淫羊藿苷在治療股骨頭壞死中的應用*

董一平,袁強,張寧,林繼紅,李無陰,張穎

1.河南中醫藥大學,河南 鄭州 450046; 2.湖南中醫藥大學,湖南 長沙 410208;3.河南省洛陽正骨醫院/河南省骨科醫院,河南 洛陽 417002

股骨頭壞死是由于激素、飲酒、創傷等因素導致股骨頭血管受損從而引起股骨頭結構改變,最終導致股骨頭塌陷的疾病。該病會引起髖關節疼痛與活動障礙,具有較高的致殘率[1]。大數據調查發現,股骨頭壞死的發病率呈逐年上升的趨勢,且在中青年人群中多發[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,多數患者的股骨頭會在兩到三年間發生不同程度的塌陷[3]。在早期股骨頭壞死的治療上,一般不推薦采用全髖關節置換術,特別是對于年輕患者,采取保髖療法,減緩股骨頭塌陷、維持髖關節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之急。

淫羊藿具有溫補腎陽、強筋壯骨、祛風除濕的功效,臨床廣泛應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,在骨組織修復領域中具有廣闊的應用前景[8]。近年來,股骨頭壞死領域中與淫羊藿苷相關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掘潛力?；诖?本文對淫羊藿苷在股骨頭壞死中的作用及應用研究進行綜述。

1 淫羊藿苷概述

淫羊藿苷,化學式為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、抗炎與抗氧化應激、抗神經元損傷、抗腫瘤等作用,可參與調控多個信號通路及相關受體,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和應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,增加骨量,在骨骼的生長與重塑過程中發揮著重要作用[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,發現淫羊藿苷的濃度為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、鈣化結節的數量、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,此研究發現,一定濃度范圍內的淫羊藿苷可顯著降低成骨細胞中細胞質蛋白核轉錄因子-κB(nuclear transciption factor-kappa B,NF-κΒ)的活性,并增加成骨細胞中轉化生長因子β1的表達,調控成骨細胞的分化。研究還發現,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,調節骨形成,且OPG/RANKL的表達比例與ER有關。細胞自噬是一種重要的細胞機制,可參與成骨細胞分化,在骨穩態中扮演重要角色。細胞自噬現象存在于股骨頭壞死的發生發展過程中,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,改善激素誘導的細胞損傷[15]。宋世雷[16]通過實驗研究發現,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疾病的理想方法,其可以增加多種成骨相關因子的表達,參與成骨細胞的分化,調控成骨細胞的增殖,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,導致其分泌的酶與酸性物質分解并吸收骨基質,導致骨的壞死與溶解,使股骨頭的骨組織力學結構發生改變,并在重力作用下導致微骨折,最終發生股骨頭塌陷[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的破骨細胞進行干預,抗酒石酸酸性磷酸酶和鬼筆環肽染色結果顯示,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,發現Gα13基因及蛋白表達顯著上調,Akt-GSK3β-NFATc1信號通路的相關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,發現在淫羊藿苷的作用下,破骨細胞內ROS與亞鐵離子水平上調,GSH及GSH-Px含量降低,同時上調了Nrf2/HO-1信號傳導通路與Nrf2、HO-1基因表達,抑制了GPX4基因及轉錄蛋白表達,促進破骨細胞氧化應激改變,進而調控鐵代謝水平,增加氧化應激損傷,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誘導的破骨細胞生成,同時淫羊藿苷可抑制破骨細胞中F-actin環的形成,進而減弱其骨吸收能力。以上多項研究表明,淫羊藿苷可調節破骨細胞相關信號通路,抑制破骨細胞的形成與骨吸收,對預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生塌陷具有積極作用。

