载促进成骨中药活性化合物的研究进展*

孙苗苗，梁鹏晨，李路易，常庆，易清清

(1.上海中医药大学研究生院，上海 200120；2.上海健康医学院附属嘉定区中心医院临床科研中心，上海 201800)

骨是维持人体正常姿态的器官，在人体运动、内脏器官保护、软骨组织中具有非常重要的作用[1]。随着人口老龄化的发生，骨折、骨感染、骨质疏松等相关骨疾病发生率也逐年增加，每年都有大量患者需要进行手术治疗[2]。骨科植入物由于在恢复肌肉骨骼系统的结构和功能方面具有一定的作用[3]，已被广泛用于临床治疗各种骨科疾病[4]。虽然植入物植入后具有很好的治疗效果，但仍然可能存在手术失败[5]。中药具有较小的毒副作用和临床效果好等优点，被越来越多地应用于治疗一些疾病[6]。然而在全身给药过程中，药物通过口服、静脉注射等途径输送，分布到全身而不是特定的部位，再加上药物溶解度低，生物分布差，缺乏选择性，药物不能在特定的部位发挥疗效，因此骨植入物的局部给药是一种理想的方式，并且在骨的微环境内可以提供更理想的药物浓度[7-9]。据报道，目前已有很多学者将中药活性化合物应用于骨植入体中发挥疗效，这为中药的发展和治疗骨疾病提供了新的选择。目前二氧化钛纳米管(titania nanotubes，TNT)、壳聚糖、聚多巴胺等已广泛用作钛植入体表面载药的载体，因此将中药活性化合物结合至这些载体上发挥疗效是一种不错的选择。

1 中药活性化合物促成骨研究

中药作为我国传统药物，用于治疗骨病和促进骨愈合方面，有许多相关报道。红景天的主要成分红景天苷，能够促进成骨细胞的增殖，促进成骨细胞的分化和矿化[10]。中药三七的提取物三七总皂苷能够抑制RANKL的表达，降低破骨细胞的活性，具有促成骨的作用[11-12]。中药葛根提取物葛根素，能够抑制破骨细胞的形成，对骨产生保护作用[13]。中药巴戟天提取物能促进成骨细胞的增殖和活性，从而抑制成骨细胞的凋亡[14-15]。此外，据报道，目前应用较多治疗骨质疏松的中药还包括淫羊藿、骨碎补、当归、黄芪、杜仲等，它们在促成骨方面都有一定的作用[6]。例如，淫羊藿苷能促进 MC3T3-E1 成骨细胞的增殖和减少细胞凋亡[16]。槲皮素可以诱导破骨细胞的凋亡，降低破骨细胞的活性，增强成骨细胞的分化能力[17]。为了进一步探究中药活性化合物的促成骨机制，科研人员也利用网络药理学来研究中药的治疗机制。LI等[18]通过网络药理学研究发现杜仲具备多成分、多靶点治疗骨质疏松症的特点，其通路能够调节成骨、破骨代谢均衡。柯志鹏等[19]利用网络药理学探讨淫羊藿治疗骨质疏松的主要活性成分和分子作用机制，发现淫羊藿治疗骨质疏松主要是通过多个活性成分作用于多个靶点来进行的。同时不少学者也对葛根素[20]、骨碎补[21]等中药进行了促成骨相关机制的研究。因此，笔者对于上述中药对成骨细胞的作用进行总结，①红景天苷：可调节成骨细胞的增殖，分化，矿化；②三七总皂苷：促进成骨细胞增殖、分化，以及特异性蛋白的表达 ；③葛根素：调节成骨细胞的增殖和分化，抑制破骨细胞的凋亡；④巴戟天提取物：抑制破骨细胞骨吸收和成骨细胞的凋亡；⑤淫羊藿苷：抑制破骨细胞的活性，促进成骨细胞的生成；⑥槲皮素：诱导破骨细胞的凋亡、促进成骨细胞的分化；⑦杜仲提取物：调节成骨和破骨细胞的代谢平衡；⑧骨碎补提取物：促进成骨细胞的分化。

