中藥黃芪對骨代謝的影響及相關基礎研究進展

龔幼波 張云飛 張琥

1. 上海中醫藥大學，上海 201203 2.上海中醫藥大學附屬曙光醫院石氏傷科醫學中心，上海 201203

黃芪(Astragali Radix)為豆科黃芪屬植物蒙古黃芪Astragalus membranace (Fisch.)Bge. var. Mongholicus (Bge.)Hisao 或膜莢黃芪 Astragalus membranaceus (Fisch.) Bge. 的干燥根[1]。始載于東漢末年的《神農本草經》，具有2000多年的藥用史[2]，在《本草綱目》中被列為上品，認為黃芪具有補氣升陽、利水消腫、固表止汗、托瘡生肌等功效。黃芪化學成分包括：葡聚糖、雜多糖等多糖成分；黃芪苷I、II、III和大豆皂苷等多種皂苷；天冬氨酸、絲氨酸等多種氨基酸；多種微量元素及葉酸、亞油酸、甾醇類等。目前對黃芪的化學成分研究多集中在黃芪多糖、黃芪皂苷或其有效單體成分[3]。現代藥理學研究表明，黃芪具抗腫瘤、免疫調節、心血管保護、保肝、改善神經系統功能、抗骨質疏松等生物活性，其中，黃芪對骨細胞代謝具有一定的調節作用。通過對近年來黃芪對骨代謝的影響及相關基礎研究的文獻匯總，發現黃芪甲苷等黃芪提取物及黃芪制劑大多通過對成骨細胞的促進及破骨細胞的抑制進行骨代謝的調節，亦有通過促進類骨素的分泌、激素水平的調節進行調控，本文綜述了黃芪甲苷等黃芪提取物及黃芪制劑對骨代謝的基礎、動物模型及臨床3個方面近十年的研究內容進行綜述，為研究中藥黃芪對骨細胞代謝影響提供些許幫助并為防治骨質疏松癥提供思路與參考。

1 黃芪提取物治療OP的細胞水平研究

近年來的各項實驗證明，黃芪提取物中的黃芪甲苷等有效成分能夠通過拮抗細胞凋亡及促進成骨細胞的增殖分化來調控骨代謝。黃海濤等[4]以使用過氧化氫來制作成骨細胞凋亡的細胞模型，并觀察利用黃芪甲苷進行干預，從而了解黃芪甲苷對成骨細胞凋亡是否具有拮抗作用。實驗通過觀察四種處理因素對細胞凋亡情況的影響，分為正常對照組即不加任何處理因素、過氧化氫組、過氧化氫+黃芪甲苷組、過氧化氫+黃芪甲苷+抑制劑LY294002(PI3K/AKT通道抑制劑)組。結果顯示，一定濃度的過氧化氫可引起細胞明顯凋亡而造模成功，黃芪甲苷可以拮抗或改善模型細胞的凋亡，但加入LY294002后，這種抗凋亡作用消失，提示黃芪甲苷對成骨細胞的抗凋亡作用可能是通過作用PI3K/AKT通道來調控。MAPK是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，研究表明，MAPK中的ERK(細胞外相關信號蛋白激酶)、MAPK、p38MAPK參與了成骨細胞增殖分化的信號轉導過程[5]，MAPK通路通過磷酸化級聯反應激活，磷酸化的MAPK可促進多種成骨細胞轉錄因子的激活，最終促進細胞的增殖與分化。骨形態發生蛋白系列(BMPs)是調節成骨細胞生長最重要的生長因子，其中以BMP-2 活性最強，能使誘導性骨細胞向確定性骨細胞轉化，從而促進骨形成[6]。孔祥鶴等[7]用不同濃度的黃芪多糖來處理原代成骨細胞，并通過MTT法檢測成骨細胞增殖、2AKP活性檢測法檢測成骨細胞分化、茜素紅染色法檢測成骨細胞礦化、Western blotting 法檢測BMP-2、ERK、P38蛋白表達，發現黃芪多糖與成骨細胞的增殖分化和礦化具有質量濃度相關性，在10μg /mL時促分化作用及礦化作用較強，且亦使BMP-2蛋白、MAPK通路中表達的相關蛋白含量升高，進而推斷黃芪多糖可能通過影響骨形成蛋白BMP-2的表達，其相應激活下游的MAPK信號通路，通過促進ERK和P38的磷酸化而達到促進細胞增殖分化的作用而實現對骨細胞代謝的調控。劉元華等[8]亦通過用蒙古黃芪中的異黃酮類成分來處理成骨細胞體外培養模型，并通過MTT方法及檢測成骨細胞增殖分化和礦化的影響，發現低濃度的黃芪提取物具有促進作用，而高濃度卻能起到抑制作用；王濤等[9]在此實驗的基礎上進行改進，通過增加另一觀察指標Toll樣受體-4蛋白(TLR-4)，TLR-4是一類跨膜蛋白受體，其上調可抑制成骨細胞的增殖和分化能力[10]，結果發現黃芪提取物能夠下調成骨細胞中TLR-4蛋白基因的表達從而影響相關蛋白的表達從而達到對成骨細胞增殖和分化的調控起到積極作用。王梅婷等[11]通過對原代成骨細胞用回旋模擬器模擬微重力效應，并分別用不同濃度的維生素D3、黃芪甲苷及二者不同配比的混合物去干預并觀察大鼠原代成骨細胞增殖，用堿性磷酸酶染色、茜素紅染色等方法對細胞進行鑒定，結果也表明,單用黃芪甲苷或維生素D3均對正常培養成骨細胞增殖具有促進作用，且當濃度分別為1×10-7mol/L及1×10-8mol/L時效果最佳；在微重力狀態下濃度為1×10-7mol/L的黃芪甲苷配比1×10-9mol/L的維生素D對成骨細胞增殖具有顯著的促進作用。

