淫羊藿苷在治療股骨頭壞死中的應(yīng)用*

董一平,袁強,張寧,林繼紅,李無陰,張穎

1.河南中醫(yī)藥大學(xué),河南 鄭州 450046; 2.湖南中醫(yī)藥大學(xué),湖南 長沙 410208;3.河南省洛陽正骨醫(yī)院/河南省骨科醫(yī)院,河南 洛陽 417002

股骨頭壞死是由于激素、飲酒、創(chuàng)傷等因素導(dǎo)致股骨頭血管受損從而引起股骨頭結(jié)構(gòu)改變,最終導(dǎo)致股骨頭塌陷的疾病。該病會引起髖關(guān)節(jié)疼痛與活動障礙,具有較高的致殘率[1]。大數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn),股骨頭壞死的發(fā)病率呈逐年上升的趨勢,且在中青年人群中多發(fā)[2]。對于明確診斷的早期股骨頭壞死,若不及時采取有效治療措施,多數(shù)患者的股骨頭會在兩到三年間發(fā)生不同程度的塌陷[3]。在早期股骨頭壞死的治療上,一般不推薦采用全髖關(guān)節(jié)置換術(shù),特別是對于年輕患者,采取保髖療法,減緩股骨頭塌陷、維持髖關(guān)節(jié)功能是首要的治療目標[4]。但目前臨床上仍然缺乏一種令人滿意的保髖療法,挖掘更多行之有效的保髖療法是治療股骨頭壞死的當務(wù)之急。

淫羊藿具有溫補腎陽、強筋壯骨、祛風(fēng)除濕的功效,臨床廣泛應(yīng)用于各類骨傷科疾病,是治療股骨頭壞死最常用的中藥之一,對于早、中期股骨頭壞死具有良好的療效[5-6]。淫羊藿苷是一種提取自淫羊藿的異丙烯基黃酮苷類化合物,是中藥淫羊藿的主要成分之一[7]?，F(xiàn)代藥理研究顯示,淫羊藿苷可以通過刺激成骨細胞增殖、抑制破骨細胞分化、促進血管生成等方式改善骨缺損,在骨組織修復(fù)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景[8]。近年來,股骨頭壞死領(lǐng)域中與淫羊藿苷相關(guān)的研究正在不斷增加,淫羊藿苷對股骨頭壞死的治療有著巨大的發(fā)掘潛力?；诖?本文對淫羊藿苷在股骨頭壞死中的作用及應(yīng)用研究進行綜述。

1 淫羊藿苷概述

淫羊藿苷,化學(xué)式為C33H40O15,分子量為676.66,提取自小檗科植物淫羊藿、箭葉淫羊藿等植物。淫羊藿苷是淫羊藿的主要有效成分,《中華人民共和國藥典》規(guī)定,干燥淫羊藿中淫羊藿苷含量不得低于5.0%[9]。淫羊藿苷具有改善骨代謝、抗炎與抗氧化應(yīng)激、抗神經(jīng)元損傷、抗腫瘤等作用,可參與調(diào)控多個信號通路及相關(guān)受體,包括Wnt/β-catenin通路、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路、核因子-κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor-κB,RANK)/核因子-κb受體活化因子配體(receptor activator of NF-κb ligand,RANKL)信號通路、雌激素受體(estrogen receptor,ER)、ERα等,促進成骨細胞增殖分化與骨髓間充質(zhì)干細胞成骨分化,抑制破骨細胞活性,改善骨破壞與骨缺損[10-11]。由此可見,淫羊藿苷在治療股骨頭壞死藥物的開發(fā)和應(yīng)用中有著巨大的潛力。

