淫羊藿苷对细胞骨架调控作用的研究进展

于菲菲，赵静，郑园娜

(浙江中医药大学口腔医学院附属口腔医院，浙江 杭州 310053)

细胞是决定人体健康的基本要素，其对外界微环境的反应主要通过细胞骨架来实现[1]。细胞骨架是由不同蛋白纤维交错连接的动态网状体系，包括微丝、微管和中间纤维。微丝又称肌动蛋白丝，主要由球状肌动蛋白和纤维状肌动蛋白组成的螺旋状结构，通常通过肌动蛋白的组装和去组装参与细胞运动和细胞内信号传递[2]。微管由微管蛋白和微管相关蛋白组成，在维持细胞形态、参与物质运输和细胞内信号传导中起重要作用[3]。中间纤维又称中间丝，是一类具有很强的抗拉强度的纤维状蛋白，使细胞能够经受住机械力的作用[4]。广义的细胞骨架还包括细胞外基质，主要由细胞分泌的蛋白和多糖构成，调节细胞生理活动，提供稳定的细胞外微环境[5]。基质金属蛋白酶 (MMPs)作为细胞外基质的重要水解酶，降解细胞外基质，参与细胞迁移。完整的细胞骨架及细胞外基质是细胞执行功能并发挥生物学作用的有效保障，其结构和功能的异常会使细胞代谢失去有序性与自控性，从而导致相关疾病的发生[6]。

淫羊藿是我国传统的补益中药，有补肝肾、强筋骨、祛风湿等功效，主治肾阳虚衰、阳痿遗精、筋骨痿软、风湿痹痛、麻木拘挛等病症[7]。近年来淫羊藿提取物的药理作用和机制成为国内外学者研究的热点，其中淫羊藿苷(Icariin，ICA)作为最主要的有效活性成分备受关注。大量研究表明这种黄酮类化合物在神经系统、骨骼系统、肿瘤等方面具有多种药理活性[8]。在更深入的机制研究中，学者发现ICA的药理作用可以通过对不同靶细胞的细胞骨架体系进行调控得以实现[9]。本文通过对ICA对不同疾病靶细胞的细胞骨架的调控作用的相关研究进行综述，阐述ICA的药理作用及相关机制，以期为这种具有临床应用潜力的中药单体提供更多依据，为进一步开发奠定基础。

1 ICA对不同细胞的细胞骨架修复和保护作用

1.1 神经细胞

目前有两种微管相关蛋白被证实可影响神经细胞微管的组装和造成已组装的微管解聚，从而导致细胞骨架破坏、囊泡转运紊乱，最终导致神经细胞功能异常甚至死亡[10]。一种是Tau蛋白，这是含量最高的微管相关蛋白，其大量异常磷酸化是阿尔茨海默病和帕金森病的原因之一。另一种是胞质动力蛋白Dynein，其突变和功能缺陷与亨廷顿舞蹈病和动神经元病等相关。除微管外，神经细胞骨架中的中间丝——神经丝的异常磷酸化也与帕金森病和运动神经元病紧密相关。帕金森病的主要病理特征路易氏体(LB)，其主要成分就是异常磷酸化的神经丝[11]。此外，对于阿尔茨海默病患者，淀粉样β肽(Aβ)在神经细胞外的积累会损伤脑微血管内皮细胞，继而释放炎症因子，刺激细胞外基质中MMPs的异常表达，促进细胞外基质降解，引起血脑屏障破坏，最终导致患者认知功能发生障碍[12]。

研究表明ICA可以通过抑制微管相关Tau蛋白的过度磷酸化，来恢复微管的组装和生理功能，从而维持神经细胞的细胞骨架的完整性和稳定性，保障正常的物质运输[13]。郑桃林[14]等发现ICA通过抑制糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)的活性，减弱Tau蛋白的过度磷酸化。ICA对GSK-3β的抑制作用可能是通过激活PI3K/Akt信号通路实现的。LI[15]等发现ICA可以下调胞外信号调节激酶(ERK)的磷酸化水平，从而抑制Tau蛋白的过度磷酸化。该研究还发现ICA可以使过度乙酰化和磷酸化的乙酰α-微管蛋白和酪氨酸α-微管蛋白得到恢复。此外，ICA可以有效减少Aβ的生成，从而抑制炎性因子释放，降低细胞外基质中MMP-9和MMP-2的表达，有效阻止细胞外基质降解，保护血脑屏障的通透性[16]。

以上研究部分揭示了ICA对Tau蛋白过度磷酸化导致的神经细胞微管结构和功能异常的修复和保护，以及对细胞外基质的作用及其机制。ICA对Dynein相关微管异常，以及对过度磷酸化的神经丝的作用及机制仍有待进一步研究。

