牛膝對骨代謝的影響及相關研究進展

楊洪杰 陳曉東 梁鵬展 楊學軍

牛膝，也稱牛髁膝、山莧菜，中藥應用的主要品種有川牛膝及懷牛膝,主要成分有甾酮類、多糖類、皂苷類等,藥物提取研究發現其具有抗炎、調節免疫、鎮痛等作用。牛膝是傳統中藥之一，最早記錄于中醫經典古籍《神農本草經》,典籍記載牛膝的功效是逐瘀通經、滋補肝腎、強壯筋骨、引血下行。骨質疏松癥主要由肝腎虧虛引起,因此牛膝對肝腎虧虛型骨質疏松癥患者具有良好臨床療效,已有的藥理學研究也發現牛膝含有的牛膝醇等物質能促進成骨細胞增殖并能有效增加骨量,影響調節骨代謝水平[1],藥物提取研究發現牛膝含有的甾酮類、三萜皂苷類、多糖類等化學成分具有影響糖代謝血流變、抗骨質疏松等作用[2-4]。本文綜述了近年來牛膝提取物及復方制劑調節骨代謝方面的研究,包括基礎研究、動物模型研究及臨床研究,以期為臨床運用牛膝防治骨質疏松癥提供參考。

1 牛膝調節骨代謝的細胞水平研究

由牛膝中提取得到的化學成分眾多， 其中與治療骨質疏松關系密切的主要是甾酮類及皂苷類成分。通過提取牛膝中的牛膝甾酮、三萜皂苷類及牛膝多糖等有效成分能夠通過上調成骨分化相關基因或通過抑制骨樣細胞凋亡來調控骨代謝。有學者通過提取牛膝中的牛膝甾酮，對SD乳鼠成骨細胞進行體外誘導培養鑒定,實驗主要檢測指標是不同質量濃度牛膝甾酮對成骨細胞活力的影響,研究結果顯示牛膝甾酮可上調成骨分化相關基因及刺激自噬體的形成，最終可促進成骨細胞的分化，顯示了牛膝甾酮治療骨質疏松的可行性[5]。在另一項研究[6]中研究者提取了牛膝活性成分β-蛻皮甾酮，通過實驗測試β-蛻皮甾酮對地塞米松誘導MLO-Y4骨樣細胞凋亡的抑制作用,實驗結果提示了β-蛻皮甾酮可通過激活骨細胞中的PI3K/Akt信號通路干預Dex誘導的骨細胞凋亡。而有關牛膝多糖相關作用的研究報道較少,郎小琴等[7]以低、中、高劑量組的牛膝多糖灌胃雌性骨質疏松模型SD大鼠，3個月后測定大鼠模型的骨代謝指標水平血清骨鈣素、骨特異性堿性磷酸酶等,實驗結果提示牛膝中含有的牛膝多糖成分可有效調節骨質疏松大鼠模型的骨代謝并能提高大鼠的骨密度及骨抗壓能力。而更早期學者們的研究[8，9]結果顯示懷牛膝總皂苷、三萜皂苷類可升高骨質疏松大鼠模型血清骨鈣素(BGP)、堿性磷酸酶(ALP)及血鈣含量水平,并可起到有效抑制破骨細胞形成的作用。上述均是對牛膝有效成分的分子效應進行體外細胞或動物模型的研究,提示了牛膝相關活性成分對骨質疏松下的骨代謝影響,但多數研究及實驗對牛膝發揮作用的相關靶點及具體機制仍然較少涉獵,研究等級不高,有待進一步深入探討。

