中药单体成分治疗糖皮质激素性骨质疏松症的机制及应用研究进展

侯博，李东楠，张永政，王海，

1 黑龙江中医药大学研究生院，哈尔滨150040；2 黑龙江中医药大学附属第一医院儿科二科

糖皮质激素性骨质疏松症（GIOP）是由于长期大剂量使用糖皮质激素（GC）而引发的医源性并发症。目前认为GIOP的主要发病机制为药理学剂量的GC可能通过多条信号通路诱导氧化应激、细胞自噬、骨细胞衰老等影响成骨细胞和破骨细胞的数量及活性，破坏骨形成和骨吸收动态平衡，最终导致骨质疏松［1］。GIOP常用治疗药物有双膦酸盐类、降钙素类药物、雌激素等，这些药物虽有一定疗效，但也存在较多不良反应及并发症。中药是治疗GIOP安全、有效的方法，可以消除炎症、减轻疼痛、改善症状。中药单体研究是明确中药治疗GIOP作用机制的有效手段。现就中药单体成分治疗糖皮质激素性骨质疏松症的机制及治疗应用相关研究综述如下，以期为GIOP的防治和新药研发提供新思路。

1 黄酮类治疗GIOP的机制及应用

黄酮类化合物目前较集中在被子植物中发现，如黄芩、葛根、银杏叶、化橘红、陈皮等中药。黄酮类化合物可通过多途径、多靶点参与骨代谢调控：可通过EphB4/Ephrin-B2、PI3K/AKT、ERK/Lrp-5/GSK-3β、JNK和p38 MAPK途径以平衡骨稳态，促进骨合成和抑制骨吸收；可作用于NF-κB信号通路调节细胞凋亡和自噬；能够靶向脂质代谢关键因子PPARγ纠正地塞米松诱导的脂质代谢异常并减轻GC诱导的氧化应激损伤。

1.1 淫羊藿苷与朝藿定C 淫羊藿苷是小檗科植物淫羊藿的主要药效成分。研究表明，淫羊藿苷给药后可改善地塞米松对骨形成相关基因（Runx2、Osterix、COLL-1）的表达抑制，通过抑制活化的组织蛋白酶K和上调miR-186表达来预防地塞米松诱导的骨微结构恶化和骨质流失［2］。HUANG等［3］发现，淫羊藿苷可通过调节EphB4和Ephrin-B2的下游因子RhoA、Grb4的表达来维持成骨细胞和破骨细胞的功能平衡，以保护骨骼结构。朝藿定C是从淫羊藿中提取出的天然黄酮类化合物。同等剂量下，朝藿定C的抗骨质疏松活性较淫羊藿苷更明显，朝藿定C联合BMSCs移植可能通过活化PI3K/AKT通路促进GIOP小鼠骨形成，增加骨密度，改善骨微结构［4］。

1.2 木犀草素 木犀草素存在于金银花、马齿苋、夏枯草和墨旱莲等中药植物中。JING等［5］实验研究发现，木犀草素可显著增加GIOP大鼠的骨小梁数量、骨矿物质密度（BMD）和骨矿物质含量，下调Caspase-3、Caspase-9和Bcl相关X蛋白（Bax）表达，上调抗凋亡蛋白B淋巴细胞瘤2（Bcl-2）的表达，以剂量依赖性方式降低GIOP大鼠的乳酸脱氢酶活性，上调血清超氧化物歧化酶活性及谷胱甘肽水平以降低GC诱导的氧化应激，并参与调节GIOP中的ERK/Lrp-5/GSK-3β通路，促进成骨细胞分化。

1.3 山萘酚 山奈酚广泛存在于牛膝、杜仲、骨碎补、菟丝子、黄芪等药材中。在MC3TS-E1细胞和斑马鱼幼体中，山奈酚可通过调节肿瘤抑制因子p53、Bax、细胞周期蛋白D1和Bcl-2来减弱地塞米松对细胞增殖抑制和凋亡诱导的作用，并可通过激活JNK和p38 MAPK途径减轻激素诱导的成骨分化抑制［6］。

