骨碎補及其提取物應用于骨科疾病的藥理作用研究概況

于大鵬 孫衛強

骨碎補是一種水龍骨科(polypodiaceae)多年生蕨類植物，主要分布于中國長江以南地區，云南西雙版納地區和四川的金沙江流域為骨碎補的主要產區。中醫認為骨碎補性溫，味苦，歸腎、肝經，具有續傷止痛、補腎壯骨的功效，是中醫骨傷科歷來常用的重要中藥。黃酮類、三萜類、酚酸及其苷類為骨碎補根莖中的主要化學成分[1-2]，骨碎補可以分離提純四十多種黃酮類化學物，包括黃酮、黃烷醇、橙酮、查耳酮、二氫黃酮等。黃酮苷類化合物的苷元通常是山奈酚(Ⅰ)與木犀草素(Ⅱ)。二氫黃酮類的主要成分為柚皮素、北美圣草素與苦參黃素等，柚皮苷的苷原柚皮素是骨碎補中的重要活性物質。三萜類活性物質包括環阿屯烷型四環三萜和何伯烷型五環三萜。還有以兒茶精、阿夫兒茶精為苷元的黃烷醇苷類化合物。骨碎補中其他化合物主要成分為苯甲酸和以肉桂酸、阿魏酸、咖啡酸為苷元的苯丙酸類化合物。骨碎補化學成分豐富，具有非常顯著的骨科臨床藥用價值，現將其綜述如下。

1 健骨作用

1.1 促進成骨細胞增殖分化

骨碎補提取物具有多種功效，骨碎補中的柚皮素能有效提高身體內堿性磷酸酶和脯氨酰羥化酶活性，提升脫氧核糖核酸的合成，李晉玉等[3]通過實驗發現骨碎補總黃酮通過激活Wnt/β-catenin信號通路促進小鼠胚胎成骨細胞的增殖分化。成骨細胞主要由骨髓基質細胞與骨髓間充質干細胞不斷分化與增殖而形成，骨碎補的類激素樣作用可以引起成骨細胞的增殖和分化，骨碎補的藥物濃度會在一定程度上影響骨細胞的增殖。秧榮昆等[4]研究發現，1000 mg/L的骨碎補提取液能夠顯著促進成骨細胞的增殖分化，且促進作用與濃度成正比，在1500～1600 mg/L濃度時達到最大效應，其作用機制是提升成骨細胞中骨保護素(osteoprotegerin，OPG)mRNA的表達水平。骨碎補提取物能夠增加骨小梁的數量，同時提高脛骨與總骨量的質量比。骨碎補中的柚皮苷提取物可以促進骨鈣素的分泌，推進成骨細胞的分化，促進骨細胞不斷鈣化。通過對比實驗研究，宋淵等[5]學者發現骨碎補含藥血清可以促進成骨細胞的成骨分化并其增強其抗氧化性，提高成骨細胞鈣化點、骨鈣分泌量、鈣鹽沉積量與成骨細胞的增值率等，這表明骨碎補可以對成骨細胞的礦化與分化起到促進作用，因此，骨碎補對骨科疾病具有一定的修復作用。

