基于GSK-3β信號(hào)通路防治骨質(zhì)疏松的天然產(chǎn)物作用研究進(jìn)展

鐘燕婷，楊亞軍，李嘉曉，廖紅波，崔 燎，2

(廣東醫(yī)科大學(xué)1.藥學(xué)院藥理學(xué)教研室、2.廣東天然藥物研究與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524023；3.華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510110)

骨代謝是通過骨形成和骨吸收活動(dòng)維持骨量和骨質(zhì)量的動(dòng)態(tài)平衡過程。該平衡被打破，就會(huì)引起骨代謝疾病，最常見的是骨質(zhì)疏松。全世界有超過2億人患有骨質(zhì)疏松。雌激素缺乏、衰老、藥物、不良生活方式等因素常常會(huì)引起骨代謝疾病，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。促骨形成藥和抗骨吸收藥是當(dāng)前最常見的兩大類抗骨質(zhì)疏松藥物。雙磷酸鹽類等抗骨吸收藥通過抑制破骨細(xì)胞活性，顯著減少骨質(zhì)流失，但存在惡心、嘔吐、消化不良等不良反應(yīng)，甚至頜骨壞死[1]；特立帕肽等促骨形成藥通過刺激骨形成，顯著增加骨量，提高骨強(qiáng)度，但價(jià)格昂貴成為了該藥的瓶頸。Wnt/β-catenin是調(diào)節(jié)骨發(fā)育和骨代謝過程的重要信號(hào)通路[2]，而糖原合酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)作為Wnt信號(hào)通路的下游靶點(diǎn)，其對(duì)骨代謝的調(diào)節(jié)作用也逐漸受到重視。目前，從植物中提取天然產(chǎn)物是一個(gè)研究熱點(diǎn)。來源于植物的天然產(chǎn)物是一類具有不同結(jié)構(gòu)的次生代謝物，具有多種活性成分和藥理作用，可作為傳統(tǒng)藥物用于預(yù)防和治療各種疾病。本文就天然產(chǎn)物如何通過GSK-3β信號(hào)通路調(diào)節(jié)對(duì)骨代謝疾病的潛在作用進(jìn)行綜述。

1 GSK-3β對(duì)骨代謝的作用

骨代謝是通過成骨細(xì)胞負(fù)責(zé)的骨形成和破骨細(xì)胞負(fù)責(zé)的骨吸收進(jìn)行骨轉(zhuǎn)換的一種新陳代謝過程。影響調(diào)節(jié)骨代謝的信號(hào)通路，就會(huì)影響骨代謝的發(fā)生和發(fā)展。GSK-3β作為一種骨代謝的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，它主要通過磷酸化的方式來調(diào)控骨代謝疾病。GSK-3β氨基端的絲氨酸-9(ser-9)磷酸化后會(huì)抑制酶活性，促進(jìn)骨形成；而酪氨酸-216(tyr-216)的磷酸化則增強(qiáng)其活性，抑制骨生成[3]。因此，有必要分析GSK-3β與成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間的聯(lián)系，詳細(xì)闡明其對(duì)骨代謝的影響。

1.1 GSK-3β與成骨細(xì)胞GSK-3β對(duì)成骨細(xì)胞的形成具有抑制作用。據(jù)報(bào)道，GSK-3β通過介導(dǎo)成骨細(xì)胞線粒體的凋亡，誘發(fā)股骨頭壞死[3]，這是引發(fā)骨質(zhì)疏松的1個(gè)獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素。此外，GSK-3β可以影響其他細(xì)胞因子的生理作用，進(jìn)而調(diào)控成骨分化功能。當(dāng)GSK-3β受到抑制時(shí)，通過刺激BMP信號(hào)通路降低硬化蛋白(sclerostin)的表達(dá)，可進(jìn)一步促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化[4]。另據(jù)報(bào)道，來源于骨髓成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的脂聯(lián)素受體1(AdipoR1)，其過表達(dá)可以觸發(fā)GSK-3β信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)控小鼠的成骨細(xì)胞分化，增加骨密度[5]。目前，在成骨細(xì)胞的形成、分化和骨形成活動(dòng)當(dāng)中，GSK-3β如何調(diào)控骨代謝過程當(dāng)中的信號(hào)通路，是否GSK-3β與前述上下游的信號(hào)分子相互作用并抑制骨形成活動(dòng)，尚需進(jìn)一步的研究。

1.2 GSK-3β與破骨細(xì)胞破骨細(xì)胞是一類多核巨噬細(xì)胞，由單核/巨噬細(xì)胞系前體通過一系列的增殖、分化、融合而成，具有骨吸收功能。GSK-3β在破骨細(xì)胞誘導(dǎo)和分化的過程中亦至關(guān)重要。據(jù)報(bào)道，在核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor-κB ligand, RANKL)誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化過程中，PI3K/Akt介導(dǎo)的GSK-3β(Ser9)磷酸化后以ERK依賴方式引發(fā)異質(zhì)核內(nèi)核糖核蛋白K(hnRNPK)的核質(zhì)易位，增強(qiáng)GSK-3β和hnRNPK的胞質(zhì)共定位和相互作用，而hnRNPK基因的敲除是導(dǎo)致破骨細(xì)胞吸收能力喪失的重要原因[6]。眾所周知，成骨細(xì)胞通過骨保護(hù)素(osteoprotegerin,OPG)/RANKL信號(hào)通路調(diào)控破骨細(xì)胞的形成與功能。然而，是否GSK-3β將成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞聯(lián)系起來完成骨重建活動(dòng)，是否GSK-3β可以作為抗骨質(zhì)疏松的藥靶，目前尚不清楚。

