Sesamol及Cinnamophilin抑制基質金屬蛋白酶 保護軟骨細胞的作用機轉探討

在骨關節炎(osteoarthritis)及風濕性關炎(rheumatoid arthritis) 病人之骨關節滑(synovial fluid)發現升高的細胞激素(interleukin-1)及腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α)可誘發不同之基質金屬蛋白酵素Matrix Metalloproteinases (MMPs)，進而分解軟骨基質及抑制軟骨細胞基質蛋白之表現。基質金屬蛋白酵素對於正常生理具有胚胎發育性之再塑作用，同時在許多發炎疾病如缺血性腦傷害症、急性呼吸窘迫症、類風濕性關節炎及多發性硬化症都扮演著重要的角色。軟骨細胞並非持續性(constitutive)產生基質金屬蛋白酵素，而是受特定外來發炎介質(如細胞激素)所刺激活化，再經細胞內訊息傳遞，經分裂素活化蛋白酵素(MAPKs：JNK、ERK)或NFκB等基因轉錄活化過程，以產生與釋放不同含量之基質金屬蛋白酵素。
芝麻酚是ㄧ種強效的酚類抗氧化物，俱有抗癌、保護肝臟、和抗老化的作用。Cinnamophilin (MA-1)是由天然植物菲律賓樟樹(Cinnamomum philippinense)中所粹取出來的成分是一強而有效之自然抗氧化劑與自由基截取劑，且可抑制缺血後之血小板聚集，是以有潛力降低缺血後的能量流失。本研究的目的是要探討天然物芝麻酚sesamol與cinnamophilin 皆具有明顯抑制 MMPs 活化之作用並探討其作用機轉。
我們以人類軟骨細胞 (SW1353) 為實驗細胞，分別以不同濃度的TNF-α或IL-1β處理24小時後，以電泳酵素分析法(gelatin zymography) 評估可發現到人類軟骨細胞能誘發大量 MMPs 的活性，其中更以 MMP-9為甚。尤其當TNF-α或IL-1β刺激濃度分別30 ng/ml與30ng/ml，細胞數為1×106 時，此分解gelatin的效果最為明顯適當。隨後的實驗便以此為試驗條件，的確在電泳酵素分析法下觀察到sesamol有意義地依濃度效應抑制TNF-α 或IL-1β誘發人類軟骨細胞之 MMP-9活性。另外以細胞存活率測定 (MTT assay) 發現 sesamol 與 cinnamophilin 的抑制作用並非源自細胞之損壞或死亡。以西方點墨法 (Western blot) 的實驗發現在PMA 的刺激下，MMP-1 和MMP-13的酵素蛋白表現量隨sesamol的濃度增加而降低，故此證明天然物成分是作用在 MMP-1 and MMP-13 蛋白質表現的層面，但MMP-1和 MMP-13表現不是由TNF-α或IL-1β誘發。TNF-α?z?n?過-β or PMA 的刺激下，MMP-1 and MMP-13 的酵素蛋白表現量隨sesamol 與 cinnamophilin 的濃度增加而降低，故此證明天然物成分是作用在 MMP-1 and MMP-13 蛋白質表現的層面。由此我們更深入瞭解細胞轉錄 (transcription) 之影響程度。接下來我們探討sesamol與 cinnamophilin在訊息傳遞中作用機轉的途徑。由實驗結果發現，sesamol會明顯抑制由TNF-α或PMA所刺激導致的 Inhibitor- κB-α (IκB-α)的降解作用，使nuclear factor-κB (NF- κB)無法進入細胞核中與特定MMP 相關DNA 序列接合。同時sesamol抑制PMA引起的ERK1/2或p38燐酸化也抑制IL-1β引起的p38燐酸化。在monosodium iodoacetate(MIA)誘發老鼠退化性關節炎時sesamol有效抑制MMP-1與MMP-9。Sesamol不僅在細胞實驗中經由抑制IκB-α的降解作用或ERK1/2或p38燐酸化抑制基質金屬蛋白酵素，且在誘發老鼠退化性關節炎時sesamol有效抑制基質金屬蛋白酵素，展現其對防止退化性關節炎的潛力。Cinnamophilin亦有意義地依濃度效應抑制IL-1β誘發人類軟骨細胞之 MMP-1和MMP13活性，在西方點墨法 (Western blot) 的實驗發現在IL-1β 的刺激下，MMP-1 和MMP-13的酵素蛋白表現量cinnamophilin的濃度增加而降低。在mitogen-actived protein kinase (MAPKs) 方面， Cinnamophilin 能抑制由IL-1β所刺激導致的 c-Jun-NH2-terminal kindase (JNK) 表現，且Cinnamophilin抑制IL-1β刺激導致的inhibitor- κB-α (IκB-α) 的降解作用，使 nuclear factor-κB (NF- κB) 無法進入細胞核中與特定 MMP 相關 DNA 序列接合。Cinnamophilin明顯抑制軟骨細胞 IL-1β刺激c-jun燐酸化Cinnamophilin不僅經由NF-κB或ERK/p38 MAPKs且由p-c-jun路徑抑制軟骨細胞經由IL-1β刺激MMP-1 和MMP-13表現。以上表現cinnamophilin 具有抑制基質金屬蛋白酵素而保護軟骨。