啤酒花抗骨質(zhì)疏松的應(yīng)用及展望

劉曉燕，夏天爽，董志敏,2，蔣益萍，秦路平,3，辛海量 （. 海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)院，上海 200433；2. 上海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海 200234；3. 浙江中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，浙江 杭州 30053）

啤酒花（Humulus lupulus L.）別名忽布、香蛇麻、蛇麻花、啤瓦古麗（維吾爾語），為?？迫劜輰僦参?，是我國新疆藥食兼用的特色資源植物。同時(shí)，啤酒花還是啤酒釀造的重要原料之一，其不僅賦予了啤酒獨(dú)特的風(fēng)味，還延長了啤酒的保質(zhì)期。人類使用啤酒花已有2000 多年的歷史，早在公元前2 世紀(jì)，古巴比倫就曾栽培使用啤酒花。13 世紀(jì)，啤酒花開始作為草藥使用。1516 年，德國頒布法令，將啤酒花限定為啤酒的唯一苦味添加劑[1]。啤酒花的花序中含有黃酮類、樹脂類、多酚、多糖等多種化學(xué)成分，這些成分使其具有抗菌、抗腫瘤、抗氧化、降血糖、降血壓，以及雌激素樣等藥理作用[2]。近年來，啤酒花在抗骨質(zhì)疏松領(lǐng)域研究較多，展現(xiàn)出廣闊的前景，現(xiàn)就有關(guān)情況作概要介紹。

1 化學(xué)成分

1.1 樹脂類

樹脂類化合物為啤酒花中的主要成分，具有廣泛的生物活性。歐洲釀造協(xié)會(huì)（EBC）根據(jù)不同有機(jī)溶劑中樹脂類成分的溶解度差異，將其分為軟樹脂和硬樹脂[3]。其中，α-酸和β-酸是啤酒花中最具代表性的軟樹脂類成分，也是啤酒花獨(dú)特味道的主要來源。α-酸主要包括葎草酮（圖1A）及其同系物，β-酸主要包括蛇麻酮（圖1B）及其同系物[4]。在啤酒花中，β-酸含量較α-酸低，易被氧化形成β-軟樹脂。α-酸在一定條件下易轉(zhuǎn)化為異α-酸，此類成分為啤酒中的主要苦味成分[5]。

圖1 啤酒花樹脂類成分葎草酮（A）和蛇麻酮（B）結(jié)構(gòu)式R=-COCH2CH(CH3)2

1.2 黃酮類

以黃腐酚（圖2）為代表的黃酮類成分是啤酒花中重要的化學(xué)成分。根據(jù)母核結(jié)構(gòu)的不同，可將其分為黃酮類、查爾酮類及黃烷類[6]。黃腐酚為啤酒花特有的異戊烯基類黃酮，最早被Power 等[7]分離鑒定得到，主要集中在啤酒花蛇麻腺中，目前因其廣泛的藥理活性而備受關(guān)注。

圖2 啤酒花黃酮類成分黃腐酚結(jié)構(gòu)式

1.3 揮發(fā)油類

啤酒花中的揮發(fā)油類成分均由啤酒花的蛇麻腺分泌，是啤酒花香味的來源。啤酒花揮發(fā)油主要含有石竹烯、香葉烯、葎草烯、法呢烯等及其脂、酮、醇類化合物[8]。早期研究普遍認(rèn)為，萜烯類在啤酒花風(fēng)味中起關(guān)鍵作用，但近年來研究表明，親水性較強(qiáng)的萜烯醇類對(duì)啤酒花風(fēng)味貢獻(xiàn)更為突出[9]。

2 抗骨質(zhì)疏松作用

骨質(zhì)疏松癥是以骨量降低和骨微結(jié)構(gòu)破壞為特點(diǎn)的全身性骨代謝疾病。在歐洲，啤酒花提取物用于治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥。近年來，啤酒花在防治骨質(zhì)疏松方面的作用受到廣泛關(guān)注，其可能通過發(fā)揮雌激素樣作用、緩解氧化損傷、調(diào)節(jié)骨形成-骨吸收平衡等途徑維持骨穩(wěn)態(tài)，來防治骨質(zhì)疏松。

