中藥調控JAK/STAT信號通路治療骨關節炎的研究進展*

劉曉婷， 光佳如， 宮玉鎖， 元寶華， 祿成龍， 陳緒帆， 張碧峰

（1甘肅中醫藥大學中醫臨床學院，甘肅，蘭州 730000；2寧夏回族自治區體育科學技術中心運動醫學研究與運動康復診療室，寧夏 銀川 750001；3甘肅省中醫院創傷骨科，甘肅 蘭州 730000；4甘肅中醫藥大學附屬醫院骨科，甘肅 蘭州 730000）

骨關節炎（osteoarthritis， OA）涵蓋了多部位病變，包括關節軟骨、韌帶、關節囊和滑膜組織等病變，產生骨贅和骨硬化等現象，致使關節軟骨受損。OA主要表現為關節間隙狹窄、滑膜炎癥、軟骨重塑和分解，伴隨著關節周圍肌肉組織發生改變。OA主要發生在膝、髖、手和脊柱等部位，臨床表現以關節的慢性疼痛、局部腫脹僵硬伴活動受限，甚至影響關節功能活動，影響患者日?；顒樱?］。調查顯示，OA的主要風險包括年齡增長、女性、肥胖、遺傳、關節生物力學和關節損傷或因職業重復使用關節和關節錯位［2-3］。OA的發病機制與關節軟骨的破壞息息相關，Janus激酶（Janus kinase， JAK）/信號傳導及轉錄激活因子（signal transducer and activator of transcription， STAT）信號通路是傳導細胞內信號最重要的通路之一，主要調節細胞增殖、分化和凋亡［4］。機體內的炎癥因子表達可激活JAK/STAT信號通路，參與軟骨細胞的病理生理活動，JAK/STAT信號通路有望成為治療OA的靶點［5-6］。中藥治療OA具有獨特優勢。本文就JAK/STAT信號通路的特點與OA之間的關聯，對中藥單體、有效成分和中藥復方調控該信號通路治療OA的機制進行歸納闡述。

1 JAK/STAT信號通路概述

JAK/STAT通路具有信號轉導和基因轉錄活化子蛋白的雙重作用，在細胞凋亡、增殖分化、機體免疫功能和炎癥反應中具有關鍵地位，參與多種機體功能活動［7］。JAK/STAT信號通路主要由酪氨酸激酶相關受體、JAK和STAT三部分構成，在該通路中，個體成分相互作用，細胞內受體激活與細胞外配體結合，導致受體的構象改變，使細胞內相關的JAK、STAT蛋白受體復合物磷酸化，影響基因轉錄［8］。

JAK家族主要存在于機體組織之間，分為JAK1、JAK2、JAK3和TYK2四個成員。該家族具有介導信號間傳導、發揮細胞因子與受體結合等作用，干預多種細胞因子和生長因子［如表皮生長因子、干擾素γ（interferon-γ， IFN-γ）［9］和白細 胞 介素家 族］的 表達［10］。STAT家族是JAK的下游目標，分為STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B和STAT6七個家族成員，參與蛋白之間的相互作用并增強轉錄活性，其中Src同源結構域2（Src homology 2， SH2）是大多數STAT抑制劑的作用靶點［11］。JAK/STAT信號通路通過促進細胞因子介導的細胞激活，與特定表面受體結合，激活的信號通路能夠協調細胞外信號反應，從而產生連貫的轉錄結果，支持免疫、生長等基本功能［12］。

2 JAK/STAT信號通路對OA的影響

2.1 JAK/STAT信號通路與OA相關炎癥因子 JAK/STAT信號是調控細胞增殖分化、基因表達［13］等相關細胞因子的重要通路。體內炎癥反應、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）和基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases， MMPs）的失調，致使關節軟骨細胞及周圍組織的正常結構和功能發生改變和破壞［14］。相關細胞因子及多種蛋白表達通過調控JAK/STAT信號通路與OA疾病發展過程中炎癥反應、血管生成、細胞外基質降解和軟骨細胞凋亡等聯系緊密［15-16］。多種炎癥細胞因子參與OA疾病發展過程，其中白細胞介素1β（interleukin-1β， IL-1β）在OA患者血清和關節液中的表達增強，刺激軟骨細胞［17］，而IFN-γ可調控IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α， TNF-α）的生成，維持體內穩態平衡，預防周圍組織受損。

