中藥單體成分治療糖皮質激素性骨質疏松癥的機制及應用研究進展

侯博，李東楠，張永政，王海，

1 黑龍江中醫藥大學研究生院，哈爾濱150040；2 黑龍江中醫藥大學附屬第一醫院兒科二科

糖皮質激素性骨質疏松癥（GIOP）是由于長期大劑量使用糖皮質激素（GC）而引發的醫源性并發癥。目前認為GIOP的主要發病機制為藥理學劑量的GC可能通過多條信號通路誘導氧化應激、細胞自噬、骨細胞衰老等影響成骨細胞和破骨細胞的數量及活性，破壞骨形成和骨吸收動態平衡，最終導致骨質疏松［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及并發癥。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。現就中藥單體成分治療糖皮質激素性骨質疏松癥的機制及治療應用相關研究綜述如下，以期為GIOP的防治和新藥研發提供新思路。

1 黃酮類治療GIOP的機制及應用

黃酮類化合物目前較集中在被子植物中發現，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途徑以平衡骨穩態，促進骨合成和抑制骨吸收；可作用于NF-κB信號通路調節細胞凋亡和自噬；能夠靶向脂質代謝關鍵因子PPARγ糾正地塞米松誘導的脂質代謝異常并減輕GC誘導的氧化應激損傷。

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基因（Runx2、Osterix、COLL-1）的表達抑制，通過抑制活化的組織蛋白酶K和上調miR-186表達來預防地塞米松誘導的骨微結構惡化和骨質流失［2］。HUANG等［3］發現，淫羊藿苷可通過調節EphB4和Ephrin-B2的下游因子RhoA、Grb4的表達來維持成骨細胞和破骨細胞的功能平衡，以保護骨骼結構。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的抗骨質疏松活性較淫羊藿苷更明顯，朝藿定C聯合BMSCs移植可能通過活化PI3K/AKT通路促進GIOP小鼠骨形成，增加骨密度，改善骨微結構［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］實驗研究發現，木犀草素可顯著增加GIOP大鼠的骨小梁數量、骨礦物質密度（BMD）和骨礦物質含量，下調Caspase-3、Caspase-9和Bcl相關X蛋白（Bax）表達，上調抗凋亡蛋白B淋巴細胞瘤2（Bcl-2）的表達，以劑量依賴性方式降低GIOP大鼠的乳酸脫氫酶活性，上調血清超氧化物歧化酶活性及谷胱甘肽水平以降低GC誘導的氧化應激，并參與調節GIOP中的ERK/Lrp-5/GSK-3β通路，促進成骨細胞分化。

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細胞和斑馬魚幼體中，山奈酚可通過調節腫瘤抑制因子p53、Bax、細胞周期蛋白D1和Bcl-2來減弱地塞米松對細胞增殖抑制和凋亡誘導的作用，并可通過激活JNK和p38 MAPK途徑減輕激素誘導的成骨分化抑制［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環境下促進MC3T3-E1增殖、伸展及分化［7］。于冬冬等［8］體外培養hFOB1.19人成骨細胞并以地塞米松誘導凋亡，發現葛根素通過抑制NF-κB信號通路及Caspase-3、Caspase-8 mRNA表達從而發揮抑制地塞米松誘導的細胞凋亡的作用。

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，研究發現，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胞的數量，既能顯著抑制破骨細胞活性，又能抑制破骨細胞的生長、分化［10］。周湘華等［11］研究發現，二氫楊梅素可抑制地塞米松誘導的MC3T3-E1細胞凋亡，降低MC3T3-E1細胞的自噬水平。

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

2 皂苷類治療GIOP的機制及應用

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，干預細胞自噬，通過作用于BMP-2/BMPR1A/Runx2信號通路，增強骨形成、抑制骨吸收，從而發揮抗GIOP作用。

2.1 環黃芪醇 環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，發現環黃芪醇能夠顯著增加地塞米松處理的斑馬魚幼體的骨量。端粒酶是環黃芪醇發揮作用的靶點，其通過介導Runx2、OCN、OPN、Coll基因表達來減輕地塞米松誘導的成骨分化抑制。