2.1 雌激素樣作用

雌激素缺失是骨質(zhì)疏松發(fā)病的主要因素之一[10]。啤酒花中的黃酮類成分8-異戊二烯基柚皮素（8-PN），是脫甲基黃腐酚的一種異構(gòu)物，也是目前分離得到的最有效的植物雌激素[11]。早在2002 年，Miligan 等[12]即發(fā)現(xiàn)天然和人工合成的8-PN 在人雌激素受體轉(zhuǎn)染的酵母菌以及雌激素反應(yīng)的人Ishikawa Var-I 細(xì)胞中均顯示出相似的生物活性，8-PN 與兩種構(gòu)型的雌激素受體（ER-α、ER-β）均展現(xiàn)出良好的結(jié)合能力。體外篩選實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其雌激素活性高于包括香豆素在內(nèi)的多種常用植物雌激素。作為啤酒花中最具代表性的黃酮類成分黃腐酚同樣具有顯著的植物雌激素樣作用。研究發(fā)現(xiàn)，在去卵巢小鼠中，30 和90 mg/(kg·d)的黃腐酚均可顯著抑制去卵巢小鼠雌激素缺失所致的體重增加，提高雌激素（E2）水平，抑制堿性磷酸酶（ALP）、抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）等骨轉(zhuǎn)換指標(biāo)的高表達(dá)，并改善去卵巢小鼠的骨微結(jié)構(gòu)破壞，增強(qiáng)骨密度，防治骨質(zhì)空洞[13]。

啤酒花中的多種樹脂類成分同樣具有雌激素樣作用。Holick 等[14]在為期14 周的臨床試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，樹脂類成分、小檗堿、維生素D 和維生素K 配伍應(yīng)用，可調(diào)節(jié)絕經(jīng)后婦女的骨代謝水平，降低骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物骨鈣素（OCN），并顯著提高患者血清25-羥基維生素D 含量，減少骨質(zhì)丟失。Keiler 等[15]以去卵巢大鼠為研究對(duì)象，觀察標(biāo)準(zhǔn)酒花提取物對(duì)大鼠骨丟失的防治作用，結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)酒花提取物可顯著減少大鼠脛骨干骺端破骨細(xì)胞的數(shù)量，并防止雌二醇消耗導(dǎo)致的骨小梁厚度減少，防治雌激素缺失所致的骨質(zhì)疏松。

2.2 緩解氧化損傷

雌激素或雄激素缺失會(huì)降低骨骼防御氧化應(yīng)激的能力，從而造成骨質(zhì)流失，因此，高氧化應(yīng)激水平與性激素缺乏同為誘發(fā)骨質(zhì)疏松的重要原因[16]。黃酮類化合物大多有酚羥基以及較大的空間位阻，因此，多具有不同程度的抗氧化活性。吳婕等[17]在研究黃腐酚與其他食品中成分的抗氧化作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，黃腐酚與食品酸味劑檸檬酸、檸檬酸鈉、維生素C 對(duì)DPPH 體系均存在協(xié)同抗氧化活性。Suh 等[18]發(fā)現(xiàn)黃腐酚可通過激活氧化應(yīng)激的關(guān)鍵通路Nrf2 來降低MC3T3-E1 成骨細(xì)胞的氧化損傷，同樣證實(shí)了黃腐酚具有抗氧化作用。

2.3 維持骨穩(wěn)態(tài)

