植物多酚抗骨質疏松作用的研究

楊成濤，趙云令，孫 云，莊永亮，*

(1.昆明理工大學化學工程學院食品工程研究中心，云南昆明650500;2.青島市城陽區第一高級中學，山東青島266000)

目前，全世界骨質疏松癥(osteoporosis)患者已經超過2億人，其發病率居多發病、常見病的第7位;隨著社會人口的老齡化，預計未來50年骨質疏松患者還將增加3～4倍。雌激素替代療法曾是治療更年期綜合癥的主要療法，但是該療法存在增加乳腺癌、子宮內膜癌、卵巢癌等風險。近年來的研究發現，骨質疏松與氧化應激(OS)有關，植物多酚的酚羥基結構具有抗氧化活性，能夠清除體內的氧自由基，能夠預防和治療骨質疏松。因此，這為開發治療骨質疏松的藥物開辟了一條新途徑。

1 植物多酚概述

植物多酚都是植物代謝過程中的次生副產物，具有多元酚結構，主要存在于植物的皮、葉、根和果實中，含量僅次于纖維素、半纖維素和木質素。其分子結構中含有多個酚羥基，且以鄰位酚羥基最為典型。植物多酚是一類儲量豐富的綠色可再生資源，許多普通的水果和蔬菜，如葡萄、蘋果、洋蔥、茄子以及各種香辛料、谷物、豆類及果仁等富含多酚類物質。

2 幾種具有抗骨質疏松活性的植物多酚

目前，研究植物多酚抗骨質疏松活性主要集中在茶多酚、蘋果多酚、葡萄多酚和橄欖多酚四種(見表1)。

2.1 茶多酚

茶多酚(GTP)約占茶葉干重的20%～35%，主要由兒茶素類、黃酮及黃酮醇類、花色素類以及酚酸類化合物組成，其中以兒茶素類化合物含量最高。兒茶素類主要包括表兒茶素(EC)、表沒食子兒茶素(EGC)、表兒茶素沒食子酸酯(ECG)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)。其中EGCG約占兒茶素總量的50%，且其生物活性最為顯著。

近年來國內外的研究顯示，茶多酚具有抗骨質疏松的作用。Shen等［1］研究了茶多酚對高脂肪飲食的雌性大鼠骨微結構的影響。每天給予大鼠0.5g/100mL GTP，并做空白對照，結果表明喂食GTP的大鼠，有較高的股骨骨密度，較小的骨小梁間隙(TbSp)骨礦化沉積率(MAR)。Yoshiomi等［2］研究發現，EGCG通過抑制基質金屬蛋白酶(MMPs)從而抑制破骨細胞的形成和分化。Shen等［3－4］用慢性炎癥所致大鼠骨丟失作為動物模型，發現茶多酚使大鼠的骨礦物質含量(BMC)及骨密度(BMD)活性顯著提高，炎癥因子TNF－а的mRNA表達下降，減少OS和慢性炎癥引起的大鼠的骨質流失。

表1 4種植物多酚抗骨質疏松的舉例Table1 Examples of four species anti－osteoporosis polyphenols

2.2 蘋果多酚

蘋果中的多酚因蘋果的成熟度不同而存在差異。成熟蘋果主要多酚類為兒茶素、原花青素和綠原酸類物質，而未成熟蘋果多酚中還含有較多的二羥查耳酮和黃酮醇類化合物。蘋果多酚中主要的有效成分為槲皮素、兒茶素、表兒茶素類、綠原酸、根皮素配糖體等。

研究表明，蘋果多酚具有抗衰老、降血壓和抗動脈粥樣硬化等作用之外，還具有抗骨質疏松作用。Wong等［5］的研究發現，10μmol/L 的槲皮素使成骨細胞前體細胞系MC3T3－E1中堿性磷酸酶(ALP)的活性提高了32%。Liang等［6］探討槲皮素對糖尿病骨質疏松大鼠的效果，結果表明攝入30～50mg/kg槲皮素會增加血清骨鈣素，ALP活性，從而扭轉糖尿病大鼠股骨質量的受損。進一步的研究顯示，槲皮素顯著降低DNA氧化損傷水平，上調血清總抗氧化能力。Hoda等［7］比較槲皮素與阿侖磷酸鈉抗骨質疏松的作用，結果表明:槲皮素使骨鈣素顯著升高，且與阿侖磷酸鈉相比，槲皮素劑量為150mg/kg使股骨骨小梁和皮質厚度分別增加36%和22%。Sajad等［8］探討槲皮素對膽汁性肝硬化大鼠骨強度的影響，結果與對照組相比膽管結扎組股骨斷裂強度大幅降低。說明槲皮素能扭轉膽汁性肝硬化并發癥的惡化。

