中醫(yī)藥干預(yù)骨質(zhì)疏松成血管-成骨耦聯(lián)因子研究進(jìn)展

張杰 董萬濤 趙寶寶 趙張凱 王劍虹 常茹夢

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，甘肅 蘭州 730000

2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000

骨骼是一種高度血管化組織，具有廣泛的血管和毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，其通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞和骨細(xì)胞之間的不同信號(hào)通路來為骨的生長發(fā)育提供氧氣及營養(yǎng)，在骨的形成、修復(fù)及重塑中起著重要的作用[1]。新生血管可將成骨細(xì)胞前體細(xì)胞與破骨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)至特定位置。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥伴有骨髓中竇狀毛細(xì)血管和動(dòng)脈毛細(xì)血管數(shù)量減少，導(dǎo)致灌注受限。此外，據(jù)報(bào)道，患有骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)的老年婦女股骨的骨血流量減少[2]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究[3]表明血供不足所致缺血缺氧在OP骨形成減少中具有重要的作用，尤其是毛細(xì)血管數(shù)量及血流量減少，可使成骨細(xì)胞處于低血供低氧狀態(tài)，加速其凋亡，從而引起骨代謝的改變，導(dǎo)致骨生成減少、骨量丟失。成骨和血管生成之間密切的空間和時(shí)間聯(lián)系被稱為“血管生成-成骨耦合”。目前，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療OP雖有一定的臨床療效，但仍具備患者依存性差及胃腸道等不良反應(yīng)。中醫(yī)藥防治OP歷史悠久，療效顯著。近年來，中醫(yī)藥通過調(diào)節(jié)成血管-成骨相關(guān)因子防治OP療效顯著。本文擬通過對(duì)相關(guān)研究成果進(jìn)行綜述，以期為中醫(yī)藥防治OP提供新的診療思路及靶點(diǎn)。

1 成血管-成骨耦聯(lián)調(diào)節(jié)因子

1.1 血管內(nèi)皮生長因子

血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是目前最有效的誘導(dǎo)血管生成的高特異性生長因子，由參與骨生長與重塑的成骨細(xì)胞、肥大細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞及肥大軟骨細(xì)胞所分泌，并可通過作用成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞以及骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(bone mesenchymal stem，BMSCs)來調(diào)節(jié)骨代謝[4]，對(duì)成血管-成骨耦聯(lián)的機(jī)制有著關(guān)鍵作用。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究[5]證明，成骨細(xì)胞中VEGF低表達(dá)，將會(huì)導(dǎo)致骨內(nèi)微血管減少、骨量減低、BMD下降，并給予外源性VEGF能顯著促進(jìn)血管生成及加速骨修復(fù)。龐海濤等[6]的研究證明，VEGF能通過上調(diào)colⅠmRNA表達(dá)水平及堿性磷酸酶(alkaline-phosphatase，ALP)濃度，明顯提升BMSCs成骨分化活性。張連芳等[7]研究證明，VEGF能促進(jìn)BMSCs成骨標(biāo)志基因osterix、Runx2、ALP和骨鈣素(osteocalcin，OCN)的表達(dá)血紅素氧化酶1 mRNA蛋白水平的表達(dá)及抑制PPARc2活性表達(dá)，有效促進(jìn)BMSCs的成骨分化并抑制其成脂分化。Andrea G等[8]研究證明，VEGF可以通過激活A(yù)kt/β-catenin通路刺激間充質(zhì)干細(xì)胞(mesenchymalstemcell，MSCs)中內(nèi)源性BMP-2的表達(dá)促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。VEGF/VEGFR2促進(jìn)印度刺猬因子(Indian hedgehog，IHH)釋放，抑制β連環(huán)蛋白(β-catenin)及Notch2信號(hào)表達(dá)，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化[9]。Huh等[8]研究證明，葛根素能顯著提高VEGF mRNA表達(dá)，并且能促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖及ALP表達(dá)。骨碎補(bǔ)總黃酮能通過提高成骨細(xì)胞中VEGF和FGF-2的表達(dá)，從而增多成骨區(qū)域血管形成，促進(jìn)腰椎及髖關(guān)節(jié)的BMD和骨礦物含量，進(jìn)而防治OP[9]。三七總皂苷OVX大鼠進(jìn)行干預(yù)，通過調(diào)控PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路蛋白表達(dá)，大鼠BMP2和VEGF水平出現(xiàn)明顯上升，隨著三七總皂苷劑量提高，BMP2和VEGF水平上升幅度越大，大鼠BVF、骨痂Tb.N明顯增高以及Tb.Sp明顯下降[10]。杜仲補(bǔ)腎健骨顆粒結(jié)合針灸治療OP，可通過上調(diào)血清VEGF水平，降低TNF-α、TGF-β、PINP及BGP表達(dá)，促進(jìn)骨增殖，降低骨質(zhì)流失。減輕OP患者癥狀[11]。仙靈骨葆膠囊灌胃OVX大鼠，可通過上調(diào)骨折周圍組織的PDGF、TGF-β和VEGF的相對(duì)表達(dá)，促進(jìn)骨修復(fù)，延緩OP[12]。