成骨細(xì)胞的骨形成與破骨細(xì)胞的骨吸收在骨代謝中共同發(fā)揮作用，以維持骨穩(wěn)態(tài)[19]。研究表明，在成骨細(xì)胞MC3T3-E1 水平上，黃腐酚可顯著上調(diào)ALP 和成骨標(biāo)記基因骨形成蛋白（BMP-2）、骨涎蛋白（BSP）的表達(dá)，并通過調(diào)控p38 MAPK 和ERK 信號(hào)通路相關(guān)機(jī)制，激活轉(zhuǎn)錄因子RUNX2，促進(jìn)骨形成[20]。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，黃腐酚既可以促進(jìn)原代成骨細(xì)胞的增殖、ALP 活性以及骨礦化水平，又可以提高骨形成相關(guān)蛋白BSP、BMP-2 和骨橋蛋白（OPN）的表達(dá)水平[13]。在抑制破骨細(xì)胞骨吸收方面，黃腐酚可通過破壞RANK 與TRAF6 之間的結(jié)合，抑制破骨細(xì)胞生成過程中NFκB 和Ca2+/NFATc1 信號(hào)通路，并抑制破骨細(xì)胞生成相關(guān)標(biāo)記基因，如組織蛋白酶K（CtsK）、活化T 細(xì)胞核因子 1（NFATc1）以及 TRAP 的表達(dá)，從而抑制骨吸收[21]。

啤酒花樹脂類成分同樣可以調(diào)節(jié)骨代謝平衡。蛇麻酮可顯著促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖，提高ALP 活性，促進(jìn)骨礦化結(jié)節(jié)，并促進(jìn)骨形成相關(guān)蛋白OCN、BSP 和BMP-2 的表達(dá)。葎草酮也可顯著促進(jìn)成骨細(xì)胞活性，并提高骨形成相關(guān)蛋白OCN、OPN、BSP 和BMP-2 的表達(dá)。在破骨細(xì)胞水平上，蛇麻酮和葎草酮均可降低破骨細(xì)胞數(shù)目，抑制破骨相關(guān)蛋白CtsK、金屬基質(zhì)蛋白酶9（MMP-9）的表達(dá)[22]。此外，本課題組前期還發(fā)現(xiàn)啤酒花乙醇提取物可顯著促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、ALP 活性及骨礦化結(jié)節(jié)，促進(jìn)骨形成相關(guān)蛋白OPN 和BMP-2 的表達(dá)；并顯著抑制破骨相關(guān)蛋白TRAP、CtsK、和MMP-9 的表達(dá)，以維持骨代謝平衡，防止骨吸收大于骨形成所致的骨質(zhì)流失[23]。

3 相關(guān)產(chǎn)品及應(yīng)用

啤酒釀制是啤酒花最為傳統(tǒng)的一種應(yīng)用方式，人體中的黃腐酚及相關(guān)異戊二烯黃酮類成分主要通過喝啤酒攝入[24]。近年來，啤酒花作為一種特色中藥，其藥食兩用的特性得到了越來越多的關(guān)注。相關(guān)的健康產(chǎn)品，如美國西楚（Citra）、捷克薩茲（Saaz）的啤酒花顆粒、澳大利亞澳萃維（Nature's Way）啤酒花膠囊、芬蘭麥諾美（Menomax）啤酒花濃縮片等層出不窮?，F(xiàn)代研究已發(fā)現(xiàn)一些啤酒花相關(guān)產(chǎn)品在抗骨質(zhì)疏松方面具有良好的活性。Ban 等[25]采用去卵巢大鼠骨質(zhì)疏松模型，研究Lifenol?的啤酒花提取物防治骨質(zhì)疏松的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品可顯著改善去卵巢所致的大鼠體重增加，調(diào)節(jié)血脂和脂肪聚集，降低血流速度，改善大鼠潮熱，并顯著增加大鼠股骨的骨密度，改善骨質(zhì)疏松。有直接證據(jù)表明，喝啤酒可以預(yù)防骨質(zhì)疏松癥。Kondo[26]以去卵巢大鼠為骨質(zhì)疏松模型，研究啤酒對(duì)骨質(zhì)疏松癥的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，啤酒能顯著抑制去卵巢引起的大鼠股骨骨丟失，且這種抑制作用在單用酒精或不加啤酒花釀造的啤酒中均沒有呈現(xiàn)，表明啤酒中抗骨質(zhì)疏松的活性成分來自啤酒花。此外，F(xiàn)erk 等[27]發(fā)現(xiàn)，人類連續(xù)飲用黃腐酚飲料14 d 后，體內(nèi)的氧化性嘌呤含量顯著降低，氧化損傷程度得到緩解，且血清雌激素及骨鈣素水平相對(duì)下降，骨代謝紊亂得到顯著改善。

