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Phytomedicine:健骨方改善滑膜炎机制揭秘,靶向肠道菌群与 NF-κB/NLRP3 信号通路

来源 2025-07-31 12:19:08 医疗资讯

滑膜炎是多种关节疾病的关键病理标志,其主要通过以下三种机制发生:滑膜膜增生异常、免疫细胞进入滑膜以及关节腔内炎症介质浓度升高。关节滑膜在分泌滑液和滋养软骨细胞方面发挥着关键作用。当关节炎发生时,滑膜常会受累,这不仅会加剧关节肿胀和疼痛等临床症状,还会激活 NF-κB/NLRP3 信号通路,加速软骨降解,从而加快关节退化。在滑膜炎的发展过程中,常常会有促炎细胞因子和化学因子的异常释放,导致免疫细胞浸润和微环境酸化,进而可能引发滑膜纤维化并加速软骨基质降解,进一步加快关节退化。

目前,临床管理关节内炎症主要通过口服非甾体抗炎药(NSAID)来实现抗炎和镇痛目的,但长期使用 NSAID 会带来胃肠道并发症和肾损伤等风险,而关节内糖皮质激素注射虽能暂时缓解症状,但也存在可能加速关节退化的担忧,这些局限性促使人们越来越关注从传统中药中寻找多靶点治疗方法。

健骨方(JGF) 在湖北中医药大学附属医院已使用约 50 年,在预防和治疗骨关节疾病方面表现出独特优势,其主要成分如续断、补骨脂、丹参和黄芪等均已被证明具有抗炎特性。传统中药主要通过口服进入胃肠道发挥作用,研究证实其与肠道菌群存在显著相互作用,在胃肠道代谢过程中,中药成分会优先作用于肠道菌群,重塑微生物结构,影响宿主代谢、炎症和免疫反应,同时修复肠道黏膜屏障,而肠道菌群也能通过代谢酶重塑中药活性成分的化学结构,影响其药理学和毒理学活性。

研究目的

本研究旨在探讨 JGF 改善滑膜炎的机制,假设 JGF 通过调节肠道菌群结构和 NLRP3 信号通路来改善滑膜炎,并通过对 JGF 的主要成分进行鉴定,建立 CFA 诱导的滑膜炎小鼠模型,结合 16S rRNA 基因测序等方法,研究 JGF 对 CFA 模型小鼠肠道菌群结构、肠道屏障和 NLRP3 信号通路的影响,并通过伪无菌小鼠模型验证肠道菌群的关键调节作用。

研究设计

实验使用 6 周龄雄性 C57BL/6 小鼠,除对照组外,其余小鼠均在右后爪注射完全弗氏佐剂(CFA)以诱导滑膜炎模型,对照组则注射等量生理盐水。将小鼠分为对照组、CFA 组、CFA+DXMS 组(地塞米松阳性对照)、CFA+JGFL 组(低剂量 JGF)、CFA+JGFM 组(中剂量 JGF)和 CFA+JGFH 组(高剂量 JGF),后三组分别通过灌胃给予低、中、高剂量的 JGF,持续 34 天,同时设立伪无菌小鼠模型进行相关实验。

研究方法

  • JGF 的制备与成分分析 :JGF 由 8 味中药组成,将中药用蒸馏水浸泡后两次煎煮,每次 40 分钟,随后离心、过滤并浓缩至不同浓度。利用 Q Exactive Orbitrap 高分辨率质谱仪对 JGF 成分进行分析,采用苯酚 - 硫酸法测定多糖、BCA 蛋白定量法测定蛋白质、范illin - 冰醋酸 - 高氯酸比色法测定皂苷等标准化生物化学协议对 JGF 成分进行定量分析。

  • 动物实验 :监测小鼠的爪肿胀情况、行为学表现,实验结束后收集关节、脾脏、结肠组织、血清和粪便样本等进行检测。

  • 定量聚合酶链反应测定 :提取小鼠关节和结肠组织的 RNA,逆转录后通过实时定量 PCR 检测细胞因子、NLRP3 相关蛋白及肠道屏障相关蛋白的 mRNA 水平,同时提取伪无菌小鼠粪便细菌的基因组 DNA 进行检测。

  • 酶联免疫吸附测定 :使用商业 ELISA 试剂盒定量分析血清中细胞因子的含量。

  • 组织病理学分析 :对结肠和脾脏组织进行固定、脱水、透明、石蜡包埋后切片,进行苏木精 - 伊红(H&E)染色等,关节组织同样固定和脱钙后进行 H&E 组织病理学评估和 Safranin O - fast green 染色。

  • 西方印迹分析 :将含有滑膜的关节组织匀浆后,进行蛋白定量、SDS - PAGE 电泳、电转移到 PVDF 膜上,与特异性一抗和辣根过氧化物酶标记的二抗孵育,通过 ECL 试剂显色并用 ImageJ 软件分析条带灰度值。

