異補(bǔ)骨脂素影響骨代謝研究進(jìn)展及其藥物安全性

李想 王劍 岑利民 張宇

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)研究生院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)人民醫(yī)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010 3.內(nèi)蒙古烏蘭察布市中心醫(yī)院，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000

骨質(zhì)疏松(osteoporosis，OP)是一種以骨量低下、骨微結(jié)構(gòu)破壞、骨脆性增加，易并發(fā)骨折的代謝性骨病[1]。目前我國(guó)60歲以上的人口約占總?cè)丝跀?shù)的15.5%，OP的治療費(fèi)用以及給社會(huì)及家庭帶來的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)早已成為公共衛(wèi)生領(lǐng)域的重要問題[2]。以往治療OP主要使用的藥物包括雌激素相關(guān)類藥物[3]、雙膦酸鹽類藥物[4]等，但這些藥物也存在一定的不足之處，比如：長(zhǎng)期使用雌激素相關(guān)類藥物的女性患者患乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌風(fēng)險(xiǎn)增加[5]；雙膦酸鹽類藥物偶有胃腸道不良反應(yīng)或者流感樣癥狀[6]。

補(bǔ)骨脂是一種補(bǔ)腎助陽(yáng)的中藥，異補(bǔ)骨脂素是其有效成分之一，屬呋喃香豆素類化合物[7]，研究表明其具有抗腫瘤[8]、抗氧化[9]、抗炎[10]、抗光損傷[11]、減輕骨丟失及促進(jìn)骨生成[12-13]等作用。異補(bǔ)骨脂素在治療OP所發(fā)揮的作用近年來被廣泛關(guān)注，本文結(jié)合近年來相關(guān)研究，從異補(bǔ)骨脂素對(duì)骨代謝、軟骨細(xì)胞、OP動(dòng)物模型的影響以及藥物對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的安全性等方面進(jìn)行綜述。

1 異補(bǔ)骨脂素對(duì)骨代謝及軟骨的影響

1.1 對(duì)成骨細(xì)胞的影響

骨骼處于不斷重塑的代謝過程中，而成骨細(xì)胞(osteoblast，OB)則是在這一過程中唯一能夠產(chǎn)生骨形成效果的細(xì)胞，在骨代謝中起到至關(guān)重要的作用[14]。研究顯示，異補(bǔ)骨脂素能夠促進(jìn)OB分化成熟，促進(jìn)骨形成，改善骨微環(huán)境，增強(qiáng)骨密度。明磊國(guó)等[15]對(duì)SD大鼠OB使用異補(bǔ)骨脂素進(jìn)行體外培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，OB增殖過程中的堿性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性提高，鈣鹽沉積及骨鈣素(osteocalcin，OCN)含量提高，鈣化結(jié)節(jié)的形成量增多，促進(jìn)大鼠OB分化成熟；翟遠(yuǎn)坤等[16]發(fā)現(xiàn)異補(bǔ)骨脂素可以增強(qiáng)成骨相關(guān)的細(xì)胞因子mRNA表達(dá)；Zhang等[17]發(fā)現(xiàn)異補(bǔ)骨脂素可以抑制MC3T3-E1細(xì)胞Smad7蛋白的表達(dá)，激活TGF-β1信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞合成Ⅰ型膠原。

1.2 對(duì)破骨細(xì)胞的影響

破骨細(xì)胞(osteoclasts，OC)來源于單核巨噬細(xì)胞系，在OP形成過程中同樣重要，它與OB協(xié)同完成骨重建[18]。關(guān)于異補(bǔ)骨脂素對(duì)OC作用的研究相關(guān)資料較少，宣仙君等[19]研究表明，關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍骨溶解及關(guān)節(jié)松動(dòng)可能與磷酸三鈣(tricalciumphosphate，TCP)磨損顆粒導(dǎo)致的OC分化、活化有關(guān)，異補(bǔ)骨脂素可能有防治上述情況的效果，在顱骨溶解小鼠模型的顱頂局部注射異補(bǔ)骨脂素對(duì)TCP磨損顆粒誘導(dǎo)的OC分化、活化有明顯的抑制作用，表現(xiàn)為OC數(shù)量減少，OC生成標(biāo)志物抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)及組織蛋白酶K(cathepsin K)的活性下降，加藥組小鼠骨溶解面積較模型組小鼠明顯減小。

