Mechanism of Cangxitongbi Capsules in Mediating Chondrocyte Pyroptosis in Knee Osteoarthritis via Regulating p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1 Pathway

ZHANG Zhimeng; YUAN Daotong; JIN Ximin; GONG Rui; SONG Zhenlong; ZHANG Yongkui; WANG Xiaole; BI Rongxiu; XIE Wenpeng

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20241304

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Mechanism of Cangxitongbi Capsules in Mediating Chondrocyte Pyroptosis in Knee Osteoarthritis via Regulating p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1 Pathway

更新时间：2024-10-15

- Mechanism of Cangxitongbi Capsules in Mediating Chondrocyte Pyroptosis in Knee Osteoarthritis via Regulating p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1 Pathway
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 30, Issue 22, Pages: 61-68(2024)
- 作者机构：
  
  1.山东中医药大学第一临床医学院，济南 250014
  2.山东体育学院，济南 250102
  3.山东中医药大学附属医院，济南 250014
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20241304
  CLC： R2-0;R22;R285.5;R289;R33
- Received：16 July 2024，
  
  Published Online：06 September 2024，
  
  Published：20 November 2024
- 稿件说明：
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张志猛,袁道通,靳希民等.苍膝通痹胶囊调控p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1通路介导膝关节骨性关节炎软骨细胞焦亡的机制[J].中国实验方剂学杂志,2024,30(22):61-68.

ZHANG Zhimeng,YUAN Daotong,JIN Ximin,et al.Mechanism of Cangxitongbi Capsules in Mediating Chondrocyte Pyroptosis in Knee Osteoarthritis via Regulating p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1 Pathway[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2024,30(22):61-68.
张志猛,袁道通,靳希民等.苍膝通痹胶囊调控p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1通路介导膝关节骨性关节炎软骨细胞焦亡的机制[J].中国实验方剂学杂志,2024,30(22):61-68. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20241304.

ZHANG Zhimeng,YUAN Daotong,JIN Ximin,et al.Mechanism of Cangxitongbi Capsules in Mediating Chondrocyte Pyroptosis in Knee Osteoarthritis via Regulating p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1 Pathway[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2024,30(22):61-68. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20241304.

摘要

目的

探究苍膝通痹胶囊（CXTB）调控p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）/NOD样受体蛋白3（NLRP3）/胱天蛋白酶-1（Caspase-1）信号通路抑制膝关节骨性关节炎（KOA）软骨细胞焦亡的机制。

方法

60只雄性SD大鼠随机分为假手术组、模型组、CXTB低、中、高剂量组及阳性药组，每组10只。使用改良Hulth法构建膝关节骨性关节炎大鼠模型，根据分组给予苍膝通痹胶囊（0.25、0.5、1.0 g·kg

-1

）及塞来昔布（24 mg·kg

-1

）灌胃，假手术组与模型组给予等体积生理盐水，连续灌胃28 d，1次/d。微计算机断层扫描（Micro-CT）检测骨体积分数（BV/TV）、骨小梁分离度（Tb.Sp），苏木素-伊红（HE）染色、番红固绿（SO）染色及国际骨关节炎研究协会（OARSI）评分观察膝关节退变水平，蛋白免疫印迹法（Western blot）检测p38 MAPK、磷酸化p38 MAPK（p-p38 MAPK）、NLRP3、Caspase-1、消皮素D（GSDMD）蛋白表达，实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）检测p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD mRNA表达，酶联免疫吸附测定法（ELISA）检测肿瘤坏死因子-

（TNF-

）、白细胞介素-1

（IL-1

）、白细胞介素-18（IL-18）炎性因子的含量。膝关节置换术后的软骨组织以Western blot检测p38 MAPK、p-p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD蛋白表达，Real-time PCR检测p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD mRNA表达。

结果

Micro-CT显示，与假手术组比较，KOA大鼠关节间隙明显狭窄并见骨赘增生，BV/TV值减少、Tb.Sp值增加（

0.01），血清中TNF-

、IL-1

、IL

-18含量升高（

0.01），软骨中p-p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD蛋白表达升高（

0.01），p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD mRNA表达增强（

0.01），与膝关节置换术后的正常软骨组织相比，病变软骨中的p-p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD蛋白表达升高（

