姜黄素治疗骨质疏松的研究进展

黄智金 丰哲

【摘 要】 姜黄素在骨质疏松的防治中具有显著的作用，可通过抑制骨髓间充质干细胞的凋亡与成脂分化，促进骨髓间充质干细胞增殖与成骨分化，促进成骨细胞增殖与分化，增强成骨细胞活力，减少成骨细胞凋亡，降低破骨细胞活性，诱导破骨细胞凋亡，抑制破骨细胞的生成、分化与骨吸收，改善骨代谢与骨小梁微观结构，减少骨量的丢失，增加骨骼的强度。但目前有关姜黄素治疗骨质疏松基本处于实验室研究阶段，姜黄素投入抗骨质疏松的临床使用仍需进一步以及更多的基础实验研究证实。综述姜黄素治疗骨质疏松的相关机制与进展，以期为姜黄素治疗骨质疏松在基础医学研究、药物临床应用以及新药物的开发等提供参考。

【关键词】 骨质疏松；姜黄素；骨髓间充质干细胞；成骨细胞；破骨细胞；研究进展；综述

骨质疏松症（osteoporosis，OP）以骨密度降低、骨微结构破坏为特征，极易造成骨质脆性的增加、骨折风险的升高［1］。随着我国人口老龄化，罹患OP的人群将逐渐增加。据相关流行病学调查显示，我国50岁以上人群OP患病率高达19.2%，且低骨量人群相当庞大［2］。目前治疗OP的药物主要有促进骨形成剂与抑制骨吸收剂［3］，但大多有不良反应［4］。

姜黄素为中药姜黄的主要活性成分，低毒，有抗炎、抗氧化、抗肿瘤等功效［5］。姜黄素可促进骨形成，抑制骨吸收，可显著增加骨小梁的体积、数目以及厚度，降低骨小梁的分离度，减少组织中的破骨细胞，从而在OP的防治中有良好的效果［6］。

1 姜黄素对骨髓间充质干细胞（BMSC）的影响

随着年龄的增长，人体内的BMSC数量逐渐减少，由于成骨成脂分化失衡，导致OP发生［7-8］。多个研究证明，促进BMSC的成骨分化有利于防治OP［9-12］。AHMED等［13］研究发现，在培养皿中添加姜黄素有助于增强小鼠BMSC的成骨分化能力。陈思圆等［14］发现，过表达的成纤维细胞生长因子18（FGF18）可促进骨髓间充质干细胞的增殖，姜黄素通过对miR-122-5p/FGF18信号通路的调控，在促进BMSC增殖与成骨分化的同时，还有着抑制BMSC凋亡的作用。在炎症微环境中，姜黄素通过上调成骨相关基因骨唾液蛋白（BSP）、核心结合因子a1（Runx2）的表达，从而对大鼠BMSC的成骨分化起到促进作用［15］。碱性磷酸酶（ALP）、Runx2可促进BMSC的成骨细胞分化［16-19］。CHEN等［20］发现，姜黄素通过调控巨噬细胞极化，上调ALP、Runx2基因以及Runx2蛋白的表达，在增加ALP活性的同时，也促进了骨BMSC的成骨分化。黄鉴栎等［21］研究发现，大鼠BMSC在浓度不同的姜黄素溶液的培养基中均可持续增殖；当姜黄素浓度为4 μg·mL-1时，对大鼠骨BMSC增殖产生最为明显的促进作用，还增加了细胞的ALP活性；此外，姜黄素通过上调相关成骨基因骨形态发生蛋白-2（BMP-2）、骨桥蛋白（OPN）、Runx2的表达，并最终促进大鼠BMSC的增殖与成骨分化。张庆美等［22］研究发现，使用适当浓度的姜黄素培养猪骨BMSC时，对细胞增殖起到明显的促进作用；但过高的浓度则会明显抑制细胞增殖，且不同浓度的姜黄素均可明显抑制猪BMSC的成脂分化。

