淫羊藿苷防治绝经后骨质疏松的研究进展

杨 悦,张丽娟,王玉超

(1. 山东中医药大学第一临床医学院,山东 济南 250014;2. 山东中医药大学,山东 济南 250014;3. 山东中医药大学附属医院,山东 济南 250014)

绝经后骨质疏松症(PMOP)是一种全身性骨质疾病,是由于绝经后女性体内的雌激素水平急剧降低,造成其骨量低下、骨微结构破坏、骨脆性增加,从而引起骨折的一种原发性骨质疏松。现如今,人口老龄化的问题在全球范围内日渐严重,受骨质疏松影响的人数也在不断增加。根据2018年全国骨质疏松症的流行病学研究发现,65岁及以上老年人的骨质疏松率为32.0%。,其中老年女性患病率可高达51.6%[1]。PMOP导致的骨折及骨骼畸形等骨问题会导致患者疼痛反复发作,甚至可导致患者长期卧床,从而影响患者的生活质量甚至寿命长短,同时也会增加患者及其家庭的经济负担等,故PMOP已成为亟待预防及治疗的重要问题。现阶段防治PMOP除了补充钙剂和维生素D外,多采用雌激素替代疗法(ERT),但ERT治疗PMOP可增加患者血栓、子宫内膜癌等风险,需要定期体检及监测,且目前雌激素用药剂量与不良反应的关系尚未明确,需进一步研究[2]。因此,随着人口老龄化问题的加剧,为了保证老年女性的高质量且有尊严的生活,开发安全、有效的新型药物迫在眉睫。中医古籍中并无“绝经后骨质疏松”这一病名,可根据其临床特征将其归属于“骨痿”“骨枯”等范畴,“骨痿”病名最早见于《素问·痿论》:“骨枯而髓减,发为骨痿。”绝经后女性多肾精亏损,骨髓化源不足,可致筋骨不坚,故而发为本病,治疗上以补肾为主。淫羊藿作为一种传统的补肾壮阳中药,其含有的活性成分--淫羊藿苷(Icariin,ICA)在PMOP治疗中已得到广泛认识,现就ICA治疗PMOP的研究进展做以下综述,为ICA应用于临床治疗PMOP提供参考。

1 淫羊藿与淫羊藿苷

淫羊藿产地主要在陕西、辽宁、山西等省份,是一种传统的补肾壮阳中药,其药用价值首载于《神农本草经》。淫羊藿性味为辛甘温,归肝肾二经,为补命门、益精气、强筋骨之要药。目前临床主要在男子阳痿、早泄及不孕不育等症进行广泛治疗和应用[3]。现代中药药理学研究发现,淫羊藿中包含的黄酮、多糖类、木脂素、生物碱等化学成分,在提高免疫力、抑制肿瘤、控制高血压、保护心脏功能、抑制神经衰弱等方面作用显著[4]。ICA为8-异戊烯基黄酮苷类化合物,是从中草药淫羊藿的茎叶中提取的有效活性物质[5]。ICA常温下呈现淡黄色针状结晶粉末,易溶于醇类和脂类,不溶于水。分子式为C33H40O15,分子量为676.66。现阶段研究已发现,ICA在神经保护、心血管疾病、抗骨质疏松、抗炎症作用、改善生殖系统、抗氧化应激、抗抑郁、抗肿瘤等方面均有一定成效[6]。近年来研究发现,淫羊藿中含有的ICA、朝藿定等黄酮类活性物质中,ICA对于抗骨质疏松的效果更优于其他黄酮类化合物,可广泛应用于PMOP的防治。

2 淫羊藿苷防治PMOP实验研究

淫羊藿苷可以诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化。骨髓间充质干细胞(BMSC)是一类起源于中胚层的成体干细胞,可分化为骨骼、软骨、脂肪、骨髓造血组织等多种间质组织,具有多向分化潜能。PMOP常采用激素替代疗法,有研究发现,17β-雌二醇可调控多种骨代谢因子,可促进大鼠BMSCs成骨向分化[7];杨燕兵等[8]进一步研究了17β-雌二醇和ICA对于大鼠BMSCs的作用,发现ICA也可促进大鼠BMSCs向骨细胞方向分化,并且二者联合用药成协同作用。Luo等[9]研究发现,ICA可能是通过雌激素途径来改善和恢复卵巢切除大鼠BMSCs的成骨分化和矿化。高巳东等[10]通过设置ICA与雌激素(E2)对SD大鼠BMSCs向成骨分化及对内环境雌激素水平影响的对照实验发现,ICA比E2毒性更小、反应更快,且ICA可双向调节内环境雌激素含量,提高雌激素受体(ERα)核内表达,增加碱性磷酸酶ALP含量,维持正常雌激素水平,以规避ERT不良反应,从而治疗雌激素缺乏为主的PMOP。Zhang等[11]和Li等[12]研究结果表明ICA对于BMSC的影响可能是通过ER上调Runt相关转录因子2(Runx2)、骨形态发生蛋白2(Bmp2)和胶原蛋白1(Col1)基因的表达而发挥作用,这些作用被雌激素阻断剂ICI 182780阻断,提示ICA可能通过ER介导的途径刺激成骨细胞(OB)分化和矿化,调控破骨细胞(OC)分化,增加OB向成熟OB分化的数量。

