中藥單體成分治療糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松癥的機制及應(yīng)用研究進(jìn)展

侯博，李東楠，張永政，王海，

1 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，哈爾濱150040；2 黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院兒科二科

糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松癥（GIOP）是由于長期大劑量使用糖皮質(zhì)激素（GC）而引發(fā)的醫(yī)源性并發(fā)癥。目前認(rèn)為GIOP的主要發(fā)病機制為藥理學(xué)劑量的GC可能通過多條信號通路誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、細(xì)胞自噬、骨細(xì)胞衰老等影響成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的數(shù)量及活性，破壞骨形成和骨吸收動態(tài)平衡，最終導(dǎo)致骨質(zhì)疏松［1］。GIOP常用治療藥物有雙膦酸鹽類、降鈣素類藥物、雌激素等，這些藥物雖有一定療效，但也存在較多不良反應(yīng)及并發(fā)癥。中藥是治療GIOP安全、有效的方法，可以消除炎癥、減輕疼痛、改善癥狀。中藥單體研究是明確中藥治療GIOP作用機制的有效手段?，F(xiàn)就中藥單體成分治療糖皮質(zhì)激素性骨質(zhì)疏松癥的機制及治療應(yīng)用相關(guān)研究綜述如下，以期為GIOP的防治和新藥研發(fā)提供新思路。

1 黃酮類治療GIOP的機制及應(yīng)用

黃酮類化合物目前較集中在被子植物中發(fā)現(xiàn)，如黃芩、葛根、銀杏葉、化橘紅、陳皮等中藥。黃酮類化合物可通過多途徑、多靶點參與骨代謝調(diào)控：可通過EphB4/Ephrin-B2、PI3K/AKT、ERK/Lrp-5/GSK-3β、JNK和p38 MAPK途徑以平衡骨穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)骨合成和抑制骨吸收；可作用于NF-κB信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和自噬；能夠靶向脂質(zhì)代謝關(guān)鍵因子PPARγ糾正地塞米松誘導(dǎo)的脂質(zhì)代謝異常并減輕GC誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激損傷。

1.1 淫羊藿苷與朝藿定C 淫羊藿苷是小檗科植物淫羊藿的主要藥效成分。研究表明，淫羊藿苷給藥后可改善地塞米松對骨形成相關(guān)基因（Runx2、Osterix、COLL-1）的表達(dá)抑制，通過抑制活化的組織蛋白酶K和上調(diào)miR-186表達(dá)來預(yù)防地塞米松誘導(dǎo)的骨微結(jié)構(gòu)惡化和骨質(zhì)流失［2］。HUANG等［3］發(fā)現(xiàn)，淫羊藿苷可通過調(diào)節(jié)EphB4和Ephrin-B2的下游因子RhoA、Grb4的表達(dá)來維持成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的功能平衡，以保護骨骼結(jié)構(gòu)。朝藿定C是從淫羊藿中提取出的天然黃酮類化合物。同等劑量下，朝藿定C的抗骨質(zhì)疏松活性較淫羊藿苷更明顯，朝藿定C聯(lián)合BMSCs移植可能通過活化PI3K/AKT通路促進(jìn)GIOP小鼠骨形成，增加骨密度，改善骨微結(jié)構(gòu)［4］。

1.2 木犀草素 木犀草素存在于金銀花、馬齒莧、夏枯草和墨旱蓮等中藥植物中。JING等［5］實驗研究發(fā)現(xiàn)，木犀草素可顯著增加GIOP大鼠的骨小梁數(shù)量、骨礦物質(zhì)密度（BMD）和骨礦物質(zhì)含量，下調(diào)Caspase-3、Caspase-9和Bcl相關(guān)X蛋白（Bax）表達(dá)，上調(diào)抗凋亡蛋白B淋巴細(xì)胞瘤2（Bcl-2）的表達(dá)，以劑量依賴性方式降低GIOP大鼠的乳酸脫氫酶活性，上調(diào)血清超氧化物歧化酶活性及谷胱甘肽水平以降低GC誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，并參與調(diào)節(jié)GIOP中的ERK/Lrp-5/GSK-3β通路，促進(jìn)成骨細(xì)胞分化。