1.4 葛根素 葛根素主要从中药葛根中提取得到，葛根素能够在高浓度GC环境下促进MC3T3-E1增殖、伸展及分化［7］。于冬冬等［8］体外培养hFOB1.19人成骨细胞并以地塞米松诱导凋亡，发现葛根素通过抑制NF-κB信号通路及Caspase-3、Caspase-8 mRNA表达从而发挥抑制地塞米松诱导的细胞凋亡的作用。

1.5 橙皮素 橙皮素来自于中药广陈皮等芸香科柑橘类物种，研究发现，橙皮素可减轻地塞米松对ERK的抑制，并提高地塞米松处理的BMSCs中的ALP活性，起到对GIOP的治疗作用［9］。

1.6 二氢杨梅素 二氢杨梅素存在于葡萄科蛇葡萄属植物藤茶中。研究证实，二氢杨梅素能有效减少破骨细胞的数量，既能显著抑制破骨细胞活性，又能抑制破骨细胞的生长、分化［10］。周湘华等［11］研究发现，二氢杨梅素可抑制地塞米松诱导的MC3T3-E1细胞凋亡，降低MC3T3-E1细胞的自噬水平。

1.7 其他 桑黄素可激活MAPK信号通路，逆转GC诱导的成骨标志物减少和骨吸收标志物增加［12］。骨碎补总黄酮可通过靶向脂质代谢关键因子PPARγ，降低GIOP大鼠胆固醇水平，增加骨密度，改善骨微观结构［13］。

2 皂苷类治疗GIOP的机制及应用

皂苷类化合物是一类苷元为三萜或甾烷类的糖苷类化合物，主要分布于人参、黄芪、柴胡、甘草等高等植物中。皂苷类化合物具有抗肿瘤、提高免疫力、抗炎、抗氧化等药理作用。天然皂苷能够作用于端粒酶等核糖核蛋白酶，干预细胞自噬，通过作用于BMP-2/BMPR1A/Runx2信号通路，增强骨形成、抑制骨吸收，从而发挥抗GIOP作用。

2.1 环黄芪醇 环黄芪醇是一种从黄芪甲苷中提取的三萜类皂苷化合物。WU等［14］以斑马鱼幼体为动物模型，发现环黄芪醇能够显著增加地塞米松处理的斑马鱼幼体的骨量。端粒酶是环黄芪醇发挥作用的靶点，其通过介导Runx2、OCN、OPN、Coll基因表达来减轻地塞米松诱导的成骨分化抑制。

2.2 熊果苷 熊果苷存在于山药、红景天、女贞子等中药材中。ZHANG等［15］研究发现，熊果苷在体内外均可提高GC影响下成骨细胞的成骨分化能力，改善地塞米松诱导的小鼠股骨中Runx2、BMP2表达下调以促进骨形成，降低CTX-1水平和TRAP活性以抑制骨细胞再吸收，提高成骨细胞自噬水平。

2.3 人参皂苷 人参皂苷是从中药人参中提取的一类连接有糖链的三萜类皂苷。人参皂苷Rg3被证实可纠正地塞米松诱导的大鼠体质量和BMD降低，增强骨形成标志物分泌，减少骨吸收标志物生成，还可解除GIOP大鼠和原代成骨细胞中地塞米松诱导的BMP-2/BMPR1A/Runx2信号抑制，为GIOP治疗提供了潜在选择。

3 有机酚类治疗GIOP的机制及应用

酚类化合物具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、保护神经、调节血脂血糖、调节免疫功能等作用［16］。治疗GIOP的中药酚类化合物主要包括天麻素、姜黄素、白藜芦醇、阿魏酸、仙茅苷等，可通过对抗GC诱导的氧化应激、介导PI3K/AKT/mTOR信号通路调节细胞自噬与凋亡、介导Lrp-5/GSK-3β/ERK通路促进成骨细胞增殖、抑制炎症反应等发挥抗GIOP的作用。