1.3 對(duì)軟骨成骨的影響

有少量的報(bào)道稱，骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)與OP存在非互反關(guān)系，這與炎癥及細(xì)胞因子對(duì)OP的影響有關(guān)，這些因子改變了骨吸收與骨形成之間的平衡，那么抑制軟骨細(xì)胞的凋亡可能改善OP患者的骨關(guān)節(jié)炎癥狀。在研究中，Chen等[20]發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞凋亡和軟骨細(xì)胞外基質(zhì)丟失與OA軟骨退變有關(guān)，異補(bǔ)骨脂素可以通過增強(qiáng)軟骨細(xì)胞自噬效應(yīng)改善軟骨細(xì)胞凋亡情況；Li等[21]研究發(fā)現(xiàn)，異補(bǔ)骨脂素可以通過細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)、絲裂原活化蛋白激酶(p38)和骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP-2)信號(hào)通路誘導(dǎo)ATDC5細(xì)胞分化，促進(jìn)軟骨形成相關(guān)基因表達(dá)及軟骨結(jié)節(jié)的積聚，可能有治療骨生長(zhǎng)障礙的效果。

1.4 對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化的影響

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone mesenchymal stem cells，BMSCs)是一種已知的多能干細(xì)胞，具有自我更新、分化以及免疫調(diào)節(jié)等特性，其具有成骨、成軟骨、成脂分化的功能，也是OP研究中的熱點(diǎn)[22]。BMSCs向OB分化能力減弱，向OC分化能力增強(qiáng)是引起OP的重要原因，異補(bǔ)骨脂素可以促進(jìn)BMSCs的成骨分化，抑制其成脂分化。Wang等[23]研究發(fā)現(xiàn)，異補(bǔ)骨脂素使成骨分化相關(guān)的ALP、OCN和核心結(jié)合蛋白因子2(Runx-2)的表達(dá)水平上調(diào)，成脂分化相關(guān)的過氧化物酶增殖體激活受體(PPARγ)和增強(qiáng)子結(jié)合蛋白C(C/EBPβ)的表達(dá)水平下調(diào)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物股骨骨髓中脂肪細(xì)胞減少，骨小梁數(shù)量顯著提升；還有較多研究也證明了異補(bǔ)骨脂素可以促進(jìn)大鼠BMSCs成骨分化，抑制成脂分化[24-25]。

2 異補(bǔ)骨脂素對(duì)OP動(dòng)物模型的作用及分子機(jī)制

2.1 對(duì)去勢(shì)小鼠OP模型的作用機(jī)制

異補(bǔ)骨脂素對(duì)去勢(shì)小鼠OP模型的影響主要在于對(duì)抗去勢(shì)引起的骨丟失。Yuan等[26]研究顯示，給予去勢(shì)小鼠異補(bǔ)骨脂素灌胃后ALP、OCN和Ⅰ型膠原升高，抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)降低，骨小梁的微觀結(jié)構(gòu)得到改善，骨強(qiáng)度增加，提示異補(bǔ)骨脂素具備治療性激素缺乏類型OP的潛質(zhì)；王劍等[27]對(duì)去卵巢C57/BL6小鼠使用異補(bǔ)骨脂素灌胃后發(fā)現(xiàn)能夠逆轉(zhuǎn)Runx-2的降低，抑制PPAR-γ的表達(dá)，減緩由去勢(shì)引起的骨丟失，該團(tuán)隊(duì)在后續(xù)的研究還發(fā)現(xiàn)，去勢(shì)大鼠異補(bǔ)骨脂素灌胃治療后，促進(jìn)WNT/β-catenin蛋白表達(dá)，抑制PPAR-γ蛋白表達(dá)，表明異補(bǔ)骨脂素可能通過調(diào)節(jié)PPAR-γ/WNT通路來治療OP[28]。

2.2 對(duì)氧化應(yīng)激OP模型的作用及分子機(jī)制

王軍等[29]研究發(fā)現(xiàn)，給予氧化應(yīng)激OP模型大鼠實(shí)行異補(bǔ)骨脂素灌胃14周后，大鼠體內(nèi)與骨保護(hù)相關(guān)的OCN、護(hù)骨素(OPG)、骨特異性堿性磷酸酶(BAP)、β-catenin蛋白、過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)都呈上升趨勢(shì)；與氧化損傷相關(guān)的叉形頭轉(zhuǎn)錄因子(FoxO3a)、Axis抑制蛋白2(Axin2)、丙二醛(MDA)、可溶性核因子-kB受體活化因子配體(sRANKL)和TRACP明顯呈下降趨勢(shì)，可以觀察到大鼠全身骨密度值均有所改善，骨生物力學(xué)指標(biāo)較OP模型組明顯好轉(zhuǎn)，表明異補(bǔ)骨脂素可能通過調(diào)控FoxO3a/Wnt相關(guān)信號(hào)通路，從而發(fā)揮抗氧化應(yīng)激型OP的作用。

