淫羊藿苷對細(xì)胞骨架調(diào)控作用的研究進(jìn)展

于菲菲，趙靜，鄭園娜

(浙江中醫(yī)藥大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院，浙江 杭州 310053)

細(xì)胞是決定人體健康的基本要素，其對外界微環(huán)境的反應(yīng)主要通過細(xì)胞骨架來實(shí)現(xiàn)[1]。細(xì)胞骨架是由不同蛋白纖維交錯(cuò)連接的動態(tài)網(wǎng)狀體系，包括微絲、微管和中間纖維。微絲又稱肌動蛋白絲，主要由球狀肌動蛋白和纖維狀肌動蛋白組成的螺旋狀結(jié)構(gòu)，通常通過肌動蛋白的組裝和去組裝參與細(xì)胞運(yùn)動和細(xì)胞內(nèi)信號傳遞[2]。微管由微管蛋白和微管相關(guān)蛋白組成，在維持細(xì)胞形態(tài)、參與物質(zhì)運(yùn)輸和細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)中起重要作用[3]。中間纖維又稱中間絲，是一類具有很強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度的纖維狀蛋白，使細(xì)胞能夠經(jīng)受住機(jī)械力的作用[4]。廣義的細(xì)胞骨架還包括細(xì)胞外基質(zhì)，主要由細(xì)胞分泌的蛋白和多糖構(gòu)成，調(diào)節(jié)細(xì)胞生理活動，提供穩(wěn)定的細(xì)胞外微環(huán)境[5]。基質(zhì)金屬蛋白酶 (MMPs)作為細(xì)胞外基質(zhì)的重要水解酶，降解細(xì)胞外基質(zhì)，參與細(xì)胞遷移。完整的細(xì)胞骨架及細(xì)胞外基質(zhì)是細(xì)胞執(zhí)行功能并發(fā)揮生物學(xué)作用的有效保障，其結(jié)構(gòu)和功能的異常會使細(xì)胞代謝失去有序性與自控性，從而導(dǎo)致相關(guān)疾病的發(fā)生[6]。

淫羊藿是我國傳統(tǒng)的補(bǔ)益中藥，有補(bǔ)肝腎、強(qiáng)筋骨、祛風(fēng)濕等功效，主治腎陽虛衰、陽痿遺精、筋骨痿軟、風(fēng)濕痹痛、麻木拘攣等病癥[7]。近年來淫羊藿提取物的藥理作用和機(jī)制成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)，其中淫羊藿苷(Icariin，ICA)作為最主要的有效活性成分備受關(guān)注。大量研究表明這種黃酮類化合物在神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、腫瘤等方面具有多種藥理活性[8]。在更深入的機(jī)制研究中，學(xué)者發(fā)現(xiàn)ICA的藥理作用可以通過對不同靶細(xì)胞的細(xì)胞骨架體系進(jìn)行調(diào)控得以實(shí)現(xiàn)[9]。本文通過對ICA對不同疾病靶細(xì)胞的細(xì)胞骨架的調(diào)控作用的相關(guān)研究進(jìn)行綜述，闡述ICA的藥理作用及相關(guān)機(jī)制，以期為這種具有臨床應(yīng)用潛力的中藥單體提供更多依據(jù)，為進(jìn)一步開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 ICA對不同細(xì)胞的細(xì)胞骨架修復(fù)和保護(hù)作用

1.1 神經(jīng)細(xì)胞

目前有兩種微管相關(guān)蛋白被證實(shí)可影響神經(jīng)細(xì)胞微管的組裝和造成已組裝的微管解聚，從而導(dǎo)致細(xì)胞骨架破壞、囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)紊亂，最終導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞功能異常甚至死亡[10]。一種是Tau蛋白，這是含量最高的微管相關(guān)蛋白，其大量異常磷酸化是阿爾茨海默病和帕金森病的原因之一。另一種是胞質(zhì)動力蛋白Dynein，其突變和功能缺陷與亨廷頓舞蹈病和動神經(jīng)元病等相關(guān)。除微管外，神經(jīng)細(xì)胞骨架中的中間絲——神經(jīng)絲的異常磷酸化也與帕金森病和運(yùn)動神經(jīng)元病緊密相關(guān)。帕金森病的主要病理特征路易氏體(LB)，其主要成分就是異常磷酸化的神經(jīng)絲[11]。此外，對于阿爾茨海默病患者，淀粉樣β肽(Aβ)在神經(jīng)細(xì)胞外的積累會損傷腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞，繼而釋放炎癥因子，刺激細(xì)胞外基質(zhì)中MMPs的異常表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)降解，引起血腦屏障破壞，最終導(dǎo)致患者認(rèn)知功能發(fā)生障礙[12]。