IL-1β是OA反應中最主要的促炎和分解代謝細胞因子，可降低細胞活力，常誘導軟骨細胞中IL-6和TNF-α等炎癥因子表達增強，促進JAK和STAT3磷酸化表達，加重炎癥反應并誘導細胞凋亡［18］。IL-6是預測OA疾病發生的重要指標，可加重OA局部關節滑膜病變和軟骨退變［19］，通過調控JAK2/STAT3通路表達參與痛覺傳導，同時激活磷酸化STAT3（phosphorylated STAT3， p-STAT3）蛋白水平進一步升高，導致JAK2激活并刺激炎癥因子分泌，加重機體炎癥反應［20］。IL-6表達下調后，JAK2/STAT3通路中蛋白磷酸化表達明顯下降［21-22］。肉桂的主要有效成分是桂皮醛，OA大鼠經桂皮醛干預后，血清中IL-1β誘導的IL-6、IL-8和TNF-α表達水平及細胞中JAK2和STAT3蛋白磷酸化水平降低，提示桂皮醛可減輕OA大鼠滑膜組織增生、關節組織病變及損傷，抑制JAK/STAT信號通路的活性［23］。五味溫通除痹膠囊由姜黃、桂枝、淫羊藿、茯苓和黃芩組成，治以健脾溫陽、散寒止痛、通利關節之用。OA大鼠經五味溫通除痹膠囊灌胃后，IL-6含量降低，IL-10水平上調，滑膜組織 中JAK2、STAT3、磷 酸 化JAK2（phosphorylated JAK2， p-JAK2）和p-STAT3蛋白水平顯著下降，JAK/STAT信號通路激活受到抑制，促炎細胞因子水平降低，從而使炎癥反應減輕［24］。

IFN-γ是JAK/STAT通路中的經典信號途徑，具有誘導和維持炎癥的雙重性，可上調JAK和STAT蛋白磷酸化水平，降低細胞活力，還具有調節免疫、抑制VEGF生成等作用。通痹膠囊可下調OA大鼠細胞中IFN-γ、IL-1、TNF-α和IL-6的表達，降低JAK和STAT蛋白磷酸化水平，明顯減輕大鼠炎癥反應［25］。

2.2 JAK/STAT信號通路與OA血管化 VEGF是重要的促血管形成因子之一，屬血小板生長因子家族，主要有促進內皮細胞增殖分化、遷移和浸潤，調控血管生成的作用［26］。VEGF可維持內皮細胞功能，增加血管通透性，刺激JAK/STAT信號通路活性，其介導的關節軟骨內血管生成是OA發病機制中的關鍵因素之一［27］。OA患者機體內發現血管形成因子及炎癥介質成分，致使血管基底膜加速分解，促進新生血管［28］。漢防己甲素是中藥漢防己的主要有效成分，具有祛風濕、抗炎、止痛等作用。漢防己甲素可降低OA大鼠中JAK2、p-JAK2、STAT3和p-STAT3蛋白水平，減少VEGF表達，抑制JAK/STAT信號通路激活，從而減輕滑膜炎性浸潤，抑制血管新生，減輕大鼠炎癥反應［29］。

2.3 JAK/STAT信號通路與OA蛋白酶 MMPs是鋅依賴性內肽酶，主要作用于細胞外基質蛋白修復合成和降解，MMPs蛋白被破壞會導致細胞組織間被破壞、纖維化、癌癥侵襲轉移等［30-31］。在OA發生過程中軟骨細胞外基質中多種膠原蛋白逐漸分解，造成軟骨細胞損傷，誘導其凋亡，發生關節退行性病變［32］。研究顯示，嚴重感染反應可誘發機體內JAK/STAT信號通路激活，MMP-9表達水平升高，血清中JAK1、JAK2和STAT蛋白水平提高，炎癥因子明顯增加［33］。桂枝芍藥知母湯由桂枝、附子、麻黃、防風、白術和甘草等組成，治以祛風除濕、溫經散寒、清熱滋陰之效，可抑制OA小鼠體內MMP-1、MMP-3、MMP-9和MMP-13的表達，下調JAK2和STAT3蛋白生成，抑制JAK/STAT信號通路，減少滑膜增生及血管翳生成，減輕炎癥細胞浸潤和關節軟骨破壞，且劑量越大依賴性越強［34］。

