自噬主要相关因子在骨质疏松症中的作用及中医药干预研究

李鼎鹏 谢兴文 李建国* 李辉 丁聚贤 苏积亮 柳博

1. 西北民族大学附属医院，甘肃 兰州 730030 2. 甘肃省第二人民医院，甘肃 兰州 730030 3. 甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730030

骨质疏松症(osteoporosis, OP)是一种全身代谢性骨骼疾病，随着我国人口老龄化问题日渐突出，OP发病率显著增加。2018年OP流行病学调查表明[1]，65岁以上的老年人OP患病率为32.0 %，其中女性高达51.6 %。目前临床治疗主要以西药为主，但因副作用明显、价格较高等制约了其在临床的广泛使用。中药具有“简、便、廉、效”的独特优势，但其作用机制有待于进一步研究。自噬不仅参与骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells, BMSCs)、成骨细胞(osteoblast, OB)及破骨细胞(osteoclast, OC)的代谢过程，在调节骨稳态等方面亦扮演重要的角色。本文拟从中药调节自噬与OP的发生及其防治作用角度进行文献综述，旨在为中药防治OP的进一步研究及临床用药提供新的思路。

1 自噬及主要相关因子

自噬是真核生物细胞内物质代谢循环过程[2]，病理态的细胞自噬能够引起自我调节失衡，造成细胞死亡[3]。其发生与Beclin-1、PIK3、LC3及 Atg等多种蛋白质复合物及自噬基因相关[4]。自噬太过或不及均导致机体阴阳失衡状态而引起OP的发生。中医阴阳平和与机体脏腑协同机制与“成骨细胞-破骨细胞”平和及“RANKL-RANK-OPG”轴调节机制极为相似，均为OP发生的机制[5-6]。

2 自噬在OP发生中的作用

自噬作为真核细胞自我保护机制，在骨细胞分化、功能的介质，在维持骨代谢平衡中发挥着重要作用[7]。自噬调控功能异常与骨量流失及OP有关[8]。

2.1 骨髓间充质干细胞

BMSCs能够向OB分化，对防治OP具有重要的作用。有研究[9]指出，自噬通过Akt/m TOR信号轴调控人BMSCs的成骨分化。研究[10]表明抑制小鼠BMSCs中ATG5/Beclin-1自噬基因后其成骨分化能力降低。徐丽丽等[11]发现，OP患者机体BMSCs自噬水平及成骨分化能力低于正常细胞，同时LC3-II/I自噬蛋白表达明显降低，P62自噬蛋白表达明显增高。万永鲜[12]亦报道，老年OP患者BMSCs自噬及成骨分化能力较低，采用自噬激动剂提高自噬水平后BMSCs成骨活性显著增强。

2.2 成骨细胞

研究[13]表明，OB成骨分化及矿化过程中自噬表达水平增加。敲除OBATG7抑制自噬水平后，骨基质矿化能力降低[14]。蛋白FIP200作为启动自噬体形成的复合物，其缺失会导致骨形成减少。Fei等[15]报道称，靶向性敲除小鼠FIP200基因，造成p62表达水平降低、LC3-II转换不足等自噬缺陷，导致骨形成能力下降，引起OP的发生。通过上调自噬水平能够显著地促进OB(MC3T3-E1)的分化及矿化，骨形态发生蛋白-2(BMP-2)及成骨相关转录因子抗体(Osterix)表达显著增加，但该作用能够通过3-MA自噬抑制剂逆转。以上研究均表明激活自噬有助于促进OB成骨分化[16]。

2.3 破骨细胞

自噬因子作为OC功能重要的调节因子之一，在骨吸收功中发挥着重要作用。研究[17]表明抑制自噬或缺乏Atg5、Atg7、Atg4B、LC3等自噬相关因子能够导致OC功能障碍，降低OC骨吸收能力。有研究[18]表明，自噬蛋白P62在促进OC发生及功能中发挥着重要作用。抑制自噬基因Atg7后能够显著地降低OC的形成及抑制骨吸收[15]。此外有报道称[19]，特异性沉默OC中Beclin-1能够降低OC的分化及其骨吸收功能。

