电针调节骨关节炎软骨细胞功能的机制探讨
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风湿病与关节炎2015年6月第4卷第6期 Rheumatism andArthritis June 2015 Vo1.4 No.6 ・37・
电针调节骨关节炎软骨细胞功能的机制探讨
陈后煌 ,邵翔 ,马玉环2郑文伟 ,叶蕻芝 ,李西海 ・学术探讨・
【摘 要】 软骨退变是骨关节炎的根本病理变化,软骨细胞功能改变在软骨退变中发挥关键作用。 软骨细胞能感受软骨基质内微环境的变化,调控软骨基质的代谢,从而适应关节的应力变化。生物学与力
学因素通过激活与软骨细胞增殖、分化和凋亡信号相关通路,参与软骨细胞功能调控。文章综合分析归纳
国内外相关文献,通过探讨电针干预骨关节炎软骨细胞增殖、分化及凋亡的作用机制,旨在为揭示电针抑
制骨关节炎软骨退变的作用靶点提供理论依据。 【关键词】 骨关节炎;电针;软骨细胞;增殖;分化;凋亡
doi:10.3969 ̄.issn.2095—4174.2015.06.01 1
骨关节炎(osteoarthritis,OA)是在力学和生物
学因素共同作用下导致软骨细胞、软骨下骨和细胞
外基质三者降解一合成正常偶联失衡的结果,是
一种常见的慢』生、进行l生骨关节疾病,并以软骨退
变为其根本病理变化…。软骨细胞是软骨中的唯
一细胞,分散于细胞外基质中,对维持软骨的完整
性以及软骨的负重功能具有重要作用。软骨细胞功
能退变是引起OA的重要因素。因此,在OA的预
防和治疗上如何减少软骨细胞的异常分化以及过度
凋亡,保持软骨细胞增殖、分化和凋亡的平衡成为
关键所在。研究表明,众多因素通过调控软骨细胞
的增殖、分化与凋亡,参与调节软骨细胞功能 J。
电针治疗OA具有副作用小、操作方便的特色与优
势,其疗效可靠 ;但电针具体机制有待于深入
研究。因此,本文以国内外相关文献为基础,探讨 电针对介导OA软骨细胞功能改变相关信号通路及
调控因子的可能作用机制。
1 电针调控软骨细胞增殖的作用机制
1.1 电针调控Wnt信号通路的作用机制wnt/
13-catenin是wnt家族中最重要的信号通路,又称
为经典的wnt信号通路,其在调控软骨细胞增殖
基金项目:国家自然科学基金(81373719);陈可冀中西医结合 发展基金(CKJ2014014) 作者单位:1.福建中医药大学中西医结合研究院,福建福州 350122;2.福建中医药大学药学院,福建福州350122;3.福建 中医药大学老年性疾病重点实验室,福建福州350122 通信作者:李西海E—mail:lixihai79dahai@163.com 过程中发挥重要的作用 J。13-catenin是经典Wnt
信号途径中的枢纽分子,在软骨细胞的形成和成熟
过程中具有重要作用 J。Wnt家族蛋白中Wnt3a
等可以激发13-catenin依赖性Ca /CaMKII/通路,
调节目标基因的转录,并通过13-catenin促进软骨
细胞增殖 。研究表明,电针可以激活Wnt/13一cat—
enin信号通路 ,提示电针可能通过调节OA软
骨中Wnt/13一catenin信号通路,上调促软骨细胞增
殖因子13-catenin、Wnt3a、Wnt9a等的表达水平,
促进软骨细胞的增殖。
1.2电针调控转化生长因子一p(TGF.p)超家族
信号通路的作用机制TGF一13超家族包括骨形态发
生蛋白(BMPs)和TGF一13两个亚家族,具有调节
细胞增殖、谱系分化、迁移和黏附等广泛的作用。
Smads介导的TGF—D信号通路对软骨细胞的增殖、
分化以及软骨基质的合成具有重要的调控作用,该 通路的转导主要通过在细胞膜上形成I型受体和Ⅱ