2 牛膝及復方對骨代謝動物模型研究

2.1 原發性骨質疏松癥動物模型相關研究原發性骨質疏松是一種退變性疾病，與年齡增長成正相關,根據不同的發病原因可分為I型絕經后骨質疏松、II型老年骨質疏松。大鼠骨質疏松動物模型是最常用的研究原發性骨質疏松癥的方法,用于動物模型造成絕經后骨質疏松的最廣泛方法是雙側卵巢切除法(去勢法)[10],而另一種常用的造模方法是抗維甲酸誘導小鼠骨質疏松模型。老年骨質疏松動物模型則選用大鼠骨質疏松動物模型[11],一般無需進行手術獲得骨質疏松動物模型,實驗大鼠的月齡控制在15個月以上,以盡可能再現人類骨質疏松的狀態。有學者應用牛膝藥對及單味川牛膝[12，13]觀察治療去勢骨質疏松大鼠模型的療效情況,結果均提示牛膝制劑能有效改善相關骨質疏松指標如血清雌二醇(E2)和股骨骨密度(BMD),牛膝的主要藥理作用是抑制骨量丟失、提高骨生物力學性能。而應用牛膝復方制劑的骨質疏松癥研究 則更為多見,且多數研究采用了牛膝配伍補腎活血中藥復方制劑,如應用補腎活血方[14，15](主要成分牛膝、熟地黃、川芎等)對去勢骨質疏松癥模型大鼠進行灌胃研究,實驗結果提示牛膝復方制劑補腎活血方可提高股骨組織中BMP-2的水平,從而證實了牛膝有效成分抑制了大鼠骨量丟失,并能同時調整大鼠腎和骨中ATF4蛋白的表達,最終提高大鼠的骨密度。另有學者應用補腎壯骨中藥(含牛膝、杜仲、熟地黃等)對去勢大鼠骨質疏松癥模型進行研究[16],實驗結果發現含牛膝中藥復方制劑能夠改善大鼠相關骨代謝指標如骨密度、血清OC、PICP、25-(OH)D3等,能促進骨形成與重建,并促進骨鈣磷代謝。另一種常用的骨質疏松造模方式是維甲酸誘導,維甲酸誘導骨質疏松的機制尚未明了,現有的研究發現[17]維甲酸能降低成骨細胞活性的同時抑制了成骨細胞增殖，維甲酸最終對骨代謝的影響是骨吸收大于骨形成,同時又導致大鼠的卵巢損傷、功能減退。相關學者[18]研究分析了何首烏-牛膝藥對提取物對維甲酸誘導的小鼠骨質疏松作用,實驗結果發現何首烏-牛膝藥對提取物對維甲酸致小鼠骨ALP和E2水平有顯著提高作用,同時又降低TRAP水平。而在老年骨質疏松動物模型研究方面,一項應用了壯骨強筋片[19](含牛膝、杜仲、淫羊藿等)含藥血清對老年大鼠骨質疏松模型的骨髓基質干細胞(BMSCs)成脂分化影響進行研究，實驗結果顯示壯骨強筋片含藥血清可有效抑制老年大鼠骨髓基質干細胞的成脂分化。上述均是單味牛膝或牛膝復方制劑應用對原發性骨質疏松動物模型的研究，藥物的有效與否需要客觀準確的指標來判定,目前較為公認的判斷指標主要有骨密度(雙能X線)、骨骼生物力學指標、骨骼組織形態學指標、血樣生化參數指標等,而不同指標均能從不同方面反映骨質疏松的治療情況,需要對多種指標進行全面分析,才能得到關于藥物治療效果的全面判斷。

2.2 繼發性骨質疏松動物模型的相關研究糖皮質激素性骨質疏松大鼠模型是繼發性骨質疏松動物模型的主要類型。有學者應用補腎實骨湯[20](含牛膝、熟地黃、黃芪等)對糖皮質激素性骨質疏松大鼠模型進行了治療性研究,觀察了治療后的大鼠模型骨密度、血清鈣、降鈣素、性激素等相關指標,實驗結果提示補腎實骨湯治療后大鼠骨密度、雌二醇、降鈣素、睪酮的水平及血鈣水平明顯高于對照組，其他的形態學指標觀察提示股骨上端骨髓腔正常,空骨陷窩數等也明顯減少。王劍等[21]對繼發性骨質疏松動物模型進行了更深入的研究,其應用了補腎活血中藥制劑對糖皮質激素性骨質疏松癥大鼠模型進行了對照研究，研究結果發現經過補腎活血中藥制劑治療后的大鼠模型骨組織Dlx5 mRNA及蛋白表達降低、腎組織Dlx5 mRNA及蛋白表達升高,糖皮質激素誘導骨質疏松癥(GIOP)的發病可能與之相關。