0.05），p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD mRNA表达增强（

0.01）。HE染色及SO染色中可见KOA大鼠关节面粗糙，软骨厚度变薄，细胞排列无序杂乱，同时OARSI评分增加（

0.01）；与模型组比较，CXTB低、中、高浓度组大鼠膝关节的BV/TV值增加、Tb.Sp值减少（

0.01），HE染色及SO染色可见关节面趋于平滑，OARSI评分减少（

0.01），p-p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD蛋白表达降低（

0.05），p38 MAPK、NLRP3、Caspase-1、GSDMD mRNA的表达下降（

0.01），血清中TNF-

、IL-1

、IL-18含量降低（

0.01）。

结论

苍膝通痹胶囊干预后可减缓KOA大鼠的膝关节退变并且抑制炎性因子的表达及软骨细胞焦亡从而保护软骨，而机制可能是通过p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1信号通路来调控的。

Abstract

Objective

To explore the mechanism of Cangxi Tongbi capsules （CXTB） in regulating the p38 mitogen-activated protein kinase （p38 MAPK）/NOD-like receptor protein 3 （NLRP3）/cysteine protease-1 （Caspase-1） signaling pathway to inhibit pyroptosis of cartilage cells in knee osteoarthritis （KOA）.

Method

Sixty male SD rats were randomly divided into a sham operation group， a model group， low， medium， and high dose CXTB groups， and a positive control group， with 10 rats per group. The modified Hulth method was employed to establish a rat model of KOA. According to their respective assignments， rats were administered CXTB （0.25， 0.5， 1.0 g·kg

-1

） and Celecoxib （24 mg·kg

-1

） by gavage. The sham operation and model groups were given an equivalent volume of physiological saline. Treatment was performed once daily for 28 days. Micro-computed tomography （Micro-CT） was used to assess bone volume/total volume （BV/TV） and trabecular separation （Tb.Sp）. Joint degeneration was evaluated through hematoxylin-eosin （H

E） staining， safranin-fast green （SO） staining， and Osteoarthritis Research Society International （OARSI） scoring. Western blot analysis was conducted to measure the expression levels of p38 MAPK， phosphorylated p38 MAPK （p-p38 MAPK）， NLRP3， Caspase-1， and gasdermin D （GSDMD） proteins. Real-time PCR was used to assess mRNA expression levels of p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD genes. Enzyme-linked immunosorbent assay （ELISA） was used to measure serum concentrations of inflammatory cytokines including tumor necrosis factor-alpha （TNF-

）， interleukin-1 beta （IL-1

）， and interleukin-18 （IL-18）. After knee replacement surgery， cartilage tissue was analyzed using Western blot to assess the protein expression levels of p38 MAPK， p-p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD， and Real-time PCR was used to evaluate gene expression levels of p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD.

Result

Micro-CT analysis revealed significant narrowing of the joint space and increased bone spur formation in KOA rats compared with the sham operation group， with a decrease in BV/TV ratio and an increase in Tb.Sp value （

0.01）. Serum levels of TNF-

， IL-1

， and IL-18 were elevated （

0.01）. The protein expression levels of p-p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD in cartilage were significantly increased （

0.01）， and the mRNA expression levels of p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD were also enhanced （

0.01）. Significant differences in protein expression of p-p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD were observed between normal and diseased cartilage tissues after knee replacement surgery （

0.05）， and the gene expression of p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD were also significantly different （

0.01）. HE and SO staining showed roughened joint surfaces， reduced cartilage thickness， and disordered cellular arrangement in KOA r

ats. OARSI scores were significantly higher （

0.01）. Compared with the model group， treatment with low， medium， and high concentrations of CXTB resulted in increased BV/TV ratios and decreased Tb.Sp values in the knee joints of rats （

0.01）. HE and SO staining indicated a trend towards smoother joint surfaces and reduced OARSI scores （

0.01）. The protein expression levels of p-p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD were notably decreased （

0.05）， as were the mRNA expression levels of p38 MAPK， NLRP3， Caspase-1， and GSDMD （

0.01）. Additionally， serum concentrations of TNF-

， IL-1

， and IL-18 were significantly reduced （

0.01）.

Conclusion

CXTB intervention may alleviate knee joint degeneration in KOA rats and inhibit the expression of inflammatory factors and pyroptosis of cartilage cells， thereby protecting cartilage. The underlying mechanism may involve modulation of the p38 MAPK/NLRP3/Caspase-1 signaling pathway.

