中医药调控BMSCs成骨分化防治骨质疏松症的研究进展

曹天媛 倪志明 刘新宇 武豪 盛淳汇 胡卓仪 张亚峰,2*

1.南京中医药大学,江苏 南京 210023 2.南京中医药大学无锡附属医院,江苏 无锡 214071

骨质疏松症(osteoporosis,OP)是骨代谢异常导致机体骨密度(BMD)降低、微结构恶化、骨脆性增加,使机体易于骨折的同时又易并发其他疾病,易发于绝经后的妇女和老年男性[1-3]。流行病学研究表明,在OP上我国40岁以上人群患病率达25.6%,65岁以上人群达32.0%[4]。随着人口老龄化的问题日益严重,显然,OP已经严重威胁我国中老年人的健康[5]。因OP而导致的骨折已成为中老年人群残疾和死亡的重要原因[6]。但是目前OP的临床治疗效果不尽如人意,随着对BMSCs成骨分化的不断研究,许多学者逐渐认识到BMSCs成骨分化在OP发生发展中发挥着重要作用。既往荟萃分析结果显示,BMSCs可促进骨细胞成熟、骨化,恢复骨质疏松性骨折的骨力学性能[7]。因此促进BMSCs的成骨分化治疗OP具有良好前景。近年来,由于生物活性成分多样、不良反应较小、价格便宜,中药引起了人们的极大兴趣,并取得了良好的临床疗效[8-9]。而且中药治疗OP可根据患者情况对症施治,中药方剂的组成还可以有效减轻其耐药性,故中药治疗OP有着显著优势[10]。中药及其复方对于调控BMSCs成骨分化的机制尚未可知,还需不断的研究完善,故对此进行综述。

1 中医理论与BMSCs的关系

中医理论将OP归属为“骨痿”“骨痹”等,《医经精义》载:“髓者,肾精所生,精足则髓足,髓在骨内,髓足则骨强”。说明肾中精气亏损则骨髓生化功能减弱,从而骨骼失养,导致骨质疏松[11-12]。在细胞层面上,BMSCs来自于受精卵,受精卵作为全能干细胞,有着分化为所有种类细胞的能力,使得不断分化最终形成胎儿,此为先天之精形成的整体过程,故BMSCs归属于“肾精”的范畴[12-13]。并且肾精具有推动骨骼生长发育的功能,而BMSCs可以分化为成骨细胞,其推动骨组织结构形成的作用与肾精功能类似,可见BMSCs与肾精来源及功能类似,故从细胞角度可以将BMSCs作为肾精的体现[14-15]。

2 中药调控BMSCs成骨分化

在中医药研究的不断深入下,大量实验结果表明,中药可以有效调控BMSCs成骨分化从而达到防治OP的目的。

2.1 淫羊藿

淫羊藿具有补肾助阳、强筋壮骨的作用,其主要活性成分是淫羊藿苷(ICA)[16-18]。Gao等[19]发现ICA通过激活Wnt/β-catenin通路抑制硬化蛋白的作用,从而促进BMSCs的成骨分化。蔡叶等[20]的研究表明淫羊藿可能通过调节相关信号通路Foxo3a/β-catenin表达,从而上调衰老BMSCs中ALP水平,降低P53的表达水平,从而改善其成骨分化能力。李智奎等[21]发现在10 ng/mL浓度下淫羊藿苷可以通过激活Wnt/β-catenin信号通路从而抑制BMSCs成脂分化,促进成骨分化,同时显著下调成脂特异性基因PPARγ、Adipsin和FABP4的表达,而在40 ng/mL浓度下淫羊藿苷具有相反的作用。

2.2 骨碎补

骨碎补是伤科要药,可以活血止痛,补肾强骨[22]。李琰等[23]发现对去卵巢大鼠灌服骨碎补水煎液可能通过激活Wnt/β-catenin信号通路,从而抑制PPARγ、LPL mRNA的表达,进而抑制其BMSCs成脂分化。史岩等[24]通过动物实验发现骨碎补可能通过上调Wnt/β-catenin信号通路相关因子表达,从而显著提高BMSCs中的β-catenin和Runx2 mRNA表达水平,进而促进BMSCs的成骨分化,并且实验暂未发现骨碎补之间影响其成脂分化。Wang等[25]发现骨碎补中含有的柚皮苷可以通过激活ERK信号通路,增加Runx2、OSX和COL-1因子的表达水平,进而促进BMSCs 成骨分化。