3 中醫對OA的認識

OA在中醫臨床診療中多參考中醫學的“痹證”“骨痹”范疇，好發于中老年人與氣血虧虛、風寒濕痹侵襲、筋肉骨節失去溫煦濡養相關，治療以補腎溫陽、祛風除痹、活血化瘀為原則?！端貑枴け哉撈肥状蚊鞔_指出風、寒、濕等外邪是引起痹證的主要因素，以氣滯血瘀、濕熱阻絡、肝腎虧虛、氣血不足、風寒濕痹證等分型最為常見［35］。

中藥治療OA的優勢在于根據中醫理論對不同證型的患者進行具體化治療，內外結合，標本兼施，恢復陰陽平衡，改善患者的整體狀態，提高患者的生活質量。中藥治療OA歷史悠久，可多靶點、多方向的發揮優勢，中藥單體及有效成分和中藥復方通過激活JAK/STAT信號通路治療OA療效良好，相關實驗研究報道也逐漸增加，具有一定的研究價值。本文就中藥通過JAK/STAT信號通路相關細胞因子表達的調控作用進行了總結，旨在為中藥治療OA提供方向，為后續研究方向提供參考。

4 中藥基于JAK/STAT信號通路治療OA

4.1 中藥單體及有效成分 薯蕷皂苷元由三萜類化合物衍生而來，屬于甾醇類化合物。薯蕷歸脾、肺、腎經，治以利水消腫、活血化瘀之效，具有保護血管內皮、降低血糖血脂、抑制病菌和病毒活性、抗炎、增加成骨細胞活性及抑制破骨細胞增殖等作用［36］。劉軍等［37］的研究表明，薯蕷皂苷元可通過升高p-JAK2和p-STAT3水平，抑制P53活性，有效減少OA大鼠體內因線粒體氧化應激損傷導致的軟骨細胞凋亡，激活JAK2/STAT3信號通路，減少炎癥介質IL-1和IL-6的產生，減輕炎癥反應，發揮防治OA的作用。

千金拔屬廣西道地藥材，其性平，味甘、微澀，具有補益肝腎、通經活絡、強壯腰膝之功。染料木素是千金拔的主要有效成分之一，具有抗炎鎮痛和預防血栓形成等作用，常用于因腎虛導致的腰膝酸軟、風寒外邪所致骨痹寒濕、外傷跌損等方面［38］。胡炯等［39］通過染料木素灌胃OA大鼠后發現，染料木素能顯著降低OA大鼠血清中MMP-13和TNF-α水平，進一步減少IFN-γ和IL-6的生成，明顯抑制了炎癥反應。染料木素通過調控JAK2/STAT3信號通路，明顯提高p-JAK2、p-STAT3、B細胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma-2， Bcl-2）蛋白水平，同時降低Bcl-2相關X蛋白（Bcl-2-associated X protein， Bax）水平，阻止OA病理發展過程中軟骨細胞的凋亡。染料木素能延緩OA大鼠軟骨退變，改善關節軟骨代謝水平和結構功能，保護軟骨細胞，使其逐漸恢復到正常關節軟骨水平。

杜仲性甘溫，歸肝腎兩經，治以補益肝腎、強筋骨之效。研究發現杜仲有降血脂、降血糖、抑制細菌、抗病毒、利尿等作用，以及對骨細胞的增殖作用。楊德猛等［40］的研究發現，OA大鼠血清中JAK1和p-STAT3蛋白水平升高，其中軟骨組織中的細胞因子信號傳送阻抑因子3（suppressor of cytokine signaling 3， SOCS3）是STAT3信號的直接靶點［41］，SOCS3蛋白的表達下降會導致STAT3信號的過度興奮，引起關節炎癥反應［42］。杜仲醇提取物灌胃給藥可明顯抑制OA大鼠JAK1/STAT3通路激活和SOCS3蛋白水平的表達，促進SOCS3蛋白水平表達，大鼠血清中MMP-13、IL-6、IL-1β和TNF-α水平顯著下調，減輕炎癥反應，預防和延緩OA發展，減輕OA大鼠的骨破壞，促進成骨細胞增殖，減輕關節軟骨損傷。

