中醫(yī)藥調(diào)控BMSCs成骨分化防治骨質(zhì)疏松癥的研究進(jìn)展

曹天媛 倪志明 劉新宇 武豪 盛淳匯 胡卓儀 張亞峰,2*

1.南京中醫(yī)藥大學(xué),江蘇 南京 210023 2.南京中醫(yī)藥大學(xué)無錫附屬醫(yī)院,江蘇 無錫 214071

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是骨代謝異常導(dǎo)致機(jī)體骨密度(BMD)降低、微結(jié)構(gòu)惡化、骨脆性增加,使機(jī)體易于骨折的同時(shí)又易并發(fā)其他疾病,易發(fā)于絕經(jīng)后的婦女和老年男性[1-3]。流行病學(xué)研究表明,在OP上我國40歲以上人群患病率達(dá)25.6%,65歲以上人群達(dá)32.0%[4]。隨著人口老齡化的問題日益嚴(yán)重,顯然,OP已經(jīng)嚴(yán)重威脅我國中老年人的健康[5]。因OP而導(dǎo)致的骨折已成為中老年人群殘疾和死亡的重要原因[6]。但是目前OP的臨床治療效果不盡如人意,隨著對(duì)BMSCs成骨分化的不斷研究,許多學(xué)者逐漸認(rèn)識(shí)到BMSCs成骨分化在OP發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。既往薈萃分析結(jié)果顯示,BMSCs可促進(jìn)骨細(xì)胞成熟、骨化,恢復(fù)骨質(zhì)疏松性骨折的骨力學(xué)性能[7]。因此促進(jìn)BMSCs的成骨分化治療OP具有良好前景。近年來,由于生物活性成分多樣、不良反應(yīng)較小、價(jià)格便宜,中藥引起了人們的極大興趣,并取得了良好的臨床療效[8-9]。而且中藥治療OP可根據(jù)患者情況對(duì)癥施治,中藥方劑的組成還可以有效減輕其耐藥性,故中藥治療OP有著顯著優(yōu)勢(shì)[10]。中藥及其復(fù)方對(duì)于調(diào)控BMSCs成骨分化的機(jī)制尚未可知,還需不斷的研究完善,故對(duì)此進(jìn)行綜述。

1 中醫(yī)理論與BMSCs的關(guān)系

中醫(yī)理論將OP歸屬為“骨痿”“骨痹”等,《醫(yī)經(jīng)精義》載:“髓者,腎精所生,精足則髓足,髓在骨內(nèi),髓足則骨強(qiáng)”。說明腎中精氣虧損則骨髓生化功能減弱,從而骨骼失養(yǎng),導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[11-12]。在細(xì)胞層面上,BMSCs來自于受精卵,受精卵作為全能干細(xì)胞,有著分化為所有種類細(xì)胞的能力,使得不斷分化最終形成胎兒,此為先天之精形成的整體過程,故BMSCs歸屬于“腎精”的范疇[12-13]。并且腎精具有推動(dòng)骨骼生長發(fā)育的功能,而BMSCs可以分化為成骨細(xì)胞,其推動(dòng)骨組織結(jié)構(gòu)形成的作用與腎精功能類似,可見BMSCs與腎精來源及功能類似,故從細(xì)胞角度可以將BMSCs作為腎精的體現(xiàn)[14-15]。

2 中藥調(diào)控BMSCs成骨分化

在中醫(yī)藥研究的不斷深入下,大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,中藥可以有效調(diào)控BMSCs成骨分化從而達(dá)到防治OP的目的。

2.1 淫羊藿

淫羊藿具有補(bǔ)腎助陽、強(qiáng)筋壯骨的作用,其主要活性成分是淫羊藿苷(ICA)[16-18]。Gao等[19]發(fā)現(xiàn)ICA通過激活Wnt/β-catenin通路抑制硬化蛋白的作用,從而促進(jìn)BMSCs的成骨分化。蔡葉等[20]的研究表明淫羊藿可能通過調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路Foxo3a/β-catenin表達(dá),從而上調(diào)衰老BMSCs中ALP水平,降低P53的表達(dá)水平,從而改善其成骨分化能力。李智奎等[21]發(fā)現(xiàn)在10 ng/mL濃度下淫羊藿苷可以通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路從而抑制BMSCs成脂分化,促進(jìn)成骨分化,同時(shí)顯著下調(diào)成脂特異性基因PPARγ、Adipsin和FABP4的表達(dá),而在40 ng/mL濃度下淫羊藿苷具有相反的作用。