1.2 软骨细胞

丝切蛋白是一种微丝结合蛋白，其异常表达会影响微丝的动态重组，进而影响软骨细胞的机械传导以及对关节应力的反应，导致关节软骨病变[17]。中间丝具有组织特异性，不同类型细胞含有不同中间丝蛋白质，软骨细胞中波形蛋白是中间丝蛋白的主要成分[18]。中间丝和微丝的结构破坏均会导致软骨细胞中Ⅱ型胶原(collagen)和蛋白多糖的表达减少，抑制细胞外基质合成，改变细胞的新陈代谢，表现为关节软骨细胞的衰老凋亡，最终引起骨关节炎(Osteoarthritis，OA)[19]。

ICA能够干扰炎症介导的Nod样受体蛋白-3(NLRP3)/caspase-1信号通路，提高软骨细胞分泌的Col Ⅱ表达水平，促进细胞外基质合成[20]。ICA也能通过丝裂原活化激酶途径抑制MMPs相关因子，减少胶原降解，保护炎症下受损的软骨细胞骨架结构并维持微环境稳态[21]。此外，ICA还可能通过上调软骨细胞缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)信号通路，增加软骨细胞外蛋白多糖含量，同时提高基质合成关键因子SOX9基因和蛋白的表达水平，促进细胞外基质合成[22-23]。

上述研究表明，ICA对受损的软骨细胞骨架的修复和保护作用主要是通过对细胞外基质的调控实现的。ICA能否作用于丝切蛋白及波形蛋白来直接修复细胞骨架，发挥抗炎作用，仍需要进一步的研究。

1.3 成骨细胞

肌动蛋白解聚因子ADF/丝切蛋白，通过失活丝切蛋白来调控成骨细胞微丝的组装，维持细胞骨架结构稳定，促进细胞成骨[24]。I型胶原(Col I)作为成骨细胞主要的结构蛋白，为细胞黏附提供支架，促进骨形成[25]。当肌动蛋白和Col I的合成受到抑制时，成骨细胞的细胞骨架的形态和功能会遭到破坏，进而影响骨形成和骨重建过程。细胞骨架的结构紊乱也会影响细胞的形态，进而损伤细胞导致骨代谢疾病，如骨质疏松(osteoporosis，OP)[26]。

ICA可以通过影响成骨细胞骨架重排，修复因过载力学刺激导致的成骨细胞骨架系统紊乱，降低成骨细胞凋亡[27]。黄孝闻等[28]研究发现，ICA通过调控RhoA/Rock信号通路，抑制炎症作用下细胞骨架相关因子RhoA和丝切蛋白的上调表达，修复受损的肌动蛋白丝，起到保护细胞的作用。宋立成等[29]通过建立高重力细胞加载模型发现ICA能够明显上调成骨细胞肌动蛋白基因及蛋白的表达，维持细胞骨架的形态稳定。ICA还可以通过激活雌激素受体介导的途径，上调去卵巢小鼠成骨细胞Col I的表达水平，促进细胞外基质的合成，刺激成骨细胞分化和矿化[30-31]。

因此，ICA既能修复炎症或过载力学刺激下受损的成骨细胞狭义的细胞骨架，也能对细胞外基质有直接的修复和保护作用，有效维持骨架结构稳定，促进细胞成骨作用。目前关于ICA作用于肌动蛋白解聚因子ADF/丝切蛋白的机制研究较少，可为今后的研究提供新思路。

1.4 人牙周膜成纤维细胞

人牙周膜成纤维细胞(hPDLCs)是口腔牙周组织中最主要的细胞成分，在维持牙周膜的完整性和功能上起决定性作用。hPDLCs的生物学功能取决于细胞骨架的完整性以及细胞外基质分泌等细胞活性[32]。在致炎因子或机械刺激下，牙周膜细胞MMPs的表达上调，而Col I的合成受到抑制，导致细胞骨架的重排和细胞外基质的新陈代谢发生异常，牙周组织遭到炎症性破坏，造成牙周系统疾病[33]。

秦子顺等[34]研究发现，ICA可显著上调成骨特异性转录因子Runx2、骨形态发生蛋白BMP-2、骨桥素、骨钙素和Col I的表达，促进hPDLCs的骨向分化。同时，ICA能够降低MMP-1表达，抑制细胞外基质降解，或者提高组织抑制因子(TIMP-1)表达，促进细胞外基质合成，从这两个角度同时发挥对hPDLCs细胞骨架结构的修复和保护作用[35]。此外，ICA对炎症诱导下增强的白细胞介素(IL-6)的活性也有一定的抑制作用，有效保护hPDLCs细胞外基质的功能，修复炎症下受损的牙周组织[36]。