3 中药调控自噬防治OP

近年来，中药单体及复方通过调控自噬水平发挥防治OP症的研究日渐增多，逐渐成为中医药领域的研究热点，随着研究的不断深入，取得了一定的研究成果。见表1、表2。

3.1 中药单体调节自噬相关因子防治OP

3.1.1干预BMSCs防治OP：梁潇潇[20]通过体内外实验研究表明，淫羊藿苷通过促进自噬相关标记蛋白LC3表达水平及降低自噬相关标记蛋白P62表达水平来增强自噬水平来促进BMSCs的增值及成骨分化。同样蛇床子素[21]、欧前胡素[22]等药物以能够通过增加细胞自噬水平来促进BMSCs成骨分化来发挥抗OP作用。

3.1.2干预OB防治OP：白藜芦醇能够通过促进自噬增加OB(MC3T3-E1)成骨分化能力[23]。同时，淫羊藿苷能够上调ULK1、FIP200、ATG13自噬基因及蛋白的表达水平提高自噬，促进OB的增值、分化并抑制其凋亡而促进成骨，增加实验大鼠骨密度(BMD)水平，增加骨小梁数量及相对骨体积、缩小骨小梁间距，显著改善骨微观结构[24]。杨冰璇等[25]研究表明，淫羊藿苷通过促进Beclin1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达，降低p62表达水平来增强细胞自噬促进OB(MC3T3-E1)成骨分化。葛根素亦通过下调miR-204促进OB的增殖和分化，增加LC3B表达水平[26]。牛膝甾酮[27]同样通过自噬发挥促OB成骨的作用。

3.1.3干预OC防治OP：人参皂苷Rb2能够显著地降低TRAP、CTX-1及mTOR 蛋白表达水平，增加AMPK、NF-κB、pAMPK 蛋白表水平，促进 LC3II/LC3I 比值升高，得出人参皂苷Rb2通过抑制 NF-κB 通路及调节 mTOR 介导的自噬信号通路来抑制OC增值、分化及功能，发挥抗OP症的作用[28]。山萘酚[29]、异甘草素[30]等亦能够通过自噬发挥抑制OC骨吸收功能。

表1 中药成分调节自噬靶点及作用细胞

3.2 中药复方调节自噬相关因子防治OP

3.2.1干预OB防治OP：王玥等[31]的研究表明，抗疏健骨颗粒能够通过改善OB功能发挥治疗OP的作用，且疏健骨颗粒能够上调LC3、Beclin1蛋白表达及降低P62蛋白表达，恢复细胞自噬而升高OP大鼠骨组织中GPR48及ATF4等骨代谢指标水平，降低血清中ALP、BGP、TRACP骨代谢指标水平而促进骨形成。动物实验及网络药理学分析研究发现[32]，二仙汤通过Akt/mTOR通路提高OB自噬水平，抑制OB的凋亡、提高OB的抗氧化能力，发挥抗OP的作用。而补肾健脾活血方能够促进OB(MC-3T3-E1)增殖及成骨活性，当沉默OB细胞中Beclin-1表达时成骨活性作用则发生逆转[33]。

3.2.2干预OC防治OP：田涛等[34]的研究表明，二至丸能够降低OC自噬相关基因mTOR、ATG5、Beclin、p62的表达，抑制OC分化而维持骨稳太平衡，发挥抗OP的作用。谭登等[35]报道称，补肾通络方能够抑制ATG5、ATG7、p62等破骨分化基因，通过降低自噬水平来抑制OC骨吸收，增加斑马鱼OP模型椎骨面积。而抗疏强骨合剂能够通过降低血清β-CTX的表达水平[36]，上调LC3、Beclin1蛋白表达及降低P62蛋白表达发挥治疗OP的作用[37]。

表2 中药复方调节自噬靶点及作用细胞Table 2 The target of autophagy regulation by TCM compound and the cells acting on it

4 结语

中药通过调控BMSCs、OB及OC细胞自噬治疗OP具有广阔的研究前景，但仍处于探索初期。同时，中药调控自噬水平机制复杂，目前还需进一步强化相关研究。未来将继续坚持在中医辨证论治原则下利用现代分子生物学、网络药理学及蛋白组学等相关技术，开展自噬特异性靶点蛋白防治OP的相关研究，充分发挥中药多靶点、多通路的优势，尽可能挖掘出疗效确切的治疗药物。