淫羊藿苷干預骨質疏松的研究進展

呂南寧,張浩,馮驍驍,劉明明

(連云港市第二人民醫院骨科,江蘇 連云港 222000)

骨質疏松癥是中老年人最常見的骨代謝性疾病,其特征是骨微結構退化,骨量減少,并導致骨折風險大大增加[1],已經成為威脅中老年人生活質量的嚴重公共健康問題。然而現在對于骨質疏松癥的治療,臨床上尚無統一明確的治療方式,主要的藥物治療方式是從促進骨平衡的正向發展入手,比如通過抑制破骨細胞功能以減少骨吸收,或者作用于成骨細胞提高骨質形成。現在常用的藥物主要有骨吸收抑制劑和骨合成促進劑。但是臨床研究發現在使用藥物治療骨質疏松癥的過程中,大多數抗骨吸收劑和部分骨合成劑有較多的不良反應[2]。例如,長期使用雙膦酸鹽后會產生上消化道出血、急性期反應、低血鈣和繼發性甲狀旁腺功能亢進、肌肉骨骼疼痛、頜骨壞死等不良反應[3]。降鈣素類藥物最常見的不良反應是鼻刺激[4]。皮下注射特立帕肽和阿巴拉肽是目前美國食品和藥物管理局批準用于骨質疏松癥治療的甲狀旁腺激素類藥物,在強化骨骼和減少骨折方面療效較好,然而特立帕肽非常昂貴(大約每月850美元),并且動物實驗證明特立帕肽有一定的致瘤潛力,所以一般不能連續使用超過2年[5]。同樣,阿巴拉肽存在骨肉瘤發病率的潛在風險,特別是在易感人群中[6-7]。雖然目前的藥物治療有一定療效,但是由于其導致患者較多的不良反應及并發癥,使得這些藥物不宜長期應用,所以研發有效、安全的抗骨質疏松新藥品迫在眉睫。

隨著近年來中藥治療骨質疏松癥不斷取得的進展,利用中草藥治療骨質疏松癥被越來越多的研究者和臨床工作者所接受。越來越多的研究人員轉向中藥,尋找治療骨質疏松癥的預防或替代療法。現有研究發現多種中藥對改善骨質疏松具有較好的療效,其中應用、研究較多的是淫羊藿,其具有降低骨質流失和保持骨密度的治療潛力,有望成為新一代抗骨質疏松癥的新藥品。淫羊藿的主要有效成分為黃酮類化合物,而其中的淫羊藿苷對于抗骨質疏松具有良好的效果,它不僅能增加人成骨細胞的增殖能力,還能促進成骨細胞的生成,同時還可以作用于前體破骨細胞,抑制其增殖能力,從而減少破骨細胞的產生。越來越多的證據表明淫羊藿苷通過刺激骨形成的同時還能抑制骨吸收,從而在骨健康中發揮雙重作用[8]。重要的是,淫羊藿苷可以穩定地在局部釋放,因而可以當作生物材料成為骨組織工程骨誘導候選物之一[9-11]。血管生成在骨再生中也起著重要作用,據報道淫羊藿苷可通過刺激內皮細胞遷移、增殖和體內小管生成來增加血管生成[12]。本文對淫羊藿苷在骨形成和骨吸收中的作用以及目前淫羊藿苷的臨床應用現狀進行了總結。

1 淫羊藿苷刺激成骨細胞的生成及骨合成

淫羊藿苷可通過促進骨形態發生蛋白2(BMP-2)、骨形態發生蛋白9(BMP-9),激活BMP/Smads/Runx2/Osterix信號通路,進而調控Runx2和Osterix基因的表達,促進骨髓間充質細胞(BMSCs)的成骨轉化。骨形態發生蛋白(BMPs)是一個具有啟動成骨細胞分化能力的蛋白質家族,可誘導BMSCs向成軟骨細胞、成骨細胞和成牙本質細胞分化,促進成骨細胞功能等[13-16]。淫羊藿苷可以誘導BMP-2、BMP-9蛋白生成,通過Smads信號通路進行傳導,實現BMPs信號由細胞外經細胞質向細胞核內靶基因傳遞,進而調節Runx2、Osterix等成骨基因的轉錄而發揮其成骨作用[17-19]。Runx2是成骨細胞分化的關鍵調節因子和特異性成骨細胞轉錄因子,通過結合成骨細胞特異性激活元件,直接調節成骨細胞特異性基因的表達,包括骨鈣素、Ⅰ型膠原和骨橋蛋白,調控骨形成的多個過程。Osterix為成骨細胞的另一個特異性轉錄因子,是一個含鋅指結構的蛋白,可以調控多種重要的成骨基因的表達,如骨黏素、骨橋素、骨涎蛋白和Ⅰ型膠原蛋白等。Osterix與Runx2調控成骨細胞不同的分化階段,促進BMSCs的成骨轉化。此外淫羊藿苷還可以通過抑制BMSCs向脂肪細胞分化,增加成熟成骨細胞的數量[20-21]。當BMSCs用淫羊藿苷處理時,脂肪分化得到抑制導致成骨細胞進一步分化。