1.3 山萘酚 山奈酚廣泛存在于牛膝、杜仲、骨碎補、菟絲子、黃芪等藥材中。在MC3TS-E1細(xì)胞和斑馬魚幼體中，山奈酚可通過調(diào)節(jié)腫瘤抑制因子p53、Bax、細(xì)胞周期蛋白D1和Bcl-2來減弱地塞米松對細(xì)胞增殖抑制和凋亡誘導(dǎo)的作用，并可通過激活JNK和p38 MAPK途徑減輕激素誘導(dǎo)的成骨分化抑制［6］。

1.4 葛根素 葛根素主要從中藥葛根中提取得到，葛根素能夠在高濃度GC環(huán)境下促進(jìn)MC3T3-E1增殖、伸展及分化［7］。于冬冬等［8］體外培養(yǎng)hFOB1.19人成骨細(xì)胞并以地塞米松誘導(dǎo)凋亡，發(fā)現(xiàn)葛根素通過抑制NF-κB信號通路及Caspase-3、Caspase-8 mRNA表達(dá)從而發(fā)揮抑制地塞米松誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的作用。

1.5 橙皮素 橙皮素來自于中藥廣陳皮等蕓香科柑橘類物種，研究發(fā)現(xiàn)，橙皮素可減輕地塞米松對ERK的抑制，并提高地塞米松處理的BMSCs中的ALP活性，起到對GIOP的治療作用［9］。

1.6 二氫楊梅素 二氫楊梅素存在于葡萄科蛇葡萄屬植物藤茶中。研究證實，二氫楊梅素能有效減少破骨細(xì)胞的數(shù)量，既能顯著抑制破骨細(xì)胞活性，又能抑制破骨細(xì)胞的生長、分化［10］。周湘華等［11］研究發(fā)現(xiàn)，二氫楊梅素可抑制地塞米松誘導(dǎo)的MC3T3-E1細(xì)胞凋亡，降低MC3T3-E1細(xì)胞的自噬水平。

1.7 其他 桑黃素可激活MAPK信號通路，逆轉(zhuǎn)GC誘導(dǎo)的成骨標(biāo)志物減少和骨吸收標(biāo)志物增加［12］。骨碎補總黃酮可通過靶向脂質(zhì)代謝關(guān)鍵因子PPARγ，降低GIOP大鼠膽固醇水平，增加骨密度，改善骨微觀結(jié)構(gòu)［13］。

2 皂苷類治療GIOP的機制及應(yīng)用

皂苷類化合物是一類苷元為三萜或甾烷類的糖苷類化合物，主要分布于人參、黃芪、柴胡、甘草等高等植物中。皂苷類化合物具有抗腫瘤、提高免疫力、抗炎、抗氧化等藥理作用。天然皂苷能夠作用于端粒酶等核糖核蛋白酶，干預(yù)細(xì)胞自噬，通過作用于BMP-2/BMPR1A/Runx2信號通路，增強骨形成、抑制骨吸收，從而發(fā)揮抗GIOP作用。

2.1 環(huán)黃芪醇 環(huán)黃芪醇是一種從黃芪甲苷中提取的三萜類皂苷化合物。WU等［14］以斑馬魚幼體為動物模型，發(fā)現(xiàn)環(huán)黃芪醇能夠顯著增加地塞米松處理的斑馬魚幼體的骨量。端粒酶是環(huán)黃芪醇發(fā)揮作用的靶點，其通過介導(dǎo)Runx2、OCN、OPN、Coll基因表達(dá)來減輕地塞米松誘導(dǎo)的成骨分化抑制。