3 關(guān)于異補(bǔ)骨脂素藥物安全性的探討

根據(jù)人類使用補(bǔ)骨脂類藥物中毒的相關(guān)報(bào)道[30]，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)骨脂的光過敏與肝腎毒性主要與其呋喃香豆素類成分有關(guān)[31]，異補(bǔ)骨脂素正是從補(bǔ)骨脂中提取的呋喃香豆素類有效成分之一[32]，要想在OP治療領(lǐng)域?qū)ζ溆懈钊氲难芯浚枰獙?duì)其毒性、實(shí)驗(yàn)安全性進(jìn)行評(píng)估，關(guān)乎實(shí)驗(yàn)成功與否以及為后續(xù)藥物的開發(fā)提供安全可靠的數(shù)據(jù)。關(guān)于異補(bǔ)骨脂素毒性研究，Song等[33]在給予SD大鼠60 mg/kg異補(bǔ)骨脂素灌胃7 d后發(fā)現(xiàn)，藥物主要損傷肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；Yu等[34]使用異補(bǔ)骨脂素28 mg/kg對(duì)SD大鼠進(jìn)行灌胃12周后，發(fā)現(xiàn)異補(bǔ)骨脂素可能引起貧血，還造成肝臟代謝紊亂；宋蕾等[35]給予雌性ICR小鼠異補(bǔ)骨脂素100 mg/kg灌胃9 d后發(fā)現(xiàn)小鼠膽汁酸mRNA水平受到影響；Wang等[36]發(fā)現(xiàn)給予Wistar大鼠40 mg/kg異補(bǔ)骨脂素灌胃28 d后出現(xiàn)肝臟毒性反應(yīng)，而給予ICR小鼠160 mg/kg異補(bǔ)骨脂素灌胃未出現(xiàn)明顯的肝損害，表明Wistar大鼠對(duì)藥品的敏感度高，更易出現(xiàn)肝毒性損害；Zhang等[37]將不同性別Wistar大鼠給予異補(bǔ)骨脂素灌胃3個(gè)月后發(fā)現(xiàn)雌性大鼠比雄性大鼠對(duì)異補(bǔ)骨脂素的毒性反應(yīng)更敏感，表現(xiàn)為體重減輕、氨基酸代謝紊亂。這些研究表明肝毒性是異補(bǔ)骨脂素灌胃給藥主要存在的問題，并且在不同品種實(shí)驗(yàn)鼠類、不同性別之間的毒性具有明顯差別。

4 總結(jié)

異補(bǔ)骨脂素的研究在OP領(lǐng)域成為熱點(diǎn)，其在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出的促進(jìn)骨形成、抑制骨吸收、改善軟骨細(xì)胞狀態(tài)等作用說明具有治療OP的潛質(zhì)，但是總體而言異補(bǔ)骨脂素研究較少，需要增加大樣本、多中心的對(duì)照實(shí)驗(yàn)為藥物研究提供更多數(shù)據(jù)。藥物毒性是限制對(duì)異補(bǔ)骨脂素深入研究的重要障礙，作為天然小分子藥物，其藥物毒性可能受提取方法、藥物配伍、藥物濃度、用藥時(shí)間及用藥對(duì)象的影響，使用藥物需經(jīng)專業(yè)人員指導(dǎo)，后續(xù)針對(duì)這方面的流行病學(xué)調(diào)查以及預(yù)防工作也亟待展開。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是藥物開發(fā)中重要的環(huán)節(jié)，大多數(shù)研究都是將異補(bǔ)骨脂素進(jìn)行灌胃給藥，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物經(jīng)肝腎代謝，這就造成了藥物表現(xiàn)出明顯的肝腎毒性，在今后可以考慮進(jìn)行其他給藥方式的研究，以減少肝腎代謝，并且增強(qiáng)藥效，如：將異補(bǔ)骨脂素進(jìn)行局部用藥或?qū)⑵渲瞥晒墙M織靶向制劑、抗OP相關(guān)基因的靶向制劑等，這些給藥方式的藥效以及后續(xù)的實(shí)驗(yàn)如何進(jìn)行都需要研究人員深入研究?？傊谔烊恍》肿铀幬锏玫綇V泛重視的情況下，異補(bǔ)骨脂素在治療OP領(lǐng)域?qū)?huì)有很大的發(fā)展空間。