型受体的复合体来启动信号的发生,其中,TGF.B
受体形成的三聚体能够磷酸化胞内的Smad 2,3,
使之形成四聚体,完成向细胞核内转导信号的功
能 。TGF一131通过调节JAK.STAT信号通路,对
软骨的修复发挥重要作用,而Smad3对于TGF一131 促进软骨细胞增殖是必需的 J。研究表明,电针
可以提高关节液中TGF一131含量及软骨细胞Smad3 的表达¨ 。电针可能通过刺激OA软骨细胞中
TGF一13
1的合成和分泌,使其在软骨细胞中广泛表 ・38・ 风湿病与关节炎2015年6月第4卷第6期 Rheumatism andArthritis June 2015 Vo1.4 No.6
达,进而增加胶原和蛋白多糖的合成,促进软骨的
修复 。 1.3电针调控Hippo信号通路的作用机制Hippo
信号通路由一组保守的激酶构成,其中YAP蛋白
是衔接Hippo信号通路上下游因子的主要蛋白,
YAP负责从细胞膜到细胞核的信号传递h 。研
究表明,Hippo—YAP对细胞的增殖起正调控的作
用¨ 。同时,Hippo—YAP信号通路将信号通过各
种膜蛋白传递给YAP,后者将抗凋亡信号传递给
细胞核,进而指导抗凋亡因子Bcl一2发挥抗凋亡作
用¨ 。电针可以上调OA细胞Bcl一2的表达量¨ ,
其可能通过上调软骨中YAP的含量发挥对OA软
骨损伤的调控作用,同时,激活软骨中的Hippo.
YAP信号通路,从而促进软骨细胞的增殖。 1.4电针调控碱性成纤维生长因子(bFGF)相关
信号通路的作用机制bFGF又称为成纤维生长因
子2(FGF2),其具有的成软骨能力,可以促进
体外培养的软骨细胞中蛋白多糖和Ⅱ型胶原的表 达,加强软骨的增殖和再分化能力[16]。研究表
明,对大鼠OA模型进行电针治疗后,软骨细胞中 bFGF较未治疗组中的含量升高,软骨退变延缓 17]0
提示可能是电针治疗后恢复了软骨基质降解与合成
的平衡,从而强化了软骨的自我修复能力;也可能 是增加纤维组织增生,加速软骨裂隙的填充修补。
2电针调控软骨细胞分化的作用机制
2.1 电针调控Wnt信号通路的作用机制W 13-catenin信号通路调控着下游基因BMPs的表达
水平,BMPs通过增加下游效应因子的表达,进而
诱导增殖型软骨细胞分化为肥大型软骨细胞 。
BMP一2是BMPs家族中一个非常重要的亚型,其
激活BMP信号通路后可以活化wnt信号通路中
Wnt4等分子的表达,而后者参与了诱导软骨细 胞的分化¨ 。研究表明,电针可以上调椎问盘
细胞中BMP一2的表达量_2 。电针可能通过上调
BMP.2在OA软骨中的表达,同时激活Wnt信号
通路中Wnt4、Wntl4等促进软骨细胞分化的效应
分子,从而发挥对软骨细胞分化的正向调控作用。
2_2 电针调控TGF—B超家族信号通路的作用机制
BMP信号通过促进Sox9的表达,促进间充质干细
胞向软骨细胞分化,在软骨发生过程中起主导作
用;TGF—p信号则能抑制软骨细胞的肥大分化,维
持一定数量的未分化软骨细胞 卜 。电针可能通 过调节OA软骨中BMP信号和TGF—B信号中的关
键因子如BMP一2以及TGF.fll表达量的平衡,维
持软骨细胞的正常分化水平。
2.3电针调控PTHrP—Ihh信号通路的作用机制印
度豪猪蛋白(Indian hedgehog,Ihh)和甲状腺激素
相关肽(PTH—related peptide,PTHrP)通过负反馈
环路调节软骨内成骨过程中软骨细胞的分化,在软
骨内成骨过程中,PTHrP的主要作用是限制软骨细
胞的分化和成熟,并且对软骨内成骨细胞的生长调
节过程造成干扰,而Ihh的主要作用则是调控着软
骨细胞的肥大分化 。OA早期基质破坏轻,
