中醫藥調控BMSCs成骨分化防治骨質疏松癥的研究進展

曹天媛 倪志明 劉新宇 武豪 盛淳匯 胡卓儀 張亞峰,2*

1.南京中醫藥大學,江蘇 南京 210023 2.南京中醫藥大學無錫附屬醫院,江蘇 無錫 214071

骨質疏松癥(osteoporosis,OP)是骨代謝異常導致機體骨密度(BMD)降低、微結構惡化、骨脆性增加,使機體易于骨折的同時又易并發其他疾病,易發于絕經后的婦女和老年男性[1-3]。流行病學研究表明,在OP上我國40歲以上人群患病率達25.6%,65歲以上人群達32.0%[4]。隨著人口老齡化的問題日益嚴重,顯然,OP已經嚴重威脅我國中老年人的健康[5]。因OP而導致的骨折已成為中老年人群殘疾和死亡的重要原因[6]。但是目前OP的臨床治療效果不盡如人意,隨著對BMSCs成骨分化的不斷研究,許多學者逐漸認識到BMSCs成骨分化在OP發生發展中發揮著重要作用。既往薈萃分析結果顯示,BMSCs可促進骨細胞成熟、骨化,恢復骨質疏松性骨折的骨力學性能[7]。因此促進BMSCs的成骨分化治療OP具有良好前景。近年來,由于生物活性成分多樣、不良反應較小、價格便宜,中藥引起了人們的極大興趣,并取得了良好的臨床療效[8-9]。而且中藥治療OP可根據患者情況對癥施治,中藥方劑的組成還可以有效減輕其耐藥性,故中藥治療OP有著顯著優勢[10]。中藥及其復方對于調控BMSCs成骨分化的機制尚未可知,還需不斷的研究完善,故對此進行綜述。

1 中醫理論與BMSCs的關系

中醫理論將OP歸屬為“骨痿”“骨痹”等,《醫經精義》載:“髓者,腎精所生,精足則髓足,髓在骨內,髓足則骨強”。說明腎中精氣虧損則骨髓生化功能減弱,從而骨骼失養,導致骨質疏松[11-12]。在細胞層面上,BMSCs來自于受精卵,受精卵作為全能干細胞,有著分化為所有種類細胞的能力,使得不斷分化最終形成胎兒,此為先天之精形成的整體過程,故BMSCs歸屬于“腎精”的范疇[12-13]。并且腎精具有推動骨骼生長發育的功能,而BMSCs可以分化為成骨細胞,其推動骨組織結構形成的作用與腎精功能類似,可見BMSCs與腎精來源及功能類似,故從細胞角度可以將BMSCs作為腎精的體現[14-15]。

2 中藥調控BMSCs成骨分化

在中醫藥研究的不斷深入下,大量實驗結果表明,中藥可以有效調控BMSCs成骨分化從而達到防治OP的目的。

2.1 淫羊藿

淫羊藿具有補腎助陽、強筋壯骨的作用,其主要活性成分是淫羊藿苷(ICA)[16-18]。Gao等[19]發現ICA通過激活Wnt/β-catenin通路抑制硬化蛋白的作用,從而促進BMSCs的成骨分化。蔡葉等[20]的研究表明淫羊藿可能通過調節相關信號通路Foxo3a/β-catenin表達,從而上調衰老BMSCs中ALP水平,降低P53的表達水平,從而改善其成骨分化能力。李智奎等[21]發現在10 ng/mL濃度下淫羊藿苷可以通過激活Wnt/β-catenin信號通路從而抑制BMSCs成脂分化,促進成骨分化,同時顯著下調成脂特異性基因PPARγ、Adipsin和FABP4的表達,而在40 ng/mL濃度下淫羊藿苷具有相反的作用。

2.2 骨碎補

骨碎補是傷科要藥,可以活血止痛,補腎強骨[22]。李琰等[23]發現對去卵巢大鼠灌服骨碎補水煎液可能通過激活Wnt/β-catenin信號通路,從而抑制PPARγ、LPL mRNA的表達,進而抑制其BMSCs成脂分化。史巖等[24]通過動物實驗發現骨碎補可能通過上調Wnt/β-catenin信號通路相關因子表達,從而顯著提高BMSCs中的β-catenin和Runx2 mRNA表達水平,進而促進BMSCs的成骨分化,并且實驗暫未發現骨碎補之間影響其成脂分化。Wang等[25]發現骨碎補中含有的柚皮苷可以通過激活ERK信號通路,增加Runx2、OSX和COL-1因子的表達水平,進而促進BMSCs 成骨分化。

