環(huán)烯醚萜類化合物防治骨質(zhì)疏松癥作用機(jī)制的研究進(jìn)展

梁曉霞，謝保城，羅世英*

1.廣東醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院，廣東 湛江 524023

2.東莞市人民醫(yī)院 藥學(xué)部，廣東 東莞 523059

骨質(zhì)疏松癥已是全球健康問題，其中我國約有9 000 萬名骨質(zhì)疏松癥患者，全球有近2 億人患骨質(zhì)疏松癥。自然衰老、雌激素缺乏、長期糖皮質(zhì)激素治療、高血糖、炎癥等因素均可誘發(fā)骨質(zhì)疏松癥。骨形成與骨吸收失衡會使骨代謝紊亂，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的形成。在臨床上，雙磷酸鹽類藥物是治療骨質(zhì)疏松癥的一線藥物，但長期使用會誘發(fā)非典型的股骨骨折或下頜骨壞死[1-2]。其他治療藥物也存在不良反應(yīng)多、成本高、價格昂貴等缺點，使用受限。尋找安全、有效、不良反應(yīng)少的抗骨質(zhì)疏松癥藥物是社會所關(guān)注的問題。目前，從天然產(chǎn)物中篩選抗骨質(zhì)疏松癥候選藥物是一個研究熱點。環(huán)烯醚萜類化合物屬于萜類化合物中的單萜化合物，在植物界分布較廣，常存在于玄參科、唇形科、龍膽科等雙子葉植物中[3]。由于環(huán)烯醚萜結(jié)構(gòu)中的半縮醛羥基不穩(wěn)定，所以大多數(shù)環(huán)烯醚萜成分常與葡萄糖結(jié)合而以糖苷的形式存在。環(huán)烯醚萜化學(xué)性質(zhì)活潑，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)多樣性，結(jié)構(gòu)多樣性決定了環(huán)烯醚萜生物活性的多樣性。據(jù)報道，環(huán)烯醚萜類化合物具有抗腫瘤、抗炎利膽、降血糖、護(hù)肝、神經(jīng)保護(hù)、抗病毒、抗關(guān)節(jié)炎等多種藥理活性[4]。環(huán)烯醚萜類化合物也可通過多種途徑促進(jìn)成骨功能、抑制破骨功能，發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用。本文歸納了環(huán)烯醚萜類化合物抗骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)制，為開發(fā)新型抗骨疏松癥藥物提供參考。

1 促進(jìn)成骨功能

1.1 抑制氧化應(yīng)激

過度氧化應(yīng)激會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）大量積累，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)氧化還原失衡，造成線粒體和大分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、DNA 等）損傷，導(dǎo)致成骨細(xì)胞氧化損傷和成骨功能障礙，從而抑制骨的形成。因此氧化應(yīng)激是骨質(zhì)疏松癥的重要致病因素，抗氧化應(yīng)激是治療骨質(zhì)疏松癥的一種策略。核因子E2 相關(guān)因子2（Nrf2）是細(xì)胞抗氧化應(yīng)激的重要轉(zhuǎn)錄因子，可激活超氧化物歧化酶（SOD）、血紅素合酶-1（HO-1）等其他抗氧化基因的表達(dá)。據(jù)報道，Nrf2/ HO-1 信號通路是許多中藥成分發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用調(diào)控骨質(zhì)疏松的重要途徑[5]。Li 等[6]研究發(fā)現(xiàn)桃葉珊瑚苷可增加地塞米松（DEX）誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松小鼠骨密度和股骨頭Osterix 蛋白（Osx）、骨橋蛋白（OPN）、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（BMP2）等相關(guān)成骨蛋白的表達(dá)，同時也增加股骨頭Nrf2、HO-1 和SOD-2 蛋白表達(dá)水平，下調(diào)血清ROS 水平，在DEX和過氧化氫（H2O2）誘導(dǎo)的人成骨樣細(xì)胞MG63 氧化損傷模型上也可觀察到類似現(xiàn)象，敲低Nrf2 后，桃葉珊瑚苷的保護(hù)作用被抑制，提示桃葉珊瑚苷可能通過激活Nrf2/HO-1 通路抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)發(fā)揮骨保護(hù)作用。氧化應(yīng)激條件下，蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（Akt/mTOR）信號通路被抑制，同時細(xì)胞啟動自噬，清除氧化損傷細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)所積累的ROS，維持氧化還原平衡，促進(jìn)骨形成[7]。Shi 等[8]研究發(fā)現(xiàn)水晶蘭苷可通過抑制Akt/mTOR信號通路增強(qiáng)自噬而緩解氧化應(yīng)激所致的成骨細(xì)胞損傷。