1.2 血小板衍生生長因子-BB

血小板衍生生長因子-BB(platelet-derived growth factor，PDGF-BB)是PDGF家族的趨化因子和促有絲分裂因子，在骨形成與修復(fù)過程中，骨髓和外周血中PDGF-BB主要來源于破骨細(xì)胞前體細(xì)胞，能夠通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞中VEGF促進(jìn)血管形成與成骨分化[13]。Gao等[14]研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞譜系抗酒石酸酸性磷酸酶陽性(TRAP+)單核細(xì)胞骨分泌PDGF-BB誘導(dǎo)骨膜素的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)并向骨膜表面募集骨膜細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)H型血管生成與成骨細(xì)胞的分化。Xie等[15]研究證明，PDGF-bb通過結(jié)合其受體PDGFRβ，促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞和內(nèi)皮祖細(xì)胞遷移與分化，并且通過鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine 1 phosphoric acid，S1P)分泌耦合成骨過程中誘導(dǎo)FAK/PI3K/Akt依賴性的血管生成。Wang等[16]研究證明，黃芪甲苷通過激活A(yù)KT/GSK-3β/β-catenin通路抑制多核破骨細(xì)胞形成并保護(hù)破骨前細(xì)胞，使PDGF-BB表達(dá)增強(qiáng)，且能夠BMSC的存活及成骨能力，進(jìn)而進(jìn)一步增強(qiáng)成骨和血管生成的耦聯(lián)作用，從而防治OP。Shen等[17]研究證明，骨碎補(bǔ)總黃酮通過PDGF-BB/PDGFR-β通路促進(jìn)H型血管生成使得EPCs活力及PDGF-BB表達(dá)提升，并且顯著提高BMSCs的成骨分化，增加ALP活性及RUNX2和OSXmRNA和蛋白質(zhì)水平，從而增強(qiáng)成血管與成骨之間的耦聯(lián)。Cheng等[18]研究證明，通過荷葉堿灌胃治療OVX大鼠，抑制Trap+破骨細(xì)胞融合成多核破骨細(xì)胞，促進(jìn)其產(chǎn)生PDGF-BB分泌和H型血管的形成，能夠通過調(diào)控MAPK/NF-κB/c-Fos/NFATc1信號(hào)通路有效減緩破骨細(xì)胞形成，減緩骨吸收，促進(jìn)骨形成與重塑。陳等[19]研究表明，通過給予OP患者溫陽補(bǔ)腎湯治療，與對(duì)照組相比其降低血清VCAM-1水平PDGF-BB、BGP水平明顯增長，進(jìn)而明顯改善OP癥狀。

1.3 血管生成素-1

血管生成素-1(angiopoietin-1，Ang-1)為在成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞和部分骨髓間隙細(xì)胞中表達(dá)的分泌型生長因子。并能促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell，ECs)的周向增殖，通過促進(jìn)MCs和ECs之間的粘附來誘導(dǎo)血管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定促進(jìn)骨形成[20]。Jeong等[21]的研究顯示，Ang-1能與其受體Tie2結(jié)合并使其磷酸化導(dǎo)致PI3-kinase/AKT信號(hào)通路激活，誘導(dǎo)血管生成。并協(xié)同增強(qiáng)BMP2表達(dá)且AKT、Smads及p38 MAPK磷酸化，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化與增殖。通過給予中藥水飛薊賓和銅-水飛薊賓衍生物，能顯著提高小鼠BMSC中VEGF和Ang-1 mRNA的表達(dá)水平，從而刺激血管生成及成骨分化[22]。鄧等[23]研究證明，補(bǔ)腎活血中藥復(fù)方可明顯提高Ang-1 mRNA表達(dá)水平及其蛋白含量，延緩OP。

