異補骨脂素影響骨代謝研究進展及其藥物安全性

李想 王劍 岑利民 張宇

1.內蒙古醫科大學研究生院，內蒙古 呼和浩特 010059 2.內蒙古自治區人民醫院，內蒙古 呼和浩特 010010 3.內蒙古烏蘭察布市中心醫院，內蒙古 烏蘭察布 012000

骨質疏松(osteoporosis，OP)是一種以骨量低下、骨微結構破壞、骨脆性增加，易并發骨折的代謝性骨病[1]。目前我國60歲以上的人口約占總人口數的15.5%，OP的治療費用以及給社會及家庭帶來的經濟負擔早已成為公共衛生領域的重要問題[2]。以往治療OP主要使用的藥物包括雌激素相關類藥物[3]、雙膦酸鹽類藥物[4]等，但這些藥物也存在一定的不足之處，比如：長期使用雌激素相關類藥物的女性患者患乳腺癌、子宮內膜癌風險增加[5]；雙膦酸鹽類藥物偶有胃腸道不良反應或者流感樣癥狀[6]。

補骨脂是一種補腎助陽的中藥，異補骨脂素是其有效成分之一，屬呋喃香豆素類化合物[7]，研究表明其具有抗腫瘤[8]、抗氧化[9]、抗炎[10]、抗光損傷[11]、減輕骨丟失及促進骨生成[12-13]等作用。異補骨脂素在治療OP所發揮的作用近年來被廣泛關注，本文結合近年來相關研究，從異補骨脂素對骨代謝、軟骨細胞、OP動物模型的影響以及藥物對實驗動物的安全性等方面進行綜述。

1 異補骨脂素對骨代謝及軟骨的影響

1.1 對成骨細胞的影響

骨骼處于不斷重塑的代謝過程中，而成骨細胞(osteoblast，OB)則是在這一過程中唯一能夠產生骨形成效果的細胞，在骨代謝中起到至關重要的作用[14]。研究顯示，異補骨脂素能夠促進OB分化成熟，促進骨形成，改善骨微環境，增強骨密度。明磊國等[15]對SD大鼠OB使用異補骨脂素進行體外培養發現，OB增殖過程中的堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性提高，鈣鹽沉積及骨鈣素(osteocalcin，OCN)含量提高，鈣化結節的形成量增多，促進大鼠OB分化成熟；翟遠坤等[16]發現異補骨脂素可以增強成骨相關的細胞因子mRNA表達；Zhang等[17]發現異補骨脂素可以抑制MC3T3-E1細胞Smad7蛋白的表達，激活TGF-β1信號通路，促進細胞合成Ⅰ型膠原。

1.2 對破骨細胞的影響

破骨細胞(osteoclasts，OC)來源于單核巨噬細胞系，在OP形成過程中同樣重要，它與OB協同完成骨重建[18]。關于異補骨脂素對OC作用的研究相關資料較少，宣仙君等[19]研究表明，關節置換術后假體周圍骨溶解及關節松動可能與磷酸三鈣(tricalciumphosphate，TCP)磨損顆粒導致的OC分化、活化有關，異補骨脂素可能有防治上述情況的效果，在顱骨溶解小鼠模型的顱頂局部注射異補骨脂素對TCP磨損顆粒誘導的OC分化、活化有明顯的抑制作用，表現為OC數量減少，OC生成標志物抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)及組織蛋白酶K(cathepsin K)的活性下降，加藥組小鼠骨溶解面積較模型組小鼠明顯減小。

1.3 對軟骨成骨的影響

有少量的報道稱，骨關節炎(osteoarthritis，OA)與OP存在非互反關系，這與炎癥及細胞因子對OP的影響有關，這些因子改變了骨吸收與骨形成之間的平衡，那么抑制軟骨細胞的凋亡可能改善OP患者的骨關節炎癥狀。在研究中，Chen等[20]發現軟骨細胞凋亡和軟骨細胞外基質丟失與OA軟骨退變有關，異補骨脂素可以通過增強軟骨細胞自噬效應改善軟骨細胞凋亡情況；Li等[21]研究發現，異補骨脂素可以通過細胞外調節蛋白激酶(ERK)、絲裂原活化蛋白激酶(p38)和骨形態發生蛋白2(BMP-2)信號通路誘導ATDC5細胞分化，促進軟骨形成相關基因表達及軟骨結節的積聚，可能有治療骨生長障礙的效果。

1.4 對骨髓間充質干細胞分化的影響

骨髓間充質干細胞(bone mesenchymal stem cells，BMSCs)是一種已知的多能干細胞，具有自我更新、分化以及免疫調節等特性，其具有成骨、成軟骨、成脂分化的功能，也是OP研究中的熱點[22]。BMSCs向OB分化能力減弱，向OC分化能力增強是引起OP的重要原因，異補骨脂素可以促進BMSCs的成骨分化，抑制其成脂分化。Wang等[23]研究發現，異補骨脂素使成骨分化相關的ALP、OCN和核心結合蛋白因子2(Runx-2)的表達水平上調，成脂分化相關的過氧化物酶增殖體激活受體(PPARγ)和增強子結合蛋白C(C/EBPβ)的表達水平下調，實驗動物股骨骨髓中脂肪細胞減少，骨小梁數量顯著提升；還有較多研究也證明了異補骨脂素可以促進大鼠BMSCs成骨分化，抑制成脂分化[24-25]。