2.2 熊果苷 熊果苷存在于山藥、紅景天、女貞子等中藥材中。ZHANG等［15］研究發(fā)現(xiàn)，熊果苷在體內(nèi)外均可提高GC影響下成骨細(xì)胞的成骨分化能力，改善地塞米松誘導(dǎo)的小鼠股骨中Runx2、BMP2表達(dá)下調(diào)以促進(jìn)骨形成，降低CTX-1水平和TRAP活性以抑制骨細(xì)胞再吸收，提高成骨細(xì)胞自噬水平。

2.3 人參皂苷 人參皂苷是從中藥人參中提取的一類連接有糖鏈的三萜類皂苷。人參皂苷Rg3被證實可糾正地塞米松誘導(dǎo)的大鼠體質(zhì)量和BMD降低，增強骨形成標(biāo)志物分泌，減少骨吸收標(biāo)志物生成，還可解除GIOP大鼠和原代成骨細(xì)胞中地塞米松誘導(dǎo)的BMP-2/BMPR1A/Runx2信號抑制，為GIOP治療提供了潛在選擇。

3 有機酚類治療GIOP的機制及應(yīng)用

酚類化合物具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、保護神經(jīng)、調(diào)節(jié)血脂血糖、調(diào)節(jié)免疫功能等作用［16］。治療GIOP的中藥酚類化合物主要包括天麻素、姜黃素、白藜蘆醇、阿魏酸、仙茅苷等，可通過對抗GC誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、介導(dǎo)PI3K/AKT/mTOR信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬與凋亡、介導(dǎo)Lrp-5/GSK-3β/ERK通路促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、抑制炎癥反應(yīng)等發(fā)揮抗GIOP的作用。

3.1 天麻素 天麻素是天麻活性成分中含量最高的有效單體成分。LIU等［17］研究發(fā)現(xiàn)，天麻素可增加地塞米松處理的MC3T3-E1細(xì)胞中成骨基因標(biāo)志物（BMP-2、Runx2、osterix、OCN）mRNA表達(dá)水平，激活核因子E2相關(guān)因子2及其下游效應(yīng)分子表達(dá)來促進(jìn)成骨分化，保護細(xì)胞免于凋亡。

3.2 姜黃素 姜黃素從姜科植物郁金、姜黃、莪術(shù)、藏紅花等的根莖中提取得到。CHEN等［19］皮下注射地塞米松建立GIOP大鼠模型，發(fā)現(xiàn)姜黃素（100 mg/kg）給藥60 d可明顯增加大鼠BMD和ALP，增強骨強度，改善骨小梁微觀結(jié)構(gòu)，下調(diào)Bax/Bcl-2、下調(diào)cleaved Caspase-3和裂解的聚ADP核糖聚合酶表達(dá)，抑制地塞米松誘導(dǎo)的股骨母細(xì)胞凋亡。此外，姜黃還可通過上調(diào)p-ERK1/2表達(dá)激活地塞米松誘導(dǎo)的成骨細(xì)胞中ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而緩解GIOP。

3.3 白藜蘆醇 白藜蘆醇存在于中草藥虎杖、決明子、覆盆子及葡萄、桑椹等漿果類食物中。XIE等［19］研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇可激活SIRT1表達(dá)，介導(dǎo)PI3K/AKT/mTOR信號通路增強線粒體自噬，從而保護GIOP大鼠的成骨細(xì)胞。

3.4 阿魏酸 阿魏酸是從當(dāng)歸、川芎、升麻、三棱等中草藥中提取的一種酚酸類化合物。ZHOU等［20］研究發(fā)現(xiàn)，阿魏酸可能通過Lrp-5/GSK-3β/ERK通路促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖。有學(xué)者以新生大鼠為實驗對象構(gòu)建GIOP模型，發(fā)現(xiàn)阿魏酸治療可提高SIRT1 mRNA和蛋白表達(dá)，降低NF-κB表達(dá)，起到抗GIOP的作用［21］。

