杜仲抗骨質(zhì)疏松作用研究進展

謝高倩，高玉海，陳克明

中老年人骨質(zhì)疏松癥(OP)不僅極大降低患者的生活質(zhì)量，還嚴重威脅其生命安全，給社會帶來了巨大的負擔[1]。因此尋找安全可靠的治療方法尤為重要。中草藥因不良反應小得到了國內(nèi)外學者的重視及廣大患者的肯定[2]。杜仲被認為是防治OP的經(jīng)典用藥，《本草綱目》記載其具有“治腰膝痛，補中益精氣，堅筋骨，強志”的功效[3]。熊偉和趙亮[4]報道杜仲有預防維A酸引起大鼠OP的作用；邢威等[5]證實杜仲可預防由卵巢切除引起的大鼠OP；王瀟瀟等[6]發(fā)現(xiàn)，攝入杜仲提取物在增加運動量的同時，還能有效改善OP大鼠的骨代謝情況。隨著相關(guān)研究的不斷深入，杜仲對這一疾病的作用機制正在漸漸明晰，本文對此做一綜述。

1 OP發(fā)病機制

OP是一種導致進行性骨質(zhì)流失的全身性疾病[7]。在骨代謝活動中，破骨細胞不斷吸收骨基質(zhì)產(chǎn)生凹陷，而成骨細胞不斷合成骨基質(zhì)填平凹陷。當人體進入老年期、婦女絕經(jīng)后或長期臥病在床時，骨形成和骨吸收間的平衡逐漸被打破，此時骨吸收水平高于骨重建水平，因此OP發(fā)病率極大升高。OP常由多種因素共同作用導致，研究表明機體老年化、雌激素水平降低、長期缺乏力學刺激、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、性腺功能減退和自身免疫性疾病等均可能引起OP[8-10]。歸根到底，OP發(fā)病大多影響的是成骨細胞和破骨細胞增殖、分化及凋亡等。目前OP治療藥物是通過影響成骨細胞和破骨細胞等代謝或成骨的相關(guān)信號通路來實現(xiàn)的，杜仲也是如此[11]。

2 杜仲的化學成分

杜仲富含多種活性成分[12]，杜仲皮、杜仲葉及杜仲花的成分也各有不同[13]。研究表明，杜仲皮中主要存在木脂素類化合物，杜仲葉富含環(huán)烯醚萜類、酚類及黃酮類化合物，杜仲花主要成分為黃酮類化合物[14]。2015年版《中國藥典》將杜仲皮中的木脂類物質(zhì)松脂醇二葡萄糖苷作為杜仲藥材的質(zhì)量控制指標，規(guī)定其質(zhì)量分數(shù)不可低于0.10%。杜仲皮一直被認為是傳統(tǒng)的藥用部位，代表成分有桃葉珊瑚素、京尼平苷和尼平苷酸，常被用于抗骨質(zhì)疏松治療的作用機制研究。

3 杜仲抗骨質(zhì)疏松的細胞機制

眾所周知，OP根本原因是骨代謝失衡即骨形成作用小于骨吸收作用。近年來，人們大多選擇抑制骨吸收和促進骨形成的合成代謝藥物來治療OP[15]。實驗證明，杜仲不僅具有抗骨吸收作用，還具有促進骨形成作用[16]。ZHANG等[17]發(fā)現(xiàn)，杜仲皮中的木脂素類物質(zhì)能通過增加骨保護素(OPG)和降低核因子κB受體活化因子配體(RANKL)的表達來抑制破骨細胞形成。ZHAO等[18]報道，杜仲提取物能改變小鼠腸道微生物菌群組成，提高短鏈脂肪酸產(chǎn)量，從而抑制破骨細胞的生成。CHENG等[19]提出，杜仲提取物可抑制TRAP、CTSK及H+ATPase的表達，進而抑制RAW264.7細胞的破骨性分化，降低骨吸收活性。

骨基質(zhì)的合成與礦化均離不開成骨細胞，成骨細胞也是骨形成活動的主要功能細胞。有研究表明，杜仲和補骨脂能促進成骨細胞增殖，且杜仲40%乙醇提取組分能明顯上調(diào)OPG與RANKL比值,并促進MC3T3-E1成骨細胞增殖[20-21]。LIN等[22]報道，杜仲提取物是一種有效的抗氧化劑，可通過抑制過氧化氫誘導大鼠MC3T3-E1成骨細胞凋亡來促進MC3T3-E1的生長。程林[23]證實攝取杜仲提取物可顯著提升去卵巢大鼠骨密度及血清雌激素水平,并促進其骨代謝平衡,提示杜仲具有骨保護作用。

