘肃省自然科学基金资助项目(编号:18JR3RZA077);兰州市卫生健康科技发展项目(编号:2019-050);兰州市人才创新创业项目(编号:2020-RC-67);甘肃中医药大学附属医院青年项目(编号:gzfy-2019-18)作者简介:王宜灿(1996-),男,江西籍,硕士研究生在读研究方向:中医药治疗骨性疾病通信作者:张虎林电子邮箱:892821362 文献综述中药促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变的研究进展王宜灿1,张虎林2,汪小敏2,王亮1,杨超强1(1.甘肃中药大学,甘肃兰州 730000;2.甘肃中药大学附属医院,甘肃兰州 730000)摘要:椎间盘退变(intervertebral disc degeneration,IDD)是引发腰痛常见的一种退变性疾病,IDD 发生发展的主要原因是髓核细胞受损,自噬作为一种自然的、受机体调节的溶酶体降解途径,通过去除受损的蛋白质和功能失调的细胞器发挥保护作用,对髓核细胞的功能发挥极其重要。近年来,自噬相关基因、蛋白及相关通路陆续被发现和命名,以此更好地引导 IDD 的治疗进展。越来越多研究发现,中药防治 IDD 优势明显,疗效确切,调节髓核细胞自噬水平已成为中药防治 IDD 新的研究方向。因此,本文参考最新相关文献,对中药促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变的研究进展进行综述,为将来临床的诊治和预后研究提供新的思路。关键词:椎间盘退变;髓核细胞自噬;中药;信号通路;信号蛋白中图分类号:R681.5 文献标识码:A 文章编号:1005-7234(2023)04-0680-03DOI:10.3969/j.issn.1005-7234.2023.04.052 椎间盘退变(intervertebral disc de-generation,IDD)是一种以慢性炎症和进行性细胞死亡为特征的退行性疾病1。研究发现,自噬对 IDD 起到保护作用,激活自噬可能是一种有效的治疗方法2。目前,IDD 的治疗方式主要为保守治疗和手术治疗,虽能有效减缓患者临床症状,但是无法改变或逆转 IDD的进展,因此,开发一种能够预防或控制 IDD 进展的有效药物尤为必要3。近年来,研究发现天然草药提取物因其抗凋亡和抗炎作用以及最小的副作用而被用于治疗临床疾病4。因此,本文就中药促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变方面展开综述,期待为临床诊治和预后研究提供新的方法。1 自噬概述自噬是为了维持细胞内稳态,降解和再循环利用细胞成分的过程5。自噬主 要 受 自 噬 相 关 基 因(autophagyrelated genes,Atg)控制,在典型的生理条件下,Atg 蛋白以较低的水平表达;然而,在应激条件下,Atg 蛋白的激活促进自噬体的形成和成熟,自噬体包裹需降解的细胞器、蛋白质和微生物6。然后,自噬体与溶酶体结合,降解细胞废物并释放其成分供细胞再次利用7。近年来研究发现,可以通过自噬相关蛋白质、信号通路来调节自噬。自噬过程中参与相关蛋白有 Beclin1、LC3、p62等,自噬相关通路有 PI3K/AKT/mTOR、AMPK 和 SIRT1 等。2 自噬与 IDD过往研究证实,自噬参与了 IDD 的进展8,且越来越多的研究表明自噬可以通过降低 IDD 期间细胞的凋亡率发挥保护作用9,而髓核细胞中的自噬激活 在 其 中 弱 化 了 细 胞 凋 亡10-11。Zheng 等12研究发现,与对照组相比,亚精胺处理组的 LC3-II 表达增加,自噬体数量增加,p62 水平降低,以此推断亚精胺可以通过自噬保护大鼠髓核细胞免受凋亡,并改善 IDD。江立波等13的研究中,在细胞自噬在对饥饿环境下椎间盘髓核细胞发挥保护作用时,通过统计自噬囊泡数量来衡量自噬,发现与对照组相比,EBSS 诱导的髓核细胞出现自噬囊泡,但是 3-MA(自噬抑制剂)抑制后,细胞自噬囊泡显著减少,表明饥饿能诱导大鼠椎间盘髓核细胞发生自噬,髓核细胞在饥饿环境中受到自噬的保护。Jiang 等14研究发现,低剂量的氨基葡萄糖可促进髓核细胞中 LC3-II/LC3-I 比率和 Beclin-1 的剂量增加。然而,在高浓度的氨基葡萄糖环境下,氨基葡萄糖可以通过抑制 m-TOR 途径显著激活髓核细胞的自噬;相反,则会增加髓核细胞死亡。综上,自噬可以通过保护髓核细胞来延缓 IDD 进展,但是并不是自噬亢进就会对髓核细胞有利,但临床上可以通过人为干预自噬达到延缓 IDD 的目的。3 中药延缓椎间盘退变自噬3.1 中药及中药提取物随着对中药的研究日渐深入,学者们逐渐发现众多中药及中药提取物可通过调控自噬相关蛋白及自噬相关通路的机制作用于髓核细胞的自噬,从而延缓 IDD。