3.5 仙茅苷 仙茅苷為石蒜科植物仙茅的主要活性成分。仙茅苷能部分逆轉(zhuǎn)GC導(dǎo)致的成骨細(xì)胞增殖抑制，仙茅苷給藥后可降低骨小梁表面的破骨細(xì)胞數(shù)量，降低血清活性氧含量，增加超氧化物歧化酶、CAT含量，保護骨組織免受氧化應(yīng)激的影響［22］。朱芳兵等［23］研究發(fā)現(xiàn)，25 ～ 100 μg/mL仙茅苷預(yù)處理可明顯逆轉(zhuǎn)地塞米松對大鼠顱骨成骨細(xì)胞的殺傷作用，還能抑制TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2等炎癥細(xì)胞因子釋放，從而抑制破骨細(xì)胞生成。

4 苯乙醇苷類治療GIOP的機制及應(yīng)用

苯乙醇苷類化合物是一類通常以β-葡萄糖為母核的含有酯鍵及氧苷鍵的天然糖苷，廣泛存在于雙子葉植物中。京尼平苷、紅景天苷、松果菊苷等多存在于補助腎陽類中藥中，已被證實可通過PI3K/AKT通路調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬、改善脂質(zhì)代謝、調(diào)節(jié)TGF-β/Smad2/3通路減輕骨形成抑制、作用于腫瘤因子p53調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡等途徑治療GIOP。

4.1 京尼平苷 京尼平苷可從中藥梔子、杜仲、牛膝、肉蓯蓉提取得到。PI3K/AKT通路是調(diào)節(jié)自噬的上游因子，HUANG等［24］研究發(fā)現(xiàn)，京尼平苷可能通過介導(dǎo)PI3K/AKT通路激活體內(nèi)和體外自噬從而抑制地塞米松誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。脂質(zhì)在骨代謝中起著重要作用，ABCA1是膽固醇穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵分子，京尼平苷可通過增加ABCA1表達(dá)來減少地塞米松誘導(dǎo)的膽固醇積累，促進(jìn)細(xì)胞分化［25］。

4.2 紅景天苷 紅景天苷在景天科紅景天屬植物中廣泛存在。XIE等［26］研究發(fā)現(xiàn)，紅景天苷可增加骨形成標(biāo)志物（OPN、Runx2、Osx）和轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）蛋白表達(dá)，促進(jìn)地塞米松處理的MC2T3-E3細(xì)胞中Smad3/1的磷酸化，通過TGF-β/Smad2/3信號通路減輕地塞米松誘導(dǎo)的骨形成抑制。

4.3 松果菊苷 松果菊苷可從中藥肉蓯蓉、地黃、玄參等提取得到。地塞米松可通過激活糖皮質(zhì)激素受體上調(diào)p53表達(dá)，誘導(dǎo)成骨細(xì)胞周期停滯和凋亡［27］。LI等［28］研究發(fā)現(xiàn)，10 mg/L松果菊苷可上調(diào)Bcl-2表達(dá)，下調(diào)p53、Bax表達(dá)，從而抑制地塞米松誘導(dǎo)的小鼠成骨細(xì)胞MC3T3-E1細(xì)胞凋亡。

5 多糖類治療GIOP的機制及應(yīng)用

多糖是一類天然大分子物質(zhì)，分布于細(xì)胞外被、細(xì)胞質(zhì)中，是構(gòu)成生命的四大基本物質(zhì)之一，具有抗腫瘤、抗凝血、抗氧化、降血糖、改善潰瘍和調(diào)節(jié)血脂等多種生理功能。多糖類可通過介導(dǎo)PI3K/AKT/mTOR通路提高成骨細(xì)胞增殖分化能力、刺激骨形成、減少骨量丟失等起到緩解GIOP的藥理作用。

