淫羊藿苷對細胞骨架調控作用的研究進展

于菲菲，趙靜，鄭園娜

(浙江中醫藥大學口腔醫學院附屬口腔醫院，浙江 杭州 310053)

細胞是決定人體健康的基本要素，其對外界微環境的反應主要通過細胞骨架來實現[1]。細胞骨架是由不同蛋白纖維交錯連接的動態網狀體系，包括微絲、微管和中間纖維。微絲又稱肌動蛋白絲，主要由球狀肌動蛋白和纖維狀肌動蛋白組成的螺旋狀結構，通常通過肌動蛋白的組裝和去組裝參與細胞運動和細胞內信號傳遞[2]。微管由微管蛋白和微管相關蛋白組成，在維持細胞形態、參與物質運輸和細胞內信號傳導中起重要作用[3]。中間纖維又稱中間絲，是一類具有很強的抗拉強度的纖維狀蛋白，使細胞能夠經受住機械力的作用[4]。廣義的細胞骨架還包括細胞外基質，主要由細胞分泌的蛋白和多糖構成，調節細胞生理活動，提供穩定的細胞外微環境[5]。基質金屬蛋白酶 (MMPs)作為細胞外基質的重要水解酶，降解細胞外基質，參與細胞遷移。完整的細胞骨架及細胞外基質是細胞執行功能并發揮生物學作用的有效保障，其結構和功能的異常會使細胞代謝失去有序性與自控性，從而導致相關疾病的發生[6]。

淫羊藿是我國傳統的補益中藥，有補肝腎、強筋骨、祛風濕等功效，主治腎陽虛衰、陽痿遺精、筋骨痿軟、風濕痹痛、麻木拘攣等病癥[7]。近年來淫羊藿提取物的藥理作用和機制成為國內外學者研究的熱點，其中淫羊藿苷(Icariin，ICA)作為最主要的有效活性成分備受關注。大量研究表明這種黃酮類化合物在神經系統、骨骼系統、腫瘤等方面具有多種藥理活性[8]。在更深入的機制研究中，學者發現ICA的藥理作用可以通過對不同靶細胞的細胞骨架體系進行調控得以實現[9]。本文通過對ICA對不同疾病靶細胞的細胞骨架的調控作用的相關研究進行綜述，闡述ICA的藥理作用及相關機制，以期為這種具有臨床應用潛力的中藥單體提供更多依據，為進一步開發奠定基礎。

1 ICA對不同細胞的細胞骨架修復和保護作用

1.1 神經細胞

目前有兩種微管相關蛋白被證實可影響神經細胞微管的組裝和造成已組裝的微管解聚，從而導致細胞骨架破壞、囊泡轉運紊亂，最終導致神經細胞功能異常甚至死亡[10]。一種是Tau蛋白，這是含量最高的微管相關蛋白，其大量異常磷酸化是阿爾茨海默病和帕金森病的原因之一。另一種是胞質動力蛋白Dynein，其突變和功能缺陷與亨廷頓舞蹈病和動神經元病等相關。除微管外，神經細胞骨架中的中間絲——神經絲的異常磷酸化也與帕金森病和運動神經元病緊密相關。帕金森病的主要病理特征路易氏體(LB)，其主要成分就是異常磷酸化的神經絲[11]。此外，對于阿爾茨海默病患者，淀粉樣β肽(Aβ)在神經細胞外的積累會損傷腦微血管內皮細胞，繼而釋放炎癥因子，刺激細胞外基質中MMPs的異常表達，促進細胞外基質降解，引起血腦屏障破壞，最終導致患者認知功能發生障礙[12]。

研究表明ICA可以通過抑制微管相關Tau蛋白的過度磷酸化，來恢復微管的組裝和生理功能，從而維持神經細胞的細胞骨架的完整性和穩定性，保障正常的物質運輸[13]。鄭桃林[14]等發現ICA通過抑制糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)的活性，減弱Tau蛋白的過度磷酸化。ICA對GSK-3β的抑制作用可能是通過激活PI3K/Akt信號通路實現的。LI[15]等發現ICA可以下調胞外信號調節激酶(ERK)的磷酸化水平，從而抑制Tau蛋白的過度磷酸化。該研究還發現ICA可以使過度乙酰化和磷酸化的乙酰α-微管蛋白和酪氨酸α-微管蛋白得到恢復。此外，ICA可以有效減少Aβ的生成，從而抑制炎性因子釋放，降低細胞外基質中MMP-9和MMP-2的表達，有效阻止細胞外基質降解，保護血腦屏障的通透性[16]。

以上研究部分揭示了ICA對Tau蛋白過度磷酸化導致的神經細胞微管結構和功能異常的修復和保護，以及對細胞外基質的作用及其機制。ICA對Dynein相關微管異常，以及對過度磷酸化的神經絲的作用及機制仍有待進一步研究。

