桑辛素對骨科疾病的研究進展

廖 貴 綜述，顧容赫 審校

(廣西醫(yī)科大學第五附屬醫(yī)院脊柱外科，廣西 南寧 530028)

桑辛素又稱為桑根白皮素 或者桑根皮素。桑辛素在桑白皮中含量豐富[1]。目前,有大量的研究表明,桑辛素具有抑制多種腫瘤生長、增值的功效，比如可以通過抑制核因子-κβ(NF-κβ)的活性來抑制結(jié)腸癌的進展[2-3]。調(diào)節(jié)PPAR-γ和C/EBPB介導的細胞凋亡通路來抑制乳腺癌細胞的生長[4]。通過下調(diào)c-Myc的表達來抑制胃癌細胞的增殖和腫瘤的生長[5]。干擾MAPK信號通路發(fā)揮抗腎細胞癌活性功能[6]。通過與EGFR的TK結(jié)構域結(jié)合來抑制表皮生長因子受體/信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子3(EGFR/STAT3)的信號通路的活性來誘導人非小細胞肺癌細胞凋亡[7]。調(diào)節(jié)環(huán)氧化酶(COX-2)和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)基因的表達來抑制腫瘤細胞的侵襲、遷移和腫瘤血管生成，從而抑制肺癌細胞A549的增殖，其中在30 μg/mL的濃度時效果較佳[8]。調(diào)節(jié)上皮細胞連接蛋白、波形蛋白的表達和調(diào)控STAT3和NF-κB的活性來抑制人肝癌SK-Hep1細胞的表達[9]。通過白細胞介素(IL)-6/STAT3信號通路誘導細胞凋亡和抑制血管生成，在體外和體內(nèi)表現(xiàn)出對人肝細胞癌(HCC)細胞的抗癌作用[10]。桑辛素具有抗炎作用，比如可以通過抑制PDE4的活性來抑制炎癥細胞的浸潤[11]?？擅黠@降低肺泡灌洗液炎癥細胞數(shù)目，提高肺組織中超氧化物歧化酶(SOD)活力，降低丙二醛(MDA)、IL-6和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的含量，抑制NF-κB蛋白表達[12]。通過減輕炎癥、抑制神經(jīng)細胞的凋亡和增加神經(jīng)突觸間的乙酰膽堿(ACH)含量和乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶(ChAT)活性有關來治療小鼠的阿爾茨海默癥(AD)[13]。通過抑制Wnt/β-catenin和NF-κB信號的傳導來治療支原體肺炎[14]。桑辛素可通過影響轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)水平和基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)和MMP-9的活性及IL-1β的表達，表現(xiàn)出治療慢性炎癥的功效[15]。

1 桑辛素對骨關節(jié)炎(OA)的研究進展

OA是一種慢性關節(jié)疾病，多發(fā)于中年以上人群。臨床上以關節(jié)疼痛、晨僵、變形和活動受限等為特點。目前，研究認為病理變化最初發(fā)生在關節(jié)軟骨，以后侵犯軟骨下骨板及滑膜等關節(jié)周圍組織，以關節(jié)面及其邊緣的軟骨變性及新骨形成為主要特征。發(fā)病機制尚不完全清楚，一般認為與衰老、創(chuàng)傷、炎癥、肥胖、脂類及糖類代謝和遺傳等因素有關。嚴重影響患者健康和生活質(zhì)量，是成人致殘的主要原因之一[16-17]。

越來越多的研究表明，炎癥是關節(jié)軟骨退化過程中的主要原因之一?？寡住㈡?zhèn)痛藥物通常用于臨床治療OA，如阿片類藥物和非甾體類藥物等，但它們不足以逆轉(zhuǎn)軟骨的降解進程，并且長期使用可導致一些不良反應。最近，許多研究人員把興趣集中在從植物中提取的天然化合物上。由于不良反應小，抗炎性好，被認為是OA治療的較為理想的藥物。桑辛素是一種天然黃酮類化合物，已被證明具有抗氧化和抗炎活性。相關研究表明，COX-2、NOSI、前列腺素E2(PEG2)、IL-6和TNF-α等因子在OA的軟骨細胞中顯著表達。軟骨ECM主要由聚集蛋白聚糖(Aggrecan)和膠原Ⅱ組成，MMPs是一組與軟骨ECM降解密切相關的蛋白酶。MMP13在OA滑液和軟骨中的水平升高，其通過消化膠原Ⅱ在OA發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。另一種基質(zhì)降解酶ADAMTS5在OA的發(fā)病機制中負責Aggrecan的降解。NF-κB是通過促進炎性細胞因子的表達參與OA發(fā)展的關鍵轉(zhuǎn)錄因子，在正常軟骨細胞中，NF-κB通過與細胞質(zhì)中的p65亞基結(jié)合而表現(xiàn)為異二聚體。在IL-1β刺激后，I-κBα被磷酸化，隨后降解，導致p65從細胞質(zhì)釋放到細胞核。在細胞核中，p65誘導炎癥介質(zhì)的轉(zhuǎn)錄。以往研究表明，Nrf2信號的失調(diào)可以增加炎癥的易感性。血紅素氧合酶1(HO-1)的表達是由Nrf2的激活介導的。在炎癥條件下，HO-1的表達增加是一種重要的細胞保護機制?；诠顷P節(jié)炎的發(fā)病機制，JIA等[18]研究發(fā)現(xiàn)桑辛素可通過抑制 NF-κB信號通路來抑制IL-1β誘導的軟骨細胞炎性反應，降低COX-2等因子的表達，且誘導IκBα的磷酸化和降解，從而減少了p65從細胞胞質(zhì)釋放到細胞核，從而達到減緩骨關節(jié)炎進程的作用，同時在證實Moracin在體外的保護作用后，研究者還在小鼠模型中進行了手術DMM，結(jié)果顯示桑辛素改善了小鼠體內(nèi)軟骨侵蝕。表明了Moracin是未來OA治療的潛在治療藥物。在前人的研究基礎上，ZHOU等[19]在研究中發(fā)現(xiàn)桑辛素(30 mg/kg)可進一步通過Nrf2/HO-1和 NF-κB信號通路，減少OA軟骨細胞中INOS、PEG2、IL-6和TNF-α等因子的表達，且通過ADAMTS5和MMPs的表達來調(diào)節(jié)軟骨細胞外基質(zhì)(ECM)E降解而達到延緩和治療骨關節(jié)炎的目的。同時，進一步驗證了siRNA Nrf2可逆轉(zhuǎn)桑辛素的抗炎作用。