2.3 黃芪

黃芪有著補益腎氣的功效,Pu等[26]發現黃芪可通過調節VD-FGF 23-Klotho通路抑制BMSCs老化,提高其成骨能力,并且能恢復VDR基因沉默引起的BMSCs功能下降,對BMSCs具有保護作用。Wu等[27]發現黃芪中成分黃芪皂苷IV通過上調Runx2、OPN、BMP2、OCN的蛋白表達從而促進BMSCs的成骨分化。李倩等[28]發現黃芪可能通過調節CYP24A1、CYP27B1 mRNA及相關蛋白表達,從而促進衰老BMSCs向成骨細胞分化。

2.4 其他中藥

Fan等[29-31]的研究中從姜黃中提取出的姜黃素具有抗氧化、調節骨代謝和降血糖等作用,其研究結果顯示姜黃素可以通過恢復高血糖狀態下BMSCs的骨生成和血管生成偶聯,部分通過抑制高血糖激活的NF-kB信號通路,改善糖尿病性骨質疏松癥。Kong等[32]實驗驗證女貞子通過其內多種有效活性成分作用于AKT1,通過激活PI3K/AKT信號通路促進BMSCs成骨分化。

研究描述紫草素是從紫草中提取的有效成分[33],具有明顯的抗炎、抗真菌和抗腫瘤作用[34],體外實驗結果顯示紫草素可通過Wnt/β-catenin信號通路促進BMSCs向成骨細胞分化,呈劑量和時間依賴性,并通過下調RANKL和上調OPG表達抑制BMSCs向破骨細胞分化。Wang等[35]發現鹿茸多肽是鹿角的主要提取物,可以提高BMSCs堿性磷酸酶活性,增強BMP7蛋白表達,證明了鹿茸多肽可促進BMSCs的增殖和成骨分化。

蛇床子素是從中草藥蛇床子和當歸中提取,具有類似雌激素樣作用[36]。Jin等[37]的研究顯示其可顯著提高BMSCs中OPG的基因表達和蛋白表達水平,呈劑量依賴性,表明蛇床子素通過刺激Wnt3a/β-catenin-OPG信號的激活來抑制破骨細胞形成和骨吸收。

木犀草素是一種天然類黃酮,以糖苷的形式存在于各種藥材中,如金銀花和紫蘇等[38]。Liang等[39]通過動物實驗發現木犀草素通過上調BMSCs I型膠原、骨橋蛋白和RUNX 2蛋白表達,促進BMSCs成骨分化。其體外細胞實驗表明木犀草素通過增加p-PI3K/PI3K和p-Akt/Akt的表達比例,進而增強PI3K/Akt信號通路的活性,促進成骨分化。

小檗堿(BBR)是黃連的主要抑菌活性成分[40],趙利華等[41]通過細胞實驗發現其可能通過上調miR-328-3p表達從而促進BMSCs增殖和成骨分化。

相關研究表明梓醇和秦皮乙素可能通過激活Wnt/β-catenin通路從而促進BMSCs成骨分化[42-43]。而木通皂苷D可能通過激活BMP/Smad信號通路,從而促進糖皮質激素環境下小鼠BMSCs成骨分化[44]。韓宇等[45]發現補骨脂素是補骨脂中有效成分,其可以通過調控Hedgehog信號通路上調Shh、Gli1 mRNA及蛋白表達,下調Ptch1 mRNA及蛋白表達,進而促進大鼠BMSCs分化為成骨細胞。

綜上所述,目前對于中藥單體基于調控BMSCs成骨分化作用于OP的探討,可能是通過激活Hedgehog、Wnt/β-catenin、NF-kB、PI3K/Akt等信號通路從而調節相關蛋白和基因的表達水平,進而促進BMSCs增殖及成骨分化。

3 中藥復方調控BMSCs成骨分化

對于OP這類復雜的慢性疾病而言,單一中藥的經常性使用可能會導致臨床療效下降以及耐藥性。而中藥復方由于其多組分和多靶點的特點,治療這類復雜疾病及其癥狀有著良好的療效[46]。