氧化应激可降低BMSC的成骨分化能力［23］。黄文秋［24］研究发现，适当浓度的姜黄素可通过调控哺乳动物的雷帕霉素靶（mTOR）通路，上调抗凋亡蛋白B淋巴细胞瘤-2基因（Bcl-2）的表达，下调促凋亡蛋白Bcl-2关联X蛋白表达，从而增加BMSC抗氧化应激的能力。但一项研究显示，使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸抑制活性氧的产生后，却降低了姜黄素促进成年大鼠BMSC成骨分化的能力［25］。

2 姜黄素对成骨细胞的影响

成骨细胞源自未分化的多能间质细胞，与骨的形成息息相关［26］。陈之光［27］研究发现，浓度为2 μmol·L-1姜黄素可对成骨细胞产生最为明显的抑制凋亡效果，浓度为1～2 μmol·L-1姜黄素可有效增强成骨细胞活力，还可有效减轻地塞米松对成骨细胞产生的毒害作用，并且对成骨细胞的分化、成熟起到促进作用。张鹰等［28］通过成酯化共价结合方法将透明质酸（HA）与姜黄素（CUR）制备成HA/CUR，再与磷酸钙骨水泥（CPC）混合制备而成HA/CUR-CPC复合材料，将HA/CUR-CPC复合材料与成骨细胞复合培养48 h后，细胞計数检测可见HA/CUR-CPC组的成骨细胞数量较CPC、HA-CPC组均显著增加；免疫荧光染色结果提示，成骨细胞在HA/CUR-CPC材料表面分泌的OPN蛋白明显优于其余对照组，OPN蛋白可精确地表达早期的成骨活性；ALP染色提示HA/CUR-CPC组ALP表达高于其他组，ALP与成骨细胞的分化成熟有关。这说明在HA-CPC复合材料中添加姜黄素后，可有效促进成骨细胞增殖与成骨分化的能力。曾照辉等［29］对成骨细胞使用不同浓度姜黄素处理3 d后发现，与未经姜黄素处理组比较，当成骨细胞经浓度为10，20 μmmol·L-1姜黄素处理后，成骨细胞活力明显提高；当成骨细胞经浓度为10，20 μmmol·L-1姜黄素处理后，可升高成骨细胞上清液中增殖细胞核抗原（PCNA）水平，而PCNA往往与成骨细胞增殖关系密切；当成骨细胞经浓度为5，10，20 μmmol·L-1姜黄素处理后，明显增加了细胞的ALP活性，以及上清液中Ⅰ型胶原蛋白水平。ALP往往提示着成骨细胞的分化，Ⅰ型胶原蛋白与成骨关系密切。

氧化应激可降低成骨细胞活性，促进成骨细胞凋亡［30］，姜黄素可减少因氧化应激引起的成骨细胞凋亡［31］。脂多糖可抑制成骨细胞的增殖、分化，并可诱导细胞凋亡，而经姜黄素对成骨细胞预处理后，成骨细胞线粒体功能得到有效的改善，成骨细胞凋亡数量明显减少［32］。

3 姜黄素对破骨细胞的影响

姜黄素对破骨细胞生成及分化起抑制作用［33-34］。在链脲佐菌素诱导产生糖尿病大鼠模型中，姜黄素通过抑制破骨细胞生成抑制骨吸收［35］。姜黄素通过抑制NF-κB信号通路抑制破骨细胞生成［36］；此外，姜黄素抑制NF-κB的活化是通过抑制核转录因子-κB受体活化因子配体（RANKL）介导的IκB激酶（IKK）激活实现的，从而对破骨细胞的形成与骨吸收起到抑制作用，并对破骨细胞的凋亡起到诱导作用［37］。李强［38］研究发现，与对照组比较，一定浓度姜黄素（5，10，20 μg·mL-1）组的破骨细胞数均显著减少，提高姜黄素浓度后检出的破骨细胞逐渐减少。模拟的微重力环境在提高细胞内活性氧水平同时，还促进破骨细胞的生成，提高破骨细胞活力；但姜黄素可在模拟的微重力环境中对破骨细胞的生成起明显的抑制作用，又可减弱破骨细胞的活性［39］。

