杜仲抗骨质疏松作用研究进展

谢高倩，高玉海，陈克明

中老年人骨质疏松症(OP)不仅极大降低患者的生活质量，还严重威胁其生命安全，给社会带来了巨大的负担[1]。因此寻找安全可靠的治疗方法尤为重要。中草药因不良反应小得到了国内外学者的重视及广大患者的肯定[2]。杜仲被认为是防治OP的经典用药，《本草纲目》记载其具有“治腰膝痛，补中益精气，坚筋骨，强志”的功效[3]。熊伟和赵亮[4]报道杜仲有预防维A酸引起大鼠OP的作用；邢威等[5]证实杜仲可预防由卵巢切除引起的大鼠OP；王潇潇等[6]发现，摄入杜仲提取物在增加运动量的同时，还能有效改善OP大鼠的骨代谢情况。随着相关研究的不断深入，杜仲对这一疾病的作用机制正在渐渐明晰，本文对此做一综述。

1 OP发病机制

OP是一种导致进行性骨质流失的全身性疾病[7]。在骨代谢活动中，破骨细胞不断吸收骨基质产生凹陷，而成骨细胞不断合成骨基质填平凹陷。当人体进入老年期、妇女绝经后或长期卧病在床时，骨形成和骨吸收间的平衡逐渐被打破，此时骨吸收水平高于骨重建水平，因此OP发病率极大升高。OP常由多种因素共同作用导致，研究表明机体老年化、雌激素水平降低、长期缺乏力学刺激、神经系统疾病、性腺功能减退和自身免疫性疾病等均可能引起OP[8-10]。归根到底，OP发病大多影响的是成骨细胞和破骨细胞增殖、分化及凋亡等。目前OP治疗药物是通过影响成骨细胞和破骨细胞等代谢或成骨的相关信号通路来实现的，杜仲也是如此[11]。

2 杜仲的化学成分

杜仲富含多种活性成分[12]，杜仲皮、杜仲叶及杜仲花的成分也各有不同[13]。研究表明，杜仲皮中主要存在木脂素类化合物，杜仲叶富含环烯醚萜类、酚类及黄酮类化合物，杜仲花主要成分为黄酮类化合物[14]。2015年版《中国药典》将杜仲皮中的木脂类物质松脂醇二葡萄糖苷作为杜仲药材的质量控制指标，规定其质量分数不可低于0.10%。杜仲皮一直被认为是传统的药用部位，代表成分有桃叶珊瑚素、京尼平苷和尼平苷酸，常被用于抗骨质疏松治疗的作用机制研究。

3 杜仲抗骨质疏松的细胞机制

众所周知，OP根本原因是骨代谢失衡即骨形成作用小于骨吸收作用。近年来，人们大多选择抑制骨吸收和促进骨形成的合成代谢药物来治疗OP[15]。实验证明，杜仲不仅具有抗骨吸收作用，还具有促进骨形成作用[16]。ZHANG等[17]发现，杜仲皮中的木脂素类物质能通过增加骨保护素(OPG)和降低核因子κB受体活化因子配体(RANKL)的表达来抑制破骨细胞形成。ZHAO等[18]报道，杜仲提取物能改变小鼠肠道微生物菌群组成，提高短链脂肪酸产量，从而抑制破骨细胞的生成。CHENG等[19]提出，杜仲提取物可抑制TRAP、CTSK及H+ATPase的表达，进而抑制RAW264.7细胞的破骨性分化，降低骨吸收活性。

骨基质的合成与矿化均离不开成骨细胞，成骨细胞也是骨形成活动的主要功能细胞。有研究表明，杜仲和补骨脂能促进成骨细胞增殖，且杜仲40%乙醇提取组分能明显上调OPG与RANKL比值,并促进MC3T3-E1成骨细胞增殖[20-21]。LIN等[22]报道，杜仲提取物是一种有效的抗氧化剂，可通过抑制过氧化氢诱导大鼠MC3T3-E1成骨细胞凋亡来促进MC3T3-E1的生长。程林[23]证实摄取杜仲提取物可显著提升去卵巢大鼠骨密度及血清雌激素水平,并促进其骨代谢平衡,提示杜仲具有骨保护作用。

