薯蕷皂苷防治原發(fā)性骨質(zhì)疏松的研究進(jìn)展

謝興文，鐘建春，李鼎鵬，黃 睿，李 寧，郭云龍，翟伯宇

(1.西北民族大學(xué)附屬醫(yī)院 骨科，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅省第二人民醫(yī)院 骨科， 甘肅 蘭州 730046；3.甘肅中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)臨床學(xué)院, 甘肅 蘭州 730099)

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是一種全身性代謝性骨病，由于骨量減少、微結(jié)構(gòu)退化、骨脆性增加、骨力學(xué)強(qiáng)度降低而容易導(dǎo)致骨折[1]。調(diào)查顯示中國(guó)目前OP或骨量減少的患者已達(dá)2.86億， 并且明顯呈逐年增加的趨勢(shì)[2-3]。OP作為一種與增齡相關(guān)的靜息性疾病，早期的OP患者常無明顯的臨床表征，很難引起關(guān)注，因此有“沉默殺手”之稱。

《黃帝內(nèi)經(jīng)》認(rèn)為，“未病先預(yù)、既病防變，病后防復(fù)”，其中大量的藥食同源藥充分體現(xiàn)了防治結(jié)合的思想，貫穿于中醫(yī)診療的各個(gè)階段。臨床所應(yīng)用的大量方劑都運(yùn)用了藥食同源中藥，此類藥物食用較安全，且包含多種生物活性成分?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)山藥作為防治OP的常用中藥，其提取物薯蕷皂苷有較強(qiáng)的抗OP作用。本文對(duì)薯蕷皂苷防治OP在抑制破骨、促進(jìn)成骨生成和相關(guān)信號(hào)通路等方面進(jìn)行文獻(xiàn)綜述，以期為薯蕷皂苷和藥食同源防治OP提供思路。

1 山藥及薯蕷皂苷

山藥又稱薯蕷、薯藥、淮山、甘薯等，是多年生薯蕷屬植物的地下塊莖[4]?！渡褶r(nóng)本草經(jīng)》記載其可補(bǔ)虛羸，補(bǔ)中益氣力、長(zhǎng)肌肉、強(qiáng)筋骨。入腎、脾、肺三經(jīng)。中醫(yī)理論認(rèn)為，腎精足使骨髓生化有源，骨髓滋養(yǎng)骨而剛強(qiáng)有力，脾氣足是氣血的生化源泉，血能化精，精血足則腎精旺，腎精旺則“筋骨堅(jiān)”，從而起到調(diào)節(jié)骨代謝的作用[5]。諸多文獻(xiàn)指出中醫(yī)防治OP的方劑中，大多含有山藥，同時(shí)在多個(gè)基于數(shù)據(jù)挖掘的OP用藥規(guī)律研究中，山藥均位于前列[6-8]。山藥提取物薯蕷皂苷(Dioscin)為分布于山藥及薯蕷科、百合科等藥用植物的根、莖、葉等各個(gè)部位中的一種甾體皂苷，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 薯苷蕷皂結(jié)構(gòu)式Fig 1 Structural formula of dioscin

薯蕷皂苷片臨床廣泛應(yīng)用與改善冠狀動(dòng)脈供血不足所引起的冠心病和心絞痛。有較強(qiáng)的抗感染、抗腫瘤、保護(hù)肝臟、控制血壓、三酰甘油、高膽固醇等作用。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，薯蕷皂苷通過促進(jìn)成骨細(xì)胞的形成和抑制破骨細(xì)胞的形成，從而提高骨礦物質(zhì)含量和骨強(qiáng)度[9]。

2 薯蕷皂苷抑制破骨細(xì)胞活性及相關(guān)信號(hào)通路的研究

人體骨骼處于不斷更新和改造過程，即骨重建過程，指破骨細(xì)胞去除舊骨(骨吸收)與成骨細(xì)胞形成新骨(骨形成)處于動(dòng)態(tài)平衡過程。而OP的發(fā)生主要是這種平衡被打破。參與骨重建的成骨細(xì)胞主要由骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow stem cells,BMSCs)而來，通過前成骨細(xì)胞、骨襯細(xì)胞、成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞4種不同類型產(chǎn)生骨鈣蛋白、血清堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、膠原等形成增加骨的礦化，不斷促進(jìn)骨形成[10]；破骨細(xì)胞來源于骨髓中的造血細(xì)胞，骨吸收的功能主要是通過形成酒石酸酸性磷酸酶(tartrate-resistant acid phosphatase,TRAP)來實(shí)現(xiàn)的，正常生理情況下骨形成與骨吸收維持平衡趨于穩(wěn)態(tài)，當(dāng)骨吸收的速度大于骨形成速度時(shí)這中平衡被破壞，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[11]。