4 我國啤酒花資源現(xiàn)狀

學(xué)術(shù)界對(duì)啤酒花的起源地尚無定論，部分學(xué)者認(rèn)為，啤酒花起源于中國[28-29]。在我國，啤酒花的發(fā)源地位于黑龍江省東南部的尚志市。1960 年，國家輕工業(yè)部決定把新疆農(nóng)場建成國家啤酒花生產(chǎn)基地，并從山東青島、東北一面坡引進(jìn)啤酒花。后經(jīng)過40 年的努力，啤酒花種植面積已達(dá)185.2 公頃，成為新疆地區(qū)的主要經(jīng)濟(jì)作物之一。

我國的野生啤酒花種群主要分布在新疆的天山和阿爾泰山山脈附近。新疆地區(qū)由于光照充足，晝夜溫差大，非常適宜啤酒花種植業(yè)的發(fā)展，并逐漸形成了范圍廣、規(guī)模大、生境類型多，且其成熟期差異明顯的野生種質(zhì)[3]。然而，近些年，啤酒花的資源開發(fā)及生產(chǎn)狀況不容樂觀。由于新疆地區(qū)種植的啤酒花主要是從美國、德國引進(jìn)的品種，在異地栽培時(shí)間過長，生長性能下降，病蟲害嚴(yán)重，品種退化嚴(yán)重，導(dǎo)致藥材品質(zhì)下降。再就目前常見的優(yōu)質(zhì)香型、香型、苦型和高α-酸型啤酒花的不同品種來看，α-酸含量高者大于 8%（高 α-酸型），低者3%～4%（苦型、香型），α-酸與β-酸比值高者大于2.0（高 α-酸型），低者低于 1.0（優(yōu)質(zhì)香型）。由此看來，重點(diǎn)活性成分苦味酸類在不同類型啤酒花中的含量、比例組成差異極大[4]。這就使得我們應(yīng)加強(qiáng)從源頭上的育種研究，改進(jìn)抗病性，增加產(chǎn)量和苦味酸類成分的含量，利用栽培品種和育種系（或野生啤酒花）在合適條件下復(fù)合優(yōu)良性狀。

5 展望

現(xiàn)代藥理學(xué)研究分別從體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)明確了啤酒花及其活性成分的抗骨質(zhì)疏松作用。黃腐酚、蛇麻酮和葎草酮均能夠促進(jìn)骨形成和抑制骨吸收，但其抗骨質(zhì)疏松的深層次機(jī)制仍有待闡明。啤酒花對(duì)女性絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松具有防治作用，但對(duì)老年性骨質(zhì)疏松的作用尚不明確。因此，筆者認(rèn)為闡明啤酒花及其活性成分的作用機(jī)制，既是為啤酒花臨床應(yīng)用及轉(zhuǎn)化提供理論基礎(chǔ)，亦可為拓展啤酒花的應(yīng)用范圍提供依據(jù)。此外，我國啤酒花資源豐富，但種質(zhì)資源、遺傳背景、親緣關(guān)系不清，導(dǎo)致藥材品質(zhì)參差不齊。因此，摸清啤酒花種質(zhì)資源家底，構(gòu)建種質(zhì)資源庫；探討不同基因在種群中的分布頻率，弄清種群間的親緣關(guān)系，建立藥材的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，方能為啤酒花活性研究和開發(fā)提供品質(zhì)保障。