骨髓間充質(zhì)干細胞有多種“命運”。在人青壯年時期，骨髓間充質(zhì)干細胞大多向成骨細胞分化，但當進入老年期后，向脂肪細胞分化的概率更大，此時成骨細胞數(shù)量相對減少，OP發(fā)生率相對升高。TAN等[24]發(fā)現(xiàn)從杜仲皮中分離的生物活性化合物5-羥甲基-2-呋喃甲醛是一種強大的脂肪生成抑制劑和骨生成促進劑，其在正常培養(yǎng)基中誘導骨髓間充質(zhì)干細胞14和21 d后，礦化結(jié)節(jié)形成增多；在成脂誘導培養(yǎng)基中不僅明顯抑制了脂肪細胞的形成，而且誘導21 d后刺激了礦化結(jié)節(jié)的形成。林奇生等[25]發(fā)現(xiàn)，杜仲醇提取物可通過提升RhoA/ROCK信號通路中ROCK1、RhoA mRNA表達量來促進骨髓間充質(zhì)干細胞增殖。QI等[26]進一步發(fā)現(xiàn)，杜仲皮提取物可通過調(diào)節(jié)血清OPG和RANKL水平增強骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨性分化。

4 杜仲抗骨質(zhì)疏松的信號傳導機制

無論是骨吸收作用還是骨形成作用，均需影響一系列信號通路。那杜仲調(diào)節(jié)骨形成和骨吸收的信號傳導機制有哪些呢？如調(diào)節(jié)破骨細胞的OPG/RANKL/RANK信號通路、促進骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化的Wnt/β-catenin信號通路及促進骨形成、誘導成骨細胞分化的BMP/Smad信號通路等。結(jié)合相關(guān)文獻，杜仲發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用的信號通路有如下幾種。

4.1促進骨形成的信號通路

4.1.1Wnt/β-catenin信號通路：許多學者發(fā)現(xiàn)Wnt/β-catenin信號通路能促進成骨細胞增殖分化并提高其功能與活性[27-29]，在骨重建活動中起十分重要的作用。當Wnt信號不表達或無法與Fz受體結(jié)合時，APC、axin和GSK3β組成的復合體，將β-catenin蛋白磷酸化并使其降解，下游基因則無法表達。當Wnt信號表達時，Wnt信號配體同F(xiàn)z受體結(jié)合會活化Dv1，在Dv1作用下，抑制復合體形成，此時β-catenin不會被降解并穩(wěn)定積累在胞質(zhì)中，隨后轉(zhuǎn)移至細胞核內(nèi)，轉(zhuǎn)錄因子TCF/LEF被激活，下游基因開始轉(zhuǎn)錄。湯軍[30]研究表明，在杜仲醇提取物誘導下，能促進大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨性分化，此時β-catenin表達量顯著提高。張賢等[31]研究同樣顯示，在杜仲處理大鼠骨髓間充質(zhì)干細胞3 d后，其β-catenin表達量提高了2倍。這些研究均提示，杜仲可激活Wnt/β-catenin信號通路并促進骨形成。

4.1.2BMP/Smad信號通路：BMP/Smad是骨髓間充質(zhì)干細胞向成骨細胞分化的信號通路之一[32]。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMPs)屬于轉(zhuǎn)化生長因子-β超家族成員，其中BMP-2是參與骨形成活動的重要信號分子[33-34]。BMP-2與Ⅱ型BMP受體結(jié)合后使Ⅰ型BMP受體磷酸化，隨后Smad1/5/8也被磷酸化，磷酸化的Smad1/5/8與Smad4形成復合物后轉(zhuǎn)移至細胞核內(nèi)，啟動Runx2和Osterix等成骨相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。段雨劼等[35]動物研究顯示，杜仲可有效提高去勢大鼠BMP-2表達，并能實現(xiàn)對去勢大鼠的骨保護作用。潘亞磊[36]體外實驗也表明，杜仲能刺激大鼠成骨細胞MC3T3-E BMP-2的表達 。趙亮等[37]報道，高劑量鹽炙杜仲可提高BMP-2的表達與活性，隨后通過BMP/Smad信號通路誘導成骨細胞分化并刺激骨形成。KIM等[38]還發(fā)現(xiàn)杜仲能上調(diào)生長板中BMP-2表達，刺激軟骨細胞增殖和分化，從而提高縱骨生長速率。