骨髓间充质干细胞有多种“命运”。在人青壮年时期，骨髓间充质干细胞大多向成骨细胞分化，但当进入老年期后，向脂肪细胞分化的概率更大，此时成骨细胞数量相对减少，OP发生率相对升高。TAN等[24]发现从杜仲皮中分离的生物活性化合物5-羟甲基-2-呋喃甲醛是一种强大的脂肪生成抑制剂和骨生成促进剂，其在正常培养基中诱导骨髓间充质干细胞14和21 d后，矿化结节形成增多；在成脂诱导培养基中不仅明显抑制了脂肪细胞的形成，而且诱导21 d后刺激了矿化结节的形成。林奇生等[25]发现，杜仲醇提取物可通过提升RhoA/ROCK信号通路中ROCK1、RhoA mRNA表达量来促进骨髓间充质干细胞增殖。QI等[26]进一步发现，杜仲皮提取物可通过调节血清OPG和RANKL水平增强骨髓间充质干细胞的成骨性分化。

4 杜仲抗骨质疏松的信号传导机制

无论是骨吸收作用还是骨形成作用，均需影响一系列信号通路。那杜仲调节骨形成和骨吸收的信号传导机制有哪些呢？如调节破骨细胞的OPG/RANKL/RANK信号通路、促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的Wnt/β-catenin信号通路及促进骨形成、诱导成骨细胞分化的BMP/Smad信号通路等。结合相关文献，杜仲发挥抗骨质疏松作用的信号通路有如下几种。

4.1促进骨形成的信号通路

4.1.1Wnt/β-catenin信号通路：许多学者发现Wnt/β-catenin信号通路能促进成骨细胞增殖分化并提高其功能与活性[27-29]，在骨重建活动中起十分重要的作用。当Wnt信号不表达或无法与Fz受体结合时，APC、axin和GSK3β组成的复合体，将β-catenin蛋白磷酸化并使其降解，下游基因则无法表达。当Wnt信号表达时，Wnt信号配体同Fz受体结合会活化Dv1，在Dv1作用下，抑制复合体形成，此时β-catenin不会被降解并稳定积累在胞质中，随后转移至细胞核内，转录因子TCF/LEF被激活，下游基因开始转录。汤军[30]研究表明，在杜仲醇提取物诱导下，能促进大鼠骨髓间充质干细胞的成骨性分化，此时β-catenin表达量显著提高。张贤等[31]研究同样显示，在杜仲处理大鼠骨髓间充质干细胞3 d后，其β-catenin表达量提高了2倍。这些研究均提示，杜仲可激活Wnt/β-catenin信号通路并促进骨形成。

4.1.2BMP/Smad信号通路：BMP/Smad是骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的信号通路之一[32]。骨形态发生蛋白(BMPs)属于转化生长因子-β超家族成员，其中BMP-2是参与骨形成活动的重要信号分子[33-34]。BMP-2与Ⅱ型BMP受体结合后使Ⅰ型BMP受体磷酸化，随后Smad1/5/8也被磷酸化，磷酸化的Smad1/5/8与Smad4形成复合物后转移至细胞核内，启动Runx2和Osterix等成骨相关基因的转录。段雨劼等[35]动物研究显示，杜仲可有效提高去势大鼠BMP-2表达，并能实现对去势大鼠的骨保护作用。潘亚磊[36]体外实验也表明，杜仲能刺激大鼠成骨细胞MC3T3-E BMP-2的表达 。赵亮等[37]报道，高剂量盐炙杜仲可提高BMP-2的表达与活性，随后通过BMP/Smad信号通路诱导成骨细胞分化并刺激骨形成。KIM等[38]还发现杜仲能上调生长板中BMP-2表达，刺激软骨细胞增殖和分化，从而提高纵骨生长速率。

