淫羊藿苷干预骨质疏松的研究进展

吕南宁,张浩,冯骁骁,刘明明

(连云港市第二人民医院骨科,江苏 连云港 222000)

骨质疏松症是中老年人最常见的骨代谢性疾病,其特征是骨微结构退化,骨量减少,并导致骨折风险大大增加[1],已经成为威胁中老年人生活质量的严重公共健康问题。然而现在对于骨质疏松症的治疗,临床上尚无统一明确的治疗方式,主要的药物治疗方式是从促进骨平衡的正向发展入手,比如通过抑制破骨细胞功能以减少骨吸收,或者作用于成骨细胞提高骨质形成。现在常用的药物主要有骨吸收抑制剂和骨合成促进剂。但是临床研究发现在使用药物治疗骨质疏松症的过程中,大多数抗骨吸收剂和部分骨合成剂有较多的不良反应[2]。例如,长期使用双膦酸盐后会产生上消化道出血、急性期反应、低血钙和继发性甲状旁腺功能亢进、肌肉骨骼疼痛、颌骨坏死等不良反应[3]。降钙素类药物最常见的不良反应是鼻刺激[4]。皮下注射特立帕肽和阿巴拉肽是目前美国食品和药物管理局批准用于骨质疏松症治疗的甲状旁腺激素类药物,在强化骨骼和减少骨折方面疗效较好,然而特立帕肽非常昂贵(大约每月850美元),并且动物实验证明特立帕肽有一定的致瘤潜力,所以一般不能连续使用超过2年[5]。同样,阿巴拉肽存在骨肉瘤发病率的潜在风险,特别是在易感人群中[6-7]。虽然目前的药物治疗有一定疗效,但是由于其导致患者较多的不良反应及并发症,使得这些药物不宜长期应用,所以研发有效、安全的抗骨质疏松新药品迫在眉睫。

随着近年来中药治疗骨质疏松症不断取得的进展,利用中草药治疗骨质疏松症被越来越多的研究者和临床工作者所接受。越来越多的研究人员转向中药,寻找治疗骨质疏松症的预防或替代疗法。现有研究发现多种中药对改善骨质疏松具有较好的疗效,其中应用、研究较多的是淫羊藿,其具有降低骨质流失和保持骨密度的治疗潜力,有望成为新一代抗骨质疏松症的新药品。淫羊藿的主要有效成分为黄酮类化合物,而其中的淫羊藿苷对于抗骨质疏松具有良好的效果,它不仅能增加人成骨细胞的增殖能力,还能促进成骨细胞的生成,同时还可以作用于前体破骨细胞,抑制其增殖能力,从而减少破骨细胞的产生。越来越多的证据表明淫羊藿苷通过刺激骨形成的同时还能抑制骨吸收,从而在骨健康中发挥双重作用[8]。重要的是,淫羊藿苷可以稳定地在局部释放,因而可以当作生物材料成为骨组织工程骨诱导候选物之一[9-11]。血管生成在骨再生中也起着重要作用,据报道淫羊藿苷可通过刺激内皮细胞迁移、增殖和体内小管生成来增加血管生成[12]。本文对淫羊藿苷在骨形成和骨吸收中的作用以及目前淫羊藿苷的临床应用现状进行了总结。

1 淫羊藿苷刺激成骨细胞的生成及骨合成

淫羊藿苷可通过促进骨形态发生蛋白2(BMP-2)、骨形态发生蛋白9(BMP-9),激活BMP/Smads/Runx2/Osterix信号通路,进而调控Runx2和Osterix基因的表达,促进骨髓间充质细胞(BMSCs)的成骨转化。骨形态发生蛋白(BMPs)是一个具有启动成骨细胞分化能力的蛋白质家族,可诱导BMSCs向成软骨细胞、成骨细胞和成牙本质细胞分化,促进成骨细胞功能等[13-16]。淫羊藿苷可以诱导BMP-2、BMP-9蛋白生成,通过Smads信号通路进行传导,实现BMPs信号由细胞外经细胞质向细胞核内靶基因传递,进而调节Runx2、Osterix等成骨基因的转录而发挥其成骨作用[17-19]。Runx2是成骨细胞分化的关键调节因子和特异性成骨细胞转录因子,通过结合成骨细胞特异性激活元件,直接调节成骨细胞特异性基因的表达,包括骨钙素、Ⅰ型胶原和骨桥蛋白,调控骨形成的多个过程。Osterix为成骨细胞的另一个特异性转录因子,是一个含锌指结构的蛋白,可以调控多种重要的成骨基因的表达,如骨黏素、骨桥素、骨涎蛋白和Ⅰ型胶原蛋白等。Osterix与Runx2调控成骨细胞不同的分化阶段,促进BMSCs的成骨转化。此外淫羊藿苷还可以通过抑制BMSCs向脂肪细胞分化,增加成熟成骨细胞的数量[20-21]。当BMSCs用淫羊藿苷处理时,脂肪分化得到抑制导致成骨细胞进一步分化。

淫羊藿苷促进成骨细胞的增殖作用还与雌激素受体信号通路有关,Song 等[22]发现淫羊藿苷可作用于雌激素受体,引起细胞外调节蛋白激酶(ERK)和 c-Jun 氨基末端激酶(JNK)信号激活,刺激小鼠胚胎成骨细胞前体细胞 MC3T3-E1 数量增加。朱晓峰等[23]发现淫羊藿苷促进成骨细胞增殖是由雌激素受体介导,且有丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路参与,进而发挥抗骨质疏松作用。

