載促進(jìn)成骨中藥活性化合物的研究進(jìn)展*

孫苗苗，梁鵬晨，李路易，常慶，易清清

(1.上海中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，上海 200120；2.上海健康醫(yī)學(xué)院附屬嘉定區(qū)中心醫(yī)院臨床科研中心，上海 201800)

骨是維持人體正常姿態(tài)的器官，在人體運(yùn)動(dòng)、內(nèi)臟器官保護(hù)、軟骨組織中具有非常重要的作用[1]。隨著人口老齡化的發(fā)生，骨折、骨感染、骨質(zhì)疏松等相關(guān)骨疾病發(fā)生率也逐年增加，每年都有大量患者需要進(jìn)行手術(shù)治療[2]。骨科植入物由于在恢復(fù)肌肉骨骼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能方面具有一定的作用[3]，已被廣泛用于臨床治療各種骨科疾病[4]。雖然植入物植入后具有很好的治療效果，但仍然可能存在手術(shù)失敗[5]。中藥具有較小的毒副作用和臨床效果好等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多地應(yīng)用于治療一些疾病[6]。然而在全身給藥過程中，藥物通過口服、靜脈注射等途徑輸送，分布到全身而不是特定的部位，再加上藥物溶解度低，生物分布差，缺乏選擇性，藥物不能在特定的部位發(fā)揮療效，因此骨植入物的局部給藥是一種理想的方式，并且在骨的微環(huán)境內(nèi)可以提供更理想的藥物濃度[7-9]。據(jù)報(bào)道，目前已有很多學(xué)者將中藥活性化合物應(yīng)用于骨植入體中發(fā)揮療效，這為中藥的發(fā)展和治療骨疾病提供了新的選擇。目前二氧化鈦納米管(titania nanotubes，TNT)、殼聚糖、聚多巴胺等已廣泛用作鈦植入體表面載藥的載體，因此將中藥活性化合物結(jié)合至這些載體上發(fā)揮療效是一種不錯(cuò)的選擇。

1 中藥活性化合物促成骨研究

中藥作為我國傳統(tǒng)藥物，用于治療骨病和促進(jìn)骨愈合方面，有許多相關(guān)報(bào)道。紅景天的主要成分紅景天苷，能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖，促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化和礦化[10]。中藥三七的提取物三七總皂苷能夠抑制RANKL的表達(dá)，降低破骨細(xì)胞的活性，具有促成骨的作用[11-12]。中藥葛根提取物葛根素，能夠抑制破骨細(xì)胞的形成，對(duì)骨產(chǎn)生保護(hù)作用[13]。中藥巴戟天提取物能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和活性，從而抑制成骨細(xì)胞的凋亡[14-15]。此外，據(jù)報(bào)道，目前應(yīng)用較多治療骨質(zhì)疏松的中藥還包括淫羊藿、骨碎補(bǔ)、當(dāng)歸、黃芪、杜仲等，它們?cè)诖俪晒欠矫娑加幸欢ǖ淖饔肹6]。例如，淫羊藿苷能促進(jìn) MC3T3-E1 成骨細(xì)胞的增殖和減少細(xì)胞凋亡[16]。槲皮素可以誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的凋亡，降低破骨細(xì)胞的活性，增強(qiáng)成骨細(xì)胞的分化能力[17]。為了進(jìn)一步探究中藥活性化合物的促成骨機(jī)制，科研人員也利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)來研究中藥的治療機(jī)制。LI等[18]通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)杜仲具備多成分、多靶點(diǎn)治療骨質(zhì)疏松癥的特點(diǎn)，其通路能夠調(diào)節(jié)成骨、破骨代謝均衡?？轮均i等[19]利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討淫羊藿治療骨質(zhì)疏松的主要活性成分和分子作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)淫羊藿治療骨質(zhì)疏松主要是通過多個(gè)活性成分作用于多個(gè)靶點(diǎn)來進(jìn)行的。同時(shí)不少學(xué)者也對(duì)葛根素[20]、骨碎補(bǔ)[21]等中藥進(jìn)行了促成骨相關(guān)機(jī)制的研究。因此，筆者對(duì)于上述中藥對(duì)成骨細(xì)胞的作用進(jìn)行總結(jié)，①紅景天苷：可調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的增殖，分化，礦化；②三七總皂苷：促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化，以及特異性蛋白的表達(dá) ；③葛根素：調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的增殖和分化，抑制破骨細(xì)胞的凋亡；④巴戟天提取物：抑制破骨細(xì)胞骨吸收和成骨細(xì)胞的凋亡；⑤淫羊藿苷：抑制破骨細(xì)胞的活性，促進(jìn)成骨細(xì)胞的生成；⑥槲皮素：誘導(dǎo)破骨細(xì)胞的凋亡、促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化；⑦杜仲提取物：調(diào)節(jié)成骨和破骨細(xì)胞的代謝平衡；⑧骨碎補(bǔ)提取物：促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化。