淫羊藿苷促進成骨細胞的增殖作用還與雌激素受體信號通路有關,Song 等[22]發現淫羊藿苷可作用于雌激素受體,引起細胞外調節蛋白激酶(ERK)和 c-Jun 氨基末端激酶(JNK)信號激活,刺激小鼠胚胎成骨細胞前體細胞 MC3T3-E1 數量增加。朱曉峰等[23]發現淫羊藿苷促進成骨細胞增殖是由雌激素受體介導,且有絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路參與,進而發揮抗骨質疏松作用。

2 淫羊藿苷抑制破骨細胞的生成及骨吸收

淫羊藿苷的抗骨質疏松作用還與抑制破骨細胞的生成有關。呂明波等[24]研究發現,淫羊藿苷可以抑制破骨細胞的生成以及骨吸收,并且濃度越高,作用越強。李偉娟等[25]研究發現,淫羊藿苷能夠抑制BMSCs向破骨細胞的分化,減少破骨細胞的數量,以及抑制骨吸收活性。此外淫羊藿苷能夠直接作用于核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)信號通路,減少造血細胞分化成破骨細胞[26]。同時,淫羊藿苷及其衍生物能增加堿性磷酸酶、骨鈣素、Ⅰ型膠原蛋白和骨保護素(osteoprotegerin,OPG)的成骨基因表達,抑制原代成骨細胞中RANKL的表達,間接抑制破骨細胞分化[27]。除了調節破骨細胞分化,淫羊藿苷還可以誘導前體破骨細胞的細胞周期暫停,導致凋亡。何丹丹等[28]采用分子對接技術模擬并預測RANKL與淫羊藿的相互作用,并通過切除大鼠雙側卵巢制備骨質疏松模型,評價淫羊藿對模型大鼠體質量、骨吸收血清指標堿性磷酸酶和抗酒石酸鹽酸性磷酸酶-5b(TRACP-5b)、骨密度以及骨組織形態的調節作用。結果發現淫羊藿能通過與RANKL蛋白靶點結合,抑制破骨細胞分化并發揮抗骨質疏松作用。

3 淫羊藿苷的臨床應用研究

目前臨床上應用淫羊藿治療骨質疏松的研究也較多。馮宜蒀等[29]通過網絡藥理學方法探究“淫羊藿-熟地黃”治療骨質疏松癥的分子機制,通過“淫羊藿-熟地黃”中的蛋白靶點與骨質疏松相關基因映射,獲得共有靶點57個,蛋白互作網絡分析顯示前列腺素內過氧化物合酶、雄激素受體、雌激素受體等可能是“淫羊藿-熟地黃”治療骨質疏松的核心靶點,并通過KEGG通路富集分析獲得包括cAMP信號通路、神經活性配體-受體相互作用、類固醇激素的合成等11條相關信號通路。因此他認為“淫羊藿-熟地黃”配伍通過多途徑、多靶點發揮治療骨質疏松的作用。曾雪等[30]通過予單味中藥淫羊藿和予骨化三醇軟膠囊治療骨質疏松對比研究,3個療程后發現淫羊藿組患者的腰椎、橈骨遠端、股骨頸骨密度大于骨化三醇軟膠囊組。劉海燕[31]將122例骨質疏松癥患者分為口服中藥淫羊藿提取物和口服碳酸鈣D3組,進行隨機對照研究,治療12周后發現淫羊藿提取物組腰椎L2-4、髖關節、股骨頸的骨密度均顯著高于碳酸鈣D3組(P<0.05),認為中藥淫羊藿治療骨質疏松癥的臨床療效較好。

骨缺損的修復一直是臨床中的治療難點,隨著骨組織工程技術與再生醫學的發展,近年來負載淫羊藿苷的骨缺損修復支架材料在修復骨缺損方面取得了重大進展,為臨床治療骨缺損提供了新的治療方法。3D打印技術制備的聚磷酸鈣/淫羊藿苷支架和p-磷酸鈣/淫羊藿苷支架,對骨缺損的修復有明顯促進作用,同時支架具有良好的骨誘導性和生物相容性,其降解產物多為鈣、磷離子和鈣鹽、磷酸鹽,不引起局部反應[32-33]。納米羥基磷灰石/聚乳酸(nHA/PLGA)復合支架是一種高分子支架材料,具有優良的生物相容性、降解性以及超強的吸附與滲透能力。王德欣等[34]將不同濃度的淫羊藿苷加載于nHA/PLGA上,發現其促進BMSCs增殖和分化活性具有濃度依賴性。Liu等[35]將淫羊藿苷加載于中間層含有聚多巴胺(polydopamine,PDA)的靜電紡絲聚丙交酯(PLLA)纖維膜中,然后將成骨細胞接種于纖維膜上,發現纖維膜對成骨細胞的黏附、增殖以及成骨性分化更為有利。同時發現低濃度淫羊藿苷更有利于成骨細胞的黏附和增殖,而高濃度的淫羊藿苷可顯著促進成骨細胞分化,增加堿性磷酸酶活性以及鈣沉積。

4 結論與展望

淫羊藿苷是一種骨誘導黃酮類化合物,具有雌激素的模擬特性,可誘導骨形成并抑制骨吸收,但對淫羊藿苷治療骨質疏松的研究以基礎實驗為主,缺乏大樣本、多中心的臨床對照研究,同時對于淫羊藿治療的機制目前尚不能完全闡明,這提示我們在今后應加強淫羊藿及其衍生物在人體內的藥理作用和藥代動力學特性的持續研究,充分探索淫羊藿治療骨質疏松的機制,為骨質疏松的治療提供安全高效的中藥。