2 黃芪復方劑對骨代謝動物模型研究

2.1 黃芪及復方劑對去勢大鼠的研究

相關黃芪復方劑對去勢大鼠的研究主要集中在以黃芪配伍熟地組成的三仙湯，通過檢測干預后去勢大鼠的血電解質、骨切片、骨小梁直徑、骨皮質厚度等指標來進行評價，結果發現黃芪配伍其他單味藥物、黃芪三仙湯對去勢大鼠骨代謝指標積極作用。潘靜華等[12]單味黃芪能改善去卵巢大鼠骨有機質和骨磷的減少，改善骨組織形態，對骨組織代謝的改善作用可隨用藥時間的增加更為明顯;并通過增強堿性磷酸酶活性，對骨代謝起到積極作用。張婉紅等[13]通過對去勢大鼠給予牡蠣肉、黃芪和牡蠣肉加黃芪水提取液灌胃3個月后,用三點法測定股骨的生物力學參數及對脛骨上段松質骨進行不脫鈣骨組織形態計量學分析，發現牡芪水提液組的最大載荷、撓度、應力和彈性模量,骨小梁面積百分數、數量及骨小梁寬度均有所增加,骨小梁分離度和單位小梁面積破骨細胞數下降，由此提出黃芪可能是通過能夠增強牡蠣肉水改善骨代謝，促進骨髓前成骨細胞成骨細胞分化，降低破骨細胞數量，提高骨小梁百分數、骨小梁數量及寬度，降低骨小梁分離度使小鼠的骨強度增加。歐莉等[14]通過實驗發現黃芪配伍熟地組能去勢大鼠體質量及骨密度、骨小梁直徑、骨皮質厚度增加，解釋黃芪配伍熟地能夠通過增加骨密度、促進骨形成,使骨結構得到改善,從而使骨形態發生變化而引起骨功能的變化，通過監測相關指標，得到黃芪配伍熟地可能是在對骨代謝過程中起到積極作用而達到促使骨形成，抑制骨吸收的作用。后進一步觀察實驗[15]中通過觀察去勢大鼠骨礦含量、血液指標及生物力學的改變，發現黃芪配伍熟地能使大鼠骨的最大載荷、最大應力、骨的骨礦含量顯著性增加、堿性磷酸酶較為顯著地降低，發現黃芪配伍熟地在使用后能能夠使去勢大鼠增加骨礦含量、改善相關血液學和骨生物力學指標,減少骨轉換，使得骨代謝向積極方向發展。王吉博等[16]通過連續12周對去勢大鼠灌注杜仲配伍黃芪，檢測血清鈣、磷、堿性磷酸酶(ALP)、雌二醇(E2)、骨鈣素(BGP)及股骨扭力等，發現杜仲配伍黃芪對雌性去勢大鼠骨代謝過程具有正向調節作用,可能是通過抑制骨鈣、骨磷丟失，促進機體內成骨細胞活性來起作用的，并且實驗還發現其促進效果優于杜仲和黃芪單藥。馮鑫等[17]通過對去勢大鼠灌胃12周黃芪三仙湯，發現大鼠血清鈣離子、磷離子濃度升高、ALP及骨鈣素的濃度顯著性升高，提示在小鼠的骨代謝中可能具有減少相關微量元素的丟失、刺激成骨細胞活性、促進骨形成這幾個方面的作用。