软骨细胞存在活跃的增生与再生、合成与分泌。随
着病变发展,基质破坏严重以致消失,软骨细胞
的死亡与再生、基质的降解与合成之间的平衡被打
破,机体只有靠纤维组织和骨组织增生来修补软骨
的缺损。研究表明,OA软骨细胞中Ihh信号被活
化,Ihh的激活进一步促进软骨细胞肥大分化 。
BMP一2、Sox9、FGF等在PTHrP—Ihh负反馈轴中都
发挥重要的协调作用 。电针可以上调骨细胞 中BMP一2、FGF2的表达量 0 ,但其对PTHrP—
Ihh信号通路介导软骨细胞分化的调节机制尚不明
确。电针可能通过协调PTHrP—Ihh信号轴的平衡,
调节其通路上相关因子如Ihh、PTHrP、BMP一2、
Sox9及FGF等的表达,恢复基质降解与合成的平
衡,从而强化软骨的自我修复能力,也可能是增加
纤维组织增生,加速软骨裂隙的填充修补,从而发
挥对OA软骨损伤的调控作用。
2。4电针调控Notch信号通路的作用机制Notch 信号通路由Notch受体(Notchl,2,3,4)、
配体(Jaggedl,2及Delta1,3,4)和CSL蛋白
3部分组成,它通过Notch受体与配体的结合、
Notch受体的酶切活化、可溶性Notch胞内区转移
至细胞核并与CSL DNA结合蛋白相互作用,最终
调控靶基因的表达,从而在调控细胞分化,维持软
骨细胞表型,以及软骨基质代谢平衡等方面发挥
重要的作用,其调节失衡可导致0A的形成 。
OA软骨细胞中,Notchl和JAG1的表达增强 , 而JAG1是激活Notch信号通路的关键配体,其
在骨发育早期的高表达对软骨的发生具有启动作
用 。研究证实,电针能够活化Notch信号通路 ,
在OA软骨细胞损伤中,其可能通过上调Notch信
号通路关键调控因子Notchl和JAG1等的表达量,
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促进Notch信号通路在OA中的修复作用。 2.5 电针调控RhoA/ROCK信号通路的作用机制
RhoA蛋白是小分子量G蛋白家族的亚家族成员之
一,其在软骨细胞中的功能主要是通过激活Rho
激酶促进肌动蛋白聚合成应力纤维,而应力纤维的
形成被认为是软骨细胞去分化的标志 。ROCK
即Rho激酶,是RhoA下游最主要的信号分子 。
软骨细胞的去分化主要表现在软骨细胞的形态由多
角形或圆形逐步向成纤维样转变,细胞分泌特征胞
外基质的能力下调,而I型胶原的表达上调,最终
将导致软骨细胞的功能丧失 。TNF一Ⅱ诱导的退
变关节软骨中,RhoA、ROCK表达均上调,RhoA/
ROCK信号通路被激活,大量应力纤维产生,Ⅱ型
胶原、Sox9等软骨特征性表达降低,RhoA/ROCK
信号通路可能是通过抑制软骨中Sox9的表达来调
控软骨细胞的去分化,而后者是调节软骨生成的
重要转录因子。Racl和Cdc42可加速软骨细胞肥
大分化,从而抑制RhoA活性,具有拮抗RhoA/
ROCK信号通路的作用 。研究表明,电针可以 有效抑制RhoA和ROCK的表达_3 。电针可能通
过上调Racl和Cdc42在OA软骨中的表达量,抑
制RhoA/ROCK信号通路的激活,促进Ⅱ型胶原、
Sox9等在软骨中正常表达,介导软骨细胞的正常
分化。
3电针调控软骨细胞凋亡的作用机制
软骨细胞凋亡包含多条信号通路和途径,其上
游通路主要包括丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信
号通路和核转录因子(NF.rd3)通路,下游途径主
要包括:线粒体途径、死亡受体(death receptor)
途径以及内质网应激(ERS)反应凋亡途径。电针