4.1.3MAPK信號通路：MAPK信號通路在OP的發(fā)病中起著重要的調(diào)節(jié)作用，主要包括ERK、JNK和P38信號通路[39]。ERK信號通路能抑制破骨細胞骨吸收，JNK和P38信號通路均有刺激成骨細胞分化和促骨形成作用[40]。研究表明，杜仲提取物京尼平苷和桃葉珊瑚苷均能激活ERK和P38信號通路進而啟動BMP-2信號通路發(fā)揮作用，誘導成骨細胞MC3T3-E1增殖分化并刺激骨形成[41-42]。張立超等[43]發(fā)現(xiàn)，在杜仲提取物作用下，可提高成骨細胞增殖率且其增殖與藥物濃度呈正相關(guān)，當藥物濃度為0～60 mg/ml時成骨細胞增殖率最高。陳林攀等[44]研究顯示，杜仲葉提取物槲皮素不僅能刺激ERK磷酸化，還能刺激骨髓間充質(zhì)干細胞不斷增殖。

4.2抑制骨吸收的信號通路

4.2.1OPG/RANKL/RANK信號通路：近年許多研究表明，RANKL由成骨細胞等細胞分泌，RANK由破骨前體細胞分泌，二者結(jié)合后破骨前體細胞增殖分化為成熟破骨細胞的速度加快，同時骨吸收作用增強[45-47]。但骨髓間充質(zhì)干細胞等分泌的OPG能競爭性與RANKL結(jié)合抑制骨吸收，也可加快破骨細胞凋亡。所以，RANKL和OPG均能調(diào)節(jié)破骨細胞活性進而調(diào)節(jié)骨吸收活性。故OPG/RANK能代表骨吸收程度，其比值升高表示骨吸收能力減弱，其比值降低表示骨吸收能力增強。ZHANG等[17]研究表明，杜仲皮提取物總木脂素可提高原代成骨細胞OPG/RANK表達，并可能通過調(diào)控成骨細胞OPG/RANK系統(tǒng)來抑制破骨作用，從而防止卵巢切除術(shù)大鼠引起的骨量減少和骨小梁微結(jié)構(gòu)惡化，且不會對子宮造成任何影響，同時保持了骨結(jié)構(gòu)的完整性和生物力學水平。QI等[26]發(fā)現(xiàn)，在醋酸鉛誘導骨丟失的嚙齒動物模型中，杜仲提取物能通過提高血清OPG及OPG/RANKL比值來抑制鉛暴露大鼠的骨吸收作用。胡倩影等[48]報道顯示，杜仲提取物松脂素二葡萄糖苷可通過刺激OPG分泌和抑制RANKL表達來實現(xiàn)抑制骨吸收作用。

4.2.2雌激素信號途徑：雌激素具有廣泛而重要的生理作用，已有研究表明，隨著絕經(jīng)后患者年齡的增長OP發(fā)生率也逐漸升高,且還隨著雌二醇水平的降低而升高[49]。雌激素與破骨細胞、成骨細胞還有骨細胞等細胞表面的雌激素受體特異性結(jié)合，可促進破骨細胞凋亡、降低骨吸收速度[50]。不少學者發(fā)現(xiàn)杜仲具有類雌激素作用。駱瑤等[51]實驗發(fā)現(xiàn)，杜仲提取物可升高去卵巢OP大鼠體內(nèi)雌二醇水平，抑制由雌二醇缺乏導致的骨質(zhì)量下降，證實杜仲對去卵巢大鼠的骨保護作用。WANG等[52]體外實驗也表明，杜仲提取物木脂素和環(huán)烯醚萜類化合物可選擇性結(jié)合雌激素受體，木脂素通常被認為是一種植物雌激素，且黃酮化合物對雌激素受體β的親和力要高于對雌激素受體α的親和力，提示杜仲可能成為一種新的選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑來源。

5 總結(jié)與展望

隨著我國人口老年化進程不斷加快，OP防治已成為了一個社會性難題。西藥見效快但不良反應多且價格較貴，故人們漸漸將目光轉(zhuǎn)向強調(diào)整體防治且不良反應小的中藥上來。以木脂素類、環(huán)烯醚萜類和黃酮類等為主要有效成分的杜仲，可以直接作用于破骨細胞和成骨細胞來影響骨基質(zhì)的吸收與形成，也能有效刺激骨髓間充質(zhì)干細胞的成骨性分化，還能激活Wnt/β-catenin、BMP/Smad、MAPK、OPG/RANKL/RANK和雌激素等信號通路，從多方面來實現(xiàn)骨保護作用。近年相關(guān)臨床研究也證實了杜仲抗骨質(zhì)疏松治療的有效性及安全性[53]。但在杜仲防治OP的藥物研發(fā)上，仍存在研究不夠深入等問題，如杜仲抗骨質(zhì)疏松的具體活性成分不夠明確、具體作用分子機制研究不夠全面等，還需深入的進一步研究。