2 淫羊藿苷抑制破骨细胞的生成及骨吸收

淫羊藿苷的抗骨质疏松作用还与抑制破骨细胞的生成有关。吕明波等[24]研究发现,淫羊藿苷可以抑制破骨细胞的生成以及骨吸收,并且浓度越高,作用越强。李伟娟等[25]研究发现,淫羊藿苷能够抑制BMSCs向破骨细胞的分化,减少破骨细胞的数量,以及抑制骨吸收活性。此外淫羊藿苷能够直接作用于核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of NF-κB ligand,RANKL)信号通路,减少造血细胞分化成破骨细胞[26]。同时,淫羊藿苷及其衍生物能增加碱性磷酸酶、骨钙素、Ⅰ型胶原蛋白和骨保护素(osteoprotegerin,OPG)的成骨基因表达,抑制原代成骨细胞中RANKL的表达,间接抑制破骨细胞分化[27]。除了调节破骨细胞分化,淫羊藿苷还可以诱导前体破骨细胞的细胞周期暂停,导致凋亡。何丹丹等[28]采用分子对接技术模拟并预测RANKL与淫羊藿的相互作用,并通过切除大鼠双侧卵巢制备骨质疏松模型,评价淫羊藿对模型大鼠体质量、骨吸收血清指标碱性磷酸酶和抗酒石酸盐酸性磷酸酶-5b(TRACP-5b)、骨密度以及骨组织形态的调节作用。结果发现淫羊藿能通过与RANKL蛋白靶点结合,抑制破骨细胞分化并发挥抗骨质疏松作用。

3 淫羊藿苷的临床应用研究

目前临床上应用淫羊藿治疗骨质疏松的研究也较多。冯宜蒀等[29]通过网络药理学方法探究“淫羊藿-熟地黄”治疗骨质疏松症的分子机制,通过“淫羊藿-熟地黄”中的蛋白靶点与骨质疏松相关基因映射,获得共有靶点57个,蛋白互作网络分析显示前列腺素内过氧化物合酶、雄激素受体、雌激素受体等可能是“淫羊藿-熟地黄”治疗骨质疏松的核心靶点,并通过KEGG通路富集分析获得包括cAMP信号通路、神经活性配体-受体相互作用、类固醇激素的合成等11条相关信号通路。因此他认为“淫羊藿-熟地黄”配伍通过多途径、多靶点发挥治疗骨质疏松的作用。曾雪等[30]通过予单味中药淫羊藿和予骨化三醇软胶囊治疗骨质疏松对比研究,3个疗程后发现淫羊藿组患者的腰椎、桡骨远端、股骨颈骨密度大于骨化三醇软胶囊组。刘海燕[31]将122例骨质疏松症患者分为口服中药淫羊藿提取物和口服碳酸钙D3组,进行随机对照研究,治疗12周后发现淫羊藿提取物组腰椎L2-4、髋关节、股骨颈的骨密度均显著高于碳酸钙D3组(P<0.05),认为中药淫羊藿治疗骨质疏松症的临床疗效较好。

骨缺损的修复一直是临床中的治疗难点,随着骨组织工程技术与再生医学的发展,近年来负载淫羊藿苷的骨缺损修复支架材料在修复骨缺损方面取得了重大进展,为临床治疗骨缺损提供了新的治疗方法。3D打印技术制备的聚磷酸钙/淫羊藿苷支架和p-磷酸钙/淫羊藿苷支架,对骨缺损的修复有明显促进作用,同时支架具有良好的骨诱导性和生物相容性,其降解产物多为钙、磷离子和钙盐、磷酸盐,不引起局部反应[32-33]。纳米羟基磷灰石/聚乳酸(nHA/PLGA)复合支架是一种高分子支架材料,具有优良的生物相容性、降解性以及超强的吸附与渗透能力。王德欣等[34]将不同浓度的淫羊藿苷加载于nHA/PLGA上,发现其促进BMSCs增殖和分化活性具有浓度依赖性。Liu等[35]将淫羊藿苷加载于中间层含有聚多巴胺(polydopamine,PDA)的静电纺丝聚丙交酯(PLLA)纤维膜中,然后将成骨细胞接种于纤维膜上,发现纤维膜对成骨细胞的黏附、增殖以及成骨性分化更为有利。同时发现低浓度淫羊藿苷更有利于成骨细胞的黏附和增殖,而高浓度的淫羊藿苷可显著促进成骨细胞分化,增加碱性磷酸酶活性以及钙沉积。

4 结论与展望

淫羊藿苷是一种骨诱导黄酮类化合物,具有雌激素的模拟特性,可诱导骨形成并抑制骨吸收,但对淫羊藿苷治疗骨质疏松的研究以基础实验为主,缺乏大样本、多中心的临床对照研究,同时对于淫羊藿治疗的机制目前尚不能完全阐明,这提示我们在今后应加强淫羊藿及其衍生物在人体内的药理作用和药代动力学特性的持续研究,充分探索淫羊藿治疗骨质疏松的机制,为骨质疏松的治疗提供安全高效的中药。