1.2 抑制成骨細(xì)胞凋亡

成骨細(xì)胞凋亡會導(dǎo)致成骨細(xì)胞的數(shù)量減少，進(jìn)而影響成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞之間的平衡，最終導(dǎo)致骨質(zhì)流失、骨微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。Li 等[9]研究發(fā)現(xiàn)馬錢苷可增強(qiáng)MC3T3-E1 細(xì)胞堿性磷酸酶（ALP）活性，促進(jìn)骨鈣素和Ⅰ型膠原的分泌，可下調(diào)Caspase-9和上調(diào)Bcl-2的基因表達(dá)，提示馬錢苷可能通過抑制成骨細(xì)胞凋亡而促進(jìn)成骨分化。桃葉珊瑚苷可通過AMP 活化蛋白激酶（AMPK）信號通路促進(jìn)MC3T3-E1 細(xì)胞自噬，以防止DEX 誘導(dǎo)MC3T3-E1細(xì)胞成骨細(xì)胞凋亡[10]，而梔子苷可通過調(diào)節(jié)Nrf2/NF-κB 通路抑制氧化低密度脂蛋白（OX-LDL）誘導(dǎo)的MC3T3-E1 細(xì)胞凋亡[11]。此外，Sun 等[12]采用人成骨細(xì)胞MG63和大鼠成骨細(xì)胞研究獐牙菜苷抗骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)制，結(jié)果顯示獐牙菜苷可緩解DEX 所致的成骨分化抑制以及DEX 所致的MG63細(xì)胞凋亡。

1.3 調(diào)控成骨-成血管偶聯(lián)

眾多研究表明血管形成與骨形成存在密切關(guān)系，成骨-成血管偶聯(lián)是促進(jìn)成骨的重要靶點。血管與骨組織釋放的某些特異性細(xì)胞因子既能促進(jìn)血管生成，也能促進(jìn)骨形成。成骨-成血管偶聯(lián)機(jī)制復(fù)雜，尚未闡明。He 等[13]研究發(fā)現(xiàn)桃葉珊瑚苷能逆轉(zhuǎn)血管內(nèi)皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑所致的轉(zhuǎn)基因fli1a: EGFP 斑馬魚血管形成抑制，且在體外桃葉珊瑚苷可通過介導(dǎo)血管內(nèi)皮生長因子2（VEGFR2）/有絲分裂原激活蛋白激酶（MEK）/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）信號通路促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）增殖、遷移和血管形成。據(jù)報道，H 型血管和血小板衍生生長因子-BB（PDGFBB）可偶聯(lián)血管生成與骨形成這兩個過程。Li 等[14]研究中，以去卵巢手術(shù)（OVX）小鼠模型進(jìn)行體內(nèi)研究，相比OVX 模型組，桃葉珊瑚苷干預(yù)組小鼠股骨PDGF-BB 的分泌和H 型血管的形成增加，骨微結(jié)構(gòu)得到改善，提示桃葉珊瑚苷可能通過促進(jìn)PDGF-BB 的分泌和H 型血管的形成以防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥。Zhu 等[15]以O(shè)VX 顱骨缺損大鼠模型研究梓醇的骨保護(hù)作用，結(jié)果顯示梓醇減輕OVX引起的骨丟失，促進(jìn)顱骨缺損區(qū)域礦化和血管形成，而Chen 等[16]通過敲低信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3），驗證了梓醇可通過部分激活 JAK2/STAT3 軸促進(jìn)成骨-成血管偶聯(lián)。綜上所述，桃葉珊瑚苷和梓醇在體內(nèi)外均可促進(jìn)成骨和血管生成，可緩解雌激素缺乏所致的骨質(zhì)疏松癥。