2.2 骨碎補(bǔ)

骨碎補(bǔ)是傷科要藥,可以活血止痛,補(bǔ)腎強(qiáng)骨[22]。李琰等[23]發(fā)現(xiàn)對(duì)去卵巢大鼠灌服骨碎補(bǔ)水煎液可能通過激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路,從而抑制PPARγ、LPL mRNA的表達(dá),進(jìn)而抑制其BMSCs成脂分化。史巖等[24]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)骨碎補(bǔ)可能通過上調(diào)Wnt/β-catenin信號(hào)通路相關(guān)因子表達(dá),從而顯著提高BMSCs中的β-catenin和Runx2 mRNA表達(dá)水平,進(jìn)而促進(jìn)BMSCs的成骨分化,并且實(shí)驗(yàn)暫未發(fā)現(xiàn)骨碎補(bǔ)之間影響其成脂分化。Wang等[25]發(fā)現(xiàn)骨碎補(bǔ)中含有的柚皮苷可以通過激活ERK信號(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 成骨分化。

2.3 黃芪

黃芪有著補(bǔ)益腎氣的功效,Pu等[26]發(fā)現(xiàn)黃芪可通過調(diào)節(jié)VD-FGF 23-Klotho通路抑制BMSCs老化,提高其成骨能力,并且能恢復(fù)VDR基因沉默引起的BMSCs功能下降,對(duì)BMSCs具有保護(hù)作用。Wu等[27]發(fā)現(xiàn)黃芪中成分黃芪皂苷IV通過上調(diào)Runx2、OPN、BMP2、OCN的蛋白表達(dá)從而促進(jìn)BMSCs的成骨分化。李倩等[28]發(fā)現(xiàn)黃芪可能通過調(diào)節(jié)CYP24A1、CYP27B1 mRNA及相關(guān)蛋白表達(dá),從而促進(jìn)衰老BMSCs向成骨細(xì)胞分化。

2.4 其他中藥

Fan等[29-31]的研究中從姜黃中提取出的姜黃素具有抗氧化、調(diào)節(jié)骨代謝和降血糖等作用,其研究結(jié)果顯示姜黃素可以通過恢復(fù)高血糖狀態(tài)下BMSCs的骨生成和血管生成偶聯(lián),部分通過抑制高血糖激活的NF-kB信號(hào)通路,改善糖尿病性骨質(zhì)疏松癥。Kong等[32]實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證女貞子通過其內(nèi)多種有效活性成分作用于AKT1,通過激活PI3K/AKT信號(hào)通路促進(jìn)BMSCs成骨分化。

研究描述紫草素是從紫草中提取的有效成分[33],具有明顯的抗炎、抗真菌和抗腫瘤作用[34],體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示紫草素可通過Wnt/β-catenin信號(hào)通路促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞分化,呈劑量和時(shí)間依賴性,并通過下調(diào)RANKL和上調(diào)OPG表達(dá)抑制BMSCs向破骨細(xì)胞分化。Wang等[35]發(fā)現(xiàn)鹿茸多肽是鹿角的主要提取物,可以提高BMSCs堿性磷酸酶活性,增強(qiáng)BMP7蛋白表達(dá),證明了鹿茸多肽可促進(jìn)BMSCs的增殖和成骨分化。

蛇床子素是從中草藥蛇床子和當(dāng)歸中提取,具有類似雌激素樣作用[36]。Jin等[37]的研究顯示其可顯著提高BMSCs中OPG的基因表達(dá)和蛋白表達(dá)水平,呈劑量依賴性,表明蛇床子素通過刺激Wnt3a/β-catenin-OPG信號(hào)的激活來抑制破骨細(xì)胞形成和骨吸收。