薯蕷皂苷可抑制細(xì)胞表達(dá)核因子-κB(NF-κB)受體活化因子配體(receptor activator nuclear factor κB ligand,RANKL)人為誘導(dǎo)骨髓來源巨噬細(xì)胞的破骨分化過程和骨吸收功能，破骨細(xì)胞相關(guān)基因如：組織蛋白酶K、活化T細(xì)胞的核因子c1(nuclear factor of activated T cells cytoplasmic 1,NFATc1)、TRAP的表達(dá)受到抑制，表明薯蕷皂苷能夠調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞的分化過程和削減破骨細(xì)胞骨吸收功能[12]。骨保護(hù)素(osteoprotegerin,OPG)是由骨髓基質(zhì)細(xì)胞和成骨細(xì)胞產(chǎn)生的NF-κB受體活化因子(receptor activator nuclear factor κB,RANK)的抑制劑，其在機(jī)體形成過程中與RANK共同競(jìng)爭(zhēng)RANKL受體結(jié)合位點(diǎn)。OPG/RANKL/RANK信號(hào)通路在成骨分化過程中起重要作用，是成骨細(xì)胞作用于破骨細(xì)胞的重要途徑。OPG/RANKL比例的失衡會(huì)引起多種與骨質(zhì)有關(guān)的骨代謝疾病，骨重建過程的動(dòng)態(tài)平衡離不開OPG/RANKL的動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)OPG/RANKL比例升高時(shí)，破骨細(xì)胞的分化成熟能力提高，骨代謝疾病發(fā)生率上升[13]。薯蕷皂苷干預(yù)的大鼠血清OPG、RANKL、OPG/RANKL水平顯著高于對(duì)照組，表明薯蕷皂苷通過改變OPG/RANKL動(dòng)態(tài)比例平衡來減弱破骨細(xì)胞對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的影響，有效預(yù)防OP[14]。薯蕷皂苷可破壞蛋白激酶(AKT)的磷酸化，進(jìn)而損害了RANKL誘導(dǎo)的NF-κB信號(hào)通路，抑制了活化T細(xì)胞的核因子c1(NFATc1)的轉(zhuǎn)錄活性，揭示了薯蕷作用于破骨細(xì)胞的分子機(jī)制是通過抑制Akt/NF-κB和Akt/NFATc1信號(hào)通路，而AkT/NF-κB軸在破骨細(xì)胞發(fā)生和維持成熟破骨細(xì)胞存活中至關(guān)重要[15]。薯蕷皂苷能顯著提高OPG/RANKL比值，通過上調(diào)OPG和下調(diào)RANKL誘導(dǎo)的TRAF6信號(hào)通路抑制破骨細(xì)胞的形成，改善ALP、StrACP、骨密度、生物力學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)[16]。以上闡釋了薯蕷皂苷通過減弱破骨細(xì)胞能力、改變OPG/RANKL動(dòng)態(tài)比例平衡、抑制破骨相關(guān)轉(zhuǎn)錄活性因子等方面在防治OP中的作用機(jī)制。

3 薯蕷皂苷促進(jìn)成骨細(xì)胞及相關(guān)信號(hào)通路的研究

薯蕷皂苷能促進(jìn)ALP、Runx2和骨鈣素(bone glaprotein,BGP)的表達(dá)，提示薯蕷皂苷具有促進(jìn)成骨的作用[17]。同時(shí)，類成骨細(xì)胞系MC3T3-E1細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明，薯蕷皂苷能提高其磷酸化活性，促進(jìn)礦化結(jié)節(jié)的形成，使MC3T3-E1細(xì)胞LRP5和LRP5表達(dá)增強(qiáng)，β-連環(huán)蛋白和OPG/ranklmrna表達(dá)水平升高[18]。因此，薯蕷皂苷通過調(diào)節(jié)骨代謝相關(guān)基因的表達(dá)來防治OP的作用被證實(shí)。薯蕷皂苷通過上調(diào)OPG/RANKL比值促進(jìn)成骨細(xì)胞的形成，通過下調(diào)RANKL誘導(dǎo)TRAF6及其下游信號(hào)分子MAPKs和Akt抑制破骨細(xì)胞的形成。此外，這一發(fā)現(xiàn)為闡明薯蕷皂苷防治去勢(shì)大鼠的骨丟失提供了新的見解[19]。在成骨細(xì)胞體外培養(yǎng)的研究中發(fā)現(xiàn)，薯蕷皂苷能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖，上調(diào)成骨細(xì)胞中OPG/RANKL mRNA的比值，提高成骨細(xì)胞中ALP的活性，起到骨保護(hù)作用[20]。通過薯蕷皂苷對(duì)OP模型大鼠的干預(yù)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組大鼠的骨密度、股骨應(yīng)力及骨小梁數(shù)目均顯著增加，PI3K、P38、ALP以及骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)的骨組織中含量顯著提高。薯蕷皂苷可通過PI3K/Akt/p38信號(hào)通路調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的增殖分化，改善骨密度和骨應(yīng)力，促進(jìn)骨組織的增殖，從而防治OP是其可能的機(jī)制[21]。薯蕷皂苷對(duì)糖代謝和OP都有良好的作用，而OP作為糖尿病最常見并發(fā)癥之一發(fā)病率極高，一項(xiàng)通過檢測(cè)薯蕷皂苷干預(yù)組血清骨轉(zhuǎn)換指標(biāo)和其他生化指標(biāo)、骨量和礦化度、力學(xué)性能和組織形態(tài)計(jì)量學(xué)參數(shù)研究顯示，薯蕷皂苷的干預(yù)抵消了糖尿病對(duì)股骨遠(yuǎn)端生長(zhǎng)板和松質(zhì)骨微結(jié)構(gòu)的影響，表明對(duì)骨骼有益[22]。