1.4 堿性成纖維細(xì)胞生長因子

堿性成纖維細(xì)胞生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)是促細(xì)胞有絲分裂因子和血管生成因子，能有效誘導(dǎo)間充質(zhì)祖細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成骨細(xì)胞的有絲分裂，并且通過自分泌和旁分泌的作用刺激ECs增殖、遷移和表達(dá)與血管生成相關(guān)的蛋白酶、生長因子和整合素，從而誘導(dǎo)血管生成[24]。bFGF及其受體FGFR-1、FGFR-2、FGFR-3和FGFR-4聯(lián)合介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞活動(dòng)的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)[25]，bFGF在成骨細(xì)胞中，bFGF通過前列腺素和TGF-β生成，并通過自分泌和旁分泌等途徑促進(jìn)成骨細(xì)胞前體細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化[26]，Kim等[27]發(fā)現(xiàn)，bFGF可通過刺激Runx2的基因表達(dá)，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。在破骨細(xì)胞中，bFGF通過調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞分化因子如RANKL和COX-2誘導(dǎo)破骨細(xì)胞生成[28]。還可通過激活FGF受體和ERK信號(hào)通路調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞性骨吸收[29]。丁強(qiáng)等[30]研究證明，淫羊藿苷可大鼠BMSC在bFGF誘導(dǎo)下表現(xiàn)出較高的成骨分化潛能，刺激皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨的形成，并在成骨晚期可提高TGF-β1的表達(dá)水平。劉小波等[31]研究證明，柚皮苷可明顯提高OPF大鼠股骨BMP-7，bFGF蛋白表達(dá)，提高其股骨BMD水平，并改善其股骨生物力學(xué)。夏永嚴(yán)等[32]研究證明，紅景天苷通過上調(diào)bFGF、VEGF表達(dá)通過誘導(dǎo)血管生成，可減少成骨細(xì)胞凋亡，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化和骨形成。劉巍等[33]研究證明，半枝蓮多糖治療家兔下頜骨骨折，能夠明顯升高其靜脈血VEGF、SGF、bFGF因子表達(dá)，Tb.N和Tb.Sp明顯升高及骨折部位X線評(píng)分明顯改善。鄧雄偉等[34]研究證明，十全大補(bǔ)湯治療氣虛血瘀型OP老年患者血清OPG、TGF-β1、FGF-2均明顯升高，加速骨質(zhì)修復(fù)，抑制骨質(zhì)破壞，改善癥狀。

1.5 轉(zhuǎn)化生長因子β

轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)是一種具有廣泛生物學(xué)效能的生長因子，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、凋亡及細(xì)胞周期，在骨生成和血管生成中有著重要的作用[35]。據(jù)報(bào)道[36]，在造血細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中VEGF的表達(dá)被發(fā)現(xiàn)受TGF-β的調(diào)節(jié)，這表明破骨細(xì)胞釋放的TGF-β誘導(dǎo)BRC細(xì)胞中VEGF的表達(dá)，幫助維持骨重塑過程中的血管供應(yīng)。Tang等[37]研究證明，TGF-β是一種強(qiáng)烈的趨化刺激因子，參與MSCs的募集和增殖，不僅可以調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞的分化，還可促進(jìn)成骨細(xì)胞前體向骨生長與重塑的部位募集，同時(shí)，TGF-β可促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成及作用于成骨細(xì)胞前體細(xì)胞，調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞增殖及分化，并且通過抑制破骨細(xì)胞的生成，有效促進(jìn)骨生成和重塑，TGF-β能明顯提高造血細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中VEGF的表達(dá)，以維持骨生長與重塑中的血管生成。李寧等[38]研究發(fā)現(xiàn)，麝香能夠明顯增加骨缺損大鼠骨組織的TGF-β、VEGFmRNA表達(dá)，成骨細(xì)胞及BMSC增殖、分化，促進(jìn)骨重塑與骨修復(fù)。塔娜等[39]研究證明，異補(bǔ)骨脂素能明顯刺激小鼠前成骨細(xì)胞活性及增殖，促進(jìn)TGF-β1活性表達(dá)，對(duì)OP有防治作用。劉立柱等[40]研究發(fā)現(xiàn)，淫羊藿苷灌胃SD大鼠，其明顯上調(diào)TGF-β1、VEGF和BMP-7的蛋白表達(dá)，ALP活性升高，OCN明顯上升。陳冠儒等[41]研究表明，補(bǔ)腎活血方可以通過血流動(dòng)力學(xué)明顯增加骨折大鼠血清BMP-2、VEGF和TGF-β1 mRNA水平，促進(jìn)成骨細(xì)胞生成，加速新生骨基質(zhì)的合成和積累。張紫銘等[42]研究證明，用虎潛丸治療OVX大鼠，是通過上調(diào)其腰椎BMD及腎組織中的TGF-β2以防治OP。孟玥等[43]通過對(duì)地塞米松致斑馬魚OP模型給予左歸丸灌胃，能明顯抑制其骨吸收并通過介導(dǎo)TGF-β1/Smads信號(hào)通路，增強(qiáng)BMD及骨生物力學(xué)，促進(jìn)骨形成。