关键词

Keywords

references

LU H ， WEI J ， LIU K ， et al . Radical-scavenging and subchondral bone-regenerating nanomedicine for osteoarthritis treatment ［J］. ACS Nano ， 2023 ， 17 （ 6 ）： 6131 - 6146 .

LI D ， LI S ， CHEN Q ， et al . The prevalence of symptomatic knee osteoarthritis in relation to age， sex， area， region， and body mass index in China：A systematic review and meta-analysis ［J］. Front Med （Lausanne）， 2020 ， 7 ： 304 .

廖德发 . 我国骨性关节炎流行病学调查现状［J］. 微创医学， 2017 ， 12 （ 4 ）： 521 - 524 .

付长龙，叶锦霞，林洁，等 . 新型程序性细胞死亡对骨关节炎软骨基质稳态影响之初探［J］. 风湿病与关节炎， 2020 ， 9 （ 5 ）： 55 - 57，80 .

ZU Y ， MU Y ， LI Q ， et al . Icariin alleviates osteoarthritis by inhibiting NLRP3-mediated pyroptosis ［J］. J Orthop Surg Res ， 2019 ， 14 （ 1 ）： 307 .

FENG S ， CONG H ， JI L . Salvianolic acid a exhibits anti-inflammatory and antiarthritic effects via inhibiting NF- κ B and p38/MAPK pathways ［J］. Drug Des Devel Ther ， 2020 ， 14 ： 1771 - 1778 .

王象鹏，毕亦飞，谢文鹏，等 . 膝关节骨关节炎中医证型分布规律及苍膝通痹胶囊的临床治疗研究［J］. 时珍国医国药， 2022 ， 33 （ 3 ）： 639 - 642 .

谢文鹏，杨灵森，马亮，等 . 基于p38 MAPK信号通路探讨苍膝通痹胶囊对KOA大鼠关节软骨的保护作用［J］. 中国实验方剂学杂志， 2020 ， 26 （ 18 ）： 70 - 76 .

KATZ J N ， ARANT K R ， LOESER R F . Diagnosis and treatment of hip and knee osteoarthritis：A review ［J］. JAMA ， 2021 ， 325 （ 6 ）： 568 - 578 .

潘丽，荆琳，王桂彬，等 . 膝骨关节炎的中西医研究进展［J］. 世界中医药， 2022 ， 17 （ 16 ）： 2373 - 2377 .

许学猛，高良稳，周红海，等 . 膝痹病（膝骨关节炎）多民族医诊疗专家共识［J］. 中国中医骨伤科杂志， 2024 ， 32 （ 4 ）： 81 - 88 .

王欢 . 中西医结合治疗膝骨关节炎（膝痹）专家共识［J］. 世界中医药， 2023 ， 18 （ 17 ）： 2407 - 2412 .

XIAO G ， YUNHAO Y ， DONGMEI L ， et al . Effect of manipulation on cartilage in rats with knee osteoarthritis based on the Rho-associated protein kinase/LIM kinase 1/Cofilin signaling pathways ［J］. J Tradit Chin Med ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 194 - 199 .

WANG J ， WANG X ， CAO Y ， et al . Therapeutic potential of hyaluronic acid/chitosan nanoparticles for the delivery of curcuminoid in knee osteoarthritis and an in vitro evaluation in chondrocytes ［J］. Int J Mol Med ， 2018 ， 42 （ 5 ）： 2604 - 2614 .

刘强，洪加源，郭林新，等 . 尼莫地平治疗早期膝关节骨性关节炎的实验研究［J］. 中国骨与关节损伤杂志， 2018 ， 33 （ 4 ）： 371 - 373 .

GLASSON S S ， CHAMBERS M G ， VAN DEN BERG W B ， et al . The OARSI histopathology initiative - recommendations for histological assessments of osteoarthritis in the mouse ［J］. Osteoarthritis Cartilage ， 2010 ， 18 （ Suppl 3 ）： S17 - S23 .

GIORGINO R ， ALBANO D ， FUSCO S ， et al . Knee osteoarthritis：Epidemiology， pathogenesis， and mesenchymal stem cells： What else is new：An update ［J］. Int J Mol Sci ， 2023 ， 24 （ 7 ）： 6405 .

SHARMA L . Osteoarthritis of the knee ［J］. N Engl J Med ， 2021 ， 384 （ 1 ）： 51 - 59 .

徐斌丰，宋月莹，吴海君，等 . 膝骨关节炎表观遗传学研究进展［J］. 中国骨与关节杂志， 2024 ， 13 （ 1 ）： 51 - 56 .

