自噬主要相關(guān)因子在骨質(zhì)疏松癥中的作用及中醫(yī)藥干預(yù)研究

李鼎鵬 謝興文 李建國* 李輝 丁聚賢 蘇積亮 柳博

1. 西北民族大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730030 2. 甘肅省第二人民醫(yī)院，甘肅 蘭州 730030 3. 甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730030

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis, OP)是一種全身代謝性骨骼疾病，隨著我國人口老齡化問題日漸突出，OP發(fā)病率顯著增加。2018年OP流行病學(xué)調(diào)查表明[1]，65歲以上的老年人OP患病率為32.0 %，其中女性高達(dá)51.6 %。目前臨床治療主要以西藥為主，但因副作用明顯、價(jià)格較高等制約了其在臨床的廣泛使用。中藥具有“簡、便、廉、效”的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但其作用機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。自噬不僅參與骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)、成骨細(xì)胞(osteoblast, OB)及破骨細(xì)胞(osteoclast, OC)的代謝過程，在調(diào)節(jié)骨穩(wěn)態(tài)等方面亦扮演重要的角色。本文擬從中藥調(diào)節(jié)自噬與OP的發(fā)生及其防治作用角度進(jìn)行文獻(xiàn)綜述，旨在為中藥防治OP的進(jìn)一步研究及臨床用藥提供新的思路。

1 自噬及主要相關(guān)因子

自噬是真核生物細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝循環(huán)過程[2]，病理態(tài)的細(xì)胞自噬能夠引起自我調(diào)節(jié)失衡，造成細(xì)胞死亡[3]。其發(fā)生與Beclin-1、PIK3、LC3及 Atg等多種蛋白質(zhì)復(fù)合物及自噬基因相關(guān)[4]。自噬太過或不及均導(dǎo)致機(jī)體陰陽失衡狀態(tài)而引起OP的發(fā)生。中醫(yī)陰陽平和與機(jī)體臟腑協(xié)同機(jī)制與“成骨細(xì)胞-破骨細(xì)胞”平和及“RANKL-RANK-OPG”軸調(diào)節(jié)機(jī)制極為相似，均為OP發(fā)生的機(jī)制[5-6]。

2 自噬在OP發(fā)生中的作用

自噬作為真核細(xì)胞自我保護(hù)機(jī)制，在骨細(xì)胞分化、功能的介質(zhì)，在維持骨代謝平衡中發(fā)揮著重要作用[7]。自噬調(diào)控功能異常與骨量流失及OP有關(guān)[8]。

2.1 骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞

BMSCs能夠向OB分化，對(duì)防治OP具有重要的作用。有研究[9]指出，自噬通過Akt/m TOR信號(hào)軸調(diào)控人BMSCs的成骨分化。研究[10]表明抑制小鼠BMSCs中ATG5/Beclin-1自噬基因后其成骨分化能力降低。徐麗麗等[11]發(fā)現(xiàn)，OP患者機(jī)體BMSCs自噬水平及成骨分化能力低于正常細(xì)胞，同時(shí)LC3-II/I自噬蛋白表達(dá)明顯降低，P62自噬蛋白表達(dá)明顯增高。萬永鮮[12]亦報(bào)道，老年OP患者BMSCs自噬及成骨分化能力較低，采用自噬激動(dòng)劑提高自噬水平后BMSCs成骨活性顯著增強(qiáng)。

2.2 成骨細(xì)胞

研究[13]表明，OB成骨分化及礦化過程中自噬表達(dá)水平增加。敲除OBATG7抑制自噬水平后，骨基質(zhì)礦化能力降低[14]。蛋白FIP200作為啟動(dòng)自噬體形成的復(fù)合物，其缺失會(huì)導(dǎo)致骨形成減少。Fei等[15]報(bào)道稱，靶向性敲除小鼠FIP200基因，造成p62表達(dá)水平降低、LC3-II轉(zhuǎn)換不足等自噬缺陷，導(dǎo)致骨形成能力下降，引起OP的發(fā)生。通過上調(diào)自噬水平能夠顯著地促進(jìn)OB(MC3T3-E1)的分化及礦化，骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(BMP-2)及成骨相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子抗體(Osterix)表達(dá)顯著增加，但該作用能夠通過3-MA自噬抑制劑逆轉(zhuǎn)。以上研究均表明激活自噬有助于促進(jìn)OB成骨分化[16]。

2.3 破骨細(xì)胞

自噬因子作為OC功能重要的調(diào)節(jié)因子之一，在骨吸收功中發(fā)揮著重要作用。研究[17]表明抑制自噬或缺乏Atg5、Atg7、Atg4B、LC3等自噬相關(guān)因子能夠?qū)е翺C功能障礙，降低OC骨吸收能力。有研究[18]表明，自噬蛋白P62在促進(jìn)OC發(fā)生及功能中發(fā)揮著重要作用。抑制自噬基因Atg7后能夠顯著地降低OC的形成及抑制骨吸收[15]。此外有報(bào)道稱[19]，特異性沉默OC中Beclin-1能夠降低OC的分化及其骨吸收功能。

3 中藥調(diào)控自噬防治OP

近年來，中藥單體及復(fù)方通過調(diào)控自噬水平發(fā)揮防治OP癥的研究日漸增多，逐漸成為中醫(yī)藥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，隨著研究的不斷深入，取得了一定的研究成果。見表1、表2。