1.4 調(diào)控相關(guān)靶點和信號通路

環(huán)烯醚萜類化合物可通過調(diào)控相關(guān)靶點和多種信號通路調(diào)節(jié)骨代謝，促進(jìn)成骨分化。梓醇可通過部分激活Wnt（wingless）/β-連環(huán)蛋白（Wnt/βcatenin）和胰島素樣生長因子1（IGF-1）/磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路來促進(jìn)骨形成[15,17]。而Lai 等[18]從免疫學(xué)的角度研究梓醇對骨形成的作用機(jī)制，結(jié)果顯示梓醇可通過調(diào)節(jié)雌激素缺乏所致的Th1/h2 失衡促進(jìn)骨形成，緩解OVX 所致的骨丟失，該研究為骨質(zhì)疏松癥的治療提供一個新視角。獐牙菜苷可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞膜雌激素受體-α（ER-α）和GPR30 介導(dǎo)的p38 信號通路促進(jìn)MC3T3-E1 細(xì)胞成骨分化和礦化[19]，也可通過mTORC1/PS6 信號通路促進(jìn)骨形成，治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥[20]。莫諾苷可通過激活鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白2（SGLT2）靶點緩解DEX 所致的成骨分化抑制，也可通過調(diào)節(jié)乙二醛酶Ⅰ（Glo1）/晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGE）-晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（RAGE）信號通路緩解高糖所致的成骨分化抑制，還可通過調(diào)節(jié)mTOR-Beclin1/Atg13 自噬信號通路影響骨的形成[21-23]。桃葉珊瑚苷可通過激活BMP2/Smads 信號通路促進(jìn)人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（hBM-MSC）成骨分化和骨基質(zhì)礦化[24]，而龍膽苦苷可以通過激活β-catenin/BMP2 信號通路促進(jìn)骨形成[25]。哈巴苷通過激活ERK 信號通路促進(jìn)MC3T3-E1 細(xì)胞成骨分化，增強(qiáng)MC3T3-E1 細(xì)胞的ALP 活性和礦化能力[26]。水晶蘭苷可通過抑制NF-κB 信號通路以抑制炎癥因子表達(dá)，從而促進(jìn)MC3T3-E1 細(xì)胞成骨分化和礦化[27]。此外，Liu 等[28]研究發(fā)現(xiàn)FXR是維持正常骨代謝必不可少的調(diào)控因子，并通過MC3T3-E1 細(xì)胞、OVX 小鼠和FXR 敲除小鼠驗證京尼平苷酸可通過激活FXR/Runx2 信號通路促進(jìn)骨形成，從而緩解骨質(zhì)疏松癥。Lao 等[29]通過分析GSE26168 數(shù)據(jù)集發(fā)現(xiàn)，在高糖微環(huán)境下，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSC）中的Wnt10b 表達(dá)顯著降低，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)橄欖苦苷可通過激活BMSC 中的Wnt10b 逆轉(zhuǎn)高糖誘導(dǎo)的成骨抑制。Zheng 等[30]研究結(jié)果表明梔子苷可通過胰高糖素樣肽-1 受體（GLP-1R）/三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1（ABCA1）軸減少DXE 所致的MC3T3-E1 細(xì)胞內(nèi)膽固醇積累，而緩解DEX 所致的MC3T3-E1 細(xì)胞活性抑制，促進(jìn)MC3T3-E1 細(xì)胞分化和礦化，而Chen 等[31]研究表明梔子苷也可通過調(diào)控miR-214/Wnt/β-catenin 軸促進(jìn)MC3T3-E1 的增殖和分化。