研究表明ICA可以通過抑制微管相關(guān)Tau蛋白的過度磷酸化，來恢復(fù)微管的組裝和生理功能，從而維持神經(jīng)細(xì)胞的細(xì)胞骨架的完整性和穩(wěn)定性，保障正常的物質(zhì)運(yùn)輸[13]。鄭桃林[14]等發(fā)現(xiàn)ICA通過抑制糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)的活性，減弱Tau蛋白的過度磷酸化。ICA對GSK-3β的抑制作用可能是通過激活PI3K/Akt信號通路實(shí)現(xiàn)的。LI[15]等發(fā)現(xiàn)ICA可以下調(diào)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)的磷酸化水平，從而抑制Tau蛋白的過度磷酸化。該研究還發(fā)現(xiàn)ICA可以使過度乙?；土姿峄囊阴＆?微管蛋白和酪氨酸α-微管蛋白得到恢復(fù)。此外，ICA可以有效減少Aβ的生成，從而抑制炎性因子釋放，降低細(xì)胞外基質(zhì)中MMP-9和MMP-2的表達(dá)，有效阻止細(xì)胞外基質(zhì)降解，保護(hù)血腦屏障的通透性[16]。

以上研究部分揭示了ICA對Tau蛋白過度磷酸化導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞微管結(jié)構(gòu)和功能異常的修復(fù)和保護(hù)，以及對細(xì)胞外基質(zhì)的作用及其機(jī)制。ICA對Dynein相關(guān)微管異常，以及對過度磷酸化的神經(jīng)絲的作用及機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

1.2 軟骨細(xì)胞

絲切蛋白是一種微絲結(jié)合蛋白，其異常表達(dá)會影響微絲的動態(tài)重組，進(jìn)而影響軟骨細(xì)胞的機(jī)械傳導(dǎo)以及對關(guān)節(jié)應(yīng)力的反應(yīng)，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨病變[17]。中間絲具有組織特異性，不同類型細(xì)胞含有不同中間絲蛋白質(zhì)，軟骨細(xì)胞中波形蛋白是中間絲蛋白的主要成分[18]。中間絲和微絲的結(jié)構(gòu)破壞均會導(dǎo)致軟骨細(xì)胞中Ⅱ型膠原(collagen)和蛋白多糖的表達(dá)減少，抑制細(xì)胞外基質(zhì)合成，改變細(xì)胞的新陳代謝，表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的衰老凋亡，最終引起骨關(guān)節(jié)炎(Osteoarthritis，OA)[19]。

ICA能夠干擾炎癥介導(dǎo)的Nod樣受體蛋白-3(NLRP3)/caspase-1信號通路，提高軟骨細(xì)胞分泌的Col Ⅱ表達(dá)水平，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成[20]。ICA也能通過絲裂原活化激酶途徑抑制MMPs相關(guān)因子，減少膠原降解，保護(hù)炎癥下受損的軟骨細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)并維持微環(huán)境穩(wěn)態(tài)[21]。此外，ICA還可能通過上調(diào)軟骨細(xì)胞缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)信號通路，增加軟骨細(xì)胞外蛋白多糖含量，同時(shí)提高基質(zhì)合成關(guān)鍵因子SOX9基因和蛋白的表達(dá)水平，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成[22-23]。

上述研究表明，ICA對受損的軟骨細(xì)胞骨架的修復(fù)和保護(hù)作用主要是通過對細(xì)胞外基質(zhì)的調(diào)控實(shí)現(xiàn)的。ICA能否作用于絲切蛋白及波形蛋白來直接修復(fù)細(xì)胞骨架，發(fā)揮抗炎作用，仍需要進(jìn)一步的研究。

1.3 成骨細(xì)胞

肌動蛋白解聚因子ADF/絲切蛋白，通過失活絲切蛋白來調(diào)控成骨細(xì)胞微絲的組裝，維持細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，促進(jìn)細(xì)胞成骨[24]。I型膠原(Col I)作為成骨細(xì)胞主要的結(jié)構(gòu)蛋白，為細(xì)胞黏附提供支架，促進(jìn)骨形成[25]。當(dāng)肌動蛋白和Col I的合成受到抑制時(shí)，成骨細(xì)胞的細(xì)胞骨架的形態(tài)和功能會遭到破壞，進(jìn)而影響骨形成和骨重建過程。細(xì)胞骨架的結(jié)構(gòu)紊亂也會影響細(xì)胞的形態(tài)，進(jìn)而損傷細(xì)胞導(dǎo)致骨代謝疾病，如骨質(zhì)疏松(osteoporosis，OP)[26]。