提高活性氧簇（ROS）的水平可刺激破骨细胞分化与促进骨的吸收［26］。姜黃素通过降低小鼠骨髓细胞中的高半胱氨酸活性，提高谷胱甘肽过氧化物酶活性，抑制生成活性氧，从而对破骨细胞的分化起抑制作用［40］。姜黄素通过增加抗氧化活性，抑制RANKL信号通路，减少破骨细胞生成，从而减少去卵巢小鼠骨丢失［41］。MOON等［34］发现，3种强抗氧化剂（辅酶Q10、硒、姜黄素）在相同浓度条件下，姜黄素对破骨细胞分化的抑制最为显著。姜黄素通过激活Nrf2介导的抗氧化反应，清除RANKL诱导产生的细胞内ROS，并阻断ROS信号传导，从而抑制神经素缺陷导致的破骨细胞过度生成［42］。

4 姜黄素对骨骼系统的影响

雌激素水平减少与氧化应激均可导致OP［30，43］，姜黄素可减少卵巢去势大鼠的骨量丢失，增加其骨强度［44］。姜黄素通过对叉头框转录因子O3（FoxO3）/Wnt信号通路激活，从而减轻氧化应激介导的去卵巢大鼠OP［45］。在去卵巢OP大鼠中，姜黄素可改善骨骼的微结构，对下颌骨以及股骨的骨形成起到促进作用［46］。此外，姜黄素可通过对骨保护素/RANKL信号通路的调控，从而改善去势OP模型大鼠的骨代谢水平；在提高骨密度的同时，不仅改善骨小梁微结构，还对骨吸收起到抑制作用［47］。一项不同浓度的姜黄素对去卵巢大鼠骨骼影响的研究中，在治疗第4周与第8周时行第4腰椎显微CT扫描发现，与未经处理的对照组以及低剂量姜黄素处理组（10 mg·kg-1）相比，高剂量姜黄素处理组（50 mg·kg-1）的骨密度与皮质骨密度均明显增加，且机械强度显著增加只见于高剂量姜黄素处理组［48］。

相关实验室研究方面，一项姜黄素对OP大鼠种植体骨结合的实验显示，与模型组相比，姜黄素治疗组大鼠种植体周围骨界面的相对骨体积分数、平均骨小梁粗度、平均骨小梁数量、松质骨区骨量和脱位扭矩明显升高，而且姜黄素组的骨结合界面骨板更厚，骨小梁更密［49］。姜黄素可有效增加糖皮质激素性OP大鼠模型的骨密度值，可有效增加糖皮质激素性OP大鼠模型股骨的极限载荷与刚度，改善骨小梁的结构［27］。一项聚乙烯颗粒诱导的颅骨溶解的动物模型研究定量分析显示，每日1 μmmol·L-1的姜黄素治疗组与空白组在骨密度、骨小梁厚度方面差异无统计学意义（P ﹥ 0.05），这说明每日1 μmmol·L-1姜黄素可以减少聚乙烯颗粒诱导的颅骨溶解［50］。在右股骨中段骨折大鼠模型中，DR成像显示，与灌胃生理盐水组大鼠相比，灌胃姜黄素大鼠组的骨痂更早出现，骨折线更早消失，以及更多成骨细胞［51］。在经高脂所诱导产生的小鼠OP模型中，姜黄素可显著改善小鼠的骨微观结构与骨钙化，增加骨骼的强度［52］。但LI等［53］研究发现，姜黄素通过miR-126a-3p可抑制成骨，从而造成骨量丢失。

5 小结与展望

姜黄素可对BMSC、成骨细胞及破骨细胞进行干预，从而促进BMSC的成骨分化以及骨形成，促进成骨细胞增殖与分化，抑制破骨细胞的增殖与分化，从而提高骨骼的骨密度。改善骨骼中骨小梁的微小结构，在OP的防治中起到不可忽视的作用。然而，目前有关姜黄素治疗OP的研究基本处于实验室研究阶段，且姜黄素治疗OP的机制未能完全阐明。今后，在相关基因以及蛋白方面需行更加深入的研究，从而为其成为治疗OP药物的重要药物成分进入临床提供依据。

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收稿日期：2023-02-26；修回日期：2023-04-11