综上所述，这些研究都较好地证明了中药及其活性化合物在促成骨方面的作用。因此，为了较好发挥这些中药活性化合物的作用，减少钛植入体在植入后出现的不良症状，发挥中药的特点和优势，将中药活性化合物通过一定的方式加载在钛植入体表面发挥作用。

2 常用的药物载体

目前应用最多的药物载体有TNT，壳聚糖及其衍生物，聚多巴胺涂层，生物陶瓷类。

2.1TNT 采用电化学阳极氧化工艺在钛表面制备的TNT，具有很好的生物相容性，在植入体中可以增强骨细胞活性，改善骨整合[22-24]。目前，TNT具有良好的通用性，可以装载肽、生长因子等药物，以局部治疗的方式来治疗多种骨科并发症[25-26]。为了充分利用TNT可以载药的特性，人们通过不同的加载方式将疗效不同的药物加载在TNT上，来发挥治疗作用，充分发挥载体的潜能。

2.2壳聚糖及其衍生物 壳聚糖是一种具有与纤维素相似的碳水化合物骨架结构的分子，主要由N-乙酰-d-氨基葡萄糖和d-氨基葡萄糖两种重复单元组成，通过(1-4)-β-糖苷键相连，因壳聚糖链上具有大量的氨基，使其具有多种生物功能[27]。其中壳聚糖的粘附性、瞬时开放上皮紧密连接的能力以及生物降解性使其成为良好的药物输送材料[28]。此外，壳聚糖厚度大小的调节可以控制药物的释放和局部药物的浓度，以治疗术后感染和炎症，并使钛植入体具有更好的骨整合，增强治疗效果和降低毒副作用[29]。刘扬等[30]发现壳聚糖可以加载与骨相关的药物，包括骨代谢药物和生长因子等。因此，利用壳聚糖及其衍生物来负载中药活性化合物也是一种不错的选择。

2.3聚多巴胺涂层 受贻贝粘附蛋白的邻苯二酚和胺官能团的启发，由单体多巴胺(DA)自氧化而产生的聚多巴胺，具有丰富的共价固定化生物分子和锚定金属离子的官能团。因其可以在微碱性下通过氧化自聚合沉积到几乎任何类型物体的表面，已被作为药物输送系统广泛应用于骨科植入体[31-35]。聚多巴胺涂层可以将一些生物大分子，如蛋白质、肽和DNA，固定在生物替代物的表面，并且不会影响这些分子的活性，因此是一种较好的药物载体[33]。

2.4生物陶瓷类 自1920年报道陶瓷可以在人体中应用开始，不少研究者对陶瓷作为载体进行不断的研究。由于陶瓷具有较好的骨传导性、优异的耐磨性和生物相容性，已广泛应用于生物医疗领域，成为骨替代材料之一[36]。陶瓷不仅可以作为骨替代材料应用于骨，还可以作为骨植体加载药物的良好载体，其释放药物的模式主要依赖于陶瓷的化学浓度、药物类型和加载药物的含量[37]。目前应用最多的陶瓷化合物为羟基磷灰石(HA)和磷酸钙(CaP)，并且都被用于加载中药[38-39]。常立娜[39]将中药丹参、骨碎补、黄芪多糖加载到HA上，发现能够促进成骨的细胞增殖。同时，具有生物活性、可降解性的HA纳米材料能与骨结合，加载一些促成骨药物和促进骨组织再生的分子[40]。因此，陶瓷类生物材料是一种具有很大临床应用研究潜力的药物载体。

不同药物载体的特点见表1。

表1 不同载体的特点

3 常见的药物加载方式

3.1表面吸附 药物可以通过多种途径加载在植入体的表面，而表面吸附是一种相对简单、操作方便的加载方式[41]。表面吸附实质上是物理吸附，在吸附的过程中不仅要考虑药物本身的性质，还要考虑载体的物理性质。王培欢等[42]总结物理吸附加载药物的方法，包括浸泡法和冻干法，这为药物的加载提供了思路。