1.2 遏制骨質的吸收及破壞

骨碎補提取物可通過調節多種代謝途徑以及影響多種骨調節因子的表達來影響骨的重建與吸收。骨碎補總黃酮能上調骨質疏松模型大鼠骨形態發生蛋白-2 mRNA的表達，提高大鼠股骨近端骨密度和比目魚肌生長因子相關蛋白的表達[6-7]。骨碎補總黃酮能夠提升實驗大鼠的骨形成速率、骨密度、血清骨鈣素含量以及大鼠股骨的骨小梁體積，減少股骨骨質的吸收，顯著提高骨質疏松小鼠模型的血鈣血磷水平，拮抗股骨和腰椎骨密度降低[8]。骨碎補提取物具有抑制去睪丸大鼠下肢骨密度的下降趨勢，增加下肢骨小梁數量，促進骨保護因子表達，降低骨質損失，遏制破骨細胞生成等功效。宋佳等[9]研究發現，骨碎補還可以明顯抑制大鼠牙槽骨吸收，促進大鼠牙骨細胞的發育與形成，使大鼠牙槽骨骨密度增加，能有效促進牙周膜的改建和牙槽骨重塑，提高豚鼠的牙齒堅硬度，對人牙周成骨細胞計數和牙骨質層厚度的增加也有很好的作用[10]。骨碎補總黃酮具有和雌激素類似的功效[11]，雌激素是在人體骨代謝平衡中起重要調節作用的內源性物質，可以縮短骨質的成熟周期[12]，骨碎補提取物能夠遏制破骨細胞的轉化，進而遏制破骨細胞的吸收，對激素引起的骨質疏松癥具有一定的預防作用，在輔助治療絕經后骨質疏松癥方面安全有效[13-14]。曾輝等[15]通過隨機對照試驗發現，骨碎補總黃酮能抑制去卵巢大鼠的下頜骨結構破壞，減緩下頜骨骨量丟失速度。張峻瑋等[16]研究顯示，骨碎補總黃酮通過抑制骨髓內脂肪細胞數量可以改善去卵巢大鼠的骨質疏松，該作用機制可能與抑制Notch信號通路相關[17]。上官文姬等[18]認為骨碎補總黃酮通過調節內皮細胞功能及促進血管內皮細胞增殖兩個方面來治療骨質疏松，骨碎補的乙醇提取物還可通過調節能量及腸道細菌代謝和抗氧化損傷來預防糖皮質激素誘導的骨質疏松癥的形成。

1.3 促進骨損傷修復

早在宋元時期，中醫先賢就利用骨碎補強筋骨補肝腎的作用對骨折進行治療，骨碎補在修復骨損傷、促進骨折愈合方面有著非常好的療效，骨組織富含轉化生長因子-β(transforming growth factor beta，TGF-β)成分，TGF-β可以通過調節破骨細胞、成骨細胞與間充質細胞之間的活動進行骨的形成與重建，骨碎補可以增加TGF-β在骨內的表達水平。在骨組織的發育與形成中重組人骨形態發生蛋白-2(bone morphogenetic protein-2，BMP-2)是一種十分關鍵的生長因子，骨碎補總黃酮能夠促進卵巢切除大鼠 BMP-2 的表達水平[19-20]。骨碎補總黃酮對骨膜細胞增殖有促進作用，可以促進骨膜細胞分化為成骨細胞，誘導骨膜細胞鈣結節形成，這種作用與骨碎補濃度呈正相關。骨碎補能提高微重力下成骨細胞增殖與分化能力[21]。骨碎補中的總黃酮對骨折愈合與骨重建有較好的臨床療效，李慧英等[22]研究發現，骨碎補總黃酮能通過調節激素性股骨頭壞死兔模型的血鈣和血磷水平，改善空骨陷窩率，促進骨對鈣的吸收。江麗霞等[23]研究發現，骨碎補總黃酮對骨不連兔模型有明顯的促進愈合作用，其作用機制與骨碎補總黃酮能增強雌激素受體有關。骨碎補中的柚皮苷是骨組織工程的良好調節劑，可以通過骨誘導促進骨形成，能顯著促進兔子的顱骨修復再生[24]。姜自偉等[25]研究顯示，骨碎補總黃酮可以提高大鼠牽張成骨區域的成骨質量，骨碎補具有促進新骨形成的作用。張志慧等[26]發現，骨碎補可以提高人下頜骨牽張新骨形成的速度和質量，加速骨牽張中新生骨質的生成與成熟[27]。陶巍[28]觀察發現，踝骨骨折患者術后聯合內服骨碎補煎劑8周，與對照組相比可以有效促進骨折愈合，促進骨骼生長，明顯縮短成人踝骨骨折病人術后的踝骨平均愈合時間，減少骨折的修復周期，加速患者的康復。葉靈超等[29]對108例骨延遲愈合患者的隨機對照研究顯示，骨碎補注射液可以提高提高骨延遲愈合患者血清堿性磷酸酶、血清神經生長因子(nerve growth factor，NGF)和BMP-2含量，促進患者骨折愈合，提高臨床療效。高焱[30]對69例骨折延遲愈合和骨不連患者采用隨機對照研究，認為骨碎補總黃酮配合治療骨折延遲愈合和骨不連，不僅可以縮短骨折愈合時間，而且無明顯不良反應。