5.1 黃芪多糖 黃芪多糖是黃芪中含量最多的活性成分。蒲翔等［29］以MC-3T3-E1成骨細(xì)胞為實驗對象，發(fā)現(xiàn)黃芪多糖中高劑量組可顯著改善地塞米松對MC-3T3-E1成骨細(xì)胞的增殖抑制作用，黃芪多糖各劑量組及維生素D可顯著抑制MC3T3-E1成骨細(xì)胞中Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)。孫文星等［30］發(fā)現(xiàn)，黃芪多糖處理后，GIOP大鼠成骨細(xì)胞p-AKT、p-mTOR表達(dá)升高，可作用于PI3K/AKT/mTOR信號通路，逆轉(zhuǎn)地塞米松對成骨細(xì)胞增殖分化能力和ALP活性的抑制，增加骨密度。

5.2 牛膝多糖 牛膝多糖是中藥牛膝的主要活性成分之一。研究表明，牛膝多糖可以抑制破骨細(xì)胞形成，減少破骨細(xì)胞分化，提高成骨細(xì)胞活性。ZHANG等［31］對牛膝多糖進(jìn)一步純化得到牛膝多糖3，后者可濃度依賴性改善地塞米松誘導(dǎo)的骨量丟失，通過刺激骨形成達(dá)到良好的治療效果。

5.3 枸杞多糖 枸杞多糖來源于茄科枸杞屬植物。研究發(fā)現(xiàn)，枸杞多糖可通過增加鈣吸收和減少鈣排泄以增加血清Ca含量及ALP活性［32］，但其具體作用機制尚待進(jìn)一步探索。

5.4 海星多糖 海星多糖來源于海星綱海盤車科的多棘海盤車，被證實可增加GIOP小鼠進(jìn)食量，改善臟器系數(shù)，促進(jìn)腎小球恢復(fù)，增加血清鈣磷比、ALP和骨密度［33］。

6 其他藥物治療GIOP的機制及應(yīng)用

除上述5類化合物外，萜類、甾酮類、生物堿類、苯丙烯類、香豆素類和芪類等化合物也可通過多種途徑發(fā)揮抗GIOP的作用。萜類、甾酮類可作用于AKT信號和線粒體凋亡途徑。過量的GC誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSCs）凋亡，生物堿類可作用于AMPK和mTOR通路促進(jìn)自噬，保護BMSCs免于凋亡。過量的GC可上調(diào)NF-κB配體（RANKL）表達(dá)，并降低骨保護素（OPG）在基質(zhì)細(xì)胞和成骨細(xì)胞中的表達(dá)［34］；苯丙烯類可作用于OPG/RANKL通路。香豆類和芪類可改善地塞米松誘導(dǎo)的PI3K/AKT和BMP/Smad信號抑制。

6.1 丹參酮 丹參酮是中藥丹參的主要脂溶性活性成分之一，為萜類化合物。WANG等［35］建立了GIOP大鼠模型，發(fā)現(xiàn)丹參酮治療組的BMD、BV/TV、BV和TV顯著增高，可調(diào)節(jié)AKT1基因表達(dá)，提高成骨相關(guān)基因（OCN、Col-1、Runx2）表達(dá)水平，緩解GC誘導(dǎo)的骨質(zhì)疏松癥。

6.2 β-蛻皮甾酮 β-蛻皮甾酮屬于甾酮類化合物，可從牛膝、露水草、漏蘆等中藥植物中提取得到。研究表明β-蛻皮甾酮能以劑量依賴性方式逆轉(zhuǎn)地塞米松對成骨細(xì)胞分化、增殖的抑制，改善骨代謝［36］。魏元基等［37］研究發(fā)現(xiàn)，與造模組相比，β-蛻皮甾酮組可調(diào)高AKT1、CX43蛋白表達(dá)，降低Caspase-9蛋白表達(dá)，干預(yù)地塞米松誘導(dǎo)的骨細(xì)胞凋亡。