青蒿有青蒿素類、青蒿琥酯、青蒿多糖等多種主要有效成分，臨床可用于骨蒸勞熱、瘧疾寒熱、抗炎等。青蒿琥酯具有高效的抗瘧作用，還有抗炎、免疫調節、抗腫瘤等作用［43］，具有吸收快、分布廣、耐受性好、代謝與排泄快的特點。沙力塔娜提·烏爾曼別克等［44］對OA小鼠模型以不同濃度青蒿琥酯腹腔注射后發現，青蒿琥酯可抑制關節軟骨下異常的骨吸收現象，減緩軟骨退變，通過JAK/STAT通路抑制機體內IL-1β、TNF-α和IL-6等炎癥細胞因子的產生，轉變OA相關骨骼變化，抑制破骨細胞活性，減輕OA小鼠疼痛和炎癥反應，預防關節軟骨再次受損。

山茱萸為山茱萸科植物的一種成熟果肉，具有補益肝腎、生津止渴的功效，多用于治療遺精滑精、腰膝酸痛等癥。山茱萸新苷Ⅰ為山茱萸的主要有效成分，可以促進大鼠成骨和軟骨細胞的增殖［45］，有利于修復早期OA受損的軟骨。李虎業等［46］的研究表明，山茱萸新苷Ⅰ干預OA大鼠后IL-6、IL-1β、TNFα、MMP-13、p-JAK2及p-STAT3的表達水平均顯著下降，山茱萸新苷Ⅰ可延緩OA誘導的軟骨組織退變，干預JAK2/STAT3信號通路介導的炎癥反應，減少細胞外基質和關節軟骨破壞，延緩機體關節內OA誘導的軟骨退變，明顯對OA模型大鼠具有保護作用。

毛蕊花糖苷是肉蓯蓉和熟地黃等中草藥的主要成分，歸屬于苯乙醇苷類化合物，具有良好的抗氧化及抗炎活性，主要應用于抗腫瘤、鎮痛等方面。Qiao等［47］通過手術刺激大鼠誘發OA，4周后對OA大鼠腹腔注射毛蕊花糖苷（100 mg/kg）發現，毛蕊花糖苷可抑制IL-1β誘導的IL-6、IL-12、TNF-α和IFN-γ等炎癥因子在JAK/STAT信號中的活性，調節軟骨細胞增殖，同時抑制細胞凋亡。毛蕊花糖苷治療可以抑制OA大鼠滑膜組織中炎癥因子的產生并保護軟骨，在今后的臨床應用中可作為一種對抗療法進行藥物治療OA患者。

姜黃性溫味苦，歸肝脾經，有活血化瘀、行氣止痛之用。姜黃素是姜黃的主要活性成分，屬于二酮類化合物，安全性較高。李旭升等［48］通過腹腔注射姜黃素至OA小鼠后發現，姜黃素通過激活JAK2/STAT3信號通路以降低OA小鼠軟骨細胞的凋亡，提高線粒體抗氧化能力，上調單核細胞，抑制釋放溶菌酶、巨噬細胞及其粘附分子，明顯降低炎癥因子IL-1和IL-6的表達，增強細胞抗氧化功能，抑制軟骨細胞凋亡，維持關節內滑液環境穩定。姜黃素具有明顯的抗炎、抗氧化等作用，可減輕OA患者疼痛癥狀、改善關節功能和患者生活質量，已成為潛在的抗OA藥物之一。姜黃素及其衍生物可以減緩OA的病理進展，調節免疫功能，減弱炎癥因子活力，減輕炎癥反應等，發揮軟骨保護作用。

