淫羊藿苷对成骨细胞/软骨细胞作用机制研究

沈晓峰，梁国强

(1.南京中医药大学附属苏州市中医医院 骨伤科，江苏 苏州 215003； 2.苏州市吴门医派研究院，江苏 苏州 215009)

淫羊藿苷(Icariin，ICA)，别名淫羊藿甙，是一种黄酮苷类化合物，主要存在于小檗科淫羊藿属植物中，通常为小檗科植物淫羊藿(EpimediumbrevicornuMaxim.)、箭叶淫羊藿(EpimediumsagittatumMaxim.)、柔毛淫羊藿(EpimediumpubescensMaxim.)、巫山淫羊藿(EpimediumwushanenseT.S.Ying)、或朝鲜淫羊藿(EpimediumkoreanumNakai)的干燥茎叶提取物。现代药理学研究证明，其具有补肾壮阳、促进骨生长、抗抑郁、防治肥胖症、调节免疫、抗肿瘤、防治心血管疾病等多种生物活性[1-6]，近年国内外关于ICA在促成骨作用及机制方面的研究报道[7-10]可谓是汗牛充栋。由此该文主要对ICA近年来对促成骨主要相关的骨髓间充质干细胞(Bone marrow stromal cells，BMSCs)、成骨细胞和软骨细胞作用机制的研究现状作一简述，以挖掘其潜在的防病、治病价值靶点，并进一步指导临床应用和引导实验研究。

1ICA的吸收分布简况

ICA，化学结构属于8-异戊烯基黄酮醇苷类化合物，分子式为C33H40O15，分子量为676.662。一般性状呈淡黄色针状结晶粉末，溶于乙醇、乙酸乙酯，难溶于水，不溶于醚、苯、氯仿，与三氯化铁反应呈绿色，盐酸镁粉反应呈橙红色。人体内关于ICA吸收代谢的研究报道鲜少，但是关于实验动物大鼠或小鼠的相关报道可以参考。叶丽卡等[11]研究发现灌胃ICA在大鼠体内吸收快且消除迅速，分布广泛，存在代谢饱和现象。尾静脉注射淫羊藿苷药物2 h后，在肺部血浆中的含量多，心、肝、肾次之，脾和脑中最少，初步证明ICA可通过血脑屏障进入脑组织。邹节明等[12]通过同位素追踪技术发现灌胃ICA于小鼠48 h后发现肾上腺中含量较高，提示肾上腺可能是其最敏感的靶器官。刘玉萍等[13]研究发现ICA经大鼠肠灌流生成了 2种代谢产物，经鉴定代谢产物分别为宝藿苷I和淫羊藿次苷 I，而且在不同骨质疏松大鼠模型中的吸收较正常大鼠低。另亦有研究[14]报道ICA在肠道环境中吸收前依次水解成淫羊藿次苷Ⅱ和淫羊藿素。王安斌等[15]利用CaCO3纳米微球技术结合ICA，通过检测证明了其可以不被水解进入血液循环。何思良等[16]研究发现，制备的微球/ICA、水凝胶/ICA、水凝胶/微球/ICA三种载ICA体系，并通过检测证明ICA成功的复合到缓释体系中，具有稳定药效和整体或局部多途径给药而发挥作用。

2ICA对促成骨主要细胞作用

2.1 BMSCs

BMSCs是来源于中胚层不同于造血干细胞的一类多成体干细胞，其可分化为成骨细胞、软骨细胞以及肌细胞、脂肪细胞、神经细胞等多种细胞。机体增加和维持骨量的细胞来源主要为 BMSCs分化成的成骨细胞[17]。从科研角度讲BMSCs比较容易获得，体外扩增后仍无免疫原性，应用 BMSCs进行自体的移植实验和治疗时几乎不受伦理学限制。Feng Jiao等[18]研究了不同浓度ICA对体外培养新西兰兔子 BMSCs成骨性分化的影响，发现ICA浓度为10 mol/L时促进 BMSCs的成骨性分化最强，此外体内实验发现ICA通过MAPK信号通路诱导肌动蛋白应力纤维的形成。无独有偶，李磊等[19]研究亦发现ICA促进兔BMSCs增殖及诱导分化为成骨细胞。另有邓宇等[20]以SD大鼠骨髓间充质干细胞为对象，研究发现ICA促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，并通过上调的 Hesl、Runx2mRNA表达以及增加Notch信号通路的Noth1、CBF1、Jagged-1蛋白表达来实现。吴曦等[21]研究发现在ICA介导的人骨髓间充质干细胞成骨分化过程中，Runt相关转录因子2、成骨特异性转录因子、碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白2和血小板衍生因子A多肽的表达升高可能是ICA促进人骨髓间充质干细胞骨向分化的重要作用机制之一，最佳促人骨髓间充质干细胞骨向分化浓度为1×10-6mol/L。Sheng等[22]研究了ICA对BMSCs增殖、成骨和成脂能力的影响，发现ICA可以增强碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)的活性和骨钙素的表达，促进 BMSCs向成骨细胞分化。同时淫羊藿苷降低脂蛋白脂酶以及脂肪细胞脂肪酸结合蛋白的表达量，脂滴的数目也明显减少，抑制 BMSCs向脂肪细胞转化。以上研究结果均提示ICA可作为一种BMSCs分化为成骨细胞的诱导剂，亦支持了ICA联合骨髓间充质干细胞治疗骨缺损等相关疾病具有潜在价值。但是值得重点注意的是BMSCs的迁移特性对其治疗疾病的影响，尤其关注微环境对其的影响，主要是关注从促进BMSCs的迁移因素(衍生因子、外界微环境、肿瘤微环境、外源转染基因和药物)和抑制 BMSCs的迁移因素(细胞功能和趋化因子)两大方面考虑[23]，其次由于BMSCs独特的生物学特性，具有多能干细胞分化的潜能，结合ICA与其相关的研究现状，其在组织工程领域的应用必然值得期待[24]。