6.3 川芎嗪 川芎嗪是從中藥川芎中提取的生物堿類化學(xué)成分。體外實驗研究發(fā)現(xiàn)，川芎嗪可抑制地塞米松誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，作用于AMPK和mTOR通路促進(jìn)自噬，保護BMSCs免于凋亡［38］。

6.4 肉桂醛 肉桂醛是樟科植物肉桂中的一種天然苯丙烯類含醛化合物，主要從桂皮油中提取得到。WU等［39］發(fā)現(xiàn)，對GIOP雄性大鼠給予肉桂醛和甲狀旁腺激素后，小梁微結(jié)構(gòu)明顯改善，骨折風(fēng)險降低，runx2和ALP表達(dá)升高，顯著促進(jìn)了成骨細(xì)胞的成熟和分化。

6.5 瑞香素 瑞香素是從長白瑞香、金邊瑞香、黃瑞香等瑞香屬植物中提取的簡單香豆類單體成分。WANG等［40］發(fā)現(xiàn)，瑞香素可激活Wnt/GSK-3β［42］/β-catenin通路，促進(jìn)GIOP大鼠骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物水平的恢復(fù)，并有助于改善GIOP大鼠腸道微生物群紊亂和促進(jìn)腸道屏障功能恢復(fù)。瑞香素還可改善地塞米松誘導(dǎo)的PI3K/AKT和BMP/Smad信號抑制，促進(jìn)成骨細(xì)胞特異轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，發(fā)揮對抗GIOP的作用。

6.6 木豆素 木豆素是從木豆葉中分離純化得到的一種芪類化合物，其可促進(jìn)體外BMSCs的成骨分化［41］，用木豆素處理的BMSCs中OPN、COLL-1 mRNA及蛋白表達(dá)上調(diào)，Runx2活性更高。梁正［42］以大鼠下肢肌肉注射地塞米松造模，發(fā)現(xiàn)木豆素可改善成骨細(xì)胞活力，保護成骨細(xì)胞的分化及礦化能力，減少細(xì)胞過度凋亡。

綜上所述，中藥單體可通過調(diào)控MAPK、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin、NF-κB、OPG/RANKL等信號通路功能，保護成骨細(xì)胞增殖分化能力，調(diào)整細(xì)胞內(nèi)促/抗凋亡蛋白的表達(dá)，抑制糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的炎癥因子釋放，刺激細(xì)胞自噬功能，糾正骨穩(wěn)態(tài)失衡，最終達(dá)到治療GIOP的目的。盡管近年來中藥單體防治GIOP的相關(guān)研究越來越多，但仍存在一些局限：①中藥單體治療GIOP的療效和作用機制相關(guān)研究多以細(xì)胞、動物等為實驗對象，尚無中藥單體治療GIOP的臨床數(shù)據(jù)；②GIOP的發(fā)病機制涉及在使用糖皮質(zhì)激素的初始階段增加破骨細(xì)胞的功能，隨后由于成骨細(xì)胞和骨細(xì)胞凋亡而導(dǎo)致骨形成減少，分階段治療GIOP的優(yōu)勢中藥單體仍需進(jìn)一步挖掘驗證；③部分中藥單體成分如枸杞多糖、海星多糖等對改善GIOP具有明顯效果，但具體作用機制仍待進(jìn)一步闡明；④作用于成骨細(xì)胞的研究較多，而對破骨細(xì)胞的具體作用機制則報道較少?；谀壳暗奈墨I(xiàn)報道，中醫(yī)藥治療GIOP的研究仍處于探索階段，期待今后應(yīng)用更多新方法、新技術(shù)進(jìn)行深入研究，挖掘中藥復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)作用機制，加強基礎(chǔ)實驗研究與臨床研究的結(jié)合，為中醫(yī)藥臨床應(yīng)用及新藥開發(fā)提供更加堅實充分的科學(xué)依據(jù)。