龜板調(diào)控BMSCs增殖、遷移和成骨分化及其抗骨質(zhì)疏松癥的研究進(jìn)展

余翔 任輝* 沈耿楊 張鵬 余富勇 尚奇 湯凱 張志達(dá) 招文華 梁德 江曉兵,3*

1. 廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院脊柱骨科，廣東 廣州 510405 2. 廣州中醫(yī)藥大學(xué)，廣東 廣州 510405 3. 廣州中醫(yī)藥大學(xué)嶺南醫(yī)學(xué)研究中心，廣東 廣州 510405

骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)是易導(dǎo)致骨折等嚴(yán)重并發(fā)癥的一種全身性系統(tǒng)性骨代謝疾病，嚴(yán)重威脅患者生命健康，給家庭、社會帶來了沉重負(fù)擔(dān)[1-2]。如何有效防治OP是目前的難題。中醫(yī)藥在防治OP方面具有獨(dú)特優(yōu)勢[3-4]。龜板有補(bǔ)腎強(qiáng)骨、填精益髓的功效，可通過調(diào)控骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)增殖、遷移及成骨分化，促骨形成，改善OP骨損害，從而有效抗各種OP，如絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥(PMOP)、激素性骨質(zhì)疏松癥(GIOP)和老年性骨質(zhì)疏松癥(SOP)。龜板通過調(diào)控骨代謝相關(guān)microRNAs、細(xì)胞信號通路及相關(guān)因子表達(dá)調(diào)控BMSCs增殖、遷移和成骨分化，從而起到抗OP作用。本文將圍繞當(dāng)前文獻(xiàn)報道的龜板對BMSCs增殖、遷移和成骨分化的調(diào)控機(jī)制及其抗OP作用機(jī)制的相關(guān)研究進(jìn)行綜述，旨在為中醫(yī)藥抗OP提供參考。

1 龜板對BMSCs增殖、遷移和成骨分化的調(diào)控作用及機(jī)制

1.1 龜板對BMSCs增殖的影響

據(jù)報道[5-7]，龜板含藥血清可上調(diào)骨形態(tài)發(fā)生蛋白-4(BMP-4)表達(dá)促大鼠BMSCs增殖，該作用呈量效和時效依賴性。陳東風(fēng)等[8]證實(shí)，乙酸乙酯萃取的龜板提取物(PTE)可呈劑量和時間依賴性促BMSCs增殖，低濃度(30 μg/mL)PTE干預(yù)BMSCs 1 d時無明顯促增殖效果，干預(yù)3 d時顯著促增殖；而高濃度(300 μg/mL)PTE干預(yù)1 d時可顯著促增殖。此外，他們予低[3 mg/(kg·d)]、高濃度[30 mg/(kg·d)]PTE灌胃大鼠，發(fā)現(xiàn)低濃度PTE灌胃干預(yù)1 d后大鼠來源的BMSCs中CD44陽性細(xì)胞(代表細(xì)胞循環(huán)周期)無顯著升高，干預(yù)3 d后大鼠來源的BMSCs中CD44陽性細(xì)胞顯著升高；而來源于高濃度PTE灌胃1 d和3 d后大鼠來源的BMSCs中CD44陽性細(xì)胞均顯著升高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PTE促BMSCs增殖可能與BMP-4上調(diào)相關(guān)，低(30 μg/mL)、高濃度(300 μg/mL)PTE干預(yù)BMSCs 1、3、5 d后，BMP-4表達(dá)呈“先升高后降低”的趨勢(3 d時達(dá)峰值)。此外，宋述財?shù)萚9]研究表明，高(3 333 μg/mL)、中(333.3 μg/mL)、低(33.33 μg/mL)劑量PTE通過調(diào)控維生素D受體(VDR)、視黃酸受體α(RARα)促BMSCs增殖，且促增殖效果呈劑量依賴性。

有趣的是，龜板對BMSCs增殖存在雙向調(diào)控作用，即龜板對BMSCs增殖既有促進(jìn)，又有抑制作用。Wang等[10-11]用乙酸乙酯萃取并通過硅膠柱層析梯度洗脫法分離龜板得到16個組分(Ts-1～16))，發(fā)現(xiàn)Ts-12中鑒定出的棕櫚酸甲酯(S-1)和肉豆蔻酸膽固醇(S-8)促BMSCs增殖，而Ts-4中的硬脂酸(S-5)抑制BMSCs增殖。張海玲等[12]研究發(fā)現(xiàn)，PTE干預(yù)BMSCs早期(36 h和3 d)劑量依賴性上調(diào)分化抑制蛋白1(Id1)表達(dá)，促BMSCs增殖；干預(yù)BMSCs晚期(7 d)時，PTE可下調(diào)Id1表達(dá)，抑制BMSCs過度增殖。張?jiān)饺A等[13-14]發(fā)現(xiàn)，龜板石油醚提取物(龜板浸膏)中同時具有促增殖和抑制增殖的物質(zhì)，十六烷酸在低(0.15 μg/μL)、高濃度(1.5 μg/μL)均可顯著促大鼠BMSCs增殖；而龜板浸膏甲酯化產(chǎn)物中的十六烷酸甲酯在低濃度時促BMSCs增殖，但在高濃度時反而抑制BMSCs增殖。然而，以上文獻(xiàn)報道中，龜板對BMSCs增殖的影響僅有表型結(jié)果，關(guān)于龜板對BMSCs增殖的促進(jìn)或抑制作用的具體起效過程及深層機(jī)制尚未完全明確，將來有必要對龜板雙向調(diào)控BMSCs增殖的量效關(guān)系、中間回路及平衡機(jī)制進(jìn)行研究。

