柚皮苷防治骨質(zhì)疏松癥的研究進(jìn)展

梁 健 伍 亮 黃先盈 宋泉生

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是一種全身代謝性骨病，由于成骨細(xì)胞的活性下降，破骨細(xì)胞的活性增強(qiáng)，骨吸收大于骨形成，引起全身骨量減低、骨細(xì)微結(jié)構(gòu)被破壞，骨密度和骨強(qiáng)度下降，骨骼的脆性增加，增加了骨折的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。我國(guó)正步入老齡化社會(huì)，骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生率逐年上升，相應(yīng)的醫(yī)療支出也在逐年增加，這說(shuō)明骨質(zhì)疏松癥已成為我國(guó)乃至全球面臨的重要公共衛(wèi)生問題之一[1]。目前臨床上治療骨質(zhì)疏松癥以西藥為主，主要的藥物分類是抑制骨吸收劑、促骨形成劑以及骨代謝調(diào)節(jié)藥物等，但大多存在一定的不良反應(yīng)，療效并不理想[2，3]。隨著我國(guó)國(guó)際影響力的提高，中醫(yī)藥被越來(lái)越多的人所重視，應(yīng)用中藥防治骨質(zhì)疏松癥也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。隨著現(xiàn)代藥理學(xué)的發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)，柚皮苷具有良好的抗骨質(zhì)疏松癥活性。本文就柚皮苷防治骨質(zhì)疏松癥的機(jī)制進(jìn)行綜述，旨在為臨床運(yùn)用柚皮苷治療骨質(zhì)疏松癥提供經(jīng)驗(yàn)。

一、骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生機(jī)制

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)是一種來(lái)源于骨髓間充質(zhì)的多能干細(xì)胞，具有分化為成骨細(xì)胞的潛能，并通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)抑制破骨細(xì)胞的分化[4]。正常骨量的維持主要依賴于骨形成和骨吸收之間的平衡，以及骨骼中各種細(xì)胞之間的相互作用。骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生，主要是由于成骨細(xì)胞(osteoblast,OB)介導(dǎo)的骨形成和破骨細(xì)胞(osteoclast,OC)介導(dǎo)的骨吸收的平衡失調(diào)，骨吸收逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，骨量丟失嚴(yán)重[5]。因此，骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生機(jī)制可以從成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、BMSCs 3個(gè)方面考慮。

二、柚皮苷對(duì)破骨細(xì)胞的影響機(jī)制

破骨細(xì)胞是骨組織中唯一的骨吸收細(xì)胞。在老化的骨骼中，破骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨吸收逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，打破骨重建平衡，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。巨噬細(xì)胞集落刺激因子(monocyte colongstimulating factor,M-CSF)和核因子κB受體活化因子配體 (receptor activator for nuclear factor-κB ligand,RANKL) 是破骨細(xì)胞分化過(guò)程中最關(guān)鍵的兩種因子，RANKL/RANK/OPG信號(hào)通路是破骨細(xì)胞分化過(guò)程中最重要的調(diào)節(jié)方式[6]。RANK是RANKL的受體,兩者相互結(jié)合可促使破骨細(xì)胞分化、成熟和活化，在RANKL聯(lián)合M-CSF的調(diào)控下，破骨細(xì)胞前體細(xì)胞與c-Fms結(jié)合，并誘導(dǎo)RANK的表達(dá)，從而激活細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)信號(hào)通路，促進(jìn)破骨細(xì)胞的生成，并促進(jìn)成熟破骨細(xì)胞的骨吸收作用[7]。骨保護(hù)素(ostoeprotegerin,OPG)可以與RANKL競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，抑制RANKL/RANK的作用，進(jìn)而抑制破骨細(xì)胞的生成，并促進(jìn)成熟的破骨細(xì)胞凋亡，抑制骨吸收[8]。

研究表明，柚皮苷可以通過(guò)介導(dǎo)線粒體凋亡途徑促使破骨細(xì)胞凋亡，從而抑制OVX大鼠模型的骨質(zhì)流失，提高去勢(shì)大鼠的骨密度、骨小梁厚度、骨礦化和機(jī)械強(qiáng)度，表現(xiàn)出抗骨質(zhì)疏松的藥理活性[9,10]。Ang等[11]研究認(rèn)為，柚皮苷是破骨細(xì)胞形成和骨吸收的抑制劑，能夠抑制RANKL介導(dǎo)的ERK和NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而下調(diào)破骨細(xì)胞關(guān)鍵基因的表達(dá)，干擾破骨細(xì)胞的形成和骨吸收。李風(fēng)波等[12]應(yīng)用不同濃度柚皮苷單體干預(yù)RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)各個(gè)濃度的柚皮苷均可減少破骨細(xì)胞的數(shù)量，抑制BCL-2和MMP-9的表達(dá)，促進(jìn)破骨細(xì)胞的凋亡，并呈現(xiàn)劑量依賴。劉朝暉等[13]研究發(fā)現(xiàn)，柚皮苷通過(guò)降低integrin-β3、c-src及psrc等因子的表達(dá)，抑制破骨細(xì)胞的分化，降低骨吸收的水平，表現(xiàn)出抗骨質(zhì)疏松癥的效果。張鵬等[14]推測(cè)，柚皮苷可以通過(guò)下調(diào)骨質(zhì)疏松癥患者體內(nèi)的腫瘤壞死因子、RANKL的表達(dá)，減少破骨細(xì)胞的生成，抑制骨吸收，維持骨量，達(dá)到防治骨質(zhì)疏松癥的作用。