3.1 中藥單體調(diào)節(jié)自噬相關(guān)因子防治OP

3.1.1干預(yù)BMSCs防治OP：梁瀟瀟[20]通過體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究表明，淫羊藿苷通過促進(jìn)自噬相關(guān)標(biāo)記蛋白LC3表達(dá)水平及降低自噬相關(guān)標(biāo)記蛋白P62表達(dá)水平來增強(qiáng)自噬水平來促進(jìn)BMSCs的增值及成骨分化。同樣蛇床子素[21]、歐前胡素[22]等藥物以能夠通過增加細(xì)胞自噬水平來促進(jìn)BMSCs成骨分化來發(fā)揮抗OP作用。

3.1.2干預(yù)OB防治OP：白藜蘆醇能夠通過促進(jìn)自噬增加OB(MC3T3-E1)成骨分化能力[23]。同時(shí)，淫羊藿苷能夠上調(diào)ULK1、FIP200、ATG13自噬基因及蛋白的表達(dá)水平提高自噬，促進(jìn)OB的增值、分化并抑制其凋亡而促進(jìn)成骨，增加實(shí)驗(yàn)大鼠骨密度(BMD)水平，增加骨小梁數(shù)量及相對(duì)骨體積、縮小骨小梁間距，顯著改善骨微觀結(jié)構(gòu)[24]。楊冰璇等[25]研究表明，淫羊藿苷通過促進(jìn)Beclin1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表達(dá)，降低p62表達(dá)水平來增強(qiáng)細(xì)胞自噬促進(jìn)OB(MC3T3-E1)成骨分化。葛根素亦通過下調(diào)miR-204促進(jìn)OB的增殖和分化，增加LC3B表達(dá)水平[26]。牛膝甾酮[27]同樣通過自噬發(fā)揮促OB成骨的作用。

3.1.3干預(yù)OC防治OP：人參皂苷Rb2能夠顯著地降低TRAP、CTX-1及mTOR 蛋白表達(dá)水平，增加AMPK、NF-κB、pAMPK 蛋白表水平，促進(jìn) LC3II/LC3I 比值升高，得出人參皂苷Rb2通過抑制 NF-κB 通路及調(diào)節(jié) mTOR 介導(dǎo)的自噬信號(hào)通路來抑制OC增值、分化及功能，發(fā)揮抗OP癥的作用[28]。山萘酚[29]、異甘草素[30]等亦能夠通過自噬發(fā)揮抑制OC骨吸收功能。

表1 中藥成分調(diào)節(jié)自噬靶點(diǎn)及作用細(xì)胞

3.2 中藥復(fù)方調(diào)節(jié)自噬相關(guān)因子防治OP

3.2.1干預(yù)OB防治OP：王玥等[31]的研究表明，抗疏健骨顆粒能夠通過改善OB功能發(fā)揮治療OP的作用，且疏健骨顆粒能夠上調(diào)LC3、Beclin1蛋白表達(dá)及降低P62蛋白表達(dá)，恢復(fù)細(xì)胞自噬而升高OP大鼠骨組織中GPR48及ATF4等骨代謝指標(biāo)水平，降低血清中ALP、BGP、TRACP骨代謝指標(biāo)水平而促進(jìn)骨形成。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析研究發(fā)現(xiàn)[32]，二仙湯通過Akt/mTOR通路提高OB自噬水平，抑制OB的凋亡、提高OB的抗氧化能力，發(fā)揮抗OP的作用。而補(bǔ)腎健脾活血方能夠促進(jìn)OB(MC-3T3-E1)增殖及成骨活性，當(dāng)沉默OB細(xì)胞中Beclin-1表達(dá)時(shí)成骨活性作用則發(fā)生逆轉(zhuǎn)[33]。

3.2.2干預(yù)OC防治OP：田濤等[34]的研究表明，二至丸能夠降低OC自噬相關(guān)基因mTOR、ATG5、Beclin、p62的表達(dá)，抑制OC分化而維持骨穩(wěn)太平衡，發(fā)揮抗OP的作用。譚登等[35]報(bào)道稱，補(bǔ)腎通絡(luò)方能夠抑制ATG5、ATG7、p62等破骨分化基因，通過降低自噬水平來抑制OC骨吸收，增加斑馬魚OP模型椎骨面積。而抗疏強(qiáng)骨合劑能夠通過降低血清β-CTX的表達(dá)水平[36]，上調(diào)LC3、Beclin1蛋白表達(dá)及降低P62蛋白表達(dá)發(fā)揮治療OP的作用[37]。

表2 中藥復(fù)方調(diào)節(jié)自噬靶點(diǎn)及作用細(xì)胞Table 2 The target of autophagy regulation by TCM compound and the cells acting on it

4 結(jié)語

中藥通過調(diào)控BMSCs、OB及OC細(xì)胞自噬治療OP具有廣闊的研究前景，但仍處于探索初期。同時(shí)，中藥調(diào)控自噬水平機(jī)制復(fù)雜，目前還需進(jìn)一步強(qiáng)化相關(guān)研究。未來將繼續(xù)堅(jiān)持在中醫(yī)辨證論治原則下利用現(xiàn)代分子生物學(xué)、網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)及蛋白組學(xué)等相關(guān)技術(shù)，開展自噬特異性靶點(diǎn)蛋白防治OP的相關(guān)研究，充分發(fā)揮中藥多靶點(diǎn)、多通路的優(yōu)勢(shì)，盡可能挖掘出療效確切的治療藥物。