2.3 黄芪

黄芪有着补益肾气的功效,Pu等[26]发现黄芪可通过调节VD-FGF 23-Klotho通路抑制BMSCs老化,提高其成骨能力,并且能恢复VDR基因沉默引起的BMSCs功能下降,对BMSCs具有保护作用。Wu等[27]发现黄芪中成分黄芪皂苷IV通过上调Runx2、OPN、BMP2、OCN的蛋白表达从而促进BMSCs的成骨分化。李倩等[28]发现黄芪可能通过调节CYP24A1、CYP27B1 mRNA及相关蛋白表达,从而促进衰老BMSCs向成骨细胞分化。

2.4 其他中药

Fan等[29-31]的研究中从姜黄中提取出的姜黄素具有抗氧化、调节骨代谢和降血糖等作用,其研究结果显示姜黄素可以通过恢复高血糖状态下BMSCs的骨生成和血管生成偶联,部分通过抑制高血糖激活的NF-kB信号通路,改善糖尿病性骨质疏松症。Kong等[32]实验验证女贞子通过其内多种有效活性成分作用于AKT1,通过激活PI3K/AKT信号通路促进BMSCs成骨分化。

研究描述紫草素是从紫草中提取的有效成分[33],具有明显的抗炎、抗真菌和抗肿瘤作用[34],体外实验结果显示紫草素可通过Wnt/β-catenin信号通路促进BMSCs向成骨细胞分化,呈剂量和时间依赖性,并通过下调RANKL和上调OPG表达抑制BMSCs向破骨细胞分化。Wang等[35]发现鹿茸多肽是鹿角的主要提取物,可以提高BMSCs碱性磷酸酶活性,增强BMP7蛋白表达,证明了鹿茸多肽可促进BMSCs的增殖和成骨分化。

蛇床子素是从中草药蛇床子和当归中提取,具有类似雌激素样作用[36]。Jin等[37]的研究显示其可显著提高BMSCs中OPG的基因表达和蛋白表达水平,呈剂量依赖性,表明蛇床子素通过刺激Wnt3a/β-catenin-OPG信号的激活来抑制破骨细胞形成和骨吸收。

木犀草素是一种天然类黄酮,以糖苷的形式存在于各种药材中,如金银花和紫苏等[38]。Liang等[39]通过动物实验发现木犀草素通过上调BMSCs I型胶原、骨桥蛋白和RUNX 2蛋白表达,促进BMSCs成骨分化。其体外细胞实验表明木犀草素通过增加p-PI3K/PI3K和p-Akt/Akt的表达比例,进而增强PI3K/Akt信号通路的活性,促进成骨分化。

小檗碱(BBR)是黄连的主要抑菌活性成分[40],赵利华等[41]通过细胞实验发现其可能通过上调miR-328-3p表达从而促进BMSCs增殖和成骨分化。

相关研究表明梓醇和秦皮乙素可能通过激活Wnt/β-catenin通路从而促进BMSCs成骨分化[42-43]。而木通皂苷D可能通过激活BMP/Smad信号通路,从而促进糖皮质激素环境下小鼠BMSCs成骨分化[44]。韩宇等[45]发现补骨脂素是补骨脂中有效成分,其可以通过调控Hedgehog信号通路上调Shh、Gli1 mRNA及蛋白表达,下调Ptch1 mRNA及蛋白表达,进而促进大鼠BMSCs分化为成骨细胞。

综上所述,目前对于中药单体基于调控BMSCs成骨分化作用于OP的探讨,可能是通过激活Hedgehog、Wnt/β-catenin、NF-kB、PI3K/Akt等信号通路从而调节相关蛋白和基因的表达水平,进而促进BMSCs增殖及成骨分化。

3 中药复方调控BMSCs成骨分化

对于OP这类复杂的慢性疾病而言,单一中药的经常性使用可能会导致临床疗效下降以及耐药性。而中药复方由于其多组分和多靶点的特点,治疗这类复杂疾病及其症状有着良好的疗效[46]。