2 桑辛素對骨質(zhì)疏松的研究進展

骨質(zhì)疏松是一種以骨微結(jié)構改變、骨量減少、骨脆性增加，從而易發(fā)生骨折為特征的全身性疾病。他是一種與年齡高度相關的代謝性疾病，隨著年齡的增加發(fā)生的概率就越來越高，女性的發(fā)生率比較高，尤其是絕經(jīng)后的女性[20-22]。骨質(zhì)疏松主要分為原發(fā)性骨質(zhì)疏松和繼發(fā)性骨質(zhì)疏松，原發(fā)性骨質(zhì)疏松主要包括絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松、老年骨質(zhì)疏松和特發(fā)性骨質(zhì)疏松，繼發(fā)性骨質(zhì)疏松原因比較多常見為藥物性如糖皮質(zhì)激素等。目前，骨質(zhì)疏松的治療主要是抑制破骨細胞分化和促進成骨細胞增殖，藥物治療和積極的功能鍛煉為主要辦法，但是效果不是特別顯著。

骨質(zhì)疏松一般是成骨細胞和破骨細胞之間的比例失調(diào)，如果可以糾正這種比例的失調(diào)，那么就可以達到治療骨質(zhì)疏松的目的。脊椎動物成骨細胞生成的標志性基因之一為Runx-2和osterix因子，其中osterix因子為Runx-2的下游因子。胰島素樣生長因子1是骨骼中含量豐富的生長因子，且其可通過調(diào)節(jié)Runx-2促進成骨細胞增殖。研究發(fā)現(xiàn)，桑辛素可明顯促進ICG mRNA的上調(diào)、促進Runx-2及相關通路蛋白Wnt3a的表達，從而激活Wnt/β-catenin信號通路，表現(xiàn)出促進成骨細胞的增殖、分化及礦化作用，同時進一步研究表明桑辛素與知母皂苷BⅡ聯(lián)合用藥(1∶2、2∶1)效果優(yōu)于單獨使用桑辛素。TRAP是破骨細胞分化的標志性酶，原癌基因(C-FOS)可以促進NFATcl的表達，從而促進破骨細胞的表達，NF-κB受體活化因子配體-NF-κB受體活化因子(RANKL-RANK)系統(tǒng)是調(diào)節(jié)破骨細胞增殖分化的重要分子機制，研究表明桑辛素可以顯著抑制NFATcl及C-FOS的表達，從而抑制破骨細胞的生成，并且桑辛素與知母皂苷BⅡ聯(lián)合用藥(1∶2、2∶1)效果優(yōu)于單獨使用桑辛素[23]。LIN等[24]在前人的研究基礎上進一步研究發(fā)現(xiàn)桑辛素的類似合成物Morusin支架和Morusignin L支架(10～5 mol/L)具有良好的抗骨質(zhì)疏松活性，為后期的一些更具活力的相似結(jié)構化合物奠定基礎。王慧娟等[25]進一步探索發(fā)現(xiàn)桑辛素在體外具有較好的抗骨質(zhì)疏松活性，且呈現(xiàn)濃度依賴性，在(10 μmol/L)效果較佳，但最佳的促進濃度文章并未進一步深究，這有待進一步探索。

