杜仲抗骨質(zhì)疏松作用研究進(jìn)展

謝高倩，高玉海，陳克明

中老年人骨質(zhì)疏松癥(OP)不僅極大降低患者的生活質(zhì)量，還嚴(yán)重威脅其生命安全，給社會(huì)帶來(lái)了巨大的負(fù)擔(dān)[1]。因此尋找安全可靠的治療方法尤為重要。中草藥因不良反應(yīng)小得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視及廣大患者的肯定[2]。杜仲被認(rèn)為是防治OP的經(jīng)典用藥，《本草綱目》記載其具有“治腰膝痛，補(bǔ)中益精氣，堅(jiān)筋骨，強(qiáng)志”的功效[3]。熊偉和趙亮[4]報(bào)道杜仲有預(yù)防維A酸引起大鼠OP的作用；邢威等[5]證實(shí)杜仲可預(yù)防由卵巢切除引起的大鼠OP；王瀟瀟等[6]發(fā)現(xiàn)，攝入杜仲提取物在增加運(yùn)動(dòng)量的同時(shí)，還能有效改善OP大鼠的骨代謝情況。隨著相關(guān)研究的不斷深入，杜仲對(duì)這一疾病的作用機(jī)制正在漸漸明晰，本文對(duì)此做一綜述。

1 OP發(fā)病機(jī)制

OP是一種導(dǎo)致進(jìn)行性骨質(zhì)流失的全身性疾病[7]。在骨代謝活動(dòng)中，破骨細(xì)胞不斷吸收骨基質(zhì)產(chǎn)生凹陷，而成骨細(xì)胞不斷合成骨基質(zhì)填平凹陷。當(dāng)人體進(jìn)入老年期、婦女絕經(jīng)后或長(zhǎng)期臥病在床時(shí)，骨形成和骨吸收間的平衡逐漸被打破，此時(shí)骨吸收水平高于骨重建水平，因此OP發(fā)病率極大升高。OP常由多種因素共同作用導(dǎo)致，研究表明機(jī)體老年化、雌激素水平降低、長(zhǎng)期缺乏力學(xué)刺激、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、性腺功能減退和自身免疫性疾病等均可能引起OP[8-10]。歸根到底，OP發(fā)病大多影響的是成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞增殖、分化及凋亡等。目前OP治療藥物是通過(guò)影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞等代謝或成骨的相關(guān)信號(hào)通路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，杜仲也是如此[11]。

2 杜仲的化學(xué)成分

杜仲富含多種活性成分[12]，杜仲皮、杜仲葉及杜仲花的成分也各有不同[13]。研究表明，杜仲皮中主要存在木脂素類化合物，杜仲葉富含環(huán)烯醚萜類、酚類及黃酮類化合物，杜仲花主要成分為黃酮類化合物[14]。2015年版《中國(guó)藥典》將杜仲皮中的木脂類物質(zhì)松脂醇二葡萄糖苷作為杜仲藥材的質(zhì)量控制指標(biāo)，規(guī)定其質(zhì)量分?jǐn)?shù)不可低于0.10%。杜仲皮一直被認(rèn)為是傳統(tǒng)的藥用部位，代表成分有桃葉珊瑚素、京尼平苷和尼平苷酸，常被用于抗骨質(zhì)疏松治療的作用機(jī)制研究。

3 杜仲抗骨質(zhì)疏松的細(xì)胞機(jī)制

眾所周知，OP根本原因是骨代謝失衡即骨形成作用小于骨吸收作用。近年來(lái)，人們大多選擇抑制骨吸收和促進(jìn)骨形成的合成代謝藥物來(lái)治療OP[15]。實(shí)驗(yàn)證明，杜仲不僅具有抗骨吸收作用，還具有促進(jìn)骨形成作用[16]。ZHANG等[17]發(fā)現(xiàn)，杜仲皮中的木脂素類物質(zhì)能通過(guò)增加骨保護(hù)素(OPG)和降低核因子κB受體活化因子配體(RANKL)的表達(dá)來(lái)抑制破骨細(xì)胞形成。ZHAO等[18]報(bào)道，杜仲提取物能改變小鼠腸道微生物菌群組成，提高短鏈脂肪酸產(chǎn)量，從而抑制破骨細(xì)胞的生成。CHENG等[19]提出，杜仲提取物可抑制TRAP、CTSK及H+ATPase的表達(dá)，進(jìn)而抑制RAW264.7細(xì)胞的破骨性分化，降低骨吸收活性。

骨基質(zhì)的合成與礦化均離不開(kāi)成骨細(xì)胞，成骨細(xì)胞也是骨形成活動(dòng)的主要功能細(xì)胞。有研究表明，杜仲和補(bǔ)骨脂能促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖，且杜仲40%乙醇提取組分能明顯上調(diào)OPG與RANKL比值,并促進(jìn)MC3T3-E1成骨細(xì)胞增殖[20-21]。LIN等[22]報(bào)道，杜仲提取物是一種有效的抗氧化劑，可通過(guò)抑制過(guò)氧化氫誘導(dǎo)大鼠MC3T3-E1成骨細(xì)胞凋亡來(lái)促進(jìn)MC3T3-E1的生長(zhǎng)。程林[23]證實(shí)攝取杜仲提取物可顯著提升去卵巢大鼠骨密度及血清雌激素水平,并促進(jìn)其骨代謝平衡,提示杜仲具有骨保護(hù)作用。