2 淫羊藿苷治療股骨頭壞死的作用研究

2.1 促進成骨細胞增殖并提高其活性成骨細胞可使人體生成新的骨質(zhì),增加骨量,在骨骼的生長與重塑過程中發(fā)揮著重要作用[12]。成骨細胞在股骨頭壞死中扮演著重要角色,促進成骨細胞增殖并提高其活性,是治療股骨頭壞死的重要途徑之一。Wang等[13]將不同濃度的淫羊藿苷用于大鼠下頜骨成骨細胞,發(fā)現(xiàn)淫羊藿苷的濃度為0.15～15 μmol·L-1時,可顯著提高成骨細胞的增殖能力與堿性磷酸酶(alkaline phosphates,ALP)活性,同時,淫羊藿苷顯著提高了Wnt/β-catenin信號通路相關(guān)標記物β-catenin、RUNX2、cyclin D1、ALP的mRNA的表達,表明淫羊藿苷可通過Wnt/β-catenin信號通路對大鼠下頜骨成骨細胞產(chǎn)生影響。Sun等[14]研究表明,淫羊藿苷可以刺激成骨細胞的增殖,通過增加ALP活性、鈣化結(jié)節(jié)的數(shù)量、I型膠原和BGP mRNA的表達水平來刺激hFOB1.19成骨細胞的分化。同時,此研究發(fā)現(xiàn),一定濃度范圍內(nèi)的淫羊藿苷可顯著降低成骨細胞中細胞質(zhì)蛋白核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transciption factor-kappa B,NF-κΒ)的活性,并增加成骨細胞中轉(zhuǎn)化生長因子β1的表達,調(diào)控成骨細胞的分化。研究還發(fā)現(xiàn),淫羊藿苷可增加hFOB1.19成骨細胞中血清骨保護素(osteoprotegerin,OPG)/RANKL的表達比例,調(diào)節(jié)骨形成,且OPG/RANKL的表達比例與ER有關(guān)。細胞自噬是一種重要的細胞機制,可參與成骨細胞分化,在骨穩(wěn)態(tài)中扮演重要角色。細胞自噬現(xiàn)象存在于股骨頭壞死的發(fā)生發(fā)展過程中,在適度的刺激下可通過細胞自噬增強細胞活性與細胞增殖,改善激素誘導(dǎo)的細胞損傷[15]。宋世雷[16]通過實驗研究發(fā)現(xiàn),淫羊藿苷可提升成骨細胞中miR-17-5p的表達水平,抑制MAPKmRNA表達,降低mTOR活性,促進自噬小體的生成與成骨細胞的自噬,從而改善激素性股骨頭壞死。上述研究提示,淫羊藿苷是一種治療骨缺損相關(guān)疾病的理想方法,其可以增加多種成骨相關(guān)因子的表達,參與成骨細胞的分化,調(diào)控成骨細胞的增殖,表明淫羊藿苷對于股骨頭壞死具有明確的治療作用。

2.2 抑制破骨細胞的分化形成與骨吸收破骨細胞是主要的骨吸收細胞,在股骨頭壞死的骨組織代謝及骨重塑過程中發(fā)揮著重要作用。在股骨頭壞死的過程中,破骨細胞被激活增多,導(dǎo)致其分泌的酶與酸性物質(zhì)分解并吸收骨基質(zhì),導(dǎo)致骨的壞死與溶解,使股骨頭的骨組織力學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,并在重力作用下導(dǎo)致微骨折,最終發(fā)生股骨頭塌陷[17]。由此看來,抑制破骨細胞的分化形成與骨吸收作用,可對股骨頭壞死產(chǎn)生積極的影響。李志偉等[18]使用淫羊藿苷對小鼠骨髓源性巨噬細胞誘導(dǎo)的破骨細胞進行干預(yù),抗酒石酸酸性磷酸酶和鬼筆環(huán)肽染色結(jié)果顯示,淫羊藿苷可明顯抑制破骨細胞形成,同時采用qPCR和Western blot實驗進行分析,發(fā)現(xiàn)Gα13基因及蛋白表達顯著上調(diào),Akt-GSK3β-NFATc1信號通路的相關(guān)基因及蛋白表達顯著減少,表明淫羊藿苷可能通過促進負調(diào)控因子Gα13的表達,從而抑制其下游的Akt-GSK3β-NFATc1信號通路,減少破骨細胞形成。李倩楠等[19]觀察了淫羊藿苷對破骨細胞中活性氧(reactive oxygen species,ROS)、亞鐵離子、谷胱甘肽(glutathione,GSH)和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)的水平與Nrf2/HO-1/GPX4 信號通路表達的影響,發(fā)現(xiàn)在淫羊藿苷的作用下,破骨細胞內(nèi)ROS與亞鐵離子水平上調(diào),GSH及GSH-Px含量降低,同時上調(diào)了Nrf2/HO-1信號傳導(dǎo)通路與Nrf2、HO-1基因表達,抑制了GPX4基因及轉(zhuǎn)錄蛋白表達,促進破骨細胞氧化應(yīng)激改變,進而調(diào)控鐵代謝水平,增加氧化應(yīng)激損傷,使破骨細胞形成和骨吸收得到抑制。Xu等[20]通過實驗證實,淫羊藿苷可通過抑制NF-κB和MAPK的激活來抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細胞生成,同時淫羊藿苷可抑制破骨細胞中F-actin環(huán)的形成,進而減弱其骨吸收能力。以上多項研究表明,淫羊藿苷可調(diào)節(jié)破骨細胞相關(guān)信號通路,抑制破骨細胞的形成與骨吸收,對預(yù)防股骨頭壞死過程中的骨壞死與股骨頭微骨折從而避免股骨頭產(chǎn)生塌陷具有積極作用。