2.3 葡萄多酚

葡萄多酚是葡萄中多酚類化合物的總稱，其主要包括花色苷、黃酮醇、黃烷酮醇類、原花色素或縮合單寧類、兒茶素類和白藜蘆醇。其中目前報道較多的抗骨質疏松活性物質是白藜蘆醇(RES)。RES是含有芪類結構的非黃酮類多酚化合物，RES有順式和反式兩種構型，其中反式是穩定結構，而且生物活性廣泛。

Sehmisch等［9］給卵巢切除小鼠，予 RES灌胃12周后，發現RES可呈劑量依賴性地增加骨橋蛋白的表達，提高骨密度。Lai等［10］研究發現:RES和維生素D具有協同效應，能使骨密度增強，脂肪生成減少，體重降低。Habold等［11］給大鼠喂食 45dRES(400mg·(kg·d)－1)，結果表明 RES 能有效預防大鼠的股骨和脛骨的BMD降低。

2.4 橄欖多酚

橄欖多酚廣泛存在于橄欖果實、橄欖葉和橄欖油中，多酚類物質是橄欖中最重要的功效成分。橄欖多酚除了具有抗菌、抗炎、降血糖、抗乙肝病毒等作用之外，還有抗骨質疏松作用［12］。

Hagiwara等［13］研究了主要的橄欖多酚—橄欖苦苷、酪醇、羥基酪醇(HT)對卵巢切除小鼠成骨細胞和破骨細胞的形成及骨流失的影響。結果表明:橄欖苦苷和HT的濃度在10～100μmol/L范圍內對成骨細胞前體細胞系MC3T3－E1中的ALP的活性沒有影響，但是以劑量依賴性的方式刺激鈣的沉積。橄欖苦苷和 HT 的濃度分別為 10～100、50～100μmol/L 時呈劑量依賴性抑制破骨細胞的形成，且這兩種物質還能抑制股骨骨小梁的骨損失。Puel等［14］給卵巢切除大鼠喂食酪醇、HT和橄欖油副產品84d。結果表明:慢性炎癥引起去勢大鼠骨質流失，而酪醇、HT通過增加骨形成，防止骨質流失。表1為4種植物多酚抗骨質疏松的舉例。

3 植物多酚抗骨質疏松的作用機制

3.1 抗氧化作用

近年來，氧化應激作為骨質疏松的一個危險致病因素而受到廣泛關注。人體在代謝過程中不斷有活性氧族(ROS)產生，主要包括:超氧負離子、過氧化氫、羥自由基等。正常生理狀態下，體內ROS不斷產生的同時被保護酶(如:SOD、GSH－Px)及一些抗氧化劑清除［15］。當ROS過剩或抗氧劑缺乏時，氧化損傷加劇就出現氧化應激(OS)，繼而損傷脂質、蛋白質和DNA等生物大分子，致使細胞衰老和凋亡，最終，導致骨質疏松癥等衰老相關的退行性疾病［16］。Wnt得名于無翅基因(wingless)與 integrase gene(Int)整合酶基因，它是一類富含半胱氨酸的分泌型糖蛋白，它能介導間充質干細胞分化為成骨細胞［17］。NF－kB受體激活劑配體(RANKL)和骨保護素(OPG)是骨重建過程中連接骨形成與骨吸收的重要因子［18］。Wnt信號通路可使OPG水平升高，且下調RANKL的表達，其具有調節成骨細胞和破骨細胞分化的雙重作用［19］。OS能通過Wnt信號通路調控間充質干細胞的分化方向，從而導致機體出現骨質疏松［20］。