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞有多種“命運(yùn)”。在人青壯年時(shí)期，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞大多向成骨細(xì)胞分化，但當(dāng)進(jìn)入老年期后，向脂肪細(xì)胞分化的概率更大，此時(shí)成骨細(xì)胞數(shù)量相對(duì)減少，OP發(fā)生率相對(duì)升高。TAN等[24]發(fā)現(xiàn)從杜仲皮中分離的生物活性化合物5-羥甲基-2-呋喃甲醛是一種強(qiáng)大的脂肪生成抑制劑和骨生成促進(jìn)劑，其在正常培養(yǎng)基中誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞14和21 d后，礦化結(jié)節(jié)形成增多；在成脂誘導(dǎo)培養(yǎng)基中不僅明顯抑制了脂肪細(xì)胞的形成，而且誘導(dǎo)21 d后刺激了礦化結(jié)節(jié)的形成。林奇生等[25]發(fā)現(xiàn)，杜仲醇提取物可通過(guò)提升RhoA/ROCK信號(hào)通路中ROCK1、RhoA mRNA表達(dá)量來(lái)促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞增殖。QI等[26]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，杜仲皮提取物可通過(guò)調(diào)節(jié)血清OPG和RANKL水平增強(qiáng)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨性分化。

4 杜仲抗骨質(zhì)疏松的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制

無(wú)論是骨吸收作用還是骨形成作用，均需影響一系列信號(hào)通路。那杜仲調(diào)節(jié)骨形成和骨吸收的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制有哪些呢？如調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路、促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的Wnt/β-catenin信號(hào)通路及促進(jìn)骨形成、誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化的BMP/Smad信號(hào)通路等。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)，杜仲發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用的信號(hào)通路有如下幾種。

4.1促進(jìn)骨形成的信號(hào)通路

4.1.1Wnt/β-catenin信號(hào)通路：許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin信號(hào)通路能促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖分化并提高其功能與活性[27-29]，在骨重建活動(dòng)中起十分重要的作用。當(dāng)Wnt信號(hào)不表達(dá)或無(wú)法與Fz受體結(jié)合時(shí)，APC、axin和GSK3β組成的復(fù)合體，將β-catenin蛋白磷酸化并使其降解，下游基因則無(wú)法表達(dá)。當(dāng)Wnt信號(hào)表達(dá)時(shí)，Wnt信號(hào)配體同F(xiàn)z受體結(jié)合會(huì)活化Dv1，在Dv1作用下，抑制復(fù)合體形成，此時(shí)β-catenin不會(huì)被降解并穩(wěn)定積累在胞質(zhì)中，隨后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF被激活，下游基因開(kāi)始轉(zhuǎn)錄。湯軍[30]研究表明，在杜仲醇提取物誘導(dǎo)下，能促進(jìn)大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨性分化，此時(shí)β-catenin表達(dá)量顯著提高。張賢等[31]研究同樣顯示，在杜仲處理大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞3 d后，其β-catenin表達(dá)量提高了2倍。這些研究均提示，杜仲可激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路并促進(jìn)骨形成。

4.1.2BMP/Smad信號(hào)通路：BMP/Smad是骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化的信號(hào)通路之一[32]。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMPs)屬于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β超家族成員，其中BMP-2是參與骨形成活動(dòng)的重要信號(hào)分子[33-34]。BMP-2與Ⅱ型BMP受體結(jié)合后使Ⅰ型BMP受體磷酸化，隨后Smad1/5/8也被磷酸化，磷酸化的Smad1/5/8與Smad4形成復(fù)合物后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi)，啟動(dòng)Runx2和Osterix等成骨相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。段雨劼等[35]動(dòng)物研究顯示，杜仲可有效提高去勢(shì)大鼠BMP-2表達(dá)，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)去勢(shì)大鼠的骨保護(hù)作用。潘亞磊[36]體外實(shí)驗(yàn)也表明，杜仲能刺激大鼠成骨細(xì)胞MC3T3-E BMP-2的表達(dá) 。趙亮等[37]報(bào)道，高劑量鹽炙杜仲可提高BMP-2的表達(dá)與活性，隨后通過(guò)BMP/Smad信號(hào)通路誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化并刺激骨形成。KIM等[38]還發(fā)現(xiàn)杜仲能上調(diào)生長(zhǎng)板中BMP-2表達(dá)，刺激軟骨細(xì)胞增殖和分化，從而提高縱骨生長(zhǎng)速率。