3.1 天麻素 天麻素是天麻活性成分中含量最高的有效单体成分。LIU等［17］研究发现，天麻素可增加地塞米松处理的MC3T3-E1细胞中成骨基因标志物（BMP-2、Runx2、osterix、OCN）mRNA表达水平，激活核因子E2相关因子2及其下游效应分子表达来促进成骨分化，保护细胞免于凋亡。

3.2 姜黄素 姜黄素从姜科植物郁金、姜黄、莪术、藏红花等的根茎中提取得到。CHEN等［19］皮下注射地塞米松建立GIOP大鼠模型，发现姜黄素（100 mg/kg）给药60 d可明显增加大鼠BMD和ALP，增强骨强度，改善骨小梁微观结构，下调Bax/Bcl-2、下调cleaved Caspase-3和裂解的聚ADP核糖聚合酶表达，抑制地塞米松诱导的股骨母细胞凋亡。此外，姜黄还可通过上调p-ERK1/2表达激活地塞米松诱导的成骨细胞中ERK信号转导，从而缓解GIOP。

3.3 白藜芦醇 白藜芦醇存在于中草药虎杖、决明子、覆盆子及葡萄、桑椹等浆果类食物中。XIE等［19］研究发现，白藜芦醇可激活SIRT1表达，介导PI3K/AKT/mTOR信号通路增强线粒体自噬，从而保护GIOP大鼠的成骨细胞。

3.4 阿魏酸 阿魏酸是从当归、川芎、升麻、三棱等中草药中提取的一种酚酸类化合物。ZHOU等［20］研究发现，阿魏酸可能通过Lrp-5/GSK-3β/ERK通路促进成骨细胞增殖。有学者以新生大鼠为实验对象构建GIOP模型，发现阿魏酸治疗可提高SIRT1 mRNA和蛋白表达，降低NF-κB表达，起到抗GIOP的作用［21］。

3.5 仙茅苷 仙茅苷为石蒜科植物仙茅的主要活性成分。仙茅苷能部分逆转GC导致的成骨细胞增殖抑制，仙茅苷给药后可降低骨小梁表面的破骨细胞数量，降低血清活性氧含量，增加超氧化物歧化酶、CAT含量，保护骨组织免受氧化应激的影响［22］。朱芳兵等［23］研究发现，25 ～ 100 μg/mL仙茅苷预处理可明显逆转地塞米松对大鼠颅骨成骨细胞的杀伤作用，还能抑制TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2等炎症细胞因子释放，从而抑制破骨细胞生成。

4 苯乙醇苷类治疗GIOP的机制及应用

苯乙醇苷类化合物是一类通常以β-葡萄糖为母核的含有酯键及氧苷键的天然糖苷，广泛存在于双子叶植物中。京尼平苷、红景天苷、松果菊苷等多存在于补助肾阳类中药中，已被证实可通过PI3K/AKT通路调节细胞自噬、改善脂质代谢、调节TGF-β/Smad2/3通路减轻骨形成抑制、作用于肿瘤因子p53调节细胞凋亡等途径治疗GIOP。

4.1 京尼平苷 京尼平苷可从中药栀子、杜仲、牛膝、肉苁蓉提取得到。PI3K/AKT通路是调节自噬的上游因子，HUANG等［24］研究发现，京尼平苷可能通过介导PI3K/AKT通路激活体内和体外自噬从而抑制地塞米松诱导的细胞凋亡。脂质在骨代谢中起着重要作用，ABCA1是胆固醇稳态的关键分子，京尼平苷可通过增加ABCA1表达来减少地塞米松诱导的胆固醇积累，促进细胞分化［25］。