1.5 促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨分化

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可分化為成骨細(xì)胞和脂肪細(xì)胞，但骨髓腔的脂肪含量增加會導(dǎo)致骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞傾向于分化為脂肪細(xì)胞，導(dǎo)致成骨細(xì)胞生成減少，從而影響骨形成。Santiago-Mora 等[32]研究發(fā)現(xiàn)橄欖苦苷可抑制間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）成脂，促進(jìn)MSC 成骨分化，并觀察到過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）、脂肪酸結(jié)合蛋白-4（FABP-4）等相關(guān)脂肪形成基因表達(dá)水平下降，相關(guān)成骨基因Runx2、Osterix和OCN表達(dá)水平升高。

2 抑制破骨功能

c-Fos、NFATc1 是破骨形成的重要轉(zhuǎn)錄因子，影響破骨細(xì)胞分化、發(fā)育和活性。破骨細(xì)胞形成過程中，結(jié)合核因子NF-κB 受體激活劑（RANK）/核因子NF-κB 受體激活劑配體（RANKL）軸能激活磷脂酶C（PLC）γ，活化的PLCγ 將磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（PIP2）水解為肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3），引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平上調(diào)和NFATc1 活化。Kim 等[33]研究發(fā)現(xiàn)哈巴俄苷能降低Syk、Btk 和PLCγ2 的磷酸化水平，下調(diào)RANKL 所致的Ca2+水平升高，降低c-Fos、NFATc1 的mRNA 和蛋白表達(dá)水平，從而抑制RANKL 誘導(dǎo)骨髓巨噬細(xì)胞（BMM）向破骨細(xì)胞分化，抑制F-actin 環(huán)和TRAP 陽性多核破骨細(xì)胞的形成，提示哈巴俄苷可能通過調(diào)控 Syk-Btk-PLCγ2-Ca2+信號通路抑制RANKL 誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成。Wang 等[34]研究發(fā)現(xiàn)車葉草苷可在體外通過抑制NF-κB 和ERK1/2 信號通路抑制破骨細(xì)胞分化和吸收活性。Meng 等[35]研究表明梓醇可通過上調(diào)PTEN 的活性抑制RANKL 誘導(dǎo)的NF-κB 和Akt 信號通路，進(jìn)而抑制破骨細(xì)胞和F-actin 環(huán)的形成，下調(diào)TRAP、CTSK和NFATc1等破骨相關(guān)基因的表達(dá)。在Zhang 等[36]研究中，水晶蘭苷能通過抑制Akt/GSK-3β-NFATc1 信號通路而抑制脂多糖誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成。此外，胡黃連苷Ⅱ可通過抑制JNK、p38、ERK 信號通路抑制RANKL 誘導(dǎo)的破骨分化和吸收[37]。在體內(nèi)研究中，以轉(zhuǎn)基因col10α1:nlGFP/rankl:HSE:CFP 青鳉魚幼魚、脂多糖誘導(dǎo)的小鼠骨丟失模型、牙槽骨丟失大鼠模型和OVX 小鼠模型進(jìn)行研究，環(huán)烯醚萜類化合物也展現(xiàn)出良好的抑制破骨吸收活性。

綜上所述，環(huán)烯醚萜類化合物可通過促進(jìn)成骨功能和抑制破骨功能防治骨質(zhì)疏松癥，其作用機(jī)制見表1。

表1 環(huán)烯醚萜類化合物防治骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)制Table 1 Mechanisms of iridoids in prevention and treatment of osteoporosis

3 結(jié)語

骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生發(fā)展是一個較復(fù)雜的病理過程，眾多信號通路參與調(diào)控該過程。不少研究表明環(huán)烯醚萜類化合物在抗骨質(zhì)疏松方面表現(xiàn)出良好的活性，它們可通過多途徑調(diào)控成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞之間的平衡，從而調(diào)節(jié)骨代謝平衡，發(fā)揮防治骨質(zhì)疏松的作用，有較好的研發(fā)前景，因此環(huán)烯醚萜類化合物有望成為抗骨質(zhì)疏松癥的治療藥物。但在動物體內(nèi)進(jìn)行的藥動學(xué)研究表明，環(huán)烯醚萜類化合物存在生物利用度低和消除迅速等缺點，可能需要對它們進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造[38]。此外，也有必要深入研究環(huán)烯醚萜類化合物的毒理學(xué)，以便其轉(zhuǎn)化為臨床治療藥物。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突