据报道,目前多项研究早已表明Wnt/β连环蛋白(β-catenin)信号通路可调控骨相关的信号传递,对骨形成和重建均有重要的作用[13]。β-catenin可以诱导BMSCs向OB分化,并且促进OB的分化和成熟,进而促进骨形成过程[14]。Fu等[15]研究发现低剂量ICA对于促进BMSC增殖更为有效,且这一过程是通过诱导Wnt/β-catenin信号通路进行的。Xu等[16]研究认为ICA是通过miR-23a介导来激活Wnt/β-catenin信号通路,促进hBMSCs成骨分化,同时抑制其成脂分化。另外李志奎等[17]、Huang等[18]和黄俊明[19]认为,BMSC需要在特定条件下才可以向骨细胞或者脂肪细胞转化,且促进其成骨分化的因素对其成脂分化有抑制作用,反之则相反,且此过程是由Wnt/β-catenin信号途径进行的,并且发现10 ng/mL较低浓度的ICA可显著增加碱性磷酸酶ALP、Runx2和骨桥蛋白(OPN)的表达,这提示ICA能诱导BMSCs成骨向分化,并能抑制其成脂分化能力,而40 ng/mL较高浓度的ICA却出现了恰恰相反的分化方向,但其具体机制还需进一步研究。

除此之外,Zhang等[20]认为,ICA可提高大鼠BMSCs活性,从而提高ALP活性和BMP-2/Smad5/Runx2通路蛋白的表达。吴曦等[21]亦研究认为,ICA可有效促进hBMSCs定向分化为OB,是一种很好的骨诱导活性因子。另外也有学者研究发现,ICA可通过增加自噬活性来增强BMSCs的成骨分化及矿化,从而可阻止去势小鼠引起的骨丢失[20-23]。而Huang等[24]研究发现,生物钟基因BMAL1是成骨分化过程中基质矿化的重要中介,且认为BMAL1 - BMP2信号通路在成骨分化过程中起到了重要作用。孙海涛[25]从绝经后骨质疏松患者体内取出BMSCs,并通过动物和细胞模型验证lncRNATIM3/miR-214-5p/samd4轴在PMOP的发生中发挥了重要作用,而ICA可以通过此轴促进成骨分化,改善PMOP患者骨微结构。Wu等[26]通过构建淫羊藿苷负载的磷酸钙骨水泥(CPC)支架,将其植入大鼠体内,发现ICA可上调BMSC成骨和血管生成基因的表达,同时抑制OC的形成,并且认为CPC可作为ICA传递系统全身给药来抗骨质疏松,从而促进骨生成和血管生成,进而促进骨缺损的修复。ICA可以促进OB增殖。OB能合成分泌骨基质,产生Ⅰ型胶原,并吸收、转移钙离子,其增殖和分化是骨形成、再建的关键,OB异常凋亡可导致成骨与破骨过程失衡,无法维持正常骨量[27]。杨冰璇等[28]研究发现,ICA通过增强自噬促进小鼠前成骨细胞MC3T3-E1细胞成骨分化,浓度为10 μmol/L时效果最明显,并且认为这一过程可能是通过抑制NF-κB信号通路而完成的。姜涛等[29]研究表明ICA能促进OB增殖及分化,同时抑制OB的凋亡,且通过提高自噬,ICA可以明显改善去势大鼠骨显微结构,以10-5mmol/L效应最佳。Huang等[30]研究结果表明ICA对MC3T3-E1细胞增殖、矿物质含量和ALP活性均有促进作用,且治疗后使miR-153和Runx2表达水平升高,所以认为ICA对MC3T3-E1细胞的成骨分化作用是通过miR-153/Runx2通路来实现的。Liu等[31]和谢利娜等[32]则认为ICA可激活Runx2启动子,通过Wnt/β-catenin通路来影响OB的增殖分化和矿化。辛红美等[33]进一步研究发现,在一定范围内高浓度ICA可以显著促进MC3T3-E1细胞的成骨分化和矿化,且认为ICA可调节Hedgehog信号通路部分靶基因的转录,来促进OB分化。付俊等[34]通过ICA和OPN干预OB的对照实验发现,中药联合OPN可以抑制双调蛋白(AREG)的表达,促进细胞外信号调节激酶2(ERK2)蛋白以及整合素αvβ3的表达,从而说明淫羊藿苷联合OPN可提高OB活性,促进OB增殖。吴峻[27]通过去势方法构建大鼠骨质疏松模型,观察ICA对大鼠骨细胞凋亡和骨保护素(OPG)、核因子κB受体激活因子配体(RANKL) mRNA表达的影响,发现ICA能提高血清谷钙素(BGP)、ALP、Ca水平,从而保护骨细胞和OB;且ICA实验组的大鼠骨密度(BMD)和骨矿含量(BMC)水平较模型组高,这说明ICA可有效减轻骨质疏松,对PMOP起到治疗作用;同时ICA组大鼠OPG mRNA表达水平较高,而RANKL mRNA和RANK mRNA表达水平较低,这说明ICA通过OPG/RANKL/RANK通路来发挥成骨作用。Xu等[35]研究发现,ICA可以提高成骨标志物基因表达和ALP活性,抑制去卵巢小鼠升高的Notch信号通路mRNA基因的表达,这表明,ICA通过抑制Notch信号通路而促进成骨分化,进而减轻骨质疏松。姜涛[36]认为,在OB中存在一条ERα/AMPK/Sirt1信号通路,该通路参与大鼠PMOP发病,且ICA正是通过该通路促进OB的增殖及分化。另外Zhou等[37]认为,ICA通过促进OB中IGF-1信号的快速诱导激活ERα和Akt,并且认为这是选择性植物雌激素治疗绝经后骨质疏松症的一种新的途径。