3.2化学键固定 化学键固定是生物分子或者药物通过自身化学键与种植体的化学键连接而结合的方式。对于化学键的固定，首先应对生物分子和钛植入体的结构有非常详细的了解，应该充分考虑药物是否和钛植入体发生共价键结合。同时化学键固定相比于物理吸附来说，吸附力大，结合牢固，稳定性好[43]，因此，不少研究都是通过化学键固定的方式将药物加载在钛植入体表面。

3.3层层自组装技术 层层自组装法是由带电基板在带相反电荷的材料表面交替沉积聚电解质自组装多层膜(PEM)，是制备功能性表面涂层的通用技术，该方法操作简便，不影响药物的活性[42]。目前该技术在生物植入载药研究方面应用较为广泛。药物释放速率受药物在膜中的扩散速率、膜的溶解和降解速率的限制[44]。陈栋栋[45]发现该技术可以装载DNA、蛋白质，以及具有较强扩散能力的小分子等。同时，利用该技术还可以加载中药活性化合物，其中加载最多的是淫羊藿苷。王非凡[46]利用层层自组装技术，通过在钛表面加载淫羊藿苷来促进种植体周围骨生成，促进骨愈合。

4 钛植入体载中药活性化合物的促成骨

随着骨科植入体在组织工程中的应用以及不少植入体表面载药的出现，用于骨修复的中药活性化合物和现代骨修复的生物材料相结合就成为了一种很有希望的研究方案。严玉荣等[47]将白藜芦醇加载在TiO2纳米管阵列中，通过抑制炎症发生来促进骨修复。MOHAN等[29]利用阳极氧化形成的TiO2纳米管来加载槲皮素，并在槲皮素表面包覆不同厚度的壳聚糖，通过调节厚度来控制药物浓度，提高钛种植体的骨整合。同时多巴胺作为药物载体的运用较多。李鑫鑫等[48]利用多巴胺将葛根素加载到植入体表面，研究葛根素在体内促进骨结合的作用。娄琪等[49]利用多巴胺将杜仲提取物偶联在经过微弧氧化处理后的纯钛表面，从而使纯钛微弧氧化膜层具有促进骨生长的作用。张野等[50]利用多巴胺将杜仲加载到经过处理后的纯钛多孔表面形成复合生物膜层，结果发现这种复合膜层能够促进成骨细胞的增殖分化，促进新骨形成。此外，宋云嘉等[51]通过在钛表面利用层层自组装涂层来负载淫羊藿苷，研究植入体表面的改性，结果表明可以使 ICA 在植入体表面缓慢释放，发挥促成骨作用。

由于植入体植入后骨整合是一个持续的过程，在这个过程中，药物不断从植入体的载药涂层中释放，并且植入体的载药涂层可以为植入体周围的组织提供足够的药物浓度[52-53]。因此，研究药物在植入体的释放情况对于早期诱导成骨作用非常重要。所以为了更好发挥中药活性化合物在植入体表面的作用，对药物释放情况进行研究，根据标准曲线来计算药物在溶液中的浓度，从而通过提高药物的释放性来提高药物的有效性，更有利于中药活性化合物发挥疗效[54]。因此，将中药加载在钛植入体表面发挥作用应用于临床不仅有利于中药的发展，也有利于为治疗骨科疾病的研究提供一种新的思路。

5 面临的问题和展望

尽管将中药活性化合物加载于植入体能发挥较好的成骨效果，但是也要考虑相关的问题。如中药成分复杂，需确定主要成分；含有中药活性化合物的植入体植入后，药物活性浓度和毒性限度的确定以及是不是会发生不良反应；药物从载体上释放的速度和药物到达作用部位前是否已发生分解，丧失疗效等。所以在选择药物载体时，应该充分考虑其和备选药物的性质，分析两者是否能有效结合，才能更好地将药物加载于载体上，到达作用部位发挥疗效。但是，由于目前主要的研究是在体外和动物模型方面，还不清楚这些研究有多少能够应用到临床患者。所以将中药活性化合物加载于钛植入体表面发挥促成骨作用这种方案应用于临床，还面临很大的挑战，并且这一领域的发展需要多学科的支持，例如医学、化学、工程学和病理学等多学科，通过这些学科的支持来研究出更好能够发挥促成骨作用的载中药活性化合物钛植入体[55]。因此，这也是今后努力的方向。