  • 16S rRNA 基因测序 :提取粪便微生物基因组 DNA,对 16S rRNA 基因 V3 - V4 高可变区域进行 PCR 扩增后测序分析。

研究结果

1、JGF 的成分鉴定

通过分析确定了 JGF 中 129 种不同的化合物,其中含量较高的化合物包括异补骨脂素、延胡索乙素、牛磺胆酸等。

2、对 CFA 诱导滑膜炎小鼠的关节病变和行为的影响

DXMS、中剂量和高剂量 JGF 能显著降低 CFA 组小鼠的关节炎评分和踝关节肿胀程度,在开放场试验、杆试验和旋转杆试验中,三种浓度的 JGF 均能改善 CFA 小鼠的运动功能障碍。

图:关节炎评分与行为学实验

3、对小鼠踝关节滑膜炎的影响

CFA 诱导的小鼠表现出关节空间变窄、软骨退化、炎性细胞浸润、滑膜增生等关节退行性病变,经 JGFH 治疗后上述病理变化得到改善,在蛋白和转录水平上,JGFH 可显著下调 NF - κB/NLRP3 信号轴相关蛋白和炎症细胞因子 mRNA 的异常过表达,证实其通过靶向 NF - κB/NLRP3 信号通路减轻 CFA 诱导的滑膜炎炎症反应。

4、对膝关节和免疫器官的影响

JGFH 改善了 CFA 小鼠的膝关节病变和免疫器官病理变化,降低血清中炎症因子水平,减轻脾脏和胸腺指数,且脾脏组织病理学分析显示 JGFH 治疗组脾脏白髓结构紊乱和炎性细胞浸润得到改善。

图:JGFH对CFA诱导小鼠膝关节及全身免疫器官的影响

5、对肠道屏障的影响

CFA 小鼠的结肠组织中紧密连接相关基因和黏蛋白相关基因的 mRNA 水平显著下调,JGFH 干预可上调这些屏障功能标志物的转录水平,并下调 Tnfa 和 Nlrp3 mRNA 表达,同时上调抗炎细胞因子基因 Il10 表达,结肠组织病理学分析显示 JGFH 缓解了 CFA 诱导小鼠的肠道绒毛萎缩、黏膜下水肿和杯状细胞减少等病理变化。

6、对肠道菌群结构的影响

16S rRNA 基因测序结果显示,与对照组相比,CFA 组小鼠肠道菌群 α - 多样性显著降低,经 DXMS 或 JGFH 治疗后显著恢复,肠道菌群结构的 β - 多样性分析显示 JGFH 组和对照组更相似。在门水平上,JGFH 增加了变形菌门的相对丰度,减少了厚壁菌门和脱硫菌门的相对丰度;在属水平上,JGFH 显著增加了有益菌属如 Akkermansia 和 Muribaculaceae 的丰度,同时抑制了致病菌属如 Ruminococcus、Parasutterella、Staphylococcus、Erysipelatoclostridium 和 Alistipes 的增殖。PICRUSt 功能预测分析显示,JGFH 干预显著上调了氨基酸代谢途径,如精氨酸和脯氨酸代谢,下调了氨基酸生物合成途径,如氨基糖代谢和果糖 / 曼诺糖代谢等。此外,通过斯皮尔曼相关性分析发现,大多数改变的菌属与滑膜炎相关指标显著相关。

图:肠道菌群热图分析及特征性菌群鉴定

7、伪无菌小鼠模型实验

在伪无菌小鼠模型中,JGFH 对关节炎评分、踝关节肿胀指标、运动协调性、脾脏指数等均未显示出显著改善作用,关节组织中 NLRP3 炎症体相关蛋白表达上调,且与对照组相比无统计学差异,qRT-PCR 显示 JGFH 未能调节伪无菌小鼠的 mRNA 表达,结肠组织病理学染色显示 JGFH 治疗后伪无菌小鼠的结肠结构损伤仍然存在。

研究结论

JGF 对 CFA 诱导的小鼠模型关节和肠道均具有保护作用,能有效改善滑膜炎的病理表型,恢复小鼠的运动能力,其机制与肠道菌群在维持肠道屏障完整性和增强 JGF 抗炎效果方面发挥的关键作用密切相关,通过调节肠道菌群结构,影响特定的代谢途径,从而减轻肠道和滑膜的炎症。研究揭示了中药复方 JGF 对滑膜炎治疗效果的潜在机制,为基于肠道菌群的滑膜炎治疗策略开发提供了科学依据和新的思路。

原始出处

Li S, Zhang A, Qiao J, et al. Jiangu formula modulates the gut microbiota structure and the NF-κB/NLRP3 signaling pathway to alleviate synovitis. Phytomedicine. Published online June 16, 2025. doi:10.1016/j.phymed.2025.156995

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