2 GSK-3β抑制劑對(duì)骨代謝相關(guān)疾病的影響

目前，科研工作者對(duì)GSK-3β抑制劑的研究取得了一些進(jìn)展。鋰(Li)是最早被發(fā)現(xiàn)的一種GSK-3β抑制劑。據(jù)報(bào)道，氯化鋰(LiCl)對(duì)類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)患者產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)具有抑制作用，但其抗炎作用的確切機(jī)制尚不清楚[7]。在脂多糖和甲基潑尼松龍誘導(dǎo)的大鼠股骨頭非創(chuàng)傷性骨壞死模型中，LiCl 能有效抵抗GSK3β (ser-9)磷酸化的降低和成骨細(xì)胞的凋亡[8]。此外，6-溴靛二脲-3′-肟(BIO)[9]和GSK-3β抑制劑能夠提高成骨分化能力，增強(qiáng)骨密度，促進(jìn)骨重建[10]。綜上所述，GSK-3β抑制劑對(duì)骨代謝相關(guān)疾病具有良好的防治作用，它們有可能直接防治骨質(zhì)疏松，也有可能通過改善原發(fā)病的癥狀治療繼發(fā)性骨質(zhì)疏松。

3 天然產(chǎn)物通過調(diào)控GSK-3β信號(hào)通路防治骨質(zhì)疏松

骨質(zhì)疏松是一種慢性代謝性疾病，平衡成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞是維持骨骼健康的必要條件。來源于植物的天然產(chǎn)物主要包括黃酮類、異黃酮類、多糖和皂苷類、酚類、生物堿類、胺的衍生物類等。該類化合物因具有強(qiáng)抗氧化性和抗炎作用，可以通過GSK-3β信號(hào)通路，有效調(diào)節(jié)骨代謝相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)而發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用。具體機(jī)制如下：一方面，天然產(chǎn)物主要通過誘導(dǎo)(ser9位點(diǎn))或抑制(tyr216位點(diǎn))GSK-3β 磷酸化，使核內(nèi)β-連環(huán)蛋白聚積，進(jìn)而促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、分化或抑制破骨細(xì)胞的生成；另一方面，天然產(chǎn)物通過抑制與GSK-3β相關(guān)的氧化損傷和神經(jīng)元以增強(qiáng)成骨活性，或以雌激素依賴方式激活GSK-3β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)以促進(jìn)成骨，從而達(dá)到防治骨質(zhì)疏松的作用。骨代謝相關(guān)指標(biāo)是代表成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞活性的相關(guān)離子、分子及其調(diào)控激素，主要包括骨形成標(biāo)志物(COL-I、Runx2、OSX、OCN、BMP2、ALP、OPN、OPG等)和骨吸收標(biāo)志物(RANKL、CTSK、DC-STAMP、NFATc1、TRAF6、TRAP等)兩大類，它們對(duì)維持骨動(dòng)態(tài)平衡具有重要意義。以下將以表格形式列舉各類天然產(chǎn)物與GSK-3β和骨質(zhì)疏松的密切聯(lián)系(Tab 1)。

Tab 1 Origin， classification and pharmacological effects of natural products

4 總結(jié)與展望

骨質(zhì)疏松是一種危害骨骼健康的慢性疾病，抗骨質(zhì)疏松藥物的開發(fā)日益成為了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。來源于植物的天然產(chǎn)物是一類具有多種藥理作用的活性成分，大量研究證明，植物藥物有良好的抗骨質(zhì)疏松作用，它們?cè)隗w內(nèi)和體外主要通過調(diào)控成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞之間的平衡，實(shí)現(xiàn)對(duì)骨質(zhì)疏松的防治作用。黃酮類、異黃酮類、多糖和皂苷類、酚類、生物堿類、胺的衍生物類等天然產(chǎn)物防治骨質(zhì)疏松的靶點(diǎn)眾多，GSK-3β信號(hào)通路是其中之一。在機(jī)制上，GSK-3β引起的磷酸化可能是天然產(chǎn)物調(diào)控骨質(zhì)疏松發(fā)病的一個(gè)重要因素，促進(jìn)GSK-3β ser9位點(diǎn)的磷酸化可以刺激骨形成，反之，觸發(fā)GSK-3β tyr216位點(diǎn)的磷酸化會(huì)導(dǎo)致骨吸收。此外，GSK-3β抑制劑同樣具有對(duì)抗骨質(zhì)疏松的潛力。因此，來源于植物的天然產(chǎn)物和GSK-3β信號(hào)通路有望成為防治骨質(zhì)疏松的新靶點(diǎn)。隨著研究的不斷深入，有必要深入研究天然產(chǎn)物的藥效學(xué)、毒理學(xué)和構(gòu)效關(guān)系，以便進(jìn)入臨床用于骨質(zhì)疏松的治療。