丹参水溶性成分影响骨代谢的机制研究进展

李淑惠，梁燕龙，杨亚军，赖文秀，崔　燎

(1.广东医学院药理学教研室，2.广东天然药物研究与开发重点实验室，广东 湛江　524023)



丹参水溶性成分影响骨代谢的机制研究进展

李淑惠1,2，梁燕龙1,2，杨亚军1，赖文秀1,2，崔燎1,2

(1.广东医学院药理学教研室，2.广东天然药物研究与开发重点实验室，广东 湛江524023)

丹参是一种治疗心血管疾病的传统中药。近年来，越来越多的研究表明，以丹参素和丹参酚酸B为代表的丹参水溶性酚酸类成分具有调节骨代谢的作用，涉及Wnt/β-catenin、ERK、BMP、OPG/RANKL/RANK以及FoxO介导的氧化应激等多种信号通路调节机制。该文主要综述丹参水溶性酚酸类成分的前述作用及分子机制，为进一步研究与开发抗骨质疏松药物提供依据。

丹参；水溶性成分；丹参素；丹参酚酸B；骨代谢；骨质疏松

丹参是唇形科植物丹参SalviamiltiorrhizaBge.的干燥根和根茎，其临床应用历史悠久。丹参具有活血调经、祛瘀止痛、凉血止痛、养血安神、补血益气等功效。丹参主要化学成分包括脂溶性化合物和水溶性化合物；后者主要用于改善心脑血管功能，防治冠心病胸闷和心绞痛，临床上常用丹参注射液和丹参多酚酸盐类制剂。

在传统的临床实践过程中，丹参采用水煎煮的方式用于治疗疾病，因此，其有效成分主要以水溶性成分为主。事实上，丹参的水溶性成分主要含有丹参酚酸类物质，主要包括丹参素和丹参酚酸B，均具有很强的抗氧化活性，研究表明，丹酚酸B清除O2·、DPPH、ABTS自由基的能力相当于维生素C的4.1、1.9、1.7倍[1-2]。此外，丹参防治动脉粥样硬化、保护心血管等诸多作用与其抗氧化应激作用有关[3]。近年来，崔燎等[4-5]研究发现，丹参水溶性成分具有多靶点调节骨代谢的作用，其作用机制与抗氧化应激有关。本文就丹参水溶性成分对骨代谢的作用及其机制作一综述，旨在为今后研究丹参抗骨质疏松作用提供参考。

1　丹参水溶性成分促骨形成的作用及其机制

在骨组织中，成骨细胞负责骨形成，并通过偶联分子控制破骨细胞的骨吸收活动，从而控制骨代谢水平的平衡。丹参水溶性成分促骨形成的作用机制可能与以下几个途径有关。

1.1促进细胞增殖与成骨分化体外研究表明，丹参水提物、丹参素和丹酚酸B可不同程度地促进小鼠成骨细胞样MC3T3-E1细胞或新生大鼠成骨细胞增殖，在后期阶段能够提高碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)活性，使矿化结节形成增加[4-8]。也有研究表明丹参注射液能够提高人成骨细胞内钙离子浓度和骨钙素(osteocalcin，OCN)的生成[9]，提示丹参水溶性具有促进成骨细胞分化和骨基质形成作用。在体内实验发现，采用糖皮质激素复制斑马鱼或大鼠骨质疏松模型，结果发现，丹参素组能明显逆转糖皮质激素造成的骨丢失，并提高Osterix、Runx2等一系列成骨相关基因的表达[10-11]。此外丹参酚酸B注射液能促进大鼠右胫骨骨折愈合过程中的ALP的表达，骨痂形成增多[12]。综上所述，丹参水溶性成分能够提高成骨细胞的数量和活性，这可能与淫羊藿苷、续断和补骨脂等中药主要通过抑制破骨细胞活性，发挥抗骨质疏松作用的药理机制是不同的[13]。因此，丹参水溶性成分是良好的骨诱导活性成分，能够促进不同阶段的骨形成活动。

1.2通过FoxO/Wnt信号通路调节骨形成现已明确，FoxO/Wnt通路在氧化应激介导的骨质疏松发生和发展过程中具有重要作用。经典的Wnt/β-catenin信号通路可诱导Osterix、Runx2等一系列调节骨发育和骨代谢的重要细胞因子的表达，进而通过促进成骨细胞的增殖和分化调节骨形成活动。当机体抗氧化防御系统功能低下时，机体内活性氧自由基过剩或抗氧化剂缺乏，激活FoxO转录因子磷酸化，磷酸化的FoxO转位入核，与TCF竞争性结合β-catenin，一方面引起成骨细胞凋亡，另一方面引起Wnt通路抑制，导致机体出现骨质疏松症状[14]。研究证明，丹参素和丹酚酸B能对抗糖皮质激素引起大鼠骨髓间充质干细胞Wnt信号的内源性拮抗剂Dkk-1的上调作用，增加Wnt通路转导中关键蛋白β-catenin的表达，促进Runx2 mRNA的表达[15]。本课题组进一步研究表明，丹参素可不同程度地对抗氧化应激，逆转H2O2对具有多潜能分化的细胞株C2C12成骨分化的抑制作用，其作用机制与其下调FoxO信号通路、上调Wnt信号通路有关[4]。综上所述，丹参酚酸类成分能够通过抑制FoxO信号通路对抗氧化应激，并通过激活Wnt经典信号通路，促进成骨细胞的功能。