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］研究發現，熊果苷在體內外均可提高GC影響下成骨細胞的成骨分化能力，改善地塞米松誘導的小鼠股骨中Runx2、BMP2表達下調以促進骨形成，降低CTX-1水平和TRAP活性以抑制骨細胞再吸收，提高成骨細胞自噬水平。

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的大鼠體質量和BMD降低，增強骨形成標志物分泌，減少骨吸收標志物生成，還可解除GIOP大鼠和原代成骨細胞中地塞米松誘導的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的機制及應用

酚類化合物具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、保護神經、調節血脂血糖、調節免疫功能等作用［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誘導的氧化應激、介導PI3K/AKT/mTOR信號通路調節細胞自噬與凋亡、介導Lrp-5/GSK-3β/ERK通路促進成骨細胞增殖、抑制炎癥反應等發揮抗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］研究發現，天麻素可增加地塞米松處理的MC3T3-E1細胞中成骨基因標志物（BMP-2、Runx2、osterix、OCN）mRNA表達水平，激活核因子E2相關因子2及其下游效應分子表達來促進成骨分化，保護細胞免于凋亡。

3.2 姜黃素 姜黃素從姜科植物郁金、姜黃、莪術、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，發現姜黃素（100 mg/kg）給藥60 d可明顯增加大鼠BMD和ALP，增強骨強度，改善骨小梁微觀結構，下調Bax/Bcl-2、下調cleaved Caspase-3和裂解的聚ADP核糖聚合酶表達，抑制地塞米松誘導的股骨母細胞凋亡。此外，姜黃還可通過上調p-ERK1/2表達激活地塞米松誘導的成骨細胞中ERK信號轉導，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］研究發現，白藜蘆醇可激活SIRT1表達，介導PI3K/AKT/mTOR信號通路增強線粒體自噬，從而保護GIOP大鼠的成骨細胞。

3.4 阿魏酸 阿魏酸是從當歸、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］研究發現，阿魏酸可能通過Lrp-5/GSK-3β/ERK通路促進成骨細胞增殖。有學者以新生大鼠為實驗對象構建GIOP模型，發現阿魏酸治療可提高SIRT1 mRNA和蛋白表達，降低NF-κB表達，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GC導致的成骨細胞增殖抑制，仙茅苷給藥后可降低骨小梁表面的破骨細胞數量，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激的影響［22］。朱芳兵等［23］研究發現，25 ～ 100 μg/mL仙茅苷預處理可明顯逆轉地塞米松對大鼠顱骨成骨細胞的殺傷作用，還能抑制TNF-α、IL-1β、IL-6、COX-2等炎癥細胞因子釋放，從而抑制破骨細胞生成。

4 苯乙醇苷類治療GIOP的機制及應用

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通路調節細胞自噬、改善脂質代謝、調節TGF-β/Smad2/3通路減輕骨形成抑制、作用于腫瘤因子p53調節細胞凋亡等途徑治療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通路是調節自噬的上游因子，HUANG等［24］研究發現，京尼平苷可能通過介導PI3K/AKT通路激活體內和體外自噬從而抑制地塞米松誘導的細胞凋亡。脂質在骨代謝中起著重要作用，ABCA1是膽固醇穩態的關鍵分子，京尼平苷可通過增加ABCA1表達來減少地塞米松誘導的膽固醇積累，促進細胞分化［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］研究發現，紅景天苷可增加骨形成標志物（OPN、Runx2、Osx）和轉化生長因子β（TGF-β）蛋白表達，促進地塞米松處理的MC2T3-E3細胞中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激素受體上調p53表達，誘導成骨細胞周期停滯和凋亡［27］。LI等［28］研究發現，10 mg/L松果菊苷可上調Bcl-2表達，下調p53、Bax表達，從而抑制地塞米松誘導的小鼠成骨細胞MC3T3-E1細胞凋亡。