2.3 促進骨髓間充質干細胞(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與相關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]研究發現,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中誘導成骨分化,淫羊藿苷則可以在體外通過上調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 和激素誘導的股骨頭壞死模型大鼠中,發現其可提高ALP水平,同時發現ICA聯合miR-23a-3p敲低可上調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,成骨分化會相應地隨之下降,骨質疏松的發病概率隨之提高,最終導致股骨頭壞死[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,發現與空白對照組比較,10 μg·L-1的淫羊藿苷可抑制成脂相關的PPARγ、Adipsin和FABP4的表達,促進成骨相關基因RUNX2、ALP和OPN的表達,而 40 μg·L-1的淫羊藿苷表現則相反,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,研究發現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 對微血管內皮細胞(bone microvascular endothelial cells,BMECs)的保護作用由激素引發的股骨頭BMECs損傷所造成骨內微循環障礙是導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鍵[26]。淫羊藿苷對BMECs具有顯著的保護作用,可改善激素誘導的BMECs損傷并降低其凋亡率。Yu等[27]研究發現,在體外實驗中,10-5mol·L-1的淫羊藿苷可以顯著逆轉氫化可的松對BMECs增殖的抑制作用,促進BMECs的遷移、成管,促進VEGF、CD31等血管生成相關細胞因子的表達并激活Akt 信號通路;在體內實驗中,淫羊藿苷可保護由甲強龍所導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檢測及生物信息學分析結果顯示,淫羊藿苷可有效調控激素對BMECs miRNA-23b表達量的影響,而miRNA-23b表達可調節血管內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用

3.1 在復合材料中的應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合,此類復合材料已在骨缺損修復中表現出了良好效果,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)的多孔復合支架對于骨再生的影響。在體外實驗中,ICA/HAA表現出至少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,發現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中未產生細胞毒性;在體內實驗中,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。髓芯減壓術在臨床早期股骨頭壞死中應用廣泛,此術式可降低股骨頭內部壓力,清除股骨頭內部死骨,改善股骨頭血運,并可在死骨清除后根據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-磷酸三鈣復合淫羊藿苷支架,術后4、8、12周進行的股骨頭micro-CT掃描及組織學觀察發現,復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,并顯著誘導新生血管的形成,展現了淫羊藿苷復合支架作為股骨頭壞死植骨術的新型骨代替材料的潛力。

3.2 在臨床藥物中的應用目前,臨床上也存在很多應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,配以續斷、補骨脂、丹參、地黃等,在股骨頭壞死的治療中應用廣泛[32-33]。楊杰等[34]觀察了仙靈骨葆膠囊預防激素性股骨頭壞死的作用,發現患有腎病綜合征、系統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生率明顯降低,表明其對于股骨頭壞死具有預防作用。鄭英豪[35]將92例非創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合植骨術治療后給予常規藥物治療,觀察組則在對照組的基礎上在術后第二天口服仙靈骨葆膠囊。服藥一年后發現,觀察組患者的疼痛程度、關節畸形程度、關節活動范圍與關節功能評分及總分均高于對照組,且觀察組的不良反應發生率低于對照組,表明仙靈骨葆膠囊可顯著加快非創傷性股骨頭壞死患者保髖術后的康復進程。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、續斷等)治療97例早期股骨頭壞死患者,發現在治療組中,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 總結與展望

股骨頭壞死是臨床上常見的難治性髖關節疾病之一,且目前尚無統一的治療標準。股骨頭壞死的預防與保髖治療一直是臨床治療中的難點,關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,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合,在動物模型實驗中取得了令人滿意的效果,這種結合可能是未來淫羊藿苷應用于股骨頭壞死與骨缺損手術治療的重點。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,相關研究多以基礎實驗為主,對于淫羊藿苷的復雜機制層面研究相對薄弱。其二,尚無淫羊藿苷復合材料應用于人體的相關報道,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,今后應更多地關注淫羊藿苷的臨床應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,同時現有的動物模型存在局限性,應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據加以證實,明確淫羊藿苷在人體內的最適濃度。

總之,淫羊藿苷已經在股骨頭壞死領域表現出了巨大的研究潛力與價值,相信隨著藥理學、分子生物學與生物基因工程技術等現代科學技術的不斷發展,在不久的將來淫羊藿苷會更加方便、經濟、有效地應用于臨床,為臨床防治股骨頭壞死貢獻新的解決方案。