3 桑辛素對骨肉瘤的研究進展

骨肉瘤是原發(fā)性骨骼肌系統(tǒng)的惡性腫瘤，源自產(chǎn)生新骨骼的成骨細胞，可以發(fā)生在任何年齡段，其中最好發(fā)病時期是兒童和青少年時期[26-27]。骨肉瘤好發(fā)于骨骼生長和轉(zhuǎn)換的重要部位，易發(fā)生在膝關節(jié)股骨遠端、脛骨近端。骨肉瘤的發(fā)病機制尚不明確，骨缺損是一個潛在危險因素，同時，與其相關的CDK4和MDM2基因尚在研究中。此外，也可能與干細胞的有絲分裂過程中控制的骨生長和成熟基因有關[28]。CDK4和MDM2基因也可能與骨肉瘤有關。此外也可能與骨缺損密切相關。

為了以抑制骨肉瘤細胞的生長、轉(zhuǎn)移和增值為切入點，康艷賓等[29]研究發(fā)現(xiàn)桑辛素在體外可通過上調(diào)Bax mRNA和下調(diào)Bcl12 mRNA等因子的表達，進而調(diào)控Bax/Bcl-2的比值來促進人骨肉瘤(SAOS2、U20S、MG-63)等細胞的凋亡，且桑辛素在抑制骨肉瘤細胞的增殖是呈濃度依賴性，在[160 IU/(mol·L)]時效果較佳。為了進一步體現(xiàn)其藥用價值，研究人員還進一步進行了體內(nèi)試驗，發(fā)現(xiàn)桑辛素具有同樣的抑制骨肉瘤細胞增殖、遷移和凋亡的效果。ZHANG等[30]探索發(fā)現(xiàn)，桑辛素可以通過抑制 磷脂酰肌醇 3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號通路來影響骨肉瘤的生物學行為,抑制骨肉瘤的遷移，促進骨肉瘤細胞的凋亡，并且桑辛素可以有效抑制骨肉瘤在體內(nèi)的生長。

4 桑辛素對椎間盤退行性變的研究進展

椎間盤退行性變，是引起腰腿痛的一項重要致病因素，也是引起椎間盤突出癥等疾病的重要病理基礎[31]。椎間盤是由上下軟骨終板、中央的髓核及外周的纖維環(huán)組成的，對脊柱的活動起著至關重要的作用。椎間盤的髓核組織中蛋白多糖減少、水分丟失、纖維環(huán)出現(xiàn)裂縫，導致髓核組織從纖維環(huán)的裂口中突出或者脫出，引起相應的炎癥刺激反應，且突出的髓核對神經(jīng)根和脊髓產(chǎn)生刺激或者壓迫，導致患者出現(xiàn)腰腿痛的臨床癥狀[32]。

相關的研究表明，在人體退行性變的髓核細胞中，LPS能夠激活人體的退行性變髓核細胞中NF-κB的信號通路，促進炎性細胞因子TNF-α及IL-1β的表達增多，相反，如果抑制該信號通路可以明顯減輕炎性細胞因子的表達，同時在無炎癥刺激的情況下，細胞質(zhì)中的NF-κB常常以非活性的形式存在，當受到炎性細胞因子刺激的時候，其會從細胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移到細胞核，調(diào)控目標靶基因的轉(zhuǎn)錄和表達，使炎性反應進一步地擴大[33-34]。同時，桑辛素可以提高脂多糖(LPS)誘導的原髓核細胞的細胞活力和減少LPS誘導的原發(fā)性髓核細胞中的炎性細胞因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)的水平；桑辛素對LPS誘導的原代髓核細胞SOD、MDA和CAT有明顯的抑制作用。同時，桑辛素處理后,髓核細胞中的MMP-3、MMP-13和Ⅰ型膠原蛋白水平顯著降低，Ⅱ型膠原蛋白和蛋白多糖水平升高，且進一步研究發(fā)現(xiàn)，其抗氧化作用在Nrf-2特異性siRNA拮抗；并呈現(xiàn)濃度依賴性。表明桑辛素可能通過NF-κB/TGF-β信號通路拮抗炎癥和氧化應激作用，以促進退變椎間盤組織的修復[35]。FANG等[36]進一步研究發(fā)現(xiàn)，桑辛素M可減少IL-1β、TNF-α和IL-6在髓核細胞中的含量，并通過促進PI3K/Akt/mTOR的磷酸化來促進髓核細胞的自噬，從而抑制炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，具有治療椎間盤退行性變的潛在價值。

5 結(jié)語與展望

桑葉在我國擁有豐富的資源，且其安全性較好，不良反應相對較小。近年來，研究發(fā)現(xiàn)桑葉中的提取物桑辛素及其衍生物有抗炎、抗菌、抗癌、鎮(zhèn)痛等的活性效果，但桑辛素對骨肉瘤、骨關節(jié)炎、骨質(zhì)疏松及椎間盤退行性變等疾病的治療機制尚不十分明朗，目前僅在比較基礎的研究，但其在動物模型中的研究效果對開發(fā)這一高效、低毒的藥物分子奠定了良好的前臨床研究基礎，此外，進一步探討桑辛素及其衍生物是如何發(fā)揮其抗炎、抗癌的詳細機制，其與傳統(tǒng)的治療方法結(jié)合使用于治療相應疾病的效果，需要我們?nèi)ミM一步的探討。