骨碎补及其提取物应用于骨科疾病的药理作用研究概况

于大鹏 孙卫强

骨碎补是一种水龙骨科(polypodiaceae)多年生蕨类植物，主要分布于中国长江以南地区，云南西双版纳地区和四川的金沙江流域为骨碎补的主要产区。中医认为骨碎补性温，味苦，归肾、肝经，具有续伤止痛、补肾壮骨的功效，是中医骨伤科历来常用的重要中药。黄酮类、三萜类、酚酸及其苷类为骨碎补根茎中的主要化学成分[1-2]，骨碎补可以分离提纯四十多种黄酮类化学物，包括黄酮、黄烷醇、橙酮、查耳酮、二氢黄酮等。黄酮苷类化合物的苷元通常是山奈酚(Ⅰ)与木犀草素(Ⅱ)。二氢黄酮类的主要成分为柚皮素、北美圣草素与苦参黄素等，柚皮苷的苷原柚皮素是骨碎补中的重要活性物质。三萜类活性物质包括环阿屯烷型四环三萜和何伯烷型五环三萜。还有以儿茶精、阿夫儿茶精为苷元的黄烷醇苷类化合物。骨碎补中其他化合物主要成分为苯甲酸和以肉桂酸、阿魏酸、咖啡酸为苷元的苯丙酸类化合物。骨碎补化学成分丰富，具有非常显著的骨科临床药用价值，现将其综述如下。

1 健骨作用

1.1 促进成骨细胞增殖分化

骨碎补提取物具有多种功效，骨碎补中的柚皮素能有效提高身体内碱性磷酸酶和脯氨酰羟化酶活性，提升脱氧核糖核酸的合成，李晋玉等[3]通过实验发现骨碎补总黄酮通过激活Wnt/β-catenin信号通路促进小鼠胚胎成骨细胞的增殖分化。成骨细胞主要由骨髓基质细胞与骨髓间充质干细胞不断分化与增殖而形成，骨碎补的类激素样作用可以引起成骨细胞的增殖和分化，骨碎补的药物浓度会在一定程度上影响骨细胞的增殖。秧荣昆等[4]研究发现，1000 mg/L的骨碎补提取液能够显著促进成骨细胞的增殖分化，且促进作用与浓度成正比，在1500～1600 mg/L浓度时达到最大效应，其作用机制是提升成骨细胞中骨保护素(osteoprotegerin，OPG)mRNA的表达水平。骨碎补提取物能够增加骨小梁的数量，同时提高胫骨与总骨量的质量比。骨碎补中的柚皮苷提取物可以促进骨钙素的分泌，推进成骨细胞的分化，促进骨细胞不断钙化。通过对比实验研究，宋渊等[5]学者发现骨碎补含药血清可以促进成骨细胞的成骨分化并其增强其抗氧化性，提高成骨细胞钙化点、骨钙分泌量、钙盐沉积量与成骨细胞的增值率等，这表明骨碎补可以对成骨细胞的矿化与分化起到促进作用，因此，骨碎补对骨科疾病具有一定的修复作用。