三、柚皮苷對(duì)成骨細(xì)胞的影響機(jī)制

成骨細(xì)胞來(lái)源于未分化的BMSCs，是骨組織的關(guān)鍵性功能細(xì)胞，分布在骨組織表面，負(fù)責(zé)骨基質(zhì)的合成、分泌和礦化,其增殖和分化是骨形成的關(guān)鍵因素[15]。成骨細(xì)胞通過(guò)分泌骨鈣素(BGP)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子等活性物質(zhì)，促進(jìn)骨形成，抑制骨吸收，維持正常骨量[16]。骨特異性堿性磷酸酶是成骨細(xì)胞的一種細(xì)胞外酶，具有一定特異性及穩(wěn)定性，參與骨形成的過(guò)程，與骨組織的生長(zhǎng)密切相關(guān)，能夠反映成骨細(xì)胞的活性，是成骨細(xì)胞成熟的標(biāo)志[17]。重組人骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bonemorphogenetic proteins,BMPs)能夠誘導(dǎo)未分化間充質(zhì)干細(xì)胞的遷移、增殖和分化,形成成骨細(xì)胞，加速骨缺損組織的修復(fù)[18]。Runx2是骨骼發(fā)育所必需的特異性轉(zhuǎn)錄因子，在成骨細(xì)胞分化的早期，Runx2通過(guò)激活骨基質(zhì)蛋白基因的表達(dá)，使成骨細(xì)胞維持在分化較早期階段并阻止成骨細(xì)胞的進(jìn)一步分化，為機(jī)體提供大量未成熟的成骨細(xì)胞[19]。此外，成骨細(xì)胞還可以通過(guò)形成自噬體降解受損細(xì)胞和細(xì)胞器來(lái)維持細(xì)胞的穩(wěn)定狀態(tài)，促進(jìn)成骨細(xì)胞的形成和晚期成骨[20]。

Ge等[20]應(yīng)用柚皮苷干預(yù)成骨細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，柚皮苷可以促進(jìn)成骨細(xì)胞自噬、增殖和分化，增加骨密度，并且隨著柚皮苷濃度的增加，成骨細(xì)胞的增殖和分化能力呈現(xiàn)劑量依賴性增加。林春淑等[21]研究認(rèn)為，高糖狀態(tài)會(huì)抑制MC3T3-E1成骨細(xì)胞的增殖，促使成骨細(xì)胞凋亡，破壞骨代謝的動(dòng)態(tài)平衡,導(dǎo)致骨形成減少，而柚皮苷可以在高糖環(huán)境下上調(diào)IGF-1的表達(dá)，激活A(yù)kt信號(hào)通路，上調(diào)Runx2、ALP的表達(dá)，促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化，抑制糖尿病性骨質(zhì)疏松癥的進(jìn)展。秦紅霞等[22]研究發(fā)現(xiàn)，柚皮苷可以降低脂多糖對(duì)成骨細(xì)胞分化的抑制作用，通過(guò)提高OPG/RANKL mRNA的比值和ALP活性，促進(jìn)成骨。劉沖等[23]應(yīng)用柚皮苷干預(yù)成骨細(xì)胞的前體MC3T3-E1細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)柚皮苷可以上調(diào)miR-199a-5p/ECE1分子軸，提高Runx2、OPN、BMPs、ALP活性以及細(xì)胞鈣化的表達(dá)，促進(jìn)了MC3T3-E1細(xì)胞的成骨分化和礦化。另外，柚皮苷可以上調(diào)BMPs的表達(dá)促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、分化，促進(jìn)骨形成，增加骨量[18]。

四、柚皮苷對(duì)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的影響機(jī)制

BMSCs是來(lái)源于中胚層的一類多潛能干細(xì)胞，是骨骼生長(zhǎng)發(fā)育所必需的細(xì)胞，在一定誘導(dǎo)條件下,可以分化為成骨細(xì)胞。若BMSCs向成骨細(xì)胞分化能力下降，成骨細(xì)胞數(shù)量不足，骨形成能力下降，導(dǎo)致機(jī)體骨量降低，引起骨質(zhì)疏松癥。經(jīng)典的 Wnt 信號(hào)通路由β-catenin蛋白介導(dǎo)，上調(diào)β-catenin的表達(dá)可以增強(qiáng)BMSCs的成骨分化[24]。BMPs是促進(jìn)成骨的重要因子，對(duì)骨細(xì)胞的分化起決定性作用，通過(guò)上調(diào)BMP2基因的表達(dá)水平可以促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞增殖、分化，促進(jìn)骨形成[25]。Runx2基因在骨質(zhì)疏松癥發(fā)生過(guò)程中占有重要地位，可以通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-β/BMP信號(hào)通路、Wnt信號(hào)通路及Notch信號(hào)通路調(diào)控BMSCs向成骨細(xì)胞分化，促進(jìn)骨形成[26]。