4.1.3MAPK信號(hào)通路：MAPK信號(hào)通路在OP的發(fā)病中起著重要的調(diào)節(jié)作用，主要包括ERK、JNK和P38信號(hào)通路[39]。ERK信號(hào)通路能抑制破骨細(xì)胞骨吸收，JNK和P38信號(hào)通路均有刺激成骨細(xì)胞分化和促骨形成作用[40]。研究表明，杜仲提取物京尼平苷和桃葉珊瑚苷均能激活ERK和P38信號(hào)通路進(jìn)而啟動(dòng)BMP-2信號(hào)通路發(fā)揮作用，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞MC3T3-E1增殖分化并刺激骨形成[41-42]。張立超等[43]發(fā)現(xiàn)，在杜仲提取物作用下，可提高成骨細(xì)胞增殖率且其增殖與藥物濃度呈正相關(guān)，當(dāng)藥物濃度為0～60 mg/ml時(shí)成骨細(xì)胞增殖率最高。陳林攀等[44]研究顯示，杜仲葉提取物槲皮素不僅能刺激ERK磷酸化，還能刺激骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞不斷增殖。

4.2抑制骨吸收的信號(hào)通路

4.2.1OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路：近年許多研究表明，RANKL由成骨細(xì)胞等細(xì)胞分泌，RANK由破骨前體細(xì)胞分泌，二者結(jié)合后破骨前體細(xì)胞增殖分化為成熟破骨細(xì)胞的速度加快，同時(shí)骨吸收作用增強(qiáng)[45-47]。但骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞等分泌的OPG能競(jìng)爭(zhēng)性與RANKL結(jié)合抑制骨吸收，也可加快破骨細(xì)胞凋亡。所以，RANKL和OPG均能調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞活性進(jìn)而調(diào)節(jié)骨吸收活性。故OPG/RANK能代表骨吸收程度，其比值升高表示骨吸收能力減弱，其比值降低表示骨吸收能力增強(qiáng)。ZHANG等[17]研究表明，杜仲皮提取物總木脂素可提高原代成骨細(xì)胞OPG/RANK表達(dá)，并可能通過(guò)調(diào)控成骨細(xì)胞OPG/RANK系統(tǒng)來(lái)抑制破骨作用，從而防止卵巢切除術(shù)大鼠引起的骨量減少和骨小梁微結(jié)構(gòu)惡化，且不會(huì)對(duì)子宮造成任何影響，同時(shí)保持了骨結(jié)構(gòu)的完整性和生物力學(xué)水平。QI等[26]發(fā)現(xiàn)，在醋酸鉛誘導(dǎo)骨丟失的嚙齒動(dòng)物模型中，杜仲提取物能通過(guò)提高血清OPG及OPG/RANKL比值來(lái)抑制鉛暴露大鼠的骨吸收作用。胡倩影等[48]報(bào)道顯示，杜仲提取物松脂素二葡萄糖苷可通過(guò)刺激OPG分泌和抑制RANKL表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制骨吸收作用。

4.2.2雌激素信號(hào)途徑：雌激素具有廣泛而重要的生理作用，已有研究表明，隨著絕經(jīng)后患者年齡的增長(zhǎng)OP發(fā)生率也逐漸升高,且還隨著雌二醇水平的降低而升高[49]。雌激素與破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞還有骨細(xì)胞等細(xì)胞表面的雌激素受體特異性結(jié)合，可促進(jìn)破骨細(xì)胞凋亡、降低骨吸收速度[50]。不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)杜仲具有類雌激素作用。駱瑤等[51]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，杜仲提取物可升高去卵巢OP大鼠體內(nèi)雌二醇水平，抑制由雌二醇缺乏導(dǎo)致的骨質(zhì)量下降，證實(shí)杜仲對(duì)去卵巢大鼠的骨保護(hù)作用。WANG等[52]體外實(shí)驗(yàn)也表明，杜仲提取物木脂素和環(huán)烯醚萜類化合物可選擇性結(jié)合雌激素受體，木脂素通常被認(rèn)為是一種植物雌激素，且黃酮化合物對(duì)雌激素受體β的親和力要高于對(duì)雌激素受體α的親和力，提示杜仲可能成為一種新的選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑來(lái)源。

5 總結(jié)與展望

隨著我國(guó)人口老年化進(jìn)程不斷加快，OP防治已成為了一個(gè)社會(huì)性難題。西藥見(jiàn)效快但不良反應(yīng)多且價(jià)格較貴，故人們漸漸將目光轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)整體防治且不良反應(yīng)小的中藥上來(lái)。以木脂素類、環(huán)烯醚萜類和黃酮類等為主要有效成分的杜仲，可以直接作用于破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞來(lái)影響骨基質(zhì)的吸收與形成，也能有效刺激骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的成骨性分化，還能激活Wnt/β-catenin、BMP/Smad、MAPK、OPG/RANKL/RANK和雌激素等信號(hào)通路，從多方面來(lái)實(shí)現(xiàn)骨保護(hù)作用。近年相關(guān)臨床研究也證實(shí)了杜仲抗骨質(zhì)疏松治療的有效性及安全性[53]。但在杜仲防治OP的藥物研發(fā)上，仍存在研究不夠深入等問(wèn)題，如杜仲抗骨質(zhì)疏松的具體活性成分不夠明確、具體作用分子機(jī)制研究不夠全面等，還需深入的進(jìn)一步研究。