2.2 黃芪復方制劑對其他大鼠模型的研究

近年來研究發現，黃芪復方劑對糖尿病模型大鼠有調控骨代謝作用。王芳等[18]通過對大鼠進行一次性注射鏈脲佐菌素+長期高脂飼料進行2型糖尿病造模，并同時灌胃黃芪散120 d，通過進行股骨三點彎曲實驗，對比實驗前后相關力學參數，評價其治療效果并發現發現小鼠脛骨骨小梁面積百分數、寬度、數目、骨礦化沉積率、骨表面新骨成形率均有提升趨勢，能夠對糖脂代謝進行調節，且藥效穩定。之后王芳等[19]對糖皮質激素骨質疏松大鼠進行同樣干預，通過測定血清骨吸收及骨形成指標，采用骨生物力學方法測量股骨結構參數和材料力學參數，采用骨組織形態計量學方法測量脛骨上段松質骨和中段皮質骨的動靜態參數，結果顯示黃芪散組雖不能明顯改善糖皮質激素對血液和骨生物力學造成的影響，但可明顯增加糖皮質激素模型大鼠脛骨上段的骨小梁面積及數目、脛骨上段熒光標記周長百分數、脛骨中段骨內膜骨礦化沉積率，推測黃芪散可能通過促進高糖作用成骨細胞的增值作用來影響骨代謝。

3 黃芪制劑調節骨代謝的臨床療效及其機理研究

黃芪制劑調節骨代謝的研究較少，黃芪注射液等制劑被作為輔助用藥，用于提高人體免疫力。近年來僅有黃芪注射液對骨質疏松治療的少量報道，但大多都推測其可能通過對破骨細胞的抑制及促進成骨細胞作用來起到對骨細胞進行調節作用。仇軍[20]在對患者服用鈣爾奇D的同時予黃芪注射液進行穴位注射，與單純服用鈣爾奇D的對照組進行對照，通過測定腰椎骨密度進行療效的對照，發現使用黃芪注射液進行穴位注射可以增加骨密度，之后對尿液成分分析時發現尿吡啶啉/尿肌酐比降低(尿吡啶啉可反映破骨細胞活性)，故推測黃芪注射液在調節骨代謝時通過對破骨細胞抑制及促進骨細胞類骨質的分泌起到作用。楊澔俠等[21]則采用靜滴黃芪注射液的方式并結合補腎壯腰手法推拿治療兩個療程(一次三個月，間隔兩周)，以腰部疼痛VAS評分，血清雌二醇、尿吡啶啉/尿肌酐比值及骨密度變化為療效指標，發現其能明顯改善腰部骨質疏松癥患者疼痛，使血清雌二醇及骨密度升高、尿吡啶啉/尿肌酐比值降低，推測黃芪注射液靜脈滴注聯合補腎壯腰手法推拿通過提高雌激素、骨密度水平，抑制破骨細胞活性影響骨代謝。龐江娜等[22]采用黃芪注射液進行穴位注射并聯合摩擦步訓練作用于絕經期骨質疏松患者，通過對骨密度、采血測定血清性激素、骨代謝以及細胞因子等指標的測定,發現其治療有效率達90.47%，分析發現該方法可能對改善絕經期女性性激素水平并通過提高成骨細胞活而達到調節骨代謝的作用。

4 總結及展望

黃芪在中醫用藥上具有悠久的歷史，且因其功效甚多而經常被使用。但通過對近十年來相關文獻綜述，雖都提及了黃芪提取物及黃芪復方劑都有一定的調節骨代謝作用，但因對其發揮作用的相關靶點及機制的相關研究較少，故有關文獻數量并不多，并未對其相關機理進行進一步研究；且現階段相關研究主要以黃芪單項提取物(黃芪甲苷)居多，對于以黃芪復方劑的成藥及提取物為研究對象開展的臨床研究較少。后期可以通過臨床大樣本、多中心的RCT實驗適當的開展，以進一步明確黃芪中有效成分對調節骨代謝的相關機制，發現相關成分共同調節骨代謝的機理。對于相關復方劑的研究，則可通過大數據及數據挖掘技術對中醫古籍用法用量用則進行更大數據的分析，進而達到更廣范圍更深層次探索，然后從中尋找出更經濟、有效，不良反應更小的藥物或藥物組成應用于臨床。最終，通過基礎、臨床及大數據分析相互配合的方式，使黃芪對骨代謝的作用及相關基礎的研究結果進一步明確，達到從基礎研究中來，應用用于病患人群中去，造福于更多的患者。