1.4 促進腱骨愈合

骨科治療中對于肌腱轉移替代和肌腱骨骼附著點的斷裂修復多采用肌腱經骨隧道移植的方法，但是術后腱骨結合部分愈合困難一直是一個棘手的問題，肌腱移植后肌腱干細胞的有效激活和腱骨結合部位周圍血管再生是腱骨愈合的生物基礎。有研究發現，骨碎補總黃酮不但可以有效刺激肌腱干細胞成骨標記物的表達，促進肌腱干細胞的成骨分化，還可以增加腱骨結合部位的血管形成，可以明顯促進實驗大鼠自體肌腱移植后的腱骨愈合，提高腱骨愈合質量[31]，這也給臨床骨科醫生提供了促進腱骨愈合的藥物治療新選擇。

2 活血化瘀作用

2.1 改善骨內血管微循環

研究發現骨內的血管微循環調控參與了骨內成骨過程，在骨組織重建過程中，骨組織內微小血管和骨內微環境的形成在成骨過程發揮著重要作用[32]。在修復骨骼與骨骼發育時，骨骼與血管會產生交聯關系。一方面，血管給予骨骼提供營養物質與氧氣；另一方面血管細胞、破骨細胞、骨細胞等細胞之間互相作用促進骨形成和骨重塑[33]。血液瘀滯會誘發骨小梁微循環障礙，導致血液中的氧氣和營養物質無法通過內外骨板的哈佛系統進入骨骼，導致骨骼無法進行正常的能量代謝，骨碎補有抗血管內皮損傷作用，可以明顯改善動物的血液流變學和微循環狀態，具有促進血液循環和減壓的作用，提高受損部位的血液流變性，促進骨骼的新陳代謝[34]。劉劍剛等[35]研究顯示，大鼠服用骨碎補總黃酮膠囊后其血小板粘附性、紅細胞聚集指數與血液黏度均明顯降低。骨碎補總黃酮能有效地減少大鼠模型血液的黏稠度和血小板聚集，顯著改善血液動力學，骨碎補總黃酮可以抑制腎上腺素對大鼠微動脈的收縮作用，改善骨骼局部的血液流變性及骨組織的血流狀態。

2.2 促進骨內血管再生

骨碎補總黃酮能通過上調血管新生相關因子來調節血管內皮細胞功能[18]，骨碎補還可以通過調節基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)和血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)來促進血管生成[36]。研究顯示皮祖細胞(endothelial progenitor cell，EPC)是新血管形成的源頭物質，而骨碎補中的柚皮苷可加速EPC的形成[37]，增加血管網再生面積[38-39]。李定等[40]發現骨碎補總黃酮可以明顯上調誘導膜中血管新生相關因子表達，對實驗大鼠骨缺損區域的成骨質量和骨膜血管形成具有良好的促進作用。蔡群斌等[41]通過大鼠隨機對照研究發現，骨碎補總黃酮在誘導膜形成期可促進TGF-β1及VEGF的表達，加速血管化進程，骨碎補總黃酮高劑量組誘導膜組織形成的新生血管多于其余各組，且表達均具有劑量依賴性，這為骨缺血壞死、肢體離斷等缺血性骨科疾病的中藥治療提供了新思路。