1.6 低氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子-1α

低氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子-1α(hypoxia-inducible transcription factor-1α，HIF-1α)與血管生成成骨耦合的調(diào)節(jié)密切相關(guān)，Kusumbe等[44]證明內(nèi)皮HIF-1α是干骺端H型血管形成的重要啟動(dòng)子，缺氧狀態(tài)下，導(dǎo)致HIF-1α的過表達(dá)，RUNX2、Osterix、ALP等標(biāo)志物明顯上調(diào)，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖及分化。在幼鼠體中，HIF-1α在H亞型血管中高表達(dá)，隨著年齡的增長HIF-1α水平顯著下降，并且H亞型血管HCs的減少和老年性O(shè)P有關(guān)。HIF-1α可通過調(diào)節(jié)OASIS蛋白、miRNA-675-5P調(diào)節(jié)骨血管生成以及骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化，最終可防治OP[45]。

YEN等[46]的研究表明薯蕷皂苷配基通過激活PI3K/Akt和p38 MAPK信號(hào)通路誘導(dǎo)HIF-1α表達(dá)，并促進(jìn)VEGF-A水平上升，促使成骨細(xì)胞中血管生成，從而促進(jìn)骨生長和骨修復(fù)，防治OP。Guo等[47]研究證明，紅景天苷可通過激活MAPK/ERK和PI3K/Akt信號(hào)通路，促進(jìn)HIF-1α靶基因轉(zhuǎn)錄活性上升，進(jìn)而上調(diào)VEGF表達(dá)，增加血管生成，促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖、分化以及礦化來增強(qiáng)成骨作用。張曉軍等[48]研究證明，三七總皂苷對(duì)去勢骨質(zhì)疏松性骨折模型大鼠進(jìn)行干預(yù)，調(diào)控PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路蛋白表達(dá)，能夠影響VEGF和HIF-1α水平，使去勢骨質(zhì)疏松性骨折大鼠BMD、骨細(xì)胞指數(shù)上升。Han等[49]研究證明，補(bǔ)腎通絡(luò)湯在OVX大鼠動(dòng)物模型中穩(wěn)定了HIF-1α活性，隨后增加了VEGF表達(dá)，并增強(qiáng)了血管生成和調(diào)節(jié)RANKL/OPG信號(hào)傳導(dǎo)，保護(hù)了由卵巢切除引起的OP大鼠小梁骨密度和小梁骨微結(jié)構(gòu)。

1.7 軸突導(dǎo)向分子3

軸突導(dǎo)向分子3(slit guidance ligand 3，Slit3)是一種新型的高度保守分泌糖蛋白家族中的一個(gè)亞型，能夠調(diào)節(jié)編碼形態(tài)發(fā)生因子基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞的發(fā)育[50]。Xu等[51]研究發(fā)現(xiàn)成骨細(xì)胞源性Slit3可通過其促血管生成因子的間接作用促進(jìn)骨形成，Slit3基因敲除導(dǎo)致H型血管內(nèi)皮細(xì)胞生成降低、成骨細(xì)胞增殖減弱。重組蛋白Slit3能激活ERK、MAPK和Hippo信號(hào)通路促進(jìn)H型血管生成、骨重塑與骨形成。Kim等[52]研究證明，破骨細(xì)胞源性的Slit3通過激活β-連環(huán)蛋白(β-catenin)的活性并與其N-鈣粘蛋白(N-cadherin)解離刺激成骨細(xì)胞分化與增殖，并以自分泌的方式抑制破骨細(xì)胞活性。桑曉文等[53]研究證明，芪骨膠囊可明顯提升IGF-1、Slit3的表達(dá)，促進(jìn)骨內(nèi)血管新生，能明顯促進(jìn)骨形成，減緩絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的癥狀。