以上研究提示，ICA可以作用于hPDLCs细胞骨架的相关组分，修复受损的牙周组织，然而其作用机理尚未有深入研究。进一步探索ICA治疗口腔牙周疾病的作用机制，将具有较好的应用前景。

2 ICA对不同细胞的细胞骨架的抑制和破坏作用

2.1 破骨细胞

破骨细胞骨架中肌动蛋白和细胞外基质蛋白酶的合成与分泌调控着细胞分化和骨吸收过程，是干预骨疾病的潜在靶点[37]。肌动蛋白的形成和细胞外组织蛋白酶K及骨代谢关键调节因子MMP-9的活性受到抑制时，将会破坏细胞外基质的微环境，影响破骨细胞的运动和骨吸收功能，导致骨吸收和骨形成的动态失衡。

ICA能够通过抑制破骨细胞的肌动蛋白丝的形成，以及抑制细胞外基质的合成两条途径抑制骨吸收亢进。XU等[38]发现ICA通过抑制核因子KB(NF-kB)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活，抑制破骨细胞肌动蛋白的形成，阻止人 NF-KB受体活化因子配体(RANKL)诱导的破骨发生。ICA通过调控多种信号表达，包括雌激素信号通路、MAPK信号通路等，下调组织蛋白酶K和MMP-9基因水平，进而破坏破骨细胞异常骨吸收功能[39]。

综上所述，ICA通过调节破骨细胞肌动蛋白动力学及细胞外基质分泌水平影响骨吸收功能，可以作为病理性骨吸收的治疗靶点。目前对于ICA的最佳浓度及安全性仍需要大量实验研究,同时需要继续完善其具体的作用机制,以期为ICA治疗骨疾病提供循证医学证据。

2.2 肿瘤细胞

肿瘤细胞的侵袭和迁移主要受到细胞骨架中微丝相关蛋白的调控，在某些类型的早期癌症中，例如人表皮样癌，肌动蛋白可被用作评估肿瘤细胞发育的敏感指标[40]。细胞外基质所构成的肿瘤微环境，在维持肿瘤细胞生理活动和组织稳态中起到重要作用[41]。因此，细胞骨架可能是治疗肿瘤的潜在靶点。

有研究表明，一定浓度(10-5mol/L)的ICA通过破坏人肝癌HepG2细胞肌动蛋白骨丝抑制肿瘤的增殖和迁移，影响肿瘤细胞周期和凋亡[42]。在WANG等[43]的体外研究中发现，ICA能显著抑制人胃癌细胞BGC-823细胞的迁移和侵袭，其机制可能是通过细胞内相关信号通路，来抑制信号分子的表达，最终影响肌动蛋白驱动的细胞移动。

此外，ICA还可以降低MMP-9基因和蛋白的表达，抑制细胞外基质的降解，降低肿瘤细胞的侵袭和迁移能力。ICA通过阻断骨肉瘤细胞143B血管内皮生长因子VEGF和MMP-9的表达，抑制骨肉瘤细胞外基质的降解来减弱肿瘤细胞的侵袭[44]。也有研究显示[45]，ICA呈浓度依赖性下调转录激活因子STAT3下游靶基因产物MMP-9的蛋白表达，从而抑制人多发性骨髓瘤细胞的生长和迁移。其中，ICA对STAT3的抑制作用可能是通过衰减JAK/STAT3-Dependen信号级联，下调多种上游激酶磷酸化来实现的。

上述研究表明ICA在抗肿瘤药物的研发中具有潜在的临床应用价值。目前尚未有关于ICA与肿瘤靶向药物联合应用的研究报道。因此，ICA能否在细胞骨架水平增强靶点调控并提高抗肿瘤效果的机制值得进一步研究。

3 总结与展望

随着现代生物医学的深入发展，细胞骨架在疾病发展中的作用逐渐被揭示。目前已有研究证实了ICA对神经细胞、软骨细胞、成骨细胞、人牙周膜成纤维细胞、破骨细胞和肿瘤细胞等多种细胞的细胞骨架具有调控作用，部分作用机制也被揭示。通过激活或抑制多种信号通路，ICA可以调控骨架相关蛋白，直接或间接影响细胞骨架和细胞外基质的生物学功能。这些研究进展进一步证明了ICA在神经保护、成骨分化和抗肿瘤等方面具有重要的药用价值，为临床上防治相关疾病提供了新的思路。回顾文献，ICA对一些细胞的调控机制还需要进一步研究。同时，ICA是否对其他细胞的细胞骨架有调控作用也值得进一步研究，为其在其他领域的临床应用奠定基础。未来还需要建立活体动物模型和开展临床试验，深入探讨ICA调控不同细胞骨架的机制及临床应用效果，为中药活性成分ICA的临床应用提供更多的依据。