宋阳，王象鹏，毕荣修 . 苍膝通痹胶囊治疗膝关节骨关节炎的疗效及作用机制探讨［J］. 中药材， 2023 ， 46 （ 2 ）： 495 - 498 .

谢文鹏，马腾，梁延琛，等 . 苍膝通痹胶囊调控circRNA_0008365/miR-1271/p38 MAPK通路轴促进膝骨关节炎软骨细胞自噬的机制研究［J］. 中国中药杂志， 2023 ， 48 （ 18 ）： 4843 - 4851 .

YE J N ， SU C G ， JIANG Y Q ， et al . Effects of acupuncture on cartilage p38 MAPK and mitochondrial pathways in animal model of knee osteoarthritis：A systematic evaluation and meta-analysis ［J］. Front Neurosci ， 2022 ， 16 ： 1098311 .

SONG X Y ， ZHAO M ， ZHANG P ， et al . Cangxitongbi capsules protect the articular cartilage in the rat knee through the long non-coding RNA HOTAIR/p38 MAPK pathway ［J］. Ann Transl Med ， 2022 ， 10 （ 1 ）： 23 .

WANG K ， LU X ， LI X ， et al . Dual protective role of velutin against articular cartilage degeneration and subchondral bone loss via the p38 signaling pathway in murine osteoarthritis ［J］. Front Endocrinol （Lausanne）， 2022 ， 13 ： 926934 .

WEI J ， YOU G ， CHENG H ， et al . SPRED2 promotes autophagy and attenuates inflammatory response in IL-1 β induced osteoarthritis chondrocytes via regulating the p38 MAPK signaling pathway ［J］. Tissue Cell ， 2023 ， 82 ： 102086 .

YAN J ， FENG G ， YANG Y ， et al . Nintedanib ameliorates osteoarthritis in mice by inhibiting synovial inflammation and fibrosis caused by M1 polarization of synovial macrophages via the MAPK/PI3K/Akt pathway ［J］. FASEB J ， 2023 ， 37 （ 10 ）： e23177 .

ZOU W ， LUO S ， ZHANG Z ， et al . ASK1/p38‑mediated NLRP3 inflammasome signaling pathway contributes to aberrant retinal angiogenesis in diabetic retinopathy ［J］. Int J Mol Med ， 2021 ， 47 （ 2 ）： 732 - 740 .

XIE J J ， CHEN J ， GUO S K ， et al . Panax quinquefolium saponin inhibits endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis and the associated inflammatory response in chondrocytes and attenuates the progression of osteoarthritis in rat ［J］. Biomed Pharmacother ， 2018 ， 97 ： 886 - 894 .

LIU J ， JIA S ， YANG Y ， et al . Exercise induced meteorin-like protects chondrocytes against inflammation and pyroptosis in osteoarthritis by inhibiting PI3K/Akt/NF- κ B and NLRP3/Caspase-1/GSDMD signaling ［J］. Biomed Pharmacother ， 2023 ， 158 ： 114118 .

LIANG F ， ZHANG F ， ZHANG L ， et al . The advances in pyroptosis initiated by inflammasome in inflammatory and immune diseases ［J］. Inflamm Res ， 2020 ， 69 （ 2 ）： 159 - 166 .

HACHIM M Y ， KHALIL B A ， ELEMAM N M ， et al . Pyroptosis：The missing puzzle among innate and adaptive immunity crosstalk ［J］. J Leukoc Biol ， 2020 ， 108 （ 1 ）： 323 - 338 .

LIM Y ， KUMAR S . A single cut to pyroptosis ［J］. Oncotarget ， 2015 ， 6 （ 35 ）： 36926 - 36927 .

CHEN Y ， ZENG D ， WEI G ， et al . Pyroptosis in osteoarthritis：Molecular mechanisms and therapeutic implications ［J］. J Inflamm Res ， 2024 ， 17 ： 791 - 803 .

YANG J ， HU S ， BIAN Y ， et al . Targeting cell death：Pyroptosis， ferroptosis， apoptosis and necroptosis in osteoarthritis ［J］. Front Cell Dev Biol ， 2021 ， 9 ： 789948 .

ZHENG Z ， LI G . Mechanisms and therapeutic regulation of pyroptosis in inflammatory diseases and cancer ［J］. Int J Mol Sci ， 2020 ， 21 （ 4 ）： 1456 .

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