中藥單體成分及復方促進骨折愈合的作用機制研究進展Δ

張志宏 ，孫延平 ，彭東輝 ，崔 娜 ，曾元寧 ，匡海學 ，王秋紅 #（.黑龍江中醫藥大學藥學院教育部北藥基礎與應用研究重點實驗室，哈爾濱 50040；.廣東藥科大學中藥學院，廣州 50006）

骨折是指受外力作用破壞了骨骼的連續性或結構完整性，多發于老年人。據報道，60 歲老年人的終生骨折發生概率在男性中為29%，在女性中為56%[1]。骨折愈合過程中發生的一系列復雜生理反應，是由炎癥因子和生長因子的釋放以及損傷部位間充質干細胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的遷移和分化所導致的[2]。骨折愈合的作用機制十分復雜，主要涉及絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路、骨形態發生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信號通路、Wnt/β-catenin 信號通路、核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）受體激活蛋白/NF-κB 受體激活蛋白配體/護骨因子（receptor activator of NF-κB/receptor activator of NF-κB ligand/osteoprotegerin，RANK/RANKL/OPG）信號通路、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/AKT）信號通路、Notch信號通路、Hippo信號通路、NF-κB信號通路等[3]。目前常用于促進骨折愈合的化學藥，在促進骨折愈合的同時，也存在惡心、嘔吐、消化不良等一系列不良反應，且價格較為昂貴[4]。中藥在治療骨折愈合過程中具有多成分、多途徑、多靶點的作用特點，對于具有復雜病理機制的骨折具有較好的治療優勢和潛力，能減少骨折愈合過程中的不良反應，改善患者的生活質量[5]。基于此，筆者查閱相關文獻，歸納總結中藥單體成分及復方促進骨折愈合的作用機制，以期為骨折治療藥物的開發提供參考。

1 中藥單體及復方促進骨折愈合的作用機制

1.1 激活MAPK信號通路

MAPK是真核細胞信號傳遞的重要途徑之一，其可通過激活下游的蛋白激酶或轉錄調節因子如B 細胞淋巴瘤2（B cell lymphoma 2，Bcl-2）、核轉錄因子9，進而調控細胞活動，如分化、凋亡、細胞外基質以及炎癥因子的合成等[6]。相關研究發現，內脂素A 可通過激活p38 MAPK/Smad信號通路增強BMP活性，從而誘導成骨細胞分化和礦化[7]。鐘海波等[8]研究表明，葛根素可通過激活MAPK 信號通路激活堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性，促進成骨細胞分化和鈣的沉積，刺激骨形成，抑制骨吸收。三七總皂苷作為三七的重要成分之一，在骨折愈合方向的研究也是當前的熱點，賴鑫[9]通過體外培養小鼠胚胎成骨細胞前體細胞MC3T3-E1 研究三七總皂苷對其增殖的影響，結果顯示，三七總皂苷可促進Ⅰ型膠原（collagen type Ⅰ，COL-Ⅰ）分泌，增強ALP 活性，升高MAPK 信號通路相關蛋白表達水平，進而促進MC3T3-E1 細胞增殖。山柰酚是淫羊藿的主要活性成分之一，可通過激活MAPK 蛋白的表達，降低活性氧生成，進而促進成骨作用[10—11]。由此可知，內脂素A、葛根素、三七總皂苷、山柰酚等可通過激活MAPK信號通路，誘導成骨細胞分化和礦化，抑制骨吸收，刺激骨形成，進而促進骨折愈合。

1.2 激活BMP信號通路

BMP是轉化生長因子β（transforming growth factorβ，TGF-β）家族中的一員，大量存在于骨基質中，可增強成骨細胞活性，目前已發現超過20種BMP家族成員[12]。劉海軍等[13]以脛骨骨折家兔為動物模型，考察續骨丹對骨折的愈合作用，結果發現，續骨丹可通過升高BMP、TGF-β1、堿性成纖維細胞生長因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）的表達水平，促進家兔脛骨骨折的愈合。宋敏等[14]研究發現，固本增骨方可通過激活BMP信號通路，升高成骨標志蛋白骨鈣蛋白（osteocalcin，BGP）、骨橋蛋白（osteopontin，OPN）、ALP、COL-Ⅰ的表達水平，進而促進骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）的增殖。在BMP 蛋白中，BMP-2、BMP-4、BMP-5、BMP-6和BMP-14作為常見的代表性蛋白，不僅能夠引起多種細胞增殖、分化和凋亡，還在骨、軟骨組織再生修復過程中具有重要作用[15]。董萬濤等[16]研究發現，消定膏可升高骨痂組織中BMP-2、BMP-7、TGF-β1的表達水平，促進家兔脛骨骨折愈合。王翔宇等[17]研究發現，菟絲子提取物可通過BMP-2/Smad-4信號通路促進小鼠MC3T3-E1細胞增殖，進而促進成骨細胞增殖。張海玲等[18]研究發現，龜甲提取物可促進BMSCs 增殖，又可通過調節BMP-4 的表達防止其過度增殖。由此可知，續骨丹、固本增骨方、消定膏、菟絲子提取物、龜甲提取物等可通過激活BMP信號通路，增加成骨標志蛋白BGP、OPN、ALP、COL-Ⅰ的表達，進而促進骨折愈合。