从中药姜黄中可以提取出一种姜黄素,万俊锋等15体外原代培养患者椎间盘髓核组织,发现相比于对照组,使用姜黄素后可以显著增加髓核细胞内的自噬颗粒数、细胞自噬关键蛋白 LC3和 Beclin1,降低 p62 蛋白水平,从而改善椎间盘微环境,抑制髓核细胞凋亡,进而延缓 IDD。LI 等16研究黄芩根的主要成分黄芩素对小鼠脊髓损伤后细胞凋亡的影响及机制时发现,与对照组相比,黄芩素组的 p62 表达降低,自噬体数量显著增加,结果表明小鼠脊髓损伤后细胞的凋亡可被黄芩素显著逆转,其机制为黄芩素通过PI3K 信号通路增加小鼠脊髓损伤后细胞自噬水平,从而抑制小鼠脊髓损伤加重。柚皮苷是中药提取的一种主要类086颈腰痛杂志 2023 年第 44 卷第 4 期 The Journal of Cervicodynia and Lumbodynia 2023,Vol.44 No.4黄酮,Chen 等17研究发现,与对照组相比,柚皮苷显著增加了经 TNF-处理的髓核细胞中 LC3 和 Beclin-1 的表达,且通过自噬激活上调人类髓核细胞中的自噬通量,并抑制了 p62 的表达,其机制为柚皮苷通过刺激 p-AMPK 和SIRT1 信号通路的自噬恢复来保护IDD。柚皮苷保护经 TNF-处理的人髓核细胞作用最强,主要表现在柚皮苷减轻 TNF-诱导的人髓核细胞炎症,抑制了 TNF-诱导的人髓核细胞氧化应激和线粒体功能障碍,抑制了 TNF-诱导的人髓核细胞凋亡。芹菜素是一种天然类黄酮,可从中草药中提取。Xie 等18通过研究发现芹菜素逆转了TBHP 诱导的 p62 表达上调和 LC3-II/LC3-I 比率,同时发现芹菜素促进自噬通量,以此改善大鼠 IDD 进展。其机制是芹菜素通过 AMPK-mTOR 信号通路恢复靶向 TFEB 信号通路水平的自噬通量,对 TBHP 诱导的髓核细胞凋亡、衰老和 ECM 降解发挥保护作用。白藜芦醇是一种中药提取物,Gao 等19通过研究发现,与对照组相比,白藜芦醇促进并增加自噬相关标记物 Beclin-1 和LC-3 的表达。但当 3-MA 抑制细胞自噬时,其表达水平显著降低,其机制是白藜芦醇通过 PI3K/Akt 信号通路促进髓核细胞的基质生物合成,激活细胞自噬。此外,Wang 等20研究发现,白藜芦醇通过激活 SIRT1/AMPK 信号通路促进了髓核细胞的自噬,且白藜芦醇被证实可以促使自噬相关蛋白 LC3 表达增加,使自噬水平得到提高21。3.2 中药注射液及复方中药注射液方便携带、储存,已经广泛用于临床。中药复方多为经典药方,近些年陆续被用于中药促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变的研究中。刘汝银等22从大鼠椎间盘中分离并培养SD 大鼠原代髓核细胞,将椎间盘髓核细胞放于 400 umol/L H202浓度环境处理,以此使髓核细胞氧化损伤,再用当归注射液预处理细胞发现能够抑制其凋亡,证实当归注射液促进髓核细胞自噬可能是通过抑制 AKT/mTOR 信号通路而发挥作用,抑制髓核细胞凋亡可能是通过阻断线粒体凋亡功能实现,且与400 umol/L H202单独处理相比,当归注射液预处理进一步使 AKT、mTOR 信号通路的磷酸化减少,这表明当归注射液能够增加髓核细胞的自噬。益气活血方由地龙、黄芪、当归、藁本、防己、威灵仙、川芎组成,具有益气、活血、祛瘀、通络功能。Dai 等23研究发现,益气活血方诱导的自噬减弱了炎症因子的释放,不仅通过激活上游蛋白 AMPK,而且通过上调 LC3 水平、促进 Beclin1-VPS34 复合物的形成以激活自噬,以此延缓了针刺大鼠椎间盘退变的进展。但当使用 3MA(一种针对 VPS34 的PI3K 抑制剂)后,发现 Beclin1-VPS34复合物的表达减少,加速了 IDD。活血补肾方由独活、杜仲、槲寄生、熟地黄、川芎、当归、赤芍、牛膝组成24,姚啸生等24通过研究发现,与对照组相比,活血补肾方可以通过抑制 mTOR 依赖性信号通路,增加自噬相关蛋白 beclin-1及 Ic-3b 表达水平,从而提高椎间盘内细胞自噬,延缓了大鼠 IDD。补肾活血方由乌头、地黄、巴戟天、丹参和桔梗组成,Gao 等25研究发现补肾活血方下调了 p62 的水平,上调了 LC-3II/LC-3I和 beclin-1 的水平,增加自噬流量以此延缓 IDD,其机制是补肾活血方通过激活 AMPK/SIRT1,促进 ECM 合成并抑制髓核细胞凋亡。枳壳甘草汤主要由枳壳、甘草、当归、丹参、三棱、莪术、牵牛子组成,该方的主要作用是活血化瘀,通过改善神经根的局部微环境来缓解患者的疼痛。Sun 等26研究发现,槲皮素是枳壳甘草汤最重要的生物活性成分,槲皮素可以通过多种途径延缓IDD 的 进 展,例 如 增 加 Beclin1 和LC3II/I 表达,促进自噬小体和自噬溶酶体的增加,降低 p62 水平和减少凋亡蛋白 Bax,其机制是槲皮素通过抑制TBHP 诱导的大鼠 NPC 中 p38MAPK/mTOR 激活来改善自噬,从而减少细胞凋亡和 ECM 降解27。