3 保護骨關節作用

3.1 抑制骨關節炎癥

骨碎補是治療骨關節炎的有效中藥選擇。骨碎補能快速減輕骨關節患者膝部紅、腫、熱、痛的癥狀，改善膝關節功能，劉宇波等[42]研究顯示，骨碎補可通過降低兔模型關節滑膜中白介素-1β的表達，減少關節滑膜中炎性細胞的數量，來保護關節滑膜損傷以及破壞，對膝骨關節炎有比較顯著的防治效果。骨碎補總黃酮對炎癥水腫也有抑制作用，金連峰[43-44]通過實驗發現，給新西蘭兔連續6周灌服劑量為1.5 g/(kg·d)的骨碎補，能抑制骨性關節炎滑膜細胞的過度凋亡，保護骨組織改善關節功能，其效果優于硫酸氨基葡萄糖。何鵬等[45]研究顯示骨碎補可以減低膝關節炎性因子白介素-1β與前列腺素E2的水平，減少骨關節滑膜組織里面的miR-146a與miR-27a的表達水平，可以顯著改善動物模型關節內的病理改變，減少關節腔滲出液，抑制關節滑膜血管的增生，促進關節內滑膜修復，提高治療骨性關節炎的臨床療效。研究表明，骨碎補中的柚皮素可通過調節基質金屬蛋白酶的產生，減輕膝關節水腫及疼痛，并且抑制效果與柚皮素的濃度呈正相關[46-47]。

3.2 保護關節軟骨

研究顯示，柚皮素可以減輕模型小鼠的慢性關節炎，改善組織病理學指標，減緩關節部位軟骨損傷和骨吸收[48]。戈兵等[49]研究人員發現，灌服骨碎補總黃酮8周可以減輕兔模型的軟骨退變程度，降低軟骨組織基質金屬蛋白酶-3表達，對軟骨細胞的分化起到促進作用，提高細胞Ⅱ型膠原及葡萄糖氨基聚糖水平，減輕關節軟骨退變，減少軟骨基質的降解，達到抑制膝骨關節炎的效果。牟明威等[50]研究發現，骨碎補聯合細胞-ADM(細胞真皮基質)移植可以顯著修復實驗兔模型軟骨缺損。骨碎補總黃酮通過抑制NF-κB信號通路激活以及抑制炎癥因子的表達來保護椎間盤軟骨細胞，延緩椎間盤退變的進展[51]。

4 抗炎止痛作用

骨碎補有顯著的抗炎消腫療效，而且止痛作用顯著。骨碎補中的柚皮素是一種具有生物活性能抗炎止痛的類黃酮，柚皮素可以通過調節溶酶體功能抑制炎性細胞因子的水平來控制炎癥[52]。柚皮素除具有抗炎鎮痛活性外，還具有傷害感受器調節作用，抑制機械刺激的敏感性，減少機械性痛覺過敏，抑制炎性疼痛和神經源性炎癥[53]。研究發現，柚皮素既可以抑制實驗小鼠的機械和熱痛覺過敏[54]，又可以逆轉小鼠異常的神經性疼痛和術后疼痛，提高小鼠的抗傷害感受能力[55]。近期有研究顯示，柚皮素被確定為有效的炎癥抑制劑，可以治療腰痛和坐骨神經痛[56]。

5 促進周圍神經再生作用

中醫一直在尋找具有骨科周圍神經損傷保護作用的中藥，而最新研究發現，骨碎補中的柚皮素具有良好的神經保護功能，具有抗炎和抗氧化作用，夠增強受損傷的坐骨神經再生能力，柚皮素可以提升實驗坐骨神經損傷模型小鼠的感覺和運動參數，改善痛覺行為和坐骨功能指數，這給骨科周圍神經損傷疾病的中藥治療提供了新思路[57]。

6 結論

骨碎補是一種具有多種藥理活性，可以治療多種骨科疾病的安全理想的骨傷科中藥。近年來圍繞骨碎補化學成分和其在骨科疾病治療的藥理作用及臨床應用等方面雖然有了諸多研究，但已有研究多集中于骨碎補的骨損傷修復和抗骨質疏松方向，在治療骨科疾病的其他方向，比如促進血管和周圍神經再生等的研究較少。骨碎補中有效成分復雜，學者們研究方向也主要側重于總黃酮和柚皮素等骨碎補粗提物，而像其單體成分以及活性因子等很多領域也值得學者進一步深入研究。加強對骨碎補有效成分的研究和提取，進一步開發骨碎補在骨科疾病治療方面的藥學價值，篩選出提高骨科臨床療效的活性成分入藥是今后科學開發利用骨碎補的研究課題，伴隨著骨碎補藥用價值的不斷挖掘，骨碎補將在骨科臨床發揮越來越重要的作用，這對于中醫骨傷科的發展及中醫藥現代化均具有重要意義。