1.3 激活Wnt/β-catenin信號通路

Wnt/β-catenin 信號通路在胚胎發育、器官形成中具有重要作用，可調節干細胞的多能性，并且在發育過程中決定細胞的分化命運[19]。李晨睿等[20]研究發現，黃芩苷可通過提高ALP 活性，升高Wnt-10a、β-catenin、糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）、BGP 的mRNA 表達水平和β-catenin、Runt-相關轉錄因子2（Runt-related transcription factor 2，RUNX-2）的蛋白表達水平，進而激活Wnt/β-catenin 信號通路，促進BMSCs 的成骨分化。楊豪等[21]研究發現，牛膝多糖可通過提高骨折模型大鼠骨密度，上調β-catenin 表達，下調磷酸化β-catenin（p-β-catenin）表達，促進RUNX-2 和成骨細胞特異性轉錄因子Osterix 表達，進而改善大鼠骨代謝，減輕大鼠骨組織病理損傷。另有研究發現，木犀草素可通過升高大鼠血清中白細胞介素6（interleukin-6，IL-6）、IL-1β、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平，降低Wnt-3a、β-catenin蛋白表達水平，激活Wnt/β-catenin 信號通路，刺激骨形成因子的表達，減輕炎癥反應，進而促進大鼠股骨骨折愈合[22]。由此可知，黃芩苷、牛膝多糖、木犀草素等可通過激活Wnt/β-catenin信號通路，減輕炎癥反應，進而促進骨折愈合。

1.4 激活RANK/RANKL/OPG信號通路

RANK/RANKL/OPG 信號通路是成骨細胞與破骨細胞之間的重要信號通路[23]。陳月等[24]通過調控RANK/RANKL/OPG信號通路，研究芹菜素對創傷性骨折模型大鼠骨折的愈合作用。結果發現，芹菜素可改善大鼠軟骨組織病理損傷，其作用機制可能是通過降低大鼠骨小梁密度和血清中BGP、ALP水平以及股骨組織中OPG mRNA和蛋白表達水平，促進骨折愈合。Su等[25]研究發現，三七皂苷可通過降低RANKL 表達水平和RANKL/OPG 比值，抑制破骨細胞介導的骨吸收作用，進而促進骨折愈合。另有研究發現，補腎活血湯可通過抑制RANK/RANKL/OPG 信號通路活性，促進成骨作用[26]。李彥錦[27]研究表明，淫羊藿苷可通過激活RANK/RANKL/OPG 信號通路，抑制破骨細胞分化，進而促進成骨活性。唐琪等[28]研究發現，骨碎補提取物可促進小鼠MC3T3-E1 細胞增殖、分化和鈣化，提示其可能具有促進骨折愈合的作用。張黎明[29]研究發現，柚皮素可通過激活RANK/RANKL/OPG信號通路，促進去卵巢大鼠骨質疏松性骨折愈合。由此可知，芹菜素、三七皂苷、補腎活血湯、淫羊藿苷、骨碎補提取物、柚皮素等可通過激活RANK/RANKL/OPG 信號通路，促進成骨細胞分化，減少破骨細胞生成，抑制骨吸收，進而促進骨折愈合。

1.5 抑制PI3K/AKT信號通路

PI3K/AKT 信號通路是一種細胞內信號轉導途徑，可促進細胞代謝、增殖和血管生成[30]。許和貴等[31]研究發現，活血接骨復方膠囊能通過抑制PI3K/AKT/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路，升高細胞自噬標志物LC3-Ⅱ、Beclin-1水平，降低PI3K、AKT、mTOR表達水平，改善骨折處鈣鹽沉積，提高骨痂厚度，從而促進骨折愈合。王柄棋[32]研究發現，健骨顆粒乙酸乙酯萃取部位可通過降低破骨細胞中PI3K、AKT、活化T細胞因子c1的mRNA及蛋白表達水平，進而抑制破骨細胞的骨吸收。劉立柱等[33]研究發現，淫羊藿苷可能通過下調骨組織中TGF-β1、血管內皮生長因子、BMP-7 表達，促進大鼠骨折愈合。由此可知，活血接骨復方膠囊、健骨顆粒、淫羊藿苷等能通過抑制PI3K/AKT信號通路，抑制TGF-β1、BMP-7表達，進而促進骨折愈合。