2.3 促進骨髓間充質(zhì)干細胞(bone marrow mysenchymal stem cells,BMSCs)的成骨分化BMSCs來源于中胚層,具有多向分化潛能,可在特定細胞因子誘導(dǎo)與相關(guān)條件下分化為骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞等。在股骨頭壞死的病理過程中,股骨頭微循環(huán)受到損害,骨與骨髓組織壞死,BMSCs的成骨分化被抑制,破骨細胞被激活并吸收骨組織,最終導(dǎo)致股骨頭塌陷[21]。淫羊藿苷則可促進BMSCs的成骨分化,從而改善股骨頭壞死。Huang等[22]研究發(fā)現(xiàn),將低濃度淫羊藿苷作用于大鼠BMSCs中可顯著促進細胞增殖,RT-qPCR和Western blot結(jié)果表明淫羊藿苷顯著增加了BMSCs中BMAL1、BMP2、RUNX2、ALP和OC的表達,而其中的生物鐘基因BMAL1可通過BMP2在BMSCs中誘導(dǎo)成骨分化,淫羊藿苷則可以在體外通過上調(diào)BMAL1表達來增強BMP2信號通路活性,從而增強BMSCs的成骨能力。Zhang等[23]將淫羊藿苷用于 BMSCs 和激素誘導(dǎo)的股骨頭壞死模型大鼠中,發(fā)現(xiàn)其可提高ALP水平,同時發(fā)現(xiàn)ICA聯(lián)合miR-23a-3p敲低可上調(diào)BMP2、BMP4、Runx2、p-Smad5、Wnt1和β-catenin水平,激活BMP2/Smad5/Runx2和Wnt1/β-catenin通路,促進 BMSCs 的成骨分化,刺激股骨頭壞死大鼠的骨形成,改善股骨頭壞死。BMSCs具有成骨、成脂的分化功能,當BMSCs向脂肪細胞的分化增加,成骨分化會相應(yīng)地隨之下降,骨質(zhì)疏松的發(fā)病概率隨之提高,最終導(dǎo)致股骨頭壞死[24]。李智奎等[25]研究不同濃度的淫羊藿苷對促進大鼠BMSCs的成骨分化與抑制其成脂分化的作用,分別用10 μg·L-1和 40 μg·L-1的淫羊藿苷刺激BMSCs 3 d,發(fā)現(xiàn)與空白對照組比較,10 μg·L-1的淫羊藿苷可抑制成脂相關(guān)的PPARγ、Adipsin和FABP4的表達,促進成骨相關(guān)基因RUNX2、ALP和OPN的表達,而 40 μg·L-1的淫羊藿苷表現(xiàn)則相反,說明10 μg·L-1的淫羊藿苷可以抑制BMSCs的成脂分化,促進BMSCs的成骨分化,而40 μg·L-1淫羊藿苷可以促進BMSCs的成脂分化,抑制其成骨分化;同時,研究發(fā)現(xiàn)上述兩種濃度的淫羊藿苷均可激活Wnt/β-catenin信號通路,但卻誘導(dǎo)BMSCs向相反的方向分化,具體機制可作為進一步探明淫羊藿苷治療骨丟失疾病的重點。綜上,淫羊藿苷對于BMSCs的成骨分化有著突出作用,但其作用機制較為復(fù)雜,需進一步挖掘,以期為股骨頭壞死的治療提供新的手段。