1.2 遏制骨质的吸收及破坏

骨碎补提取物可通过调节多种代谢途径以及影响多种骨调节因子的表达来影响骨的重建与吸收。骨碎补总黄酮能上调骨质疏松模型大鼠骨形态发生蛋白-2 mRNA的表达，提高大鼠股骨近端骨密度和比目鱼肌生长因子相关蛋白的表达[6-7]。骨碎补总黄酮能够提升实验大鼠的骨形成速率、骨密度、血清骨钙素含量以及大鼠股骨的骨小梁体积，减少股骨骨质的吸收，显著提高骨质疏松小鼠模型的血钙血磷水平，拮抗股骨和腰椎骨密度降低[8]。骨碎补提取物具有抑制去睾丸大鼠下肢骨密度的下降趋势，增加下肢骨小梁数量，促进骨保护因子表达，降低骨质损失，遏制破骨细胞生成等功效。宋佳等[9]研究发现，骨碎补还可以明显抑制大鼠牙槽骨吸收，促进大鼠牙骨细胞的发育与形成，使大鼠牙槽骨骨密度增加，能有效促进牙周膜的改建和牙槽骨重塑，提高豚鼠的牙齿坚硬度，对人牙周成骨细胞计数和牙骨质层厚度的增加也有很好的作用[10]。骨碎补总黄酮具有和雌激素类似的功效[11]，雌激素是在人体骨代谢平衡中起重要调节作用的内源性物质，可以缩短骨质的成熟周期[12]，骨碎补提取物能够遏制破骨细胞的转化，进而遏制破骨细胞的吸收，对激素引起的骨质疏松症具有一定的预防作用，在辅助治疗绝经后骨质疏松症方面安全有效[13-14]。曾辉等[15]通过随机对照试验发现，骨碎补总黄酮能抑制去卵巢大鼠的下颌骨结构破坏，减缓下颌骨骨量丢失速度。张峻玮等[16]研究显示，骨碎补总黄酮通过抑制骨髓内脂肪细胞数量可以改善去卵巢大鼠的骨质疏松，该作用机制可能与抑制Notch信号通路相关[17]。上官文姬等[18]认为骨碎补总黄酮通过调节内皮细胞功能及促进血管内皮细胞增殖两个方面来治疗骨质疏松，骨碎补的乙醇提取物还可通过调节能量及肠道细菌代谢和抗氧化损伤来预防糖皮质激素诱导的骨质疏松症的形成。

1.3 促进骨损伤修复

早在宋元时期，中医先贤就利用骨碎补强筋骨补肝肾的作用对骨折进行治疗，骨碎补在修复骨损伤、促进骨折愈合方面有着非常好的疗效，骨组织富含转化生长因子-β(transforming growth factor beta，TGF-β)成分，TGF-β可以通过调节破骨细胞、成骨细胞与间充质细胞之间的活动进行骨的形成与重建，骨碎补可以增加TGF-β在骨内的表达水平。在骨组织的发育与形成中重组人骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic protein-2，BMP-2)是一种十分关键的生长因子，骨碎补总黄酮能够促进卵巢切除大鼠 BMP-2 的表达水平[19-20]。骨碎补总黄酮对骨膜细胞增殖有促进作用，可以促进骨膜细胞分化为成骨细胞，诱导骨膜细胞钙结节形成，这种作用与骨碎补浓度呈正相关。骨碎补能提高微重力下成骨细胞增殖与分化能力[21]。骨碎补中的总黄酮对骨折愈合与骨重建有较好的临床疗效，李慧英等[22]研究发现，骨碎补总黄酮能通过调节激素性股骨头坏死兔模型的血钙和血磷水平，改善空骨陷窝率，促进骨对钙的吸收。江丽霞等[23]研究发现，骨碎补总黄酮对骨不连兔模型有明显的促进愈合作用，其作用机制与骨碎补总黄酮能增强雌激素受体有关。骨碎补中的柚皮苷是骨组织工程的良好调节剂，可以通过骨诱导促进骨形成，能显著促进兔子的颅骨修复再生[24]。姜自伟等[25]研究显示，骨碎补总黄酮可以提高大鼠牵张成骨区域的成骨质量，骨碎补具有促进新骨形成的作用。张志慧等[26]发现，骨碎补可以提高人下颌骨牵张新骨形成的速度和质量，加速骨牵张中新生骨质的生成与成熟[27]。陶巍[28]观察发现，踝骨骨折患者术后联合内服骨碎补煎剂8周，与对照组相比可以有效促进骨折愈合，促进骨骼生长，明显缩短成人踝骨骨折病人术后的踝骨平均愈合时间，减少骨折的修复周期，加速患者的康复。叶灵超等[29]对108例骨延迟愈合患者的随机对照研究显示，骨碎补注射液可以提高提高骨延迟愈合患者血清碱性磷酸酶、血清神经生长因子(nerve growth factor，NGF)和BMP-2含量，促进患者骨折愈合，提高临床疗效。高焱[30]对69例骨折延迟愈合和骨不连患者采用随机对照研究，认为骨碎补总黄酮配合治疗骨折延迟愈合和骨不连，不仅可以缩短骨折愈合时间，而且无明显不良反应。