3.1 左、右归丸

左、右归丸是经典的补肾药物。研究显示左归丸通过抑制Wnt/β-catenin信号转导来减缓BMSCs的衰老[47]。刘飞祥等[48]的研究显示左归丸通过调节Runx2蛋白表达,激活ALP和OPN的表达,从而促进BMSCs的增殖和向成骨细胞方向分化。周芳馨等[49]的研究发现右归丸可以上调BMSCs中的TGF-β、BMP-7、BGP蛋白表达水平,从而促进大鼠BMSCs的成骨分化。高举会等[50]的研究显示Hedgehog信号通路的Shh、Ptc、Gli1的变化可能引起骨质疏松症,而右归丸可以诱导BMSCs内Shh、Ptc、Gli1蛋白的表达,从而促进BMSCs的成骨分化。张玉卓等[51]的研究结果显示左归丸与右归丸均可通过上调BMP2和Runx2的蛋白表达促进BMSCs成骨分化。

3.2 其他复方

还有许多中药复方,Luo等[52]发现加味阳和汤可通过激活BMP-SMAD信号通路促进BMSCs向成骨细胞分化,抑制其成脂分化。

许日明等[53]的实验中证实运用温肾固疏方治疗可上调SRC-3、PGC-1a、Bcl-2水平,从而促进BMSCs向成骨细胞分化。余丽娟等[54]发现补肾活血汤可能通过上调Runx-2、OCN、OPN的表达,从而增加 BMSCs 的矿化率,促进BMSCs向成骨细胞分化。周湘琳等[55]的体外培养实验发现经验方补肾健骨方含药血清均能够促进ROBs和BMSCs的成骨增殖、分化,猜测可能与此方剂在促进成骨细胞增殖的同时还能促进破骨细胞的凋亡有关。陈锦成等[56]发现龟鹿二仙胶含药血清可能通过调节细胞外信号调节激酶1/2/E26转录因子1信号通路因子介导BMSCs成骨分化以达到防治OP的目的。俞云飞等[57]的研究中经验方刘氏正骨方2号,有着增强BMSCs细胞活性、促进成骨分化的作用。刘勇等[58]发现益肾健骨颗粒可以通过调节OPG/RANK/RANKL信号通路,促进BMSCs成骨分化。吴忠书等[59]发现活血通络胶囊可以有效BMSCs的增殖和成骨分化有着促进作用,其机制与ERα和Wnt/β-catenin信号通路的激活有关。吴琪等[60]的研究显示二仙汤能显著提升大鼠BMSCs的碱性磷酸酶活力和矿化钙结节形成能力,表明了其促进BMSCs的成骨分化的作用。而其后续的研究也说明了二仙汤可以促进大鼠BMSCs成骨分化,抑制大鼠BMSCs成脂分化,可能与其上调BMP-2与OPG的表达,下调PPARγ与C/EBPα蛋白表达有关[61]。周广文等[62]发现补肾化痰方含药血清能够抑制衰老BMSCs炎症因子IL-6、IL-10、IL-1α、IL-1β、TNF-α等的释放,改善BMSCs衰老,促进BMSCs增殖及成骨分化。张楚天等[63]通过动物实验发现健骨颗粒通过下调miR-141的表达,从而上调Dlx5的表达,下调Msx2对Runx2的抑制作用,上调Runx2表达,进而促进BMSCs成骨分化。

上述文献中对于中药复方调控BMSCs成骨分化的研究,主要是通过激活相关信号通路或调控相关蛋白、mRNA等或抑制炎性因子的释放,进而调控其成骨分化这一方面进行探讨,可以为后续相关研究提供参考。

4 总结

本文主要论述了中药单体及其复方通过调控BMSCs的成骨分化,从而维持骨形成和骨吸收的动态平衡,进而达到防治OP的效果。其调控BMSCs骨向分化的机理主要是通过激活相关通路(Hedgehog、Wnt/β-catenin、NF-kB、PI3K/Akt、BMP-SMAD等)或调节相关蛋白、基因(PPARγ与C/EBPα蛋白、miR-141等)的表达或抑制炎症因子(IL-6、IL-10、IL-1α、IL-1β、TNF-α)的释放等从而调控BMSCs的成骨分化以达到防治OP的作用。总体而言,随着中医药调控BMSCs成骨分化的相关研究的层层递进,下一步可以BMSCs骨向分化为基点,找寻更多的中药及其复方,扩大中医药防治OP的独特优势,开拓中医药的发展。

但是在相关研究与临床应用还是存在着一些问题,首先,在中药复方的使用中中医辩证论治的特色在动物实验中没有得到很好的体现;其次,大多数实验研究只是对其过程与结果有一个初步的认识,而对于其中的作用机制仍不太明了;而且,在研究机制的实验中,大多数只是集中于研究其中某一特异性,而忽视了其整体性。这些相关机制研究还需广大学者进一步的深入探索。