1.8 音猬因子

音猬因子(sonic hedgehog，Shh)在Hedgehog家族中表達(dá)最為廣泛，該信號(hào)通路對(duì)于顱面骨、四肢骨及軸骨等骨骼的形成發(fā)揮著重要的作用[54]。據(jù)報(bào)道，Shh過表達(dá)導(dǎo)致VEGF、IGF-1、HGF、Ang-1表達(dá)水平增加，促進(jìn)血管生成[55]，并且刺激多能間充質(zhì)細(xì)胞中骨粘連蛋白(osteonectin，ONN)、骨橋蛋白(osteopontin，OPN)、OCN及ALPmRNA表達(dá)上升，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化[56]，James等[57]研究發(fā)現(xiàn)N-shh作用于基質(zhì)干細(xì)胞上調(diào)成骨分化標(biāo)志轉(zhuǎn)錄因子(runtrelated transcription factor 2，Runx2)及ALP表達(dá)，促進(jìn)骨生成與骨重塑。Spinella等[58]研究發(fā)現(xiàn)，N端重組蛋白(N-Shh)能夠通過激活Smad信號(hào)傳導(dǎo)上調(diào)BMP-2、BMP-4及ALP活性表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)多能間充質(zhì)細(xì)胞成骨分化并抑制其成脂分化。Jemtland等[59]研究證明，N-Shh通過上調(diào)甲狀旁腺相關(guān)肽(parathyroid hormonerelated peptide，PTHr P)免疫PTHr P進(jìn)而促進(jìn)成骨細(xì)胞活性。辛紅美等[60]研究證明，淫羊藿苷能夠促進(jìn)MC3T3-E1細(xì)胞Hedgehog信號(hào)通路關(guān)鍵基因shh的蛋白表達(dá)量明顯上調(diào)，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。韓宇等[61]研究證明，補(bǔ)骨脂素通過調(diào)控Hedgehog信號(hào)通路，致使Shh、Gli1 mRNA及蛋白表達(dá)顯著提升，Ptch1 mRNA及蛋白表達(dá)顯著降低，從而促進(jìn)大鼠BMSCs成骨分化及增殖。鄧洋洋等[45]運(yùn)用補(bǔ)腎、活血中藥干預(yù)去卵巢大鼠12周后，發(fā)現(xiàn)去卵巢大鼠血清中SHH、GLLI1蛋白含量顯著升高，表明補(bǔ)腎活血中藥復(fù)方可通過提高SHH、GLLI1蛋白及mRNA表達(dá)水平治療OP。梁學(xué)振等[62]研究證明，補(bǔ)腎活血膠囊含藥血清能夠通過激活Hedgehog信號(hào)通路誘導(dǎo)Shh、Gli1的蛋白表達(dá)，促進(jìn)BMSC的成骨因子Runx2、Col1a1的蛋白表達(dá)，降低成脂因子PPARγ、C/EBPα的蛋白表達(dá)，促進(jìn)骨形成。

2 結(jié)語和展望

OP的發(fā)病率、致死率、致殘率及醫(yī)療費(fèi)用呈逐年增長的態(tài)勢，骨的再生、修復(fù)及重塑均依賴于微血管的動(dòng)態(tài)平衡。中醫(yī)藥防治OP具有全方位、多環(huán)節(jié)、多靶點(diǎn)、廣譜及高效的集合作用。成血管-成骨耦聯(lián)機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，闡明了骨組織中的毛細(xì)血管能夠與成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞前體細(xì)胞、破骨細(xì)胞前體細(xì)胞、骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞建立細(xì)胞因子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，使血管新生與骨的形成通過調(diào)控VEGF、PDGF-BB、bFGF、ANG-1、TGF-β、HIF-1α、Slit3及Shh的表達(dá)相耦聯(lián)?；诔裳?成骨耦聯(lián)靶點(diǎn)，中醫(yī)藥在治療OP方面療效顯著，但目前的研究多為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的臨床實(shí)驗(yàn)。由于復(fù)方組方作用多變且機(jī)制復(fù)雜，目前對(duì)單味藥的研究主要以提取物為主。未來應(yīng)立足于從分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)行多靶點(diǎn)的闡述中藥治療OP，同時(shí)結(jié)合多中心、大樣本、雙盲、隨機(jī)對(duì)照臨床研究，進(jìn)一步將靶向成血管-成骨耦聯(lián)機(jī)制的藥物與傳統(tǒng)藥物或治療技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于臨床診治中。