黃芪為豆科植物蒙古黃芪的干燥根。黃芪的主要活性成分是黃芪多糖，可抑制細胞凋亡，減輕軟骨細胞損傷［49］，具有明顯的抗炎抑菌、抗病毒、免疫調節、雙向調控血糖和保護神經組織等作用。高偉靜等［50］的研究表明，黃芪多糖能明顯增強OA內軟骨細胞活力的機制可能是通過上調cyclin D1和Bcl-2表達并下調P21、cleaved caspase-3和Bax表達，提高Bcl-2/Bax比值，還可以通過干預JAK2/STAT3通路，上調p-JAK2和p-STAT3表達，提高p-JAK2/JAK2和p-STAT3/STAT3比值，以增強OA軟骨細胞活力，抑制其凋亡。

最早由中藥延胡索中發現的延胡索酸，其衍生物延胡索酸二甲酯又名富馬酸二甲酯，具有抗炎、抗氧化、保護軟骨、減少炎癥因子表達等作用［51］。富馬酸二甲酯對OA大鼠軟骨細胞中JAK2/STAT3信號及其線粒體抗氧化應激能力和炎癥反應的影響進行初步研究，發現富馬酸二甲酯能激發JAK2/STAT3信號通路，提高JAK2和STAT3的磷酸化水平，修復琥珀酸脫氫酶復合體A亞基（succinate dehydrogenase complex subunit A， SDHA）和細胞色素C氧化酶亞基1（cytochrome C oxidase subunit 1， COX1）的抗氧化應激水平，減少細胞凋亡，保護軟骨細胞完整。同時抑制炎癥因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表達，有效減輕炎癥反應，進一步保護關節，在未來的研究中具有長遠的應用潛力［52］。

白藜蘆醇是一種非類黃酮多酚化合物，由葡萄皮和花生中提取而來，對OA具有抗細胞凋亡、抗炎和抗氧化作用。白藜蘆醇通過調控JAK2/STAT3信號，干預高脂飲食OA小鼠，降低小鼠組織中瘦素和MMP-13的表達水平，從而抑制軟骨細胞基質降解［53］。實驗研究白藜蘆醇干預軟骨細胞和巨噬細胞的促炎作用發現，白藜蘆醇具有提高p-STAT3水平的能力，并且顯著抑制IL-1、IL-6和IL-1β的分泌，降低巨噬細胞中STAT3的活性，改善炎癥破壞的關節軟骨和周圍骨組織［54］。

中藥單體及其有效成分治療OA的具體作用機制總結詳見表1。

表1 中藥通過調控JAK/STAT信號通路緩解骨關節炎的作用機制Table 1.The mechanism of traditional Chinese medicine （TCM） in remission of osteoarthritis by regulating JAK/STAT signaling pathway

4.2 中藥復方 右歸丸由熟地黃、鹿角膠、杜仲和肉桂等藥物組成，此方用陰中求陽之意，以溫腎補陽、益精填血［55］。通過觀察右歸丸干預OA大鼠，包程公等［56］發現，右歸丸可提高JAK2、STAT3、Bcl-2和B淋巴細胞瘤xL（B-cell lymphoma-xL， Bcl-xL）的表達，激活JAK2/STST3信號通路，抑制細胞凋亡，減輕OA大鼠骨和軟組織損傷。顏春魯等［57］發現，右歸丸降低STAT3和IL-6在蛋白水平上的表達，軟骨細胞分布偶見不均，可明顯減輕OA大鼠的關節軟骨退變，抑制OA中軟骨組織的炎癥反應。

復方竹節參片由竹節參、當歸、白芍和青風藤等中藥組成，治以補益肝腎、活血行氣、祛風除痹之效。彭名行等［58］研究發現，采用復方竹節參片懸液對OA兔膝關節進行關節腔注射，OA兔血清中IL-6及滑膜組織中JAK2、p-JAK、STAT3和細胞外信號調節激酶1（extracellular signal-regulated kinase 1， ERK1）的表達水平均顯著下降，說明該中藥復方可通過抑制JAK/STAT信號通路，減少軟骨細胞的破壞，減輕OA炎癥反應。