ICA可以通過影響成骨細(xì)胞骨架重排，修復(fù)因過載力學(xué)刺激導(dǎo)致的成骨細(xì)胞骨架系統(tǒng)紊亂，降低成骨細(xì)胞凋亡[27]。黃孝聞等[28]研究發(fā)現(xiàn)，ICA通過調(diào)控RhoA/Rock信號通路，抑制炎癥作用下細(xì)胞骨架相關(guān)因子RhoA和絲切蛋白的上調(diào)表達(dá)，修復(fù)受損的肌動蛋白絲，起到保護(hù)細(xì)胞的作用。宋立成等[29]通過建立高重力細(xì)胞加載模型發(fā)現(xiàn)ICA能夠明顯上調(diào)成骨細(xì)胞肌動蛋白基因及蛋白的表達(dá)，維持細(xì)胞骨架的形態(tài)穩(wěn)定。ICA還可以通過激活雌激素受體介導(dǎo)的途徑，上調(diào)去卵巢小鼠成骨細(xì)胞Col I的表達(dá)水平，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成，刺激成骨細(xì)胞分化和礦化[30-31]。

因此，ICA既能修復(fù)炎癥或過載力學(xué)刺激下受損的成骨細(xì)胞狹義的細(xì)胞骨架，也能對細(xì)胞外基質(zhì)有直接的修復(fù)和保護(hù)作用，有效維持骨架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，促進(jìn)細(xì)胞成骨作用。目前關(guān)于ICA作用于肌動蛋白解聚因子ADF/絲切蛋白的機(jī)制研究較少，可為今后的研究提供新思路。

1.4 人牙周膜成纖維細(xì)胞

人牙周膜成纖維細(xì)胞(hPDLCs)是口腔牙周組織中最主要的細(xì)胞成分，在維持牙周膜的完整性和功能上起決定性作用。hPDLCs的生物學(xué)功能取決于細(xì)胞骨架的完整性以及細(xì)胞外基質(zhì)分泌等細(xì)胞活性[32]。在致炎因子或機(jī)械刺激下，牙周膜細(xì)胞MMPs的表達(dá)上調(diào)，而Col I的合成受到抑制，導(dǎo)致細(xì)胞骨架的重排和細(xì)胞外基質(zhì)的新陳代謝發(fā)生異常，牙周組織遭到炎癥性破壞，造成牙周系統(tǒng)疾病[33]。

秦子順等[34]研究發(fā)現(xiàn)，ICA可顯著上調(diào)成骨特異性轉(zhuǎn)錄因子Runx2、骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMP-2、骨橋素、骨鈣素和Col I的表達(dá)，促進(jìn)hPDLCs的骨向分化。同時(shí)，ICA能夠降低MMP-1表達(dá)，抑制細(xì)胞外基質(zhì)降解，或者提高組織抑制因子(TIMP-1)表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成，從這兩個(gè)角度同時(shí)發(fā)揮對hPDLCs細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的修復(fù)和保護(hù)作用[35]。此外，ICA對炎癥誘導(dǎo)下增強(qiáng)的白細(xì)胞介素(IL-6)的活性也有一定的抑制作用，有效保護(hù)hPDLCs細(xì)胞外基質(zhì)的功能，修復(fù)炎癥下受損的牙周組織[36]。

以上研究提示，ICA可以作用于hPDLCs細(xì)胞骨架的相關(guān)組分，修復(fù)受損的牙周組織，然而其作用機(jī)理尚未有深入研究。進(jìn)一步探索ICA治療口腔牙周疾病的作用機(jī)制，將具有較好的應(yīng)用前景。

2 ICA對不同細(xì)胞的細(xì)胞骨架的抑制和破壞作用

2.1 破骨細(xì)胞

破骨細(xì)胞骨架中肌動蛋白和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白酶的合成與分泌調(diào)控著細(xì)胞分化和骨吸收過程，是干預(yù)骨疾病的潛在靶點(diǎn)[37]。肌動蛋白的形成和細(xì)胞外組織蛋白酶K及骨代謝關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子MMP-9的活性受到抑制時(shí)，將會破壞細(xì)胞外基質(zhì)的微環(huán)境，影響破骨細(xì)胞的運(yùn)動和骨吸收功能，導(dǎo)致骨吸收和骨形成的動態(tài)失衡。

ICA能夠通過抑制破骨細(xì)胞的肌動蛋白絲的形成，以及抑制細(xì)胞外基質(zhì)的合成兩條途徑抑制骨吸收亢進(jìn)。XU等[38]發(fā)現(xiàn)ICA通過抑制核因子KB(NF-kB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活，抑制破骨細(xì)胞肌動蛋白的形成，阻止人 NF-KB受體活化因子配體(RANKL)誘導(dǎo)的破骨發(fā)生。ICA通過調(diào)控多種信號表達(dá)，包括雌激素信號通路、MAPK信號通路等，下調(diào)組織蛋白酶K和MMP-9基因水平，進(jìn)而破壞破骨細(xì)胞異常骨吸收功能[39]。