木犀草素是一種天然類黃酮,以糖苷的形式存在于各種藥材中,如金銀花和紫蘇等[38]。Liang等[39]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)木犀草素通過上調(diào)BMSCs I型膠原、骨橋蛋白和RUNX 2蛋白表達(dá),促進(jìn)BMSCs成骨分化。其體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明木犀草素通過增加p-PI3K/PI3K和p-Akt/Akt的表達(dá)比例,進(jìn)而增強(qiáng)PI3K/Akt信號(hào)通路的活性,促進(jìn)成骨分化。

小檗堿(BBR)是黃連的主要抑菌活性成分[40],趙利華等[41]通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其可能通過上調(diào)miR-328-3p表達(dá)從而促進(jìn)BMSCs增殖和成骨分化。

相關(guān)研究表明梓醇和秦皮乙素可能通過激活Wnt/β-catenin通路從而促進(jìn)BMSCs成骨分化[42-43]。而木通皂苷D可能通過激活BMP/Smad信號(hào)通路,從而促進(jìn)糖皮質(zhì)激素環(huán)境下小鼠BMSCs成骨分化[44]。韓宇等[45]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)骨脂素是補(bǔ)骨脂中有效成分,其可以通過調(diào)控Hedgehog信號(hào)通路上調(diào)Shh、Gli1 mRNA及蛋白表達(dá),下調(diào)Ptch1 mRNA及蛋白表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)大鼠BMSCs分化為成骨細(xì)胞。

綜上所述,目前對(duì)于中藥單體基于調(diào)控BMSCs成骨分化作用于OP的探討,可能是通過激活Hedgehog、Wnt/β-catenin、NF-kB、PI3K/Akt等信號(hào)通路從而調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白和基因的表達(dá)水平,進(jìn)而促進(jìn)BMSCs增殖及成骨分化。

3 中藥復(fù)方調(diào)控BMSCs成骨分化

對(duì)于OP這類復(fù)雜的慢性疾病而言,單一中藥的經(jīng)常性使用可能會(huì)導(dǎo)致臨床療效下降以及耐藥性。而中藥復(fù)方由于其多組分和多靶點(diǎn)的特點(diǎn),治療這類復(fù)雜疾病及其癥狀有著良好的療效[46]。

3.1 左、右歸丸

左、右歸丸是經(jīng)典的補(bǔ)腎藥物。研究顯示左歸丸通過抑制Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來減緩BMSCs的衰老[47]。劉飛祥等[48]的研究顯示左歸丸通過調(diào)節(jié)Runx2蛋白表達(dá),激活A(yù)LP和OPN的表達(dá),從而促進(jìn)BMSCs的增殖和向成骨細(xì)胞方向分化。周芳馨等[49]的研究發(fā)現(xiàn)右歸丸可以上調(diào)BMSCs中的TGF-β、BMP-7、BGP蛋白表達(dá)水平,從而促進(jìn)大鼠BMSCs的成骨分化。高舉會(huì)等[50]的研究顯示Hedgehog信號(hào)通路的Shh、Ptc、Gli1的變化可能引起骨質(zhì)疏松癥,而右歸丸可以誘導(dǎo)BMSCs內(nèi)Shh、Ptc、Gli1蛋白的表達(dá),從而促進(jìn)BMSCs的成骨分化。張玉卓等[51]的研究結(jié)果顯示左歸丸與右歸丸均可通過上調(diào)BMP2和Runx2的蛋白表達(dá)促進(jìn)BMSCs成骨分化。

3.2 其他復(fù)方

還有許多中藥復(fù)方,Luo等[52]發(fā)現(xiàn)加味陽和湯可通過激活BMP-SMAD信號(hào)通路促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞分化,抑制其成脂分化。