以上研究證實OS與骨質疏松的發生有密切聯系，植物多酚是很好的抗氧化劑，含有酚羥基結構，對活性氧等自由基有較強的捕捉能力。Shen等［21］分別給15個月齡雌性大鼠的假手術組和卵巢去勢組一定劑量的茶多酚后，發現肝臟中的GSH－Px的活性顯著增強，從而防止在骨重建過程中OS造成的傷害。Bellion等［22］發現，從蘋果多酚類化合物能降低細胞中的氧自由基水平，從而降低DNA的氧化損傷。HT對去勢股骨小梁骨細胞具有抑制骨流失的作用，并能降低原成骨細胞中H2O2的水平［23］。Wang等［24］為了探討RES對脊髓損傷大鼠的骨質流失的治療效果，結果表明:RES阻止骨量減少(BMC和BMD)，保護骨骼結構，包括骨小梁數量、厚度。增加股骨總巰基含量，降低大鼠股骨丙二醛和IL－6的mRNA水平。抑制PPAR的mRNA水平上調，恢復Wnt1的mRNA水平，減弱OS，減輕炎癥，從而保護骨丟失。

3.2 雌激素樣作用

雌激素在骨重建中起著非常重要的作用，雌激素能刺激成骨細胞分泌骨保護素、胰島素樣生長因子、轉化生長因子，這些細胞因子能抑制破骨細胞的成熟，刺激成骨細胞。雌激素不足時，這些細胞因子的水平下調，使骨吸收增強［25］。從葡萄中提取出的RES分子結構與合成的非甾體雌激素類化合物己烯雌酚(DES)的結構類似(圖1)，并顯示雌激素樣作用。目前對雌激素缺乏導致的骨質疏松癥的治療多是雌激素替代療法，而這會增加患乳腺癌、卵巢癌、子宮內膜癌的風險;而RES可以減少患乳腺癌的風險。因為RES是通過激活Src激酶依賴的雌激素受體，進而誘發骨形態發生蛋白－2的產生，從而促進骨的形成。而RES抑制腫瘤作用卻是通過誘導蛋白激酶Akt失活、介導抑癌因子FoxO3a在核累積和激活［26］。Tseng 等［27］研究已證實 RES 能活化沉默信息調節因子SIRT1的活性和增強FoxO3a蛋白的表達。SIRT1使FoxO去乙酰化，SIRT1能調節Wnt信號傳導，進而調節破骨細胞活動并維持骨量［28］。

圖1 白藜蘆醇和己烯雌酚的化學結構Fig.1 The chemical structure of reveratrol and dienestrol

3.3 抗炎作用

研究發現部分炎癥因子，如 TNF－α，IL－1α和IL－1β、IL－6等會導致骨丟失，它們直接或間接使破骨細胞數量增加，阻止破骨細胞凋亡，抑制成骨細胞活性。性激素減少后骨質疏松的研究發現，IL－6是骨質疏松的一個致病因子。

Chen等［29］給予去勢大鼠一定劑量的RES后，檢測了骨密度和血清中的腫瘤壞死因子的濃度。結果表明:骨密度顯著增加，且骨密度與血清中的腫瘤壞死因子的濃度呈負相關。Shakibaei等［30］的研究表明，RES能抑制RANKL的活性，且呈時間和劑量依賴性抑制破骨細胞的形成。茶多酚可抑制NF－kB的活性，通過作用于HMC－1細胞雌激素受體ERK，限制可誘導型NO合成酶的表達，使得TNF－а、IL－6和NO等炎癥因子的釋放減少，從而起到抗炎和緩解骨丟失作用。

4 結果與展望

植物多酚具有抗氧化活性、雌激素樣作用和抗炎能力，能夠有效的預防和治療骨質疏松。植物多酚在自然界中含量豐富，但目前國內外關于植物多酚抑制骨質疏松的研究原料比較集中，需要進一步擴大研究資源。植物多酚抗骨質疏松的生物活性成分和有效劑量問題也未明確，且研究中采用的多為體外實驗，體內實驗相對較少，因此，研究要進一步確定植物多酚的生物活性成分、有效劑量和生物利用度。此外，還要關注在高脂肪飲食、糖尿病和慢性炎癥等特殊情況下，植物多酚對抗骨質疏松的生理作用。

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