1.3通过BMP信号通路促进骨形成骨形态发生蛋白(bone morphogenetic proteins,BMPs)是属于转化生长因子-β超家族的多功能细胞因子，是机体中介导成骨细胞分化和骨形成必不可少的信号。研究表明[15]，丹参酚酸B可上调糖皮质骨质疏松模型大鼠股骨BMP-2和BMP-7mRNA的表达而促进骨形成。另据报道，丹参注射液能够加快兔前臂桡骨骨折模型的骨折愈合时间，其机制可能与促进BMP信号激活骨形成有关[16]。

1.4通过ERK信号通路促进骨形成胞外信号调控激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK)是丝裂原活化蛋白激酶家族成员之一，与其正性调节骨代谢密切相关。研究发现，丹参酚酸B能够促进人骨髓间充质干细胞(human mesenchymal stem cells，hMSCs)、Runx2、Osterix和OCN mRNA的表达增高，表明丹参酚酸B有促进hMSCs向成骨方向分化的作用。当使用ERK信号通路阻断剂U1206后，ERK1/2 shRNAs表达明显降低，丹参酚酸B促骨形成作用明显减弱，进一步验证丹参酚酸B促进成骨分化的作用可能与ERK信号途径激活有关[17]。

2　丹参水溶性成分抑制骨吸收的作用及其机制

众所周知，破骨细胞的形成需要核因子κB受体活化因子配体(receptor activator for nuclear factor-κB ligand, RANKL)和巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony stimulating factors,M-CSF)这两个重要的细胞因子。随着年龄增长或某些不良因素的刺激，骨骼中的破骨细胞骨吸收大于成骨细胞骨形成的速度，引起骨量丢失，并最终造成骨质疏松。丹参水溶性成分通过下述不同途径抑制破骨细胞的骨吸收功能。

2.1抑制抗酒石酸酸性磷酸酶活性破骨细胞中存在抗酒石酸酸性磷酸酶(tartrate resistant acid phosphatase，TRACP)，被认为是破骨细胞的终末分化与成熟的表型标记。骨髓细胞体外培养发现，丹参组与对照组、PGE2组和1，25(OH)2D3组相比，不但降低了TRACP阳性细胞数目，还抑制了破骨母细胞向多核破骨细胞转化[18]。体内实验发现，丹参水提物能够有效减少去卵巢大鼠牙槽骨组织中TRACP表达阳性的破骨细胞数量[19]。在糖皮质激素诱导兔激素性股骨头坏死动物模型中，丹参注射液能有效降低模型组兔股骨分离培养的破骨细胞数量及股骨头空骨陷窝率[20]。

2.2通过OPG/RANKL/RANK信号通路抑制骨吸收在骨代谢过程中，OPG/RANKL比值升高可抑制破骨细胞的形成和分化。研究表明，丹参素能对抗去卵巢引起的RANKL表达增高，提高OPG/RANKL比值，抑制破骨细胞形成和骨吸收活性，从而减少去卵巢大鼠牙槽骨丢失[21]。另据报道，丹参总酚酸能够提高类风湿性关节炎致继发性骨质疏松OPG/RANKL比值，提示丹参酚酸类成分可能通过调控OPG/RANKL/RANK信号通路改善类风湿性关节炎引起的骨丢失[22]。因此，丹参水溶性成分通过调控OPG/RANKL/RANK信号轴，抑制破骨细胞的形成和分化过程，进而破骨细胞负责的骨吸收活动。

2.3抑制肿瘤坏死因子-α的表达抑制肿瘤坏死因子-α(tumour necrosis factor-α,TNF-α)是一种由激活的巨噬细胞产生的能抑制成骨细胞和刺激破骨细胞的细胞因子。研究表明，破骨细胞的RANKL可通过激活NF-κB信号通路诱导TNF-α生成，后者进一步激活下游一系列破骨转录因子的转录活性[23]。当TNF-α分泌增加时，可诱导滑膜巨噬细胞进一步分化为破骨细胞，加重关节炎症，且刺激破骨细胞的生成和活化，从而导致骨和软骨的破坏[24]。据报道，丹参注射液可以诱导类风湿性关节炎患者的成纤维样滑膜细胞凋亡，减少细胞核内NF-κB表达，抑制TNF-α的分泌[25]。然而，丹参水溶性能否通过直接调节骨髓组织中的TNF-α的表达从而调节骨代谢功能尚须进一步研究。