2.2 成骨细胞

正常的骨代谢包括骨形成和骨吸收两个过程，依赖于成骨-破骨系统的稳定而使骨骼保持动态平衡。其中成骨细胞在骨形成的过程中起着重要的作用。随着ICA在治疗骨骼系统疾病方面广泛的应用，学者们也开始更深入探究ICA对成骨细胞的影响。殷晓雪等[25]研究发现ICA在5～10 μg/mL剂量范围内对成骨细胞增殖没有影响，40 μg/mL时对成骨细胞增殖有一定的抑制作用，而浓度为20 μg/mL时能够显著促进人成骨细胞的增殖和分化，并使BMP-2 mRNA的表达量明显提高。谢利娜等[26]研究发现ICA 30 μg/mL浓度促进体外培养成骨细胞增殖，可能通过促进BMP-2、OPG蛋白表达和上调BMP-2、OPG、ALP mRNA的表达介导完成。先前亦有不同学者对ICA对成骨细胞的作用持不同的意见，如陈克明等[27]和刘素彩等[28]研究报道，认为ICA对成骨细胞的增殖并无明显作用。虽然关于ICA对成骨细胞的增殖存在异议，但是对于ICA促进成骨细胞的分化研究结果已经达成了共识，认为ICA可促进未定型和定型成骨细胞经过趋化、分裂、分化而成骨[29-32]。

2.3 软骨细胞

赵晓燕[33]研究发现ICA可以显著减少体外培养人骨关节炎软骨细胞分泌的IL-1β和细胞中MMP-1、MMP-3、MMP-13的表达水平而促进增殖及抑制其过度凋亡。刘益杰等[34]的研究表明ICA能影响软骨细胞基质微环境，促进软骨细胞表型基因表达，抑制 MMP13 mRNA表达，进而拮抗 IL-1β诱导的软骨细胞退变。李安琪等[35]研究发现，ICA可以通过抑制 MMP-13、ADAMTS-5的表达，促进炎症软骨细胞 collagen-II和 aggrecan的表达，从而维持软骨细胞表型和促进基质代谢。张君涛等[36]成功制备了淫羊藿苷与透明质酸结合物，该结合物可提高膝关节软骨缺损兔软骨组织Ⅱ型胶原表达并发挥软骨保护作用。Luo Y等[37]报道ICA可以改善骨关节炎小鼠软骨的变性并促进其分化，可能通过上调甲状旁腺激素相关蛋白(parathyroid hormone-related protein，PHrP)表达和下调印度豪猪(Indian hedgehog，Ihh)蛋白表达来实现。由此可见淫羊藿苷能促进软骨细胞分化增殖及抑制过度凋亡，而且能够对其表型进行维持和构建，增加细胞外基质的生成，加强对细胞代谢的相关蛋白调节，有效发挥软骨保护作用。

3结语

近年来，随着人们生活节奏的加快，饮食结构不合理和休息运动的不规律、服用激素类药物等问题不断涌现，导致骨质疏松、骨关节炎、股骨头坏死等骨骼系统疾病发病率呈逐年上升趋势，致残率极高，是民众广泛关注的问题[38]。ICA的骨代谢调控作用主要表现为促进骨形成和抑制骨吸收，在促进成骨时，可经相关成骨信号通路诱导干细胞成骨分化，并且能提高成骨细胞的活性，增加骨强度，提高骨质量。当前国内外学者对 ICA成骨作用机制和临床应用的探究已积累了一定的成果，但存在ICA在体内的有效活性成分结构不明确等诸多研究阻碍性的问题，主要是由于ICA常以口服途径给药，经肠道细菌分解后产生多种代谢产物，致使 ICA发挥作用的形式不确定，很难研究其具体的作用机制。近年来，有研究将 ICA成骨作用与口腔种植或骨伤愈合材料相结合，在种植体表面或骨伤愈合材料中加载 ICA，使其促进周围形成新骨。尤其在体内外实验中，有学者[39]应用高分子材料成功构建了 ICA缓释系统，以维持药物有效浓度，取得了显著效果，由此推断其有望为临床骨科提供一种绿色环保的治疗手段。