3 牛膝及復方制劑調節骨代謝的臨床研究

臨床報道使用含牛膝復方制劑被應用于骨質疏松癥的治療頗多,并已獲得顯著的療效。含牛膝復方制劑主要與補腎活血中藥配伍對骨質疏松癥進行治療,李雪等[22]應用補腎活血方(含淫羊藿、狗脊、牛膝等)治療骨質疏松癥,結果提示 補腎活血中藥配合常規基礎治療可顯著改善骨代謝異常,使骨密度顯著增加,顯著改善患者生活質量。伍文耀[23]應用補腎壯骨湯(含骨碎補、熟地黃、懷牛膝等)聯合西藥治療2型糖尿病骨質疏松癥(腎陽虛),結果顯示其療效優于對照組,且相關的骨代謝指標FPG、2 h PG、HbAlc、IGF-1結果優于對照組。梁曉昆[24]使用無敵丹膠囊(含黃芪、杜仲、牛膝等)治療骨質疏松癥,經6個月治療后研究結果提示治療組患者的療效明顯優于對照組。李中鋒等[25]觀察補腎益骨方(含牛膝、黃芪、骨碎補等)治療老年糖尿病骨質疏松癥,臨床試驗結果有效率達95.0%。茹國華[26]應用補腎健骨湯(含牛膝、肉蓯蓉、菟絲子等)聯合西藥阿倫磷酸鈉片治療青壯年骨質疏松癥患者,取得了很好的臨床療效。臨床上含牛膝復方制劑治療骨質疏松癥的臨床療效均得到了有效肯定,但其主要不足之處主要在于藥理作用及機制未明確清晰,且缺乏分子生物學研究的依據,牛膝藥理基礎的研究以及其在中藥復方制劑的藥理作用可能是研究突破的方向。

4 總結及展望

目前針對牛膝治療骨質疏松癥的相關研究無論是牛膝甾酮、三萜皂苷類、牛膝多糖、單味或牛膝中藥復方制劑,研究結果均提示牛膝具有調節骨代謝、促骨形成、抑制骨流失的作用,反映在實驗檢驗指標上的變化基本集中體現在直接提高骨密度(BMD),抑或對骨代謝指標如堿性磷酸酶、血清骨鈣素(BGP)、血清雌二醇(E2)、血Ca含量等的調節影響,提示牛膝能在骨質疏松前期通過改善骨代謝水平來減緩骨流失速度,延遲骨質疏松癥的發生以降低骨質疏松帶來的骨折風險。但實際臨床多應用牛膝復方劑及相關成藥對骨質疏松癥進行治療,目前的研究對牛膝復方制劑及其提取物開展的相關研究較少,從而造成了對實際臨床的指導意義不強的現實狀況,可考慮通過臨床多中心、大樣本的進一步實驗以進一 步探求牛膝有效成分對調節骨代謝的原理機制,從而更好地指導臨床。此次綜述的研究多是動物模型及臨床研究,藥物研究的核心內容如牛膝治療骨質疏松癥的具體機制或牛膝改善骨質疏松癥靶點研究相對貧乏,牛膝使用歷史悠久,其補肝腎、強筋骨的臨床功效適用于大部分骨質疏松癥人群的治療,但目前的臨床研究證據等級不高,需要進一步明確臨床療效,單味牛膝制劑的研究較少,牛膝復方制劑更具實用性,因此未來可針對性地開展高質量的復方臨床論證。

總而言之，中藥牛膝能有效調節人體骨代謝,促成骨細胞增殖并降低破骨細胞數量,緩解骨量流失,在骨量減少期即可發揮作用,達到防治骨質疏松癥的效果,提高患者生活質量。相信通過進一步的基礎和臨床研究,牛膝及復方制劑會得到更加廣泛的應用。