1.4 促进腱骨愈合

骨科治疗中对于肌腱转移替代和肌腱骨骼附着点的断裂修复多采用肌腱经骨隧道移植的方法，但是术后腱骨结合部分愈合困难一直是一个棘手的问题，肌腱移植后肌腱干细胞的有效激活和腱骨结合部位周围血管再生是腱骨愈合的生物基础。有研究发现，骨碎补总黄酮不但可以有效刺激肌腱干细胞成骨标记物的表达，促进肌腱干细胞的成骨分化，还可以增加腱骨结合部位的血管形成，可以明显促进实验大鼠自体肌腱移植后的腱骨愈合，提高腱骨愈合质量[31]，这也给临床骨科医生提供了促进腱骨愈合的药物治疗新选择。

2 活血化瘀作用

2.1 改善骨内血管微循环

研究发现骨内的血管微循环调控参与了骨内成骨过程，在骨组织重建过程中，骨组织内微小血管和骨内微环境的形成在成骨过程发挥着重要作用[32]。在修复骨骼与骨骼发育时，骨骼与血管会产生交联关系。一方面，血管给予骨骼提供营养物质与氧气；另一方面血管细胞、破骨细胞、骨细胞等细胞之间互相作用促进骨形成和骨重塑[33]。血液瘀滞会诱发骨小梁微循环障碍，导致血液中的氧气和营养物质无法通过内外骨板的哈佛系统进入骨骼，导致骨骼无法进行正常的能量代谢，骨碎补有抗血管内皮损伤作用，可以明显改善动物的血液流变学和微循环状态，具有促进血液循环和减压的作用，提高受损部位的血液流变性，促进骨骼的新陈代谢[34]。刘剑刚等[35]研究显示，大鼠服用骨碎补总黄酮胶囊后其血小板粘附性、红细胞聚集指数与血液黏度均明显降低。骨碎补总黄酮能有效地减少大鼠模型血液的黏稠度和血小板聚集，显著改善血液动力学，骨碎补总黄酮可以抑制肾上腺素对大鼠微动脉的收缩作用，改善骨骼局部的血液流变性及骨组织的血流状态。

2.2 促进骨内血管再生

骨碎补总黄酮能通过上调血管新生相关因子来调节血管内皮细胞功能[18]，骨碎补还可以通过调节基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)来促进血管生成[36]。研究显示皮祖细胞(endothelial progenitor cell，EPC)是新血管形成的源头物质，而骨碎补中的柚皮苷可加速EPC的形成[37]，增加血管网再生面积[38-39]。李定等[40]发现骨碎补总黄酮可以明显上调诱导膜中血管新生相关因子表达，对实验大鼠骨缺损区域的成骨质量和骨膜血管形成具有良好的促进作用。蔡群斌等[41]通过大鼠随机对照研究发现，骨碎补总黄酮在诱导膜形成期可促进TGF-β1及VEGF的表达，加速血管化进程，骨碎补总黄酮高剂量组诱导膜组织形成的新生血管多于其余各组，且表达均具有剂量依赖性，这为骨缺血坏死、肢体离断等缺血性骨科疾病的中药治疗提供了新思路。