4.2 红景天苷 红景天苷在景天科红景天属植物中广泛存在。XIE等［26］研究发现，红景天苷可增加骨形成标志物（OPN、Runx2、Osx）和转化生长因子β（TGF-β）蛋白表达，促进地塞米松处理的MC2T3-E3细胞中Smad3/1的磷酸化，通过TGF-β/Smad2/3信号通路减轻地塞米松诱导的骨形成抑制。

4.3 松果菊苷 松果菊苷可从中药肉苁蓉、地黄、玄参等提取得到。地塞米松可通过激活糖皮质激素受体上调p53表达，诱导成骨细胞周期停滞和凋亡［27］。LI等［28］研究发现，10 mg/L松果菊苷可上调Bcl-2表达，下调p53、Bax表达，从而抑制地塞米松诱导的小鼠成骨细胞MC3T3-E1细胞凋亡。

5 多糖类治疗GIOP的机制及应用

多糖是一类天然大分子物质，分布于细胞外被、细胞质中，是构成生命的四大基本物质之一，具有抗肿瘤、抗凝血、抗氧化、降血糖、改善溃疡和调节血脂等多种生理功能。多糖类可通过介导PI3K/AKT/mTOR通路提高成骨细胞增殖分化能力、刺激骨形成、减少骨量丢失等起到缓解GIOP的药理作用。

5.1 黄芪多糖 黄芪多糖是黄芪中含量最多的活性成分。蒲翔等［29］以MC-3T3-E1成骨细胞为实验对象，发现黄芪多糖中高剂量组可显著改善地塞米松对MC-3T3-E1成骨细胞的增殖抑制作用，黄芪多糖各剂量组及维生素D可显著抑制MC3T3-E1成骨细胞中Bax、Caspase-3蛋白表达。孙文星等［30］发现，黄芪多糖处理后，GIOP大鼠成骨细胞p-AKT、p-mTOR表达升高，可作用于PI3K/AKT/mTOR信号通路，逆转地塞米松对成骨细胞增殖分化能力和ALP活性的抑制，增加骨密度。

5.2 牛膝多糖 牛膝多糖是中药牛膝的主要活性成分之一。研究表明，牛膝多糖可以抑制破骨细胞形成，减少破骨细胞分化，提高成骨细胞活性。ZHANG等［31］对牛膝多糖进一步纯化得到牛膝多糖3，后者可浓度依赖性改善地塞米松诱导的骨量丢失，通过刺激骨形成达到良好的治疗效果。

5.3 枸杞多糖 枸杞多糖来源于茄科枸杞属植物。研究发现，枸杞多糖可通过增加钙吸收和减少钙排泄以增加血清Ca含量及ALP活性［32］，但其具体作用机制尚待进一步探索。

5.4 海星多糖 海星多糖来源于海星纲海盘车科的多棘海盘车，被证实可增加GIOP小鼠进食量，改善脏器系数，促进肾小球恢复，增加血清钙磷比、ALP和骨密度［33］。

6 其他药物治疗GIOP的机制及应用

除上述5类化合物外，萜类、甾酮类、生物碱类、苯丙烯类、香豆素类和芪类等化合物也可通过多种途径发挥抗GIOP的作用。萜类、甾酮类可作用于AKT信号和线粒体凋亡途径。过量的GC诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）凋亡，生物碱类可作用于AMPK和mTOR通路促进自噬，保护BMSCs免于凋亡。过量的GC可上调NF-κB配体（RANKL）表达，并降低骨保护素（OPG）在基质细胞和成骨细胞中的表达［34］；苯丙烯类可作用于OPG/RANKL通路。香豆类和芪类可改善地塞米松诱导的PI3K/AKT和BMP/Smad信号抑制。