寧宇等[27]研究發(fā)現(xiàn)，柚皮苷能夠通過(guò)激活成骨信號(hào)軸BMP-2/Smads/Runx2/Osterix，上調(diào)Runx2、Smad1/5/8及Osterix mRNA及蛋白表達(dá)水平，促進(jìn)BMSCs成骨分化。Wang等[28]應(yīng)用柚皮苷干預(yù)人的BMSCs，發(fā)現(xiàn)柚皮苷通過(guò)激活ERK號(hào)通路，增加Runx2、OSX和COL-1因子的表達(dá)水平，進(jìn)而促進(jìn)BMSCs 向成骨分化，增加骨量，可以有效防治骨質(zhì)疏松癥，并且表明對(duì)人的BMSCs無(wú)明顯毒性。Yu等[29]用柚皮苷干預(yù)大鼠的BMSCs，發(fā)現(xiàn)ALP活性和成骨細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)以劑量依賴性方式增加，當(dāng)用Notch抑制劑DAPT干預(yù)時(shí)可以減弱柚皮苷對(duì)BMSCs的生物學(xué)效應(yīng)，表明柚皮苷通過(guò)激活Notch信號(hào)通路增強(qiáng)BMSCs的成骨作用。齊玉成等[30]通過(guò)綜述表明，柚皮苷可以通過(guò)上調(diào)Runx2、BMP、OSX的表達(dá)，激活BMP-2/Smads/Runx2信號(hào)軸以及PI3K/Akt、Wnt/β-catenin、MAPK等信號(hào)通路發(fā)揮抗氧化作用，從而誘導(dǎo)干細(xì)胞成骨分化。

五、展 望

我國(guó)乃至全球正步入老齡化社會(huì)，老年人口的比重逐年增大，骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生率也在逐年增高。但是骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病早期無(wú)明顯的臨床癥狀，難以做到早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療，大部分患者待出現(xiàn)胸、腰、背部疼痛或椎體壓縮性骨折等嚴(yán)重并發(fā)癥才得以診治，大大降低了臨床治療效果，加大了患者和社會(huì)的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。目前，西醫(yī)臨床上治療骨質(zhì)疏松癥主要是骨吸收抑制藥物，治療周期長(zhǎng)，不良反應(yīng)較大，患者難以長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持，導(dǎo)致治療效果欠佳。隨著國(guó)家對(duì)中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展的大力支持，越來(lái)越多的中藥被證實(shí)具有抗骨質(zhì)疏松癥的作用，且由于中藥的不良反應(yīng)小，價(jià)格低，可以長(zhǎng)期服用，這為骨質(zhì)疏松癥患者帶來(lái)更多的選擇。

中醫(yī)學(xué)雖無(wú)骨質(zhì)疏松癥的病名，但《黃帝內(nèi)經(jīng)》中有骨枯、骨萎的記載，與骨質(zhì)疏松癥的癥狀最為相近?！端貑枴ゐ粽撈吩唬骸澳I氣熱，則腰脊不舉，骨枯而髓減，發(fā)為骨痿”，“腎藏精，精生髓，髓生骨，故腎主骨”。腎臟生理功能的正常和腎精的充盈對(duì)骨骼的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。骨碎補(bǔ)性溫、味苦，歸肝腎經(jīng)，具有活血續(xù)傷、補(bǔ)腎強(qiáng)骨的功效。柚皮苷是骨碎補(bǔ)的有效活性成分，現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，柚皮苷具有抗腫瘤、抗氧化、抗骨質(zhì)疏松癥等作用。筆者通過(guò)綜述發(fā)現(xiàn)，柚皮苷抗骨質(zhì)疏松癥主要是通過(guò)調(diào)控BMSCs向成骨分化、增強(qiáng)成骨細(xì)胞的活性、抑制破骨細(xì)胞主導(dǎo)的骨吸收，進(jìn)而促進(jìn)骨形成，增加骨量。目前對(duì)于柚皮苷抗骨質(zhì)疏松癥的研究仍處于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，缺乏大量的臨床研究，且對(duì)于柚皮苷的毒性不良反應(yīng)缺乏進(jìn)一步研究。筆者期望柚皮苷能夠早日應(yīng)用于臨床，為骨質(zhì)疏松癥的患者提供更安全有效、不良反應(yīng)小、經(jīng)濟(jì)便捷的抗骨質(zhì)疏松藥物，推動(dòng)中醫(yī)藥的發(fā)展。