4 問題與展望

綜上所述，薯蕷皂苷通過促進(jìn)成骨和抑制破骨細(xì)胞來預(yù)防OP，薯蕷皂苷在促進(jìn)成骨及抑制破骨雙向起到防治OP的效果，其能通過OPG/RANKL/RANK、Akt/NF-κB、Akt/NFATc1、Wnt/β-catenin、PI3K/AKT/P38等多種通路來改善骨代謝，增加骨量。主要經(jīng)過如下途徑：1)對(duì)破骨細(xì)胞的分化成熟起到抑制作用減少其數(shù)量來降低骨質(zhì)破壞的可能，抑制骨吸收、延緩骨量流失；2)上調(diào)成骨相關(guān)因子及增加成骨細(xì)胞活性，提高成骨分化程度；3)加快BMSCs向成骨分化的過程；4)發(fā)揮雌激素樣作用，促進(jìn)成骨細(xì)胞的生成。薯蕷皂苷藥理活性較多、來源充足、安全可靠，作為一種食用植物幾乎無任何毒副作用，可做菜肴、藥膳、藥粥、面點(diǎn)等，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新藥。隨著對(duì)薯蕷皂苷藥理作用的深入研究和作用機(jī)制的進(jìn)一步闡明，薯蕷皂苷作為一種中藥提取物，在人類疾病的治療中將發(fā)揮更大的作用。

中華兒女在長(zhǎng)期的生活和與疾病斗爭(zhēng)實(shí)踐中積累了豐富的“藥”“食”理論和經(jīng)驗(yàn)方，形成寶貴的“藥食同源”文化。形成了養(yǎng)生保健、強(qiáng)身健體和抗衰益壽等多方面的藥食同源中藥[23]，近幾年，中醫(yī)藥文化、中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，藥食同源相關(guān)中藥多樣的生物活性和安全可食用性受到越來越多的研究者關(guān)注。其中，在防治OP方面，無論是典籍中經(jīng)典名方，還是民間的驗(yàn)方新方，藥食同源中藥常會(huì)用到，“藥食同源”體現(xiàn)了中醫(yī)學(xué)中食療、藥膳、養(yǎng)生等方面的思想，結(jié)合了中醫(yī)學(xué)“治未病”理念，此類藥物也通過其他形式在OP的預(yù)防、治療中發(fā)揮作用[24]。例如在藥食同源中常被用于治療OP溫補(bǔ)脾腎、強(qiáng)壯筋骨的杜仲山藥粥，暖脾益腎山藥羊肉粥等。中國(guó)對(duì)藥食同源中藥有著長(zhǎng)期的深刻認(rèn)識(shí)和身體力行的實(shí)踐，隨著人們健康管理意識(shí)的逐漸提高，此類藥物藥性溫和、藥食兼用、經(jīng)濟(jì)易得等多元化的特點(diǎn)決定了其必然會(huì)在保健養(yǎng)生、預(yù)防疾病、治療疾病中發(fā)揮巨大的作用。但如何合理利用“藥食同源”中藥使之充分發(fā)揮防治骨質(zhì)疏松癥的作用也是當(dāng)前面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，需要中醫(yī)藥人利用自身中醫(yī)理論體系深入探究，潛心鉆研，多學(xué)科聯(lián)合。借助現(xiàn)代工藝開發(fā)能夠被大眾接受的防治OP的食品或飲品來替代藥品。