新止骨增生丸由熟地黃、骨碎補、雞血藤和牛膝等組成，全方共奏補益肝腎、強筋壯骨、通絡止痛之效。金連峰等［59］對實驗兔予以新止骨增生丸懸液經口灌胃后發現，經新止骨增生丸干預的OA兔血清中JAK2和p-JAK2蛋白表達水平出現不同程度降低，TNF-α和IL-6的表達水平顯著降低，即新止骨增生丸通過抑制JAK/STAT通路減輕關節軟骨細胞的破壞，緩解OA炎癥反應。

養血柔筋方由黨參、牛膝、當歸、丹參和獨活等中藥組成，具有養筋骨、補氣血等功效。以養血柔筋方干預OA新西蘭兔后發現，養血柔筋方通過調控JAK2/STAT3信號通路，進一步激活IL-10的表達，減輕JAK2和STAT3磷酸化水平，修復受損的關節軟骨，同時減少IL-1β、IL-6和MMP-13的表達，增加轉化生長因子β1和II型膠原蛋白表達水平，減輕炎癥反應，減少關節軟骨的降解，最終顯示OA兔軟骨組織結構逐漸恢復，纖維排列有序，OA兔的軟骨受損情況明顯減輕［60］。

中藥復方治療OA的具體作用靶點及機制總結詳見表2。

表2 中藥復方通過調控JAK/STAT信號通路緩解骨關節炎的作用機制Table 2.The mechanism of Chinese herbal compound in remission of osteoarthritis by regulating JAK/STAT signaling pathway

5 結語與展望

綜上所述，實驗對象機體內IL-6和IL-1β等炎癥因子及VEGF和MMPs等通過JAK/STAT信號通路均發生了不同程度的細胞損傷、細胞凋亡和炎癥反應等作用，說明JAK/STAT信號通路在OA的疾病發展進程中具有重要的機制影響。中藥治療OA的經驗由來已久，療效顯著，是近年來治療OA的熱門方向與治療趨勢。中藥單體及有效成分和中藥復方干預OA，通過調控JAK、STAT、IL-6、IL-1β、TNF-α、IFN-γ、VEGF、MMP-3、MMP-13等相關蛋白的表達水平，降低炎癥因子分泌，減輕機體炎癥反應，抑制細胞凋亡，減輕機體軟骨細胞損傷，延緩軟骨進一步退變，以此逐步達到延緩OA發展病程，為中醫藥防治OA患者提供明確的方向。

現階段，中藥通過該信號通路治療OA患者的研究仍存在不足，目前研究趨勢表明中藥單體及復方多以補益肝腎、祛風除痹藥物為主，對于清熱利濕、活血化瘀、補氣升陽的藥物，尚存在研究內容少、具體機制及現代藥理論證不充足的缺點。另一方面，部分方藥組成中多采用龜甲、鹿角膠等貴重藥材，長期服用患者經濟上難以承受?？v觀國內外研究，JAK/STAT信號通路在調控炎癥反應、減輕軟骨細胞損傷等方面具有關鍵作用，但該通路基于近年來逐漸增多的實驗性研究基礎上夯實中藥單體及復方對于OA的作用機制，缺少臨床病例收集及總結論證，目前臨床應用仍少有文獻報道。

根據相關機制研究表明，中藥單體及有效成分和中藥復方通過該信號通路調控炎癥因子及相關蛋白表達，不同程度的抑制了JAK/STAT信號內多種膠原蛋白磷酸化、細胞外基質降解、血管生成等方面，調節該信號通路活性程度，以減輕炎癥反應，降低關節及周圍組織和軟骨細胞的損傷。這對于越來越多的中草藥通過調節JAK/STAT信號通路，影響OA相關細胞因子及蛋白表達的探索與研究奠定了明確方向，在未來中藥研究方面具有重要的引導性。因此，通過對信號通路及相關細胞因子的影響，通過對中藥單體及復方進行深度探討與研究，為臨床治療OA患者提供更多新的思路和參考方向。如今我們應該著手將中藥調控JAK/STAT信號通路的相關實驗性研究結果逐漸應用轉化為臨床治療手段，這是中藥發展走向世界的必經之路。