1.2 軟骨細胞

絲切蛋白是一種微絲結合蛋白，其異常表達會影響微絲的動態重組，進而影響軟骨細胞的機械傳導以及對關節應力的反應，導致關節軟骨病變[17]。中間絲具有組織特異性，不同類型細胞含有不同中間絲蛋白質，軟骨細胞中波形蛋白是中間絲蛋白的主要成分[18]。中間絲和微絲的結構破壞均會導致軟骨細胞中Ⅱ型膠原(collagen)和蛋白多糖的表達減少，抑制細胞外基質合成，改變細胞的新陳代謝，表現為關節軟骨細胞的衰老凋亡，最終引起骨關節炎(Osteoarthritis，OA)[19]。

ICA能夠干擾炎癥介導的Nod樣受體蛋白-3(NLRP3)/caspase-1信號通路，提高軟骨細胞分泌的Col Ⅱ表達水平，促進細胞外基質合成[20]。ICA也能通過絲裂原活化激酶途徑抑制MMPs相關因子，減少膠原降解，保護炎癥下受損的軟骨細胞骨架結構并維持微環境穩態[21]。此外，ICA還可能通過上調軟骨細胞缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)信號通路，增加軟骨細胞外蛋白多糖含量，同時提高基質合成關鍵因子SOX9基因和蛋白的表達水平，促進細胞外基質合成[22-23]。

上述研究表明，ICA對受損的軟骨細胞骨架的修復和保護作用主要是通過對細胞外基質的調控實現的。ICA能否作用于絲切蛋白及波形蛋白來直接修復細胞骨架，發揮抗炎作用，仍需要進一步的研究。

1.3 成骨細胞

肌動蛋白解聚因子ADF/絲切蛋白，通過失活絲切蛋白來調控成骨細胞微絲的組裝，維持細胞骨架結構穩定，促進細胞成骨[24]。I型膠原(Col I)作為成骨細胞主要的結構蛋白，為細胞黏附提供支架，促進骨形成[25]。當肌動蛋白和Col I的合成受到抑制時，成骨細胞的細胞骨架的形態和功能會遭到破壞，進而影響骨形成和骨重建過程。細胞骨架的結構紊亂也會影響細胞的形態，進而損傷細胞導致骨代謝疾病，如骨質疏松(osteoporosis，OP)[26]。

ICA可以通過影響成骨細胞骨架重排，修復因過載力學刺激導致的成骨細胞骨架系統紊亂，降低成骨細胞凋亡[27]。黃孝聞等[28]研究發現，ICA通過調控RhoA/Rock信號通路，抑制炎癥作用下細胞骨架相關因子RhoA和絲切蛋白的上調表達，修復受損的肌動蛋白絲，起到保護細胞的作用。宋立成等[29]通過建立高重力細胞加載模型發現ICA能夠明顯上調成骨細胞肌動蛋白基因及蛋白的表達，維持細胞骨架的形態穩定。ICA還可以通過激活雌激素受體介導的途徑，上調去卵巢小鼠成骨細胞Col I的表達水平，促進細胞外基質的合成，刺激成骨細胞分化和礦化[30-31]。

因此，ICA既能修復炎癥或過載力學刺激下受損的成骨細胞狹義的細胞骨架，也能對細胞外基質有直接的修復和保護作用，有效維持骨架結構穩定，促進細胞成骨作用。目前關于ICA作用于肌動蛋白解聚因子ADF/絲切蛋白的機制研究較少，可為今后的研究提供新思路。

1.4 人牙周膜成纖維細胞

人牙周膜成纖維細胞(hPDLCs)是口腔牙周組織中最主要的細胞成分，在維持牙周膜的完整性和功能上起決定性作用。hPDLCs的生物學功能取決于細胞骨架的完整性以及細胞外基質分泌等細胞活性[32]。在致炎因子或機械刺激下，牙周膜細胞MMPs的表達上調，而Col I的合成受到抑制，導致細胞骨架的重排和細胞外基質的新陳代謝發生異常，牙周組織遭到炎癥性破壞，造成牙周系統疾病[33]。

秦子順等[34]研究發現，ICA可顯著上調成骨特異性轉錄因子Runx2、骨形態發生蛋白BMP-2、骨橋素、骨鈣素和Col I的表達，促進hPDLCs的骨向分化。同時，ICA能夠降低MMP-1表達，抑制細胞外基質降解，或者提高組織抑制因子(TIMP-1)表達，促進細胞外基質合成，從這兩個角度同時發揮對hPDLCs細胞骨架結構的修復和保護作用[35]。此外，ICA對炎癥誘導下增強的白細胞介素(IL-6)的活性也有一定的抑制作用，有效保護hPDLCs細胞外基質的功能，修復炎癥下受損的牙周組織[36]。