3.1 左、右歸丸

左、右歸丸是經典的補腎藥物。研究顯示左歸丸通過抑制Wnt/β-catenin信號轉導來減緩BMSCs的衰老[47]。劉飛祥等[48]的研究顯示左歸丸通過調節Runx2蛋白表達,激活ALP和OPN的表達,從而促進BMSCs的增殖和向成骨細胞方向分化。周芳馨等[49]的研究發現右歸丸可以上調BMSCs中的TGF-β、BMP-7、BGP蛋白表達水平,從而促進大鼠BMSCs的成骨分化。高舉會等[50]的研究顯示Hedgehog信號通路的Shh、Ptc、Gli1的變化可能引起骨質疏松癥,而右歸丸可以誘導BMSCs內Shh、Ptc、Gli1蛋白的表達,從而促進BMSCs的成骨分化。張玉卓等[51]的研究結果顯示左歸丸與右歸丸均可通過上調BMP2和Runx2的蛋白表達促進BMSCs成骨分化。

3.2 其他復方

還有許多中藥復方,Luo等[52]發現加味陽和湯可通過激活BMP-SMAD信號通路促進BMSCs向成骨細胞分化,抑制其成脂分化。

許日明等[53]的實驗中證實運用溫腎固疏方治療可上調SRC-3、PGC-1a、Bcl-2水平,從而促進BMSCs向成骨細胞分化。余麗娟等[54]發現補腎活血湯可能通過上調Runx-2、OCN、OPN的表達,從而增加 BMSCs 的礦化率,促進BMSCs向成骨細胞分化。周湘琳等[55]的體外培養實驗發現經驗方補腎健骨方含藥血清均能夠促進ROBs和BMSCs的成骨增殖、分化,猜測可能與此方劑在促進成骨細胞增殖的同時還能促進破骨細胞的凋亡有關。陳錦成等[56]發現龜鹿二仙膠含藥血清可能通過調節細胞外信號調節激酶1/2/E26轉錄因子1信號通路因子介導BMSCs成骨分化以達到防治OP的目的。俞云飛等[57]的研究中經驗方劉氏正骨方2號,有著增強BMSCs細胞活性、促進成骨分化的作用。劉勇等[58]發現益腎健骨顆粒可以通過調節OPG/RANK/RANKL信號通路,促進BMSCs成骨分化。吳忠書等[59]發現活血通絡膠囊可以有效BMSCs的增殖和成骨分化有著促進作用,其機制與ERα和Wnt/β-catenin信號通路的激活有關。吳琪等[60]的研究顯示二仙湯能顯著提升大鼠BMSCs的堿性磷酸酶活力和礦化鈣結節形成能力,表明了其促進BMSCs的成骨分化的作用。而其后續的研究也說明了二仙湯可以促進大鼠BMSCs成骨分化,抑制大鼠BMSCs成脂分化,可能與其上調BMP-2與OPG的表達,下調PPARγ與C/EBPα蛋白表達有關[61]。周廣文等[62]發現補腎化痰方含藥血清能夠抑制衰老BMSCs炎癥因子IL-6、IL-10、IL-1α、IL-1β、TNF-α等的釋放,改善BMSCs衰老,促進BMSCs增殖及成骨分化。張楚天等[63]通過動物實驗發現健骨顆粒通過下調miR-141的表達,從而上調Dlx5的表達,下調Msx2對Runx2的抑制作用,上調Runx2表達,進而促進BMSCs成骨分化。

上述文獻中對于中藥復方調控BMSCs成骨分化的研究,主要是通過激活相關信號通路或調控相關蛋白、mRNA等或抑制炎性因子的釋放,進而調控其成骨分化這一方面進行探討,可以為后續相關研究提供參考。

4 總結

本文主要論述了中藥單體及其復方通過調控BMSCs的成骨分化,從而維持骨形成和骨吸收的動態平衡,進而達到防治OP的效果。其調控BMSCs骨向分化的機理主要是通過激活相關通路(Hedgehog、Wnt/β-catenin、NF-kB、PI3K/Akt、BMP-SMAD等)或調節相關蛋白、基因(PPARγ與C/EBPα蛋白、miR-141等)的表達或抑制炎癥因子(IL-6、IL-10、IL-1α、IL-1β、TNF-α)的釋放等從而調控BMSCs的成骨分化以達到防治OP的作用。總體而言,隨著中醫藥調控BMSCs成骨分化的相關研究的層層遞進,下一步可以BMSCs骨向分化為基點,找尋更多的中藥及其復方,擴大中醫藥防治OP的獨特優勢,開拓中醫藥的發展。

但是在相關研究與臨床應用還是存在著一些問題,首先,在中藥復方的使用中中醫辯證論治的特色在動物實驗中沒有得到很好的體現;其次,大多數實驗研究只是對其過程與結果有一個初步的認識,而對于其中的作用機制仍不太明了;而且,在研究機制的實驗中,大多數只是集中于研究其中某一特異性,而忽視了其整體性。這些相關機制研究還需廣大學者進一步的深入探索。