5 多糖類治療GIOP的機制及應用

多糖是一類天然大分子物質，分布于細胞外被、細胞質中，是構成生命的四大基本物質之一，具有抗腫瘤、抗凝血、抗氧化、降血糖、改善潰瘍和調節血脂等多種生理功能。多糖類可通過介導PI3K/AKT/mTOR通路提高成骨細胞增殖分化能力、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成骨細胞為實驗對象，發現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成骨細胞中Bax、Caspase-3蛋白表達。孫文星等［30］發現，黃芪多糖處理后，GIOP大鼠成骨細胞p-AKT、p-mTOR表達升高，可作用于PI3K/AKT/mTOR信號通路，逆轉地塞米松對成骨細胞增殖分化能力和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胞形成，減少破骨細胞分化，提高成骨細胞活性。ZHANG等［31］對牛膝多糖進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的骨量丟失，通過刺激骨形成達到良好的治療效果。

5.3 枸杞多糖 枸杞多糖來源于茄科枸杞屬植物。研究發現，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小鼠進食量，改善臟器系數，促進腎小球恢復，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誘導骨髓間充質干細胞（BMSCs）凋亡，生物堿類可作用于AMPK和mTOR通路促進自噬，保護BMSCs免于凋亡。過量的GC可上調NF-κB配體（RANKL）表達，并降低骨保護素（OPG）在基質細胞和成骨細胞中的表達［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，發現丹參酮治療組的BMD、BV/TV、BV和TV顯著增高，可調節AKT1基因表達，提高成骨相關基因（OCN、Col-1、Runx2）表達水平，緩解GC誘導的骨質疏松癥。

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地塞米松對成骨細胞分化、增殖的抑制，改善骨代謝［36］。魏元基等［37］研究發現，與造模組相比，β-蛻皮甾酮組可調高AKT1、CX43蛋白表達，降低Caspase-9蛋白表達，干預地塞米松誘導的骨細胞凋亡。

6.3 川芎嗪 川芎嗪是從中藥川芎中提取的生物堿類化學成分。體外實驗研究發現，川芎嗪可抑制地塞米松誘導的細胞毒性，作用于AMPK和mTOR通路促進自噬，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］發現，對GIOP雄性大鼠給予肉桂醛和甲狀旁腺激素后，小梁微結構明顯改善，骨折風險降低，runx2和ALP表達升高，顯著促進了成骨細胞的成熟和分化。

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］發現，瑞香素可激活Wnt/GSK-3β［42］/β-catenin通路，促進GIOP大鼠骨轉換標志物水平的恢復，并有助于改善GIOP大鼠腸道微生物群紊亂和促進腸道屏障功能恢復。瑞香素還可改善地塞米松誘導的PI3K/AKT和BMP/Smad信號抑制，促進成骨細胞特異轉錄因子表達，發揮對抗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及蛋白表達上調，Runx2活性更高。梁正［42］以大鼠下肢肌肉注射地塞米松造模，發現木豆素可改善成骨細胞活力，保護成骨細胞的分化及礦化能力，減少細胞過度凋亡。

綜上所述，中藥單體可通過調控MAPK、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin、NF-κB、OPG/RANKL等信號通路功能，保護成骨細胞增殖分化能力，調整細胞內促/抗凋亡蛋白的表達，抑制糖皮質激素誘導的炎癥因子釋放，刺激細胞自噬功能，糾正骨穩態失衡，最終達到治療GIOP的目的。盡管近年來中藥單體防治GIOP的相關研究越來越多，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研究多以細胞、動物等為實驗對象，尚無中藥單體治療GIOP的臨床數據；②GIOP的發病機制涉及在使用糖皮質激素的初始階段增加破骨細胞的功能，隨后由于成骨細胞和骨細胞凋亡而導致骨形成減少，分階段治療GIOP的優勢中藥單體仍需進一步挖掘驗證；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一步闡明；④作用于成骨細胞的研究較多，而對破骨細胞的具體作用機制則報道較少。基于目前的文獻報道，中醫藥治療GIOP的研究仍處于探索階段，期待今后應用更多新方法、新技術進行深入研究，挖掘中藥復雜的網絡作用機制，加強基礎實驗研究與臨床研究的結合，為中醫藥臨床應用及新藥開發提供更加堅實充分的科學依據。