以上研究提示，ICA可以作用于hPDLCs細胞骨架的相關組分，修復受損的牙周組織，然而其作用機理尚未有深入研究。進一步探索ICA治療口腔牙周疾病的作用機制，將具有較好的應用前景。

2 ICA對不同細胞的細胞骨架的抑制和破壞作用

2.1 破骨細胞

破骨細胞骨架中肌動蛋白和細胞外基質蛋白酶的合成與分泌調控著細胞分化和骨吸收過程，是干預骨疾病的潛在靶點[37]。肌動蛋白的形成和細胞外組織蛋白酶K及骨代謝關鍵調節因子MMP-9的活性受到抑制時，將會破壞細胞外基質的微環境，影響破骨細胞的運動和骨吸收功能，導致骨吸收和骨形成的動態失衡。

ICA能夠通過抑制破骨細胞的肌動蛋白絲的形成，以及抑制細胞外基質的合成兩條途徑抑制骨吸收亢進。XU等[38]發現ICA通過抑制核因子KB(NF-kB)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)的激活，抑制破骨細胞肌動蛋白的形成，阻止人 NF-KB受體活化因子配體(RANKL)誘導的破骨發生。ICA通過調控多種信號表達，包括雌激素信號通路、MAPK信號通路等，下調組織蛋白酶K和MMP-9基因水平，進而破壞破骨細胞異常骨吸收功能[39]。

綜上所述，ICA通過調節破骨細胞肌動蛋白動力學及細胞外基質分泌水平影響骨吸收功能，可以作為病理性骨吸收的治療靶點。目前對于ICA的最佳濃度及安全性仍需要大量實驗研究,同時需要繼續完善其具體的作用機制,以期為ICA治療骨疾病提供循證醫學證據。

2.2 腫瘤細胞

腫瘤細胞的侵襲和遷移主要受到細胞骨架中微絲相關蛋白的調控，在某些類型的早期癌癥中，例如人表皮樣癌，肌動蛋白可被用作評估腫瘤細胞發育的敏感指標[40]。細胞外基質所構成的腫瘤微環境，在維持腫瘤細胞生理活動和組織穩態中起到重要作用[41]。因此，細胞骨架可能是治療腫瘤的潛在靶點。

有研究表明，一定濃度(10-5mol/L)的ICA通過破壞人肝癌HepG2細胞肌動蛋白骨絲抑制腫瘤的增殖和遷移，影響腫瘤細胞周期和凋亡[42]。在WANG等[43]的體外研究中發現，ICA能顯著抑制人胃癌細胞BGC-823細胞的遷移和侵襲，其機制可能是通過細胞內相關信號通路，來抑制信號分子的表達，最終影響肌動蛋白驅動的細胞移動。

此外，ICA還可以降低MMP-9基因和蛋白的表達，抑制細胞外基質的降解，降低腫瘤細胞的侵襲和遷移能力。ICA通過阻斷骨肉瘤細胞143B血管內皮生長因子VEGF和MMP-9的表達，抑制骨肉瘤細胞外基質的降解來減弱腫瘤細胞的侵襲[44]。也有研究顯示[45]，ICA呈濃度依賴性下調轉錄激活因子STAT3下游靶基因產物MMP-9的蛋白表達，從而抑制人多發性骨髓瘤細胞的生長和遷移。其中，ICA對STAT3的抑制作用可能是通過衰減JAK/STAT3-Dependen信號級聯，下調多種上游激酶磷酸化來實現的。

上述研究表明ICA在抗腫瘤藥物的研發中具有潛在的臨床應用價值。目前尚未有關于ICA與腫瘤靶向藥物聯合應用的研究報道。因此，ICA能否在細胞骨架水平增強靶點調控并提高抗腫瘤效果的機制值得進一步研究。

3 總結與展望

隨著現代生物醫學的深入發展，細胞骨架在疾病發展中的作用逐漸被揭示。目前已有研究證實了ICA對神經細胞、軟骨細胞、成骨細胞、人牙周膜成纖維細胞、破骨細胞和腫瘤細胞等多種細胞的細胞骨架具有調控作用，部分作用機制也被揭示。通過激活或抑制多種信號通路，ICA可以調控骨架相關蛋白，直接或間接影響細胞骨架和細胞外基質的生物學功能。這些研究進展進一步證明了ICA在神經保護、成骨分化和抗腫瘤等方面具有重要的藥用價值，為臨床上防治相關疾病提供了新的思路。回顧文獻，ICA對一些細胞的調控機制還需要進一步研究。同時，ICA是否對其他細胞的細胞骨架有調控作用也值得進一步研究，為其在其他領域的臨床應用奠定基礎。未來還需要建立活體動物模型和開展臨床試驗，深入探討ICA調控不同細胞骨架的機制及臨床應用效果，為中藥活性成分ICA的臨床應用提供更多的依據。