綜上所述，ICA通過調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞肌動蛋白動力學(xué)及細(xì)胞外基質(zhì)分泌水平影響骨吸收功能，可以作為病理性骨吸收的治療靶點(diǎn)。目前對于ICA的最佳濃度及安全性仍需要大量實(shí)驗(yàn)研究,同時(shí)需要繼續(xù)完善其具體的作用機(jī)制,以期為ICA治療骨疾病提供循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。

2.2 腫瘤細(xì)胞

腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移主要受到細(xì)胞骨架中微絲相關(guān)蛋白的調(diào)控，在某些類型的早期癌癥中，例如人表皮樣癌，肌動蛋白可被用作評估腫瘤細(xì)胞發(fā)育的敏感指標(biāo)[40]。細(xì)胞外基質(zhì)所構(gòu)成的腫瘤微環(huán)境，在維持腫瘤細(xì)胞生理活動和組織穩(wěn)態(tài)中起到重要作用[41]。因此，細(xì)胞骨架可能是治療腫瘤的潛在靶點(diǎn)。

有研究表明，一定濃度(10-5mol/L)的ICA通過破壞人肝癌HepG2細(xì)胞肌動蛋白骨絲抑制腫瘤的增殖和遷移，影響腫瘤細(xì)胞周期和凋亡[42]。在WANG等[43]的體外研究中發(fā)現(xiàn)，ICA能顯著抑制人胃癌細(xì)胞BGC-823細(xì)胞的遷移和侵襲，其機(jī)制可能是通過細(xì)胞內(nèi)相關(guān)信號通路，來抑制信號分子的表達(dá)，最終影響肌動蛋白驅(qū)動的細(xì)胞移動。

此外，ICA還可以降低MMP-9基因和蛋白的表達(dá)，抑制細(xì)胞外基質(zhì)的降解，降低腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移能力。ICA通過阻斷骨肉瘤細(xì)胞143B血管內(nèi)皮生長因子VEGF和MMP-9的表達(dá)，抑制骨肉瘤細(xì)胞外基質(zhì)的降解來減弱腫瘤細(xì)胞的侵襲[44]。也有研究顯示[45]，ICA呈濃度依賴性下調(diào)轉(zhuǎn)錄激活因子STAT3下游靶基因產(chǎn)物MMP-9的蛋白表達(dá)，從而抑制人多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞的生長和遷移。其中，ICA對STAT3的抑制作用可能是通過衰減JAK/STAT3-Dependen信號級聯(lián)，下調(diào)多種上游激酶磷酸化來實(shí)現(xiàn)的。

上述研究表明ICA在抗腫瘤藥物的研發(fā)中具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。目前尚未有關(guān)于ICA與腫瘤靶向藥物聯(lián)合應(yīng)用的研究報(bào)道。因此，ICA能否在細(xì)胞骨架水平增強(qiáng)靶點(diǎn)調(diào)控并提高抗腫瘤效果的機(jī)制值得進(jìn)一步研究。

3 總結(jié)與展望

隨著現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)的深入發(fā)展，細(xì)胞骨架在疾病發(fā)展中的作用逐漸被揭示。目前已有研究證實(shí)了ICA對神經(jīng)細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、人牙周膜成纖維細(xì)胞、破骨細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等多種細(xì)胞的細(xì)胞骨架具有調(diào)控作用，部分作用機(jī)制也被揭示。通過激活或抑制多種信號通路，ICA可以調(diào)控骨架相關(guān)蛋白，直接或間接影響細(xì)胞骨架和細(xì)胞外基質(zhì)的生物學(xué)功能。這些研究進(jìn)展進(jìn)一步證明了ICA在神經(jīng)保護(hù)、成骨分化和抗腫瘤等方面具有重要的藥用價(jià)值，為臨床上防治相關(guān)疾病提供了新的思路?；仡櫸墨I(xiàn)，ICA對一些細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。同時(shí)，ICA是否對其他細(xì)胞的細(xì)胞骨架有調(diào)控作用也值得進(jìn)一步研究，為其在其他領(lǐng)域的臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。未來還需要建立活體動物模型和開展臨床試驗(yàn)，深入探討ICA調(diào)控不同細(xì)胞骨架的機(jī)制及臨床應(yīng)用效果，為中藥活性成分ICA的臨床應(yīng)用提供更多的依據(jù)。