薯蕷皂苷防治原發性骨質疏松的研究進展

謝興文，鐘建春，李鼎鵬，黃 睿，李 寧，郭云龍，翟伯宇

(1.西北民族大學附屬醫院 骨科，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅省第二人民醫院 骨科， 甘肅 蘭州 730046；3.甘肅中醫藥大學 中醫臨床學院, 甘肅 蘭州 730099)

骨質疏松癥(osteoporosis,OP)是一種全身性代謝性骨病，由于骨量減少、微結構退化、骨脆性增加、骨力學強度降低而容易導致骨折[1]。調查顯示中國目前OP或骨量減少的患者已達2.86億， 并且明顯呈逐年增加的趨勢[2-3]。OP作為一種與增齡相關的靜息性疾病，早期的OP患者常無明顯的臨床表征，很難引起關注，因此有“沉默殺手”之稱。

《黃帝內經》認為，“未病先預、既病防變，病后防復”，其中大量的藥食同源藥充分體現了防治結合的思想，貫穿于中醫診療的各個階段。臨床所應用的大量方劑都運用了藥食同源中藥，此類藥物食用較安全，且包含多種生物活性成分。現代研究發現山藥作為防治OP的常用中藥，其提取物薯蕷皂苷有較強的抗OP作用。本文對薯蕷皂苷防治OP在抑制破骨、促進成骨生成和相關信號通路等方面進行文獻綜述，以期為薯蕷皂苷和藥食同源防治OP提供思路。

1 山藥及薯蕷皂苷

山藥又稱薯蕷、薯藥、淮山、甘薯等，是多年生薯蕷屬植物的地下塊莖[4]。《神農本草經》記載其可補虛羸，補中益氣力、長肌肉、強筋骨。入腎、脾、肺三經。中醫理論認為，腎精足使骨髓生化有源，骨髓滋養骨而剛強有力，脾氣足是氣血的生化源泉，血能化精，精血足則腎精旺，腎精旺則“筋骨堅”，從而起到調節骨代謝的作用[5]。諸多文獻指出中醫防治OP的方劑中，大多含有山藥，同時在多個基于數據挖掘的OP用藥規律研究中，山藥均位于前列[6-8]。山藥提取物薯蕷皂苷(Dioscin)為分布于山藥及薯蕷科、百合科等藥用植物的根、莖、葉等各個部位中的一種甾體皂苷，結構如圖1所示。

圖1 薯苷蕷皂結構式Fig 1 Structural formula of dioscin

薯蕷皂苷片臨床廣泛應用與改善冠狀動脈供血不足所引起的冠心病和心絞痛。有較強的抗感染、抗腫瘤、保護肝臟、控制血壓、三酰甘油、高膽固醇等作用。同時，研究發現，薯蕷皂苷通過促進成骨細胞的形成和抑制破骨細胞的形成，從而提高骨礦物質含量和骨強度[9]。

2 薯蕷皂苷抑制破骨細胞活性及相關信號通路的研究

人體骨骼處于不斷更新和改造過程，即骨重建過程，指破骨細胞去除舊骨(骨吸收)與成骨細胞形成新骨(骨形成)處于動態平衡過程。而OP的發生主要是這種平衡被打破。參與骨重建的成骨細胞主要由骨髓間充質干細胞(bone marrow stem cells,BMSCs)而來，通過前成骨細胞、骨襯細胞、成骨細胞和骨細胞4種不同類型產生骨鈣蛋白、血清堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、膠原等形成增加骨的礦化，不斷促進骨形成[10]；破骨細胞來源于骨髓中的造血細胞，骨吸收的功能主要是通過形成酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)來實現的，正常生理情況下骨形成與骨吸收維持平衡趨于穩態，當骨吸收的速度大于骨形成速度時這中平衡被破壞，導致骨質疏松[11]。

薯蕷皂苷可抑制細胞表達核因子-κB(NF-κB)受體活化因子配體(receptor activator nuclear factor κB ligand,RANKL)人為誘導骨髓來源巨噬細胞的破骨分化過程和骨吸收功能，破骨細胞相關基因如：組織蛋白酶K、活化T細胞的核因子c1(nuclear factor of activated T cells cytoplasmic 1,NFATc1)、TRAP的表達受到抑制，表明薯蕷皂苷能夠調節破骨細胞的分化過程和削減破骨細胞骨吸收功能[12]。骨保護素(osteoprotegerin,OPG)是由骨髓基質細胞和成骨細胞產生的NF-κB受體活化因子(receptor activator nuclear factor κB,RANK)的抑制劑，其在機體形成過程中與RANK共同競爭RANKL受體結合位點。OPG/RANKL/RANK信號通路在成骨分化過程中起重要作用，是成骨細胞作用于破骨細胞的重要途徑。OPG/RANKL比例的失衡會引起多種與骨質有關的骨代謝疾病，骨重建過程的動態平衡離不開OPG/RANKL的動態平衡，當OPG/RANKL比例升高時，破骨細胞的分化成熟能力提高，骨代謝疾病發生率上升[13]。薯蕷皂苷干預的大鼠血清OPG、RANKL、OPG/RANKL水平顯著高于對照組，表明薯蕷皂苷通過改變OPG/RANKL動態比例平衡來減弱破骨細胞對機體產生的影響，有效預防OP[14]。薯蕷皂苷可破壞蛋白激酶(AKT)的磷酸化，進而損害了RANKL誘導的NF-κB信號通路，抑制了活化T細胞的核因子c1(NFATc1)的轉錄活性，揭示了薯蕷作用于破骨細胞的分子機制是通過抑制Akt/NF-κB和Akt/NFATc1信號通路，而AkT/NF-κB軸在破骨細胞發生和維持成熟破骨細胞存活中至關重要[15]。薯蕷皂苷能顯著提高OPG/RANKL比值，通過上調OPG和下調RANKL誘導的TRAF6信號通路抑制破骨細胞的形成，改善ALP、StrACP、骨密度、生物力學和微觀結構[16]。以上闡釋了薯蕷皂苷通過減弱破骨細胞能力、改變OPG/RANKL動態比例平衡、抑制破骨相關轉錄活性因子等方面在防治OP中的作用機制。