2.4 對微血管內(nèi)皮細胞(bone microvascular endothelial cells,BMECs)的保護作用由激素引發(fā)的股骨頭BMECs損傷所造成骨內(nèi)微循環(huán)障礙是導(dǎo)致股骨頭壞死的重要原因,因此保護BMECs是臨床防治股骨頭壞死的關(guān)鍵[26]。淫羊藿苷對BMECs具有顯著的保護作用,可改善激素誘導(dǎo)的BMECs損傷并降低其凋亡率。Yu等[27]研究發(fā)現(xiàn),在體外實驗中,10-5mol·L-1的淫羊藿苷可以顯著逆轉(zhuǎn)氫化可的松對BMECs增殖的抑制作用,促進BMECs的遷移、成管,促進VEGF、CD31等血管生成相關(guān)細胞因子的表達并激活A(yù)kt 信號通路;在體內(nèi)實驗中,淫羊藿苷可保護由甲強龍所導(dǎo)致的大鼠股骨頭血管破壞,提高CD31的表達,促進股骨頭壞死大鼠的血管生成,延緩股骨頭壞死的發(fā)展。岳聚安等[28]的動物實驗同樣揭示了淫羊藿苷對于股骨頭壞死大鼠BMECs的保護作用,除此之外,該研究的miRNA檢測及生物信息學(xué)分析結(jié)果顯示,淫羊藿苷可有效調(diào)控激素對BMECs miRNA-23b表達量的影響,而miRNA-23b表達可調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞的功能及血管完整性,該基因的過表達可能會促進血管新生,表明miRNA-23b可能是淫羊藿苷預(yù)防或治療激素性股骨頭壞死的潛在靶點。

3 淫羊藿苷在治療股骨頭壞死中的應(yīng)用

3.1 在復(fù)合材料中的應(yīng)用淫羊藿苷可以促進成骨細胞增殖與分化,抑制破骨細胞的增殖及骨吸收功能,同時具有較好的促血管生成及抗炎作用,是一種治療骨缺損相關(guān)疾病的潛力藥物,因此近年來有多項研究將淫羊藿苷與各類支架材料相結(jié)合,此類復(fù)合材料已在骨缺損修復(fù)中表現(xiàn)出了良好效果,為臨床治療股骨頭壞死提供了新的方法[29]。Xie等[30]探討了負載淫羊藿苷的羥基磷灰石/藻酸鹽(ICA/HAA)的多孔復(fù)合支架對于骨再生的影響。在體外實驗中,ICA/HAA表現(xiàn)出至少30天的淫羊藿苷受控釋放,隨后,將ICA/HAA、HAA和淫羊藿苷分別作用于兔BMSCs,發(fā)現(xiàn)ICA/HAA對成骨分化的作用最強,且通過MTT測定證實了ICA/HAA在兔BMSCs中未產(chǎn)生細胞毒性;在體內(nèi)實驗中,他們將ICA/HAA支架植入兔橈骨骨缺損處,X射線和組織學(xué)分析表明,ICA/HAA支架可顯著促進骨缺損部位的再生。髓芯減壓術(shù)在臨床早期股骨頭壞死中應(yīng)用廣泛,此術(shù)式可降低股骨頭內(nèi)部壓力,清除股骨頭內(nèi)部死骨,改善股骨頭血運,并可在死骨清除后根據(jù)壞死的面積進行植骨。彭晨健等[31]對27只激素性股骨頭壞死兔模型進行髓芯減壓與死骨清理,隨后分3組分別植入自體骨、β-磷酸三鈣支架與3D打印β-磷酸三鈣復(fù)合淫羊藿苷支架,術(shù)后4、8、12周進行的股骨頭micro-CT掃描及組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),復(fù)合支架不僅可以為股骨頭提供支撐,同時具備僅次于自體骨的骨修復(fù)能力,其次可在淫羊藿苷的作用下抑制破骨細胞的增殖,并顯著誘導(dǎo)新生血管的形成,展現(xiàn)了淫羊藿苷復(fù)合支架作為股骨頭壞死植骨術(shù)的新型骨代替材料的潛力。