槲皮素可促进SIRT1 依赖性自噬,预 防 IDD28,在IDD 中的作用是通过 Nrf2/NF-kB 轴实现的29。综上,中药、中药提取物、中药注射液及复方可以通过促进自噬延缓 IDD,但是目前对中药促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变的研究大多停留于动物实验,需要进一步深入研究才能达到指导临床的目的,且其具体机制仍未完全阐明,还需要进一步深入研究。4 小结与展望IDD 归属于中医学“痹症”、“筋痹”范畴,自古治疗经验丰富,但是其具体作用机制一直未揭开。而中医药在祖国医学疾病的治疗中发挥着重要作用,随着现代医学研究,发现其可以通过促进髓核细胞自噬来延缓 IDD,但是也存在一些问题,如:近年来,自噬相关基因、蛋白及信号通路陆续被发现和命名,并以此引导 IDD 的治疗,但以此为切入点的药物靶点设计尚未展开。自噬被证实有双面性,适量自噬可延缓 IDD,过量或不足会加剧 IDD,如何使自噬可以一直发挥积极作用延缓 IDD,需要对更多的分子机制展开更详细的研究。中药可以通过促进髓核细胞自噬来延缓 IDD,但是相关研究相对较少,按照中医的辨证论治和整体观理论,仅靠一味中药治疗 IDD 的效果有限,需要多味药物共同治疗使其效果更加显著,希望有更多的复方能够被投入到自噬与 IDD 研究中。临床实验证实,中药可以明显促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变,但对中药促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变的机理仍然缺乏认知。希望今后能够将中医理论规范指导中药深入研究自噬延缓 IDD,对药物靶点及其分子机制能够进一步深入研究,相信随着现代研究的不断深入,中药促进髓核细胞自噬延缓椎间盘退变的药物靶点及分子机制必将日趋明确及完善。参考文献:1 Galluzzi L,Pietrocola F,Levine B,et al.Meta-bolic control of autophagyJ.Cell,2014,159(6):1263-1276.2 Ye D,Liang W,Dai L,et al.Moderate fluidshear stress could regulate the cytoskeleton ofnucleus pulposus and surrounding inflammatorymediators by activating the FAK-MEK5-ERK5-cFos-AP1signaling pathway J.DisMarkers,2018,2018:9405738.3 Zhang S,LiangW,AbuliziY,etal.Quercetin alleviates intervertebral disc degener-ation by modulating p38 MAPK-Mediated auto-phagy J.BiomedResInt,2021,2021:6631562.4 Kang L,Xiang Q,Zhan S,et al.Restoration186颈腰痛杂志 2023 年第 44 卷第 4 期 The Journal of Cervicodynia and Lumbodynia 2023,Vol.44 No.4of autophagic flux rescues oxidative damage andmitochondrial dysfunction to protect against in-tervertebral disc degeneration J.Oxid MedCell Longev,2019,2019:7810320.5 Klionsky DJ,Abdelmohsen K,Abe A,et al.Guidelines for the use and interpretation ofassays for monitoring autophagy(3rd edition)J.Autophagy,2016,2(1):1-222.6 Mizushima N,Komatsu M.Autophagy:reno-vation of cells and tissuesJ.Cell,2011,147(4):728-741.7 Ponpuak M,Mandell MA,Kimura T,et al.Secretory autophagyJ.Curr Opin 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