3 保护骨关节作用

3.1 抑制骨关节炎症

骨碎补是治疗骨关节炎的有效中药选择。骨碎补能快速减轻骨关节患者膝部红、肿、热、痛的症状，改善膝关节功能，刘宇波等[42]研究显示，骨碎补可通过降低兔模型关节滑膜中白介素-1β的表达，减少关节滑膜中炎性细胞的数量，来保护关节滑膜损伤以及破坏，对膝骨关节炎有比较显著的防治效果。骨碎补总黄酮对炎症水肿也有抑制作用，金连峰[43-44]通过实验发现，给新西兰兔连续6周灌服剂量为1.5 g/(kg·d)的骨碎补，能抑制骨性关节炎滑膜细胞的过度凋亡，保护骨组织改善关节功能，其效果优于硫酸氨基葡萄糖。何鹏等[45]研究显示骨碎补可以减低膝关节炎性因子白介素-1β与前列腺素E2的水平，减少骨关节滑膜组织里面的miR-146a与miR-27a的表达水平，可以显著改善动物模型关节内的病理改变，减少关节腔渗出液，抑制关节滑膜血管的增生，促进关节内滑膜修复，提高治疗骨性关节炎的临床疗效。研究表明，骨碎补中的柚皮素可通过调节基质金属蛋白酶的产生，减轻膝关节水肿及疼痛，并且抑制效果与柚皮素的浓度呈正相关[46-47]。

3.2 保护关节软骨

研究显示，柚皮素可以减轻模型小鼠的慢性关节炎，改善组织病理学指标，减缓关节部位软骨损伤和骨吸收[48]。戈兵等[49]研究人员发现，灌服骨碎补总黄酮8周可以减轻兔模型的软骨退变程度，降低软骨组织基质金属蛋白酶-3表达，对软骨细胞的分化起到促进作用，提高细胞Ⅱ型胶原及葡萄糖氨基聚糖水平，减轻关节软骨退变，减少软骨基质的降解，达到抑制膝骨关节炎的效果。牟明威等[50]研究发现，骨碎补联合细胞-ADM(细胞真皮基质)移植可以显著修复实验兔模型软骨缺损。骨碎补总黄酮通过抑制NF-κB信号通路激活以及抑制炎症因子的表达来保护椎间盘软骨细胞，延缓椎间盘退变的进展[51]。

4 抗炎止痛作用

骨碎补有显著的抗炎消肿疗效，而且止痛作用显著。骨碎补中的柚皮素是一种具有生物活性能抗炎止痛的类黄酮，柚皮素可以通过调节溶酶体功能抑制炎性细胞因子的水平来控制炎症[52]。柚皮素除具有抗炎镇痛活性外，还具有伤害感受器调节作用，抑制机械刺激的敏感性，减少机械性痛觉过敏，抑制炎性疼痛和神经源性炎症[53]。研究发现，柚皮素既可以抑制实验小鼠的机械和热痛觉过敏[54]，又可以逆转小鼠异常的神经性疼痛和术后疼痛，提高小鼠的抗伤害感受能力[55]。近期有研究显示，柚皮素被确定为有效的炎症抑制剂，可以治疗腰痛和坐骨神经痛[56]。

5 促进周围神经再生作用

中医一直在寻找具有骨科周围神经损伤保护作用的中药，而最新研究发现，骨碎补中的柚皮素具有良好的神经保护功能，具有抗炎和抗氧化作用，够增强受损伤的坐骨神经再生能力，柚皮素可以提升实验坐骨神经损伤模型小鼠的感觉和运动参数，改善痛觉行为和坐骨功能指数，这给骨科周围神经损伤疾病的中药治疗提供了新思路[57]。

6 结论

骨碎补是一种具有多种药理活性，可以治疗多种骨科疾病的安全理想的骨伤科中药。近年来围绕骨碎补化学成分和其在骨科疾病治疗的药理作用及临床应用等方面虽然有了诸多研究，但已有研究多集中于骨碎补的骨损伤修复和抗骨质疏松方向，在治疗骨科疾病的其他方向，比如促进血管和周围神经再生等的研究较少。骨碎补中有效成分复杂，学者们研究方向也主要侧重于总黄酮和柚皮素等骨碎补粗提物，而像其单体成分以及活性因子等很多领域也值得学者进一步深入研究。加强对骨碎补有效成分的研究和提取，进一步开发骨碎补在骨科疾病治疗方面的药学价值，筛选出提高骨科临床疗效的活性成分入药是今后科学开发利用骨碎补的研究课题，伴随着骨碎补药用价值的不断挖掘，骨碎补将在骨科临床发挥越来越重要的作用，这对于中医骨伤科的发展及中医药现代化均具有重要意义。