3.2 在臨床藥物中的應(yīng)用目前,臨床上也存在很多應(yīng)用淫羊藿及其有效成分淫羊藿苷治療股骨頭壞死的研究。中成藥仙靈骨葆膠囊以淫羊藿苷為主要有效成分,組方以淫羊藿為君藥,配以續(xù)斷、補骨脂、丹參、地黃等,在股骨頭壞死的治療中應(yīng)用廣泛[32-33]。楊杰等[34]觀察了仙靈骨葆膠囊預(yù)防激素性股骨頭壞死的作用,發(fā)現(xiàn)患有腎病綜合征、系統(tǒng)性紅斑狼瘡等長期大劑量使用激素的患者,在服用仙靈骨葆膠囊后股骨頭壞死的發(fā)生率明顯降低,表明其對于股骨頭壞死具有預(yù)防作用。鄭英豪[35]將92例非創(chuàng)傷性股骨頭壞死患者隨機分為觀察組與對照組,對照組在頭頸開窗復(fù)合植骨術(shù)治療后給予常規(guī)藥物治療,觀察組則在對照組的基礎(chǔ)上在術(shù)后第二天口服仙靈骨葆膠囊。服藥一年后發(fā)現(xiàn),觀察組患者的疼痛程度、關(guān)節(jié)畸形程度、關(guān)節(jié)活動范圍與關(guān)節(jié)功能評分及總分均高于對照組,且觀察組的不良反應(yīng)發(fā)生率低于對照組,表明仙靈骨葆膠囊可顯著加快非創(chuàng)傷性股骨頭壞死患者保髖術(shù)后的康復(fù)進程。除中成藥外,田可為[36]使用湯劑補腎活血湯(組成:熟地黃、淫羊藿、紅花、白芍、三七、骨碎補、續(xù)斷等)治療97例早期股骨頭壞死患者,發(fā)現(xiàn)在治療組中,療效顯著者55例,有效者31例,無效者11例,有效率為88.65%,同時患者的血液黏度及血脂代謝水平均有明顯改善。

4 總結(jié)與展望

股骨頭壞死是臨床上常見的難治性髖關(guān)節(jié)疾病之一,且目前尚無統(tǒng)一的治療標準。股骨頭壞死的預(yù)防與保髖治療一直是臨床治療中的難點,關(guān)鍵在于早期診斷和早期治療,促進股骨頭部位骨細胞的修復(fù),抑制骨吸收,改善股骨頭血管供血,防止或延緩股骨頭的塌陷。上述研究表明,淫羊藿苷具有促進成骨細胞分化增殖、抑制破骨細胞骨吸收、誘導(dǎo)BMSCs成骨分化以及保護股骨頭部位血管的作用。同時,淫羊藿苷可與各類支架材料相結(jié)合,在動物模型實驗中取得了令人滿意的效果,這種結(jié)合可能是未來淫羊藿苷應(yīng)用于股骨頭壞死與骨缺損手術(shù)治療的重點。此外,在目前的臨床研究中,含有淫羊藿苷成分的方劑也對股骨頭壞死具有顯著的預(yù)防與治療作用。然而,目前淫羊藿苷在股骨頭壞死中的研究仍然存在缺陷:其一,相關(guān)研究多以基礎(chǔ)實驗為主,對于淫羊藿苷的復(fù)雜機制層面研究相對薄弱。其二,尚無淫羊藿苷復(fù)合材料應(yīng)用于人體的相關(guān)報道,已有的臨床研究多為以淫羊藿苷為主要作用成分的方劑的研究,缺乏單獨使用淫羊藿苷治療股骨頭壞死的臨床報道,今后應(yīng)更多地關(guān)注淫羊藿苷的臨床應(yīng)用及其對于人體的影響,為股骨頭壞死的治療提供新思路。其三,淫羊藿苷治療股骨頭壞死的最適藥物濃度有待商榷,同時現(xiàn)有的動物模型存在局限性,應(yīng)進一步開展更多種類的哺乳類動物研究或通過人類臨床數(shù)據(jù)加以證實,明確淫羊藿苷在人體內(nèi)的最適濃度。

總之,淫羊藿苷已經(jīng)在股骨頭壞死領(lǐng)域表現(xiàn)出了巨大的研究潛力與價值,相信隨著藥理學(xué)、分子生物學(xué)與生物基因工程技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,在不久的將來淫羊藿苷會更加方便、經(jīng)濟、有效地應(yīng)用于臨床,為臨床防治股骨頭壞死貢獻新的解決方案。