綜上所述，這些研究都較好地證明了中藥及其活性化合物在促成骨方面的作用。因此，為了較好發(fā)揮這些中藥活性化合物的作用，減少鈦植入體在植入后出現(xiàn)的不良癥狀，發(fā)揮中藥的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將中藥活性化合物通過一定的方式加載在鈦植入體表面發(fā)揮作用。

2 常用的藥物載體

目前應(yīng)用最多的藥物載體有TNT，殼聚糖及其衍生物，聚多巴胺涂層，生物陶瓷類。

2.1TNT 采用電化學(xué)陽極氧化工藝在鈦表面制備的TNT，具有很好的生物相容性，在植入體中可以增強(qiáng)骨細(xì)胞活性，改善骨整合[22-24]。目前，TNT具有良好的通用性，可以裝載肽、生長因子等藥物，以局部治療的方式來治療多種骨科并發(fā)癥[25-26]。為了充分利用TNT可以載藥的特性，人們通過不同的加載方式將療效不同的藥物加載在TNT上，來發(fā)揮治療作用，充分發(fā)揮載體的潛能。

2.2殼聚糖及其衍生物 殼聚糖是一種具有與纖維素相似的碳水化合物骨架結(jié)構(gòu)的分子，主要由N-乙酰-d-氨基葡萄糖和d-氨基葡萄糖兩種重復(fù)單元組成，通過(1-4)-β-糖苷鍵相連，因殼聚糖鏈上具有大量的氨基，使其具有多種生物功能[27]。其中殼聚糖的粘附性、瞬時(shí)開放上皮緊密連接的能力以及生物降解性使其成為良好的藥物輸送材料[28]。此外，殼聚糖厚度大小的調(diào)節(jié)可以控制藥物的釋放和局部藥物的濃度，以治療術(shù)后感染和炎癥，并使鈦植入體具有更好的骨整合，增強(qiáng)治療效果和降低毒副作用[29]。劉揚(yáng)等[30]發(fā)現(xiàn)殼聚糖可以加載與骨相關(guān)的藥物，包括骨代謝藥物和生長因子等。因此，利用殼聚糖及其衍生物來負(fù)載中藥活性化合物也是一種不錯(cuò)的選擇。

2.3聚多巴胺涂層 受貽貝粘附蛋白的鄰苯二酚和胺官能團(tuán)的啟發(fā)，由單體多巴胺(DA)自氧化而產(chǎn)生的聚多巴胺，具有豐富的共價(jià)固定化生物分子和錨定金屬離子的官能團(tuán)。因其可以在微堿性下通過氧化自聚合沉積到幾乎任何類型物體的表面，已被作為藥物輸送系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于骨科植入體[31-35]。聚多巴胺涂層可以將一些生物大分子，如蛋白質(zhì)、肽和DNA，固定在生物替代物的表面，并且不會(huì)影響這些分子的活性，因此是一種較好的藥物載體[33]。

2.4生物陶瓷類 自1920年報(bào)道陶瓷可以在人體中應(yīng)用開始，不少研究者對(duì)陶瓷作為載體進(jìn)行不斷的研究。由于陶瓷具有較好的骨傳導(dǎo)性、優(yōu)異的耐磨性和生物相容性，已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療領(lǐng)域，成為骨替代材料之一[36]。陶瓷不僅可以作為骨替代材料應(yīng)用于骨，還可以作為骨植體加載藥物的良好載體，其釋放藥物的模式主要依賴于陶瓷的化學(xué)濃度、藥物類型和加載藥物的含量[37]。目前應(yīng)用最多的陶瓷化合物為羥基磷灰石(HA)和磷酸鈣(CaP)，并且都被用于加載中藥[38-39]。常立娜[39]將中藥丹參、骨碎補(bǔ)、黃芪多糖加載到HA上，發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)成骨的細(xì)胞增殖。同時(shí)，具有生物活性、可降解性的HA納米材料能與骨結(jié)合，加載一些促成骨藥物和促進(jìn)骨組織再生的分子[40]。因此，陶瓷類生物材料是一種具有很大臨床應(yīng)用研究潛力的藥物載體。

不同藥物載體的特點(diǎn)見表1。

表1 不同載體的特點(diǎn)

3 常見的藥物加載方式

3.1表面吸附 藥物可以通過多種途徑加載在植入體的表面，而表面吸附是一種相對(duì)簡(jiǎn)單、操作方便的加載方式[41]。表面吸附實(shí)質(zhì)上是物理吸附，在吸附的過程中不僅要考慮藥物本身的性質(zhì)，還要考慮載體的物理性質(zhì)。王培歡等[42]總結(jié)物理吸附加載藥物的方法，包括浸泡法和凍干法，這為藥物的加載提供了思路。

3.2化學(xué)鍵固定 化學(xué)鍵固定是生物分子或者藥物通過自身化學(xué)鍵與種植體的化學(xué)鍵連接而結(jié)合的方式。對(duì)于化學(xué)鍵的固定，首先應(yīng)對(duì)生物分子和鈦植入體的結(jié)構(gòu)有非常詳細(xì)的了解，應(yīng)該充分考慮藥物是否和鈦植入體發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合。同時(shí)化學(xué)鍵固定相比于物理吸附來說，吸附力大，結(jié)合牢固，穩(wěn)定性好[43]，因此，不少研究都是通過化學(xué)鍵固定的方式將藥物加載在鈦植入體表面。