4.1.3MAPK信号通路：MAPK信号通路在OP的发病中起着重要的调节作用，主要包括ERK、JNK和P38信号通路[39]。ERK信号通路能抑制破骨细胞骨吸收，JNK和P38信号通路均有刺激成骨细胞分化和促骨形成作用[40]。研究表明，杜仲提取物京尼平苷和桃叶珊瑚苷均能激活ERK和P38信号通路进而启动BMP-2信号通路发挥作用，诱导成骨细胞MC3T3-E1增殖分化并刺激骨形成[41-42]。张立超等[43]发现，在杜仲提取物作用下，可提高成骨细胞增殖率且其增殖与药物浓度呈正相关，当药物浓度为0～60 mg/ml时成骨细胞增殖率最高。陈林攀等[44]研究显示，杜仲叶提取物槲皮素不仅能刺激ERK磷酸化，还能刺激骨髓间充质干细胞不断增殖。

4.2抑制骨吸收的信号通路

4.2.1OPG/RANKL/RANK信号通路：近年许多研究表明，RANKL由成骨细胞等细胞分泌，RANK由破骨前体细胞分泌，二者结合后破骨前体细胞增殖分化为成熟破骨细胞的速度加快，同时骨吸收作用增强[45-47]。但骨髓间充质干细胞等分泌的OPG能竞争性与RANKL结合抑制骨吸收，也可加快破骨细胞凋亡。所以，RANKL和OPG均能调节破骨细胞活性进而调节骨吸收活性。故OPG/RANK能代表骨吸收程度，其比值升高表示骨吸收能力减弱，其比值降低表示骨吸收能力增强。ZHANG等[17]研究表明，杜仲皮提取物总木脂素可提高原代成骨细胞OPG/RANK表达，并可能通过调控成骨细胞OPG/RANK系统来抑制破骨作用，从而防止卵巢切除术大鼠引起的骨量减少和骨小梁微结构恶化，且不会对子宫造成任何影响，同时保持了骨结构的完整性和生物力学水平。QI等[26]发现，在醋酸铅诱导骨丢失的啮齿动物模型中，杜仲提取物能通过提高血清OPG及OPG/RANKL比值来抑制铅暴露大鼠的骨吸收作用。胡倩影等[48]报道显示，杜仲提取物松脂素二葡萄糖苷可通过刺激OPG分泌和抑制RANKL表达来实现抑制骨吸收作用。

4.2.2雌激素信号途径：雌激素具有广泛而重要的生理作用，已有研究表明，随着绝经后患者年龄的增长OP发生率也逐渐升高,且还随着雌二醇水平的降低而升高[49]。雌激素与破骨细胞、成骨细胞还有骨细胞等细胞表面的雌激素受体特异性结合，可促进破骨细胞凋亡、降低骨吸收速度[50]。不少学者发现杜仲具有类雌激素作用。骆瑶等[51]实验发现，杜仲提取物可升高去卵巢OP大鼠体内雌二醇水平，抑制由雌二醇缺乏导致的骨质量下降，证实杜仲对去卵巢大鼠的骨保护作用。WANG等[52]体外实验也表明，杜仲提取物木脂素和环烯醚萜类化合物可选择性结合雌激素受体，木脂素通常被认为是一种植物雌激素，且黄酮化合物对雌激素受体β的亲和力要高于对雌激素受体α的亲和力，提示杜仲可能成为一种新的选择性雌激素受体调节剂来源。

5 总结与展望

随着我国人口老年化进程不断加快，OP防治已成为了一个社会性难题。西药见效快但不良反应多且价格较贵，故人们渐渐将目光转向强调整体防治且不良反应小的中药上来。以木脂素类、环烯醚萜类和黄酮类等为主要有效成分的杜仲，可以直接作用于破骨细胞和成骨细胞来影响骨基质的吸收与形成，也能有效刺激骨髓间充质干细胞的成骨性分化，还能激活Wnt/β-catenin、BMP/Smad、MAPK、OPG/RANKL/RANK和雌激素等信号通路，从多方面来实现骨保护作用。近年相关临床研究也证实了杜仲抗骨质疏松治疗的有效性及安全性[53]。但在杜仲防治OP的药物研发上，仍存在研究不够深入等问题，如杜仲抗骨质疏松的具体活性成分不够明确、具体作用分子机制研究不够全面等，还需深入的进一步研究。