1.6 激活Notch信號通路

Notch 信號通路可影響多能祖細胞的分化、細胞凋亡、細胞增殖以及細胞邊界的形成[34]。李永賢等[35]研究表明，淫羊藿苷可通過激活Notch信號通路，抑制大鼠血清中ALP 活力，升高Notch-1、OPG 蛋白表達水平，從而抑制骨吸收，提高骨密度，進而改善大鼠骨質疏松性骨折。鄧宇等[36]體外分離培養BMSCs，并以淫羊藿苷進行干預，結果發現，淫羊藿苷可通過上調發狀分裂相關增強子1、RUNX-2 mRNA 表達以及Notch-1 蛋白表達，促進BMSCs 向成骨細胞分化。由此可知，淫羊藿苷等可通過激活Notch 信號通路，促進BMSCs 向成骨細胞分化，進而促進骨折愈合。

1.7 激活Hippo信號通路

Hippo 信號通路在癌癥發生、組織再生以及干細胞功能調控上發揮著重要作用[37—38]。在骨折愈合過程中，骨修復的效果主要是通過骨痂的形成來實現的，這一過程的實現與Hippo信號通路關系密切[39]。周文佳[40]基于Hippo信號通路探討桃紅四物湯對BMSCs增殖、成骨分化的影響發現，桃紅四物湯含藥血清可促進BMSCs 增殖及成骨分化，其內在機制可能是桃紅四物湯刺激了Hippo 信號通路關鍵節點Yes 相關蛋白（Yes-associated protein，YAP）和Tafazzin 相關蛋白，進而促進BMSCs 增殖。鄧新超等[41]研究發現，藏紅花素可通過激活Hippo信號通路，降低大鼠血清中基質金屬蛋白酶3（matrix metalloproteinases，MMP-3）、MMP-13、IL-1β、IL-6水平，上調Bcl-2相關X蛋白（Bcl-2 associated X，Bax）、胱天蛋白酶3（Caspase-3）、YAP蛋白表達，從而抑制大鼠軟骨細胞凋亡。由此可知，桃紅四物湯、藏紅花素等可通過激活Hippo 信號通路，促進BMSCs 增殖及成骨分化，并降低Bax、Caspase-3、YAP 蛋白表達水平，抑制軟骨細胞凋亡，進而促進骨折愈合。

1.8 抑制NF-κB信號通路

NF-κB 蛋白家族可以選擇性地在B 細胞κ-輕鏈增強子上調控許多基因的表達，在細胞的炎癥反應、免疫應答等過程中起關鍵性作用，由于骨折愈合過程中會發生一系列的炎癥反應，因此NF-κB信號通路在骨折愈合過程中具有重要意義[42]。張兵等[43]研究發現，酸棗仁皂苷A可通過抑制骨折模型大鼠組織中核因子抑制蛋白、NF-κB蛋白的表達水平，進而促進骨折愈合。沐韋等[44]研究發現，蛇床子素可通過促進成骨前細胞早期ALP和OPG 的分泌，抑制NF-κB 的胞內形成，升高成骨轉錄因子RUNX-2、Osterix 的表達水平，從而誘導BMSCs 成骨分化。由此可知，酸棗仁皂苷A、蛇床子素等可通過抑制NF-κB信號通路，誘導成骨分化，進而促進骨折愈合。

2 結語

內脂素A、葛根素、三七總皂苷等可通過激活MAPK 信號通路，誘導成骨細胞分化和礦化，發揮促進骨折愈合的作用；續骨丹、固本增骨方、消定膏等可通過激活BMP 信號通路，增加成骨標志蛋白BGP、OPN、ALP、COL-Ⅰ的表達，進而促進骨折愈合；黃芩苷、牛膝多糖、木犀草素等可通過激活Wnt/β-catenin 信號通路，減輕炎癥，進而促進骨折愈合；芹菜素、三七皂苷、補腎活血湯等可通過激活RANK/RANKL/OPG信號通路，促進骨折愈合；活血接骨復方膠囊、健骨顆粒、淫羊藿苷等可通過抑制PI3K/AKT 信號通路，抑制TGF-β1、BMP-7表達，進而促進骨折愈合；淫羊藿苷等可通過激活Notch信號通路，促進BMSCs向成骨細胞分化，進而促進骨折愈合；桃紅四物湯、藏紅花素等可通過激活Hippo信號通路，促進BMSCs 增殖及成骨分化，抑制軟骨細胞凋亡，進而促進骨折愈合；酸棗仁皂苷A、蛇床子素等可通過抑制NF-κB 信號通路，誘導成骨分化，進而促進骨折愈合。

近年來，隨著分子生物學的發展，國內外學者對骨折愈合相關信號通路的研究取得了很大進步。不同的信號通路主要通過參與或調控骨折愈合中的炎癥反應、軟骨細胞的增殖與凋亡、成骨細胞分化和礦化等發揮重要的作用，但其具體的作用機制以及各信號通路之間是如何共同作用于骨折的病理過程均尚未完全明確，需進一步研究。