3 薯蕷皂苷促進成骨細胞及相關信號通路的研究

薯蕷皂苷能促進ALP、Runx2和骨鈣素(bone glaprotein,BGP)的表達，提示薯蕷皂苷具有促進成骨的作用[17]。同時，類成骨細胞系MC3T3-E1細胞培養實驗表明，薯蕷皂苷能提高其磷酸化活性，促進礦化結節的形成，使MC3T3-E1細胞LRP5和LRP5表達增強，β-連環蛋白和OPG/ranklmrna表達水平升高[18]。因此，薯蕷皂苷通過調節骨代謝相關基因的表達來防治OP的作用被證實。薯蕷皂苷通過上調OPG/RANKL比值促進成骨細胞的形成，通過下調RANKL誘導TRAF6及其下游信號分子MAPKs和Akt抑制破骨細胞的形成。此外，這一發現為闡明薯蕷皂苷防治去勢大鼠的骨丟失提供了新的見解[19]。在成骨細胞體外培養的研究中發現，薯蕷皂苷能促進成骨細胞的增殖，上調成骨細胞中OPG/RANKL mRNA的比值，提高成骨細胞中ALP的活性，起到骨保護作用[20]。通過薯蕷皂苷對OP模型大鼠的干預，發現實驗組大鼠的骨密度、股骨應力及骨小梁數目均顯著增加，PI3K、P38、ALP以及骨形態發生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)的骨組織中含量顯著提高。薯蕷皂苷可通過PI3K/Akt/p38信號通路調節成骨細胞的增殖分化，改善骨密度和骨應力，促進骨組織的增殖，從而防治OP是其可能的機制[21]。薯蕷皂苷對糖代謝和OP都有良好的作用，而OP作為糖尿病最常見并發癥之一發病率極高，一項通過檢測薯蕷皂苷干預組血清骨轉換指標和其他生化指標、骨量和礦化度、力學性能和組織形態計量學參數研究顯示，薯蕷皂苷的干預抵消了糖尿病對股骨遠端生長板和松質骨微結構的影響，表明對骨骼有益[22]。

4 問題與展望

綜上所述，薯蕷皂苷通過促進成骨和抑制破骨細胞來預防OP，薯蕷皂苷在促進成骨及抑制破骨雙向起到防治OP的效果，其能通過OPG/RANKL/RANK、Akt/NF-κB、Akt/NFATc1、Wnt/β-catenin、PI3K/AKT/P38等多種通路來改善骨代謝，增加骨量。主要經過如下途徑：1)對破骨細胞的分化成熟起到抑制作用減少其數量來降低骨質破壞的可能，抑制骨吸收、延緩骨量流失；2)上調成骨相關因子及增加成骨細胞活性，提高成骨分化程度；3)加快BMSCs向成骨分化的過程；4)發揮雌激素樣作用，促進成骨細胞的生成。薯蕷皂苷藥理活性較多、來源充足、安全可靠，作為一種食用植物幾乎無任何毒副作用，可做菜肴、藥膳、藥粥、面點等，是一種具有廣泛應用前景的新藥。隨著對薯蕷皂苷藥理作用的深入研究和作用機制的進一步闡明，薯蕷皂苷作為一種中藥提取物，在人類疾病的治療中將發揮更大的作用。

中華兒女在長期的生活和與疾病斗爭實踐中積累了豐富的“藥”“食”理論和經驗方，形成寶貴的“藥食同源”文化。形成了養生保健、強身健體和抗衰益壽等多方面的藥食同源中藥[23]，近幾年，中醫藥文化、中醫藥產業迅速發展，藥食同源相關中藥多樣的生物活性和安全可食用性受到越來越多的研究者關注。其中，在防治OP方面，無論是典籍中經典名方，還是民間的驗方新方，藥食同源中藥常會用到，“藥食同源”體現了中醫學中食療、藥膳、養生等方面的思想，結合了中醫學“治未病”理念，此類藥物也通過其他形式在OP的預防、治療中發揮作用[24]。例如在藥食同源中常被用于治療OP溫補脾腎、強壯筋骨的杜仲山藥粥，暖脾益腎山藥羊肉粥等。中國對藥食同源中藥有著長期的深刻認識和身體力行的實踐，隨著人們健康管理意識的逐漸提高，此類藥物藥性溫和、藥食兼用、經濟易得等多元化的特點決定了其必然會在保健養生、預防疾病、治療疾病中發揮巨大的作用。但如何合理利用“藥食同源”中藥使之充分發揮防治骨質疏松癥的作用也是當前面臨的機遇與挑戰，需要中醫藥人利用自身中醫理論體系深入探究，潛心鉆研，多學科聯合。借助現代工藝開發能夠被大眾接受的防治OP的食品或飲品來替代藥品。