6.1 丹参酮 丹参酮是中药丹参的主要脂溶性活性成分之一，为萜类化合物。WANG等［35］建立了GIOP大鼠模型，发现丹参酮治疗组的BMD、BV/TV、BV和TV显著增高，可调节AKT1基因表达，提高成骨相关基因（OCN、Col-1、Runx2）表达水平，缓解GC诱导的骨质疏松症。

6.2 β-蜕皮甾酮 β-蜕皮甾酮属于甾酮类化合物，可从牛膝、露水草、漏芦等中药植物中提取得到。研究表明β-蜕皮甾酮能以剂量依赖性方式逆转地塞米松对成骨细胞分化、增殖的抑制，改善骨代谢［36］。魏元基等［37］研究发现，与造模组相比，β-蜕皮甾酮组可调高AKT1、CX43蛋白表达，降低Caspase-9蛋白表达，干预地塞米松诱导的骨细胞凋亡。

6.3 川芎嗪 川芎嗪是从中药川芎中提取的生物碱类化学成分。体外实验研究发现，川芎嗪可抑制地塞米松诱导的细胞毒性，作用于AMPK和mTOR通路促进自噬，保护BMSCs免于凋亡［38］。

6.4 肉桂醛 肉桂醛是樟科植物肉桂中的一种天然苯丙烯类含醛化合物，主要从桂皮油中提取得到。WU等［39］发现，对GIOP雄性大鼠给予肉桂醛和甲状旁腺激素后，小梁微结构明显改善，骨折风险降低，runx2和ALP表达升高，显著促进了成骨细胞的成熟和分化。

6.5 瑞香素 瑞香素是从长白瑞香、金边瑞香、黄瑞香等瑞香属植物中提取的简单香豆类单体成分。WANG等［40］发现，瑞香素可激活Wnt/GSK-3β［42］/β-catenin通路，促进GIOP大鼠骨转换标志物水平的恢复，并有助于改善GIOP大鼠肠道微生物群紊乱和促进肠道屏障功能恢复。瑞香素还可改善地塞米松诱导的PI3K/AKT和BMP/Smad信号抑制，促进成骨细胞特异转录因子表达，发挥对抗GIOP的作用。

6.6 木豆素 木豆素是从木豆叶中分离纯化得到的一种芪类化合物，其可促进体外BMSCs的成骨分化［41］，用木豆素处理的BMSCs中OPN、COLL-1 mRNA及蛋白表达上调，Runx2活性更高。梁正［42］以大鼠下肢肌肉注射地塞米松造模，发现木豆素可改善成骨细胞活力，保护成骨细胞的分化及矿化能力，减少细胞过度凋亡。

综上所述，中药单体可通过调控MAPK、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin、NF-κB、OPG/RANKL等信号通路功能，保护成骨细胞增殖分化能力，调整细胞内促/抗凋亡蛋白的表达，抑制糖皮质激素诱导的炎症因子释放，刺激细胞自噬功能，纠正骨稳态失衡，最终达到治疗GIOP的目的。尽管近年来中药单体防治GIOP的相关研究越来越多，但仍存在一些局限：①中药单体治疗GIOP的疗效和作用机制相关研究多以细胞、动物等为实验对象，尚无中药单体治疗GIOP的临床数据；②GIOP的发病机制涉及在使用糖皮质激素的初始阶段增加破骨细胞的功能，随后由于成骨细胞和骨细胞凋亡而导致骨形成减少，分阶段治疗GIOP的优势中药单体仍需进一步挖掘验证；③部分中药单体成分如枸杞多糖、海星多糖等对改善GIOP具有明显效果，但具体作用机制仍待进一步阐明；④作用于成骨细胞的研究较多，而对破骨细胞的具体作用机制则报道较少。基于目前的文献报道，中医药治疗GIOP的研究仍处于探索阶段，期待今后应用更多新方法、新技术进行深入研究，挖掘中药复杂的网络作用机制，加强基础实验研究与临床研究的结合，为中医药临床应用及新药开发提供更加坚实充分的科学依据。