3　丹参水溶性成分调节骨髓微循环和骨髓脂肪分化的作用

骨微循环障碍可造成骨骼中的钙及营养物质不足，最终导致骨骼失养，骨丢失增加。微脂肪栓的形成是导致骨髓微循环障碍的一个重要因素，而目前发现绝经、糖皮质激素、高脂血症等类型的骨质疏松有微脂肪栓的形成，且骨髓中往往会出现脂肪细胞增加，骨量却减少的情况[26-27]。因此，通过促进骨髓基质细胞向成骨细胞分化，且抑制其向脂肪细胞分化，调节脂质代谢，改善骨微循环来治疗骨质疏松是新的研究方向。研究醋酸泼尼松致大鼠骨质疏松模型，发现，丹参酚酸B不仅能够对抗糖皮质激素引起的骨丢失，还抑制骨髓脂肪生成，增加骨髓微血管的直径[16]。有学者发现，丹参酚酸B能够降低肥胖型C57BL/6J ♂小鼠的体重和体脂；在体外实验中，丹参酚酸B能够抑制小鼠3T3-L1细胞向脂肪细胞分化[28]。丹参素和丹酚酸B能够促进大鼠骨髓基质干细胞向成骨细胞分化，抑制其向脂肪细胞分化[29]。另有研究发现，两者均可下调过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators-activated receptors，PPARγ) 的mRNA表达，同时上调沉默信息调节因子1 (silent information regulator of transcription 1, sirt1)的mRNA表达，提示丹参素和丹酚酸B可以通过调节sirt1-PPARγ信号通路调节骨髓脂肪分化，从而发挥抗骨质疏松作用[30]。综上所述，丹参水溶性成分可能通过调节脂质代谢紊乱和改善骨髓微循环，可以有效地防治骨质疏松症发生与发展。

4　总结与展望

传统中医认为，血瘀是骨质疏松症的促进因素，肾虚日久必有血瘀，若气血两虚，则影响骨的营养及骨代谢[31]。因此，中药二次开发成为抗骨质疏松药物研究的重要方向。目前发现，骨质疏松和心血管疾病有密切关系，大多数患有心血管疾病患者其骨质疏松的患病率明显增高，其中以丹参水溶性为主的丹参注射液已广泛应用于心脑血管性疾病，丹参水溶性成分具有扩张血管、抗脂质氧化、抗血栓形成和改善微循环等药理作用，因此，丹参水溶性成分用于治疗高脂血症、动脉粥样硬化性心脏病等因素所导致的骨质疏松症前景广泛。此外，丹参水溶性成分因酚羟基或邻二酚羟基结构而具有抗氧化活性，所以丹参水溶性成分用于治疗氧化应激介导的骨质疏松有较大的开发和应用价值。本文综述了丹参水溶性成分对骨代谢的作用并阐明了其作用机制。因此，我们认为丹参水溶性成分有望发展成为临床治疗骨质疏松症的新型药物。

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Research progress of regulatory effects of water-soluble compounds isolated form Salvia miltiorrhiza on bone metabolism

LI Shu-hui1,2, LIANG Yan-long1,2,YANG Ya-jun1,LAI Wen-xiu1,2,CUI Liao1,2

(1.DeptofPharmacology,GuangdongMedicalCollege; 2.GuangdongKeyLaboratoryforResearchandDevelopmentofNaturalDrugs,ZhanjiangGuangdong524023,China)

Salvia miltiorrhiza is a traditional Chinese medicine for the treatment of cardiovascular diseases.Recently, increasing evidence demonstrates that the water-soluble compounds isolated from Salvia miltiorrhiza,including tanshinol and salvianolic acid B, exert a regulatory influence on bone metabolism. The underlying mechanism of these compounds involves various pathways, such as Wnt/β-catenin, ERK, BMP, OPG/RANKL/RANK and FoxO mediated oxidative stress pathway. This paper reviews previous effects and mechanism of polyphenolic acids in Salvia miltiorrhiza, which may provide the base for the research and development of the new agents to treat osteoporosis.

Salvia miltiorrhiza;water-soluble compounds;tanshinol;salvianolic acid B;bone metabolism; osteoporosis

2016-03-11，

2016-04-03

国家自然科学基金资助项目(No 81273518)；广东省科学计划项目(No 2012B060300027)；广东医学院科技创新基金项目(No STZF101104)

李淑惠(1991-)，女，硕士生，研究方向：骨质疏松的药物防治，E-mai:13414884149@163.com;崔燎(1962-)，女，博士，博士生导师，研究方向：骨质疏松的药物防治，通讯作者，E-mail:cuiliao@163.com

10.3969/j.issn.1001-1978.2016.07.004

A

1001-1978(2016)07-0902-04

R-05；R282.71；R284.1；R336 ；R681.022

网络出版时间：2016-6-20 11:49网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20160620.1149.008.html