許日明等[53]的實(shí)驗(yàn)中證實(shí)運(yùn)用溫腎固疏方治療可上調(diào)SRC-3、PGC-1a、Bcl-2水平,從而促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞分化。余麗娟等[54]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)腎活血湯可能通過上調(diào)Runx-2、OCN、OPN的表達(dá),從而增加 BMSCs 的礦化率,促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞分化。周湘琳等[55]的體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)方補(bǔ)腎健骨方含藥血清均能夠促進(jìn)ROBs和BMSCs的成骨增殖、分化,猜測可能與此方劑在促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖的同時(shí)還能促進(jìn)破骨細(xì)胞的凋亡有關(guān)。陳錦成等[56]發(fā)現(xiàn)龜鹿二仙膠含藥血清可能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2/E26轉(zhuǎn)錄因子1信號(hào)通路因子介導(dǎo)BMSCs成骨分化以達(dá)到防治OP的目的。俞云飛等[57]的研究中經(jīng)驗(yàn)方劉氏正骨方2號(hào),有著增強(qiáng)BMSCs細(xì)胞活性、促進(jìn)成骨分化的作用。劉勇等[58]發(fā)現(xiàn)益腎健骨顆?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)OPG/RANK/RANKL信號(hào)通路,促進(jìn)BMSCs成骨分化。吳忠書等[59]發(fā)現(xiàn)活血通絡(luò)膠囊可以有效BMSCs的增殖和成骨分化有著促進(jìn)作用,其機(jī)制與ERα和Wnt/β-catenin信號(hào)通路的激活有關(guān)。吳琪等[60]的研究顯示二仙湯能顯著提升大鼠BMSCs的堿性磷酸酶活力和礦化鈣結(jié)節(jié)形成能力,表明了其促進(jìn)BMSCs的成骨分化的作用。而其后續(xù)的研究也說明了二仙湯可以促進(jìn)大鼠BMSCs成骨分化,抑制大鼠BMSCs成脂分化,可能與其上調(diào)BMP-2與OPG的表達(dá),下調(diào)PPARγ與C/EBPα蛋白表達(dá)有關(guān)[61]。周廣文等[62]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)腎化痰方含藥血清能夠抑制衰老BMSCs炎癥因子IL-6、IL-10、IL-1α、IL-1β、TNF-α等的釋放,改善BMSCs衰老,促進(jìn)BMSCs增殖及成骨分化。張楚天等[63]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)健骨顆粒通過下調(diào)miR-141的表達(dá),從而上調(diào)Dlx5的表達(dá),下調(diào)Msx2對(duì)Runx2的抑制作用,上調(diào)Runx2表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)BMSCs成骨分化。

上述文獻(xiàn)中對(duì)于中藥復(fù)方調(diào)控BMSCs成骨分化的研究,主要是通過激活相關(guān)信號(hào)通路或調(diào)控相關(guān)蛋白、mRNA等或抑制炎性因子的釋放,進(jìn)而調(diào)控其成骨分化這一方面進(jìn)行探討,可以為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

4 總結(jié)

本文主要論述了中藥單體及其復(fù)方通過調(diào)控BMSCs的成骨分化,從而維持骨形成和骨吸收的動(dòng)態(tài)平衡,進(jìn)而達(dá)到防治OP的效果。其調(diào)控BMSCs骨向分化的機(jī)理主要是通過激活相關(guān)通路(Hedgehog、Wnt/β-catenin、NF-kB、PI3K/Akt、BMP-SMAD等)或調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白、基因(PPARγ與C/EBPα蛋白、miR-141等)的表達(dá)或抑制炎癥因子(IL-6、IL-10、IL-1α、IL-1β、TNF-α)的釋放等從而調(diào)控BMSCs的成骨分化以達(dá)到防治OP的作用?？傮w而言,隨著中醫(yī)藥調(diào)控BMSCs成骨分化的相關(guān)研究的層層遞進(jìn),下一步可以BMSCs骨向分化為基點(diǎn),找尋更多的中藥及其復(fù)方,擴(kuò)大中醫(yī)藥防治OP的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),開拓中醫(yī)藥的發(fā)展。

但是在相關(guān)研究與臨床應(yīng)用還是存在著一些問題,首先,在中藥復(fù)方的使用中中醫(yī)辯證論治的特色在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中沒有得到很好的體現(xiàn);其次,大多數(shù)實(shí)驗(yàn)研究只是對(duì)其過程與結(jié)果有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí),而對(duì)于其中的作用機(jī)制仍不太明了;而且,在研究機(jī)制的實(shí)驗(yàn)中,大多數(shù)只是集中于研究其中某一特異性,而忽視了其整體性。這些相關(guān)機(jī)制研究還需廣大學(xué)者進(jìn)一步的深入探索。