ICA可以抑制OC分化。OC是骨吸收的主要功能细胞,OC分化增加将增强骨吸收、减少骨量,可导致骨质疏松的发生[38]。ICA除了可以刺激OB生成和增殖,还可以抑制OC分化。杨楠[39]研究发现,ICA可能通过调控自噬可促进OC衰老,达到最终的破骨抑制效应。李伟娟等[40]设置在体外利用RANKL诱导分化OC实验,发现ICA可升高ERα表达的同时,显著抑制OC的形成数和骨吸收陷窝数,从而降低破骨细胞RANK表达,降低骨吸收活性。陈喆[41]研究发现,ICA对于单核细胞破骨分化的MAPK信号通路中的关键蛋白表达并无影响,但却抑制了其磷酸化水平,该实验结果表明ICA对单核细胞的破骨分化有一定的抑制作用,并随其浓度的增加而增强。实验结果表明,ICA对OC体外抑制的最佳浓度为10-5mol/L。沈燚等[42]研究发现,ICA可以通过调节OB的核苷酸代谢、增加CArG结合因子A的表达等9个蛋白的表达来降低OB脂皮质素的表达,从而调节OB的增殖和分化,且ICA也可通过增加破骨细胞α-甲胎蛋白的表达、下调热休克蛋白5的表达等9个蛋白的表达来通过抗氧化作用降低OC的骨吸收活性。Xu等[43]研究发现,ICA可以抑制RANKL诱导的OC转录因子活化T-细胞核因子1(NFATc1)和原癌基因(c-Fos)的表达,同时ICA可抑制RANKL诱导的OC的丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)磷酸化,这表明ICA是通过抑制NF-κB通路和MAPK的激活,从而降低成熟OC的骨吸收能力。也有学者通过实验发现,ICA对 RANKL诱导的破骨细胞TRAF-6的表达有明显的抑制作用,并能通过抑制蛋白激酶(ERK)的磷酸化来促进破骨前体细胞向 OC的分化,从而抑制骨吸收[44]。

3 小结与展望

综上所示,ICA存在巨大的价值和潜力,其治疗PMOP值得深入研究。多数研究者普遍认为ICA可作为一种植物雌激素可广泛应用于PMOP的治疗,但葸慧荣等[45]研究认为,ICA在分子结构、与雌激素受体亲和力等方面并不匹配其作为植物雌激素的证据,这一点尚存在争议,ICA影响EKα的表达机制仍需进一步研究。目前关于ICA的研究主要以基础实验为主,都可证实ICA能促进BMSC成骨向分化,抑制其成脂分化,且能促进OB增殖分化,抑制OC细胞分化,提高骨密度,促进骨形成,但临床研究过少,缺乏大样本多中心的临床对照实验。这提示我们在今后的研究中仍需开展随机对照双盲实验,来探索ICA参与骨代谢过程中的环节与作用,为开发ICA成为治疗PMOP的新型药物提供实验基础。

利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突。