2 異補骨脂素對OP動物模型的作用及分子機制

2.1 對去勢小鼠OP模型的作用機制

異補骨脂素對去勢小鼠OP模型的影響主要在于對抗去勢引起的骨丟失。Yuan等[26]研究顯示，給予去勢小鼠異補骨脂素灌胃后ALP、OCN和Ⅰ型膠原升高，抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)降低，骨小梁的微觀結構得到改善，骨強度增加，提示異補骨脂素具備治療性激素缺乏類型OP的潛質；王劍等[27]對去卵巢C57/BL6小鼠使用異補骨脂素灌胃后發現能夠逆轉Runx-2的降低，抑制PPAR-γ的表達，減緩由去勢引起的骨丟失，該團隊在后續的研究還發現，去勢大鼠異補骨脂素灌胃治療后，促進WNT/β-catenin蛋白表達，抑制PPAR-γ蛋白表達，表明異補骨脂素可能通過調節PPAR-γ/WNT通路來治療OP[28]。

2.2 對氧化應激OP模型的作用及分子機制

王軍等[29]研究發現，給予氧化應激OP模型大鼠實行異補骨脂素灌胃14周后，大鼠體內與骨保護相關的OCN、護骨素(OPG)、骨特異性堿性磷酸酶(BAP)、β-catenin蛋白、過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)都呈上升趨勢；與氧化損傷相關的叉形頭轉錄因子(FoxO3a)、Axis抑制蛋白2(Axin2)、丙二醛(MDA)、可溶性核因子-kB受體活化因子配體(sRANKL)和TRACP明顯呈下降趨勢，可以觀察到大鼠全身骨密度值均有所改善，骨生物力學指標較OP模型組明顯好轉，表明異補骨脂素可能通過調控FoxO3a/Wnt相關信號通路，從而發揮抗氧化應激型OP的作用。

3 關于異補骨脂素藥物安全性的探討

根據人類使用補骨脂類藥物中毒的相關報道[30]，發現補骨脂的光過敏與肝腎毒性主要與其呋喃香豆素類成分有關[31]，異補骨脂素正是從補骨脂中提取的呋喃香豆素類有效成分之一[32]，要想在OP治療領域對其有更深入的研究，需要對其毒性、實驗安全性進行評估，關乎實驗成功與否以及為后續藥物的開發提供安全可靠的數據。關于異補骨脂素毒性研究，Song等[33]在給予SD大鼠60 mg/kg異補骨脂素灌胃7 d后發現，藥物主要損傷肝細胞內質網；Yu等[34]使用異補骨脂素28 mg/kg對SD大鼠進行灌胃12周后，發現異補骨脂素可能引起貧血，還造成肝臟代謝紊亂；宋蕾等[35]給予雌性ICR小鼠異補骨脂素100 mg/kg灌胃9 d后發現小鼠膽汁酸mRNA水平受到影響；Wang等[36]發現給予Wistar大鼠40 mg/kg異補骨脂素灌胃28 d后出現肝臟毒性反應，而給予ICR小鼠160 mg/kg異補骨脂素灌胃未出現明顯的肝損害，表明Wistar大鼠對藥品的敏感度高，更易出現肝毒性損害；Zhang等[37]將不同性別Wistar大鼠給予異補骨脂素灌胃3個月后發現雌性大鼠比雄性大鼠對異補骨脂素的毒性反應更敏感，表現為體重減輕、氨基酸代謝紊亂。這些研究表明肝毒性是異補骨脂素灌胃給藥主要存在的問題，并且在不同品種實驗鼠類、不同性別之間的毒性具有明顯差別。

4 總結

異補骨脂素的研究在OP領域成為熱點，其在細胞實驗及動物實驗表現出的促進骨形成、抑制骨吸收、改善軟骨細胞狀態等作用說明具有治療OP的潛質，但是總體而言異補骨脂素研究較少，需要增加大樣本、多中心的對照實驗為藥物研究提供更多數據。藥物毒性是限制對異補骨脂素深入研究的重要障礙，作為天然小分子藥物，其藥物毒性可能受提取方法、藥物配伍、藥物濃度、用藥時間及用藥對象的影響，使用藥物需經專業人員指導，后續針對這方面的流行病學調查以及預防工作也亟待展開。動物實驗是藥物開發中重要的環節，大多數研究都是將異補骨脂素進行灌胃給藥，實驗動物經肝腎代謝，這就造成了藥物表現出明顯的肝腎毒性，在今后可以考慮進行其他給藥方式的研究，以減少肝腎代謝，并且增強藥效，如：將異補骨脂素進行局部用藥或將其制成骨組織靶向制劑、抗OP相關基因的靶向制劑等，這些給藥方式的藥效以及后續的實驗如何進行都需要研究人員深入研究。總之，在天然小分子藥物得到廣泛重視的情況下，異補骨脂素在治療OP領域將會有很大的發展空間。