3.3層層自組裝技術(shù) 層層自組裝法是由帶電基板在帶相反電荷的材料表面交替沉積聚電解質(zhì)自組裝多層膜(PEM)，是制備功能性表面涂層的通用技術(shù)，該方法操作簡(jiǎn)便，不影響藥物的活性[42]。目前該技術(shù)在生物植入載藥研究方面應(yīng)用較為廣泛。藥物釋放速率受藥物在膜中的擴(kuò)散速率、膜的溶解和降解速率的限制[44]。陳棟棟[45]發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以裝載DNA、蛋白質(zhì)，以及具有較強(qiáng)擴(kuò)散能力的小分子等。同時(shí)，利用該技術(shù)還可以加載中藥活性化合物，其中加載最多的是淫羊藿苷。王非凡[46]利用層層自組裝技術(shù)，通過在鈦表面加載淫羊藿苷來促進(jìn)種植體周圍骨生成，促進(jìn)骨愈合。

4 鈦植入體載中藥活性化合物的促成骨

隨著骨科植入體在組織工程中的應(yīng)用以及不少植入體表面載藥的出現(xiàn)，用于骨修復(fù)的中藥活性化合物和現(xiàn)代骨修復(fù)的生物材料相結(jié)合就成為了一種很有希望的研究方案。嚴(yán)玉榮等[47]將白藜蘆醇加載在TiO2納米管陣列中，通過抑制炎癥發(fā)生來促進(jìn)骨修復(fù)。MOHAN等[29]利用陽極氧化形成的TiO2納米管來加載槲皮素，并在槲皮素表面包覆不同厚度的殼聚糖，通過調(diào)節(jié)厚度來控制藥物濃度，提高鈦種植體的骨整合。同時(shí)多巴胺作為藥物載體的運(yùn)用較多。李鑫鑫等[48]利用多巴胺將葛根素加載到植入體表面，研究葛根素在體內(nèi)促進(jìn)骨結(jié)合的作用。婁琪等[49]利用多巴胺將杜仲提取物偶聯(lián)在經(jīng)過微弧氧化處理后的純鈦表面，從而使純鈦微弧氧化膜層具有促進(jìn)骨生長的作用。張野等[50]利用多巴胺將杜仲加載到經(jīng)過處理后的純鈦多孔表面形成復(fù)合生物膜層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合膜層能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖分化，促進(jìn)新骨形成。此外，宋云嘉等[51]通過在鈦表面利用層層自組裝涂層來負(fù)載淫羊藿苷，研究植入體表面的改性，結(jié)果表明可以使 ICA 在植入體表面緩慢釋放，發(fā)揮促成骨作用。

由于植入體植入后骨整合是一個(gè)持續(xù)的過程，在這個(gè)過程中，藥物不斷從植入體的載藥涂層中釋放，并且植入體的載藥涂層可以為植入體周圍的組織提供足夠的藥物濃度[52-53]。因此，研究藥物在植入體的釋放情況對(duì)于早期誘導(dǎo)成骨作用非常重要。所以為了更好發(fā)揮中藥活性化合物在植入體表面的作用，對(duì)藥物釋放情況進(jìn)行研究，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線來計(jì)算藥物在溶液中的濃度，從而通過提高藥物的釋放性來提高藥物的有效性，更有利于中藥活性化合物發(fā)揮療效[54]。因此，將中藥加載在鈦植入體表面發(fā)揮作用應(yīng)用于臨床不僅有利于中藥的發(fā)展，也有利于為治療骨科疾病的研究提供一種新的思路。

5 面臨的問題和展望

盡管將中藥活性化合物加載于植入體能發(fā)揮較好的成骨效果，但是也要考慮相關(guān)的問題。如中藥成分復(fù)雜，需確定主要成分；含有中藥活性化合物的植入體植入后，藥物活性濃度和毒性限度的確定以及是不是會(huì)發(fā)生不良反應(yīng)；藥物從載體上釋放的速度和藥物到達(dá)作用部位前是否已發(fā)生分解，喪失療效等。所以在選擇藥物載體時(shí)，應(yīng)該充分考慮其和備選藥物的性質(zhì)，分析兩者是否能有效結(jié)合，才能更好地將藥物加載于載體上，到達(dá)作用部位發(fā)揮療效。但是，由于目前主要的研究是在體外和動(dòng)物模型方面，還不清楚這些研究有多少能夠應(yīng)用到臨床患者。所以將中藥活性化合物加載于鈦植入體表面發(fā)揮促成骨作用這種方案應(yīng)用于臨床，還面臨很大的挑戰(zhàn)，并且這一領(lǐng)域的發(fā)展需要多學(xué)科的支持，例如醫(yī)學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)和病理學(xué)等多學(xué)科，通過這些學(xué)科的支持來研究出更好能夠發(fā)揮促成骨作用的載中藥活性化合物鈦植入體[55]。因此，這也是今后努力的方向。