1.2 龜板對BMSCs遷移的影響

目前，關(guān)于龜板對BMSCs遷移影響的研究較少。黃小兵等[15]證實(shí)，龜板含藥血清可呈劑量依賴性上調(diào)HGF/c-met軸促進(jìn)BMSCs遷移。筆者研究發(fā)現(xiàn)，龜板水提成分可上調(diào)SDF-1/CXCR4軸促BMSCs遷移(相關(guān)結(jié)果待發(fā)表)。

1.3 龜板對BMSCs成骨分化的影響

1.3.1龜板調(diào)控成骨相關(guān)因子誘導(dǎo)BMSCs成骨分化：BMSCs可向成骨細(xì)胞方向分化[16]。成骨相關(guān)因子堿性磷酸酶(ALP)[17]、Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)[18]、骨橋蛋白(OPN)[19]、VDR[20]、RARα[21]、BMP-4[22]、Id1[23]與BMSCs成骨分化密切相關(guān)。據(jù)報道[24]，龜板可顯著提高ALP活性、促進(jìn)鈣沉積促BMSCs成骨分化。此外，PTE可上調(diào)ALP、Runx2和OCN表達(dá)，促成骨分化[25, 26]。侯秋科等[25]證實(shí)，PTE上調(diào)VDR表達(dá)誘導(dǎo)BMSCs成骨分化，且該過程可能與VDR調(diào)節(jié)BMP通路相關(guān)[27]。此外，陳金鋒等[28]也證實(shí)VDR可能是PTE調(diào)控BMSCs成骨分化的作用靶點(diǎn)之一。張海玲等[12]證實(shí)，PTE干預(yù)BMSCs 7 d時，活化了BMP-4，從而下調(diào)Id1(BMP-4靶基因)表達(dá)，從而促BMSCs成骨分化。

1.3.2龜板調(diào)控miRNAs和信號通路誘導(dǎo)BMSCs成骨分化：miRNA已被證實(shí)在OP發(fā)病中起重要調(diào)控作用[29]。據(jù)報道[29]，PTE可能通過“中藥小分子物質(zhì)-miRNA-mRNA-lncRNA”調(diào)控網(wǎng)絡(luò)調(diào)控BMSCs向成骨方向分化，PTE通過抑制miRNA-351，上調(diào)靶基因VDR表達(dá)，從而誘導(dǎo)BMSCs成骨分化。此外，PI3K/AKT[30]、p38 MAPK通路[31]對BMSCs成骨分化起重要作用。筆者證實(shí)，PTE(干預(yù)濃度為30 μg/mL)可通過調(diào)控let-7f-5p/TNFR2/PI3K/AKT軸[26]、p38 MAKP/STE20/IGF1R/TRAF6 軸[33]促BMSCs成骨分化。龜板調(diào)控BMSCs增殖、遷移和成骨分化的研究進(jìn)展見圖1。

圖1 龜板調(diào)控BMSCs增殖、遷移和成骨分化的研究進(jìn)展Fig.1 Research progress about PT regulating the proliferation, migration, and osteogenic differentiation of BMSCs

2 龜板抗OP的作用及機(jī)制

目前臨床治療OP的藥物主要為抑制骨吸收藥物，因使用過程中存在一些并發(fā)癥從而限制了其臨床運(yùn)用。龜板長期以來被運(yùn)用于骨疾病治療。據(jù)報道，龜板可有效抗PMOP、GIOP和SOP。

2.1 龜板抗PMOP

PMOP是因絕經(jīng)后女性雌激素急劇下降導(dǎo)致的系統(tǒng)性骨病，尋找有效防治PMOP的藥物迫在眉睫。實(shí)驗(yàn)研究中常運(yùn)用去卵巢動物模擬臨床PMOP患者狀態(tài)，一些學(xué)者探討了龜板對去卵巢鼠OP的防治作用。王新雨等[34]發(fā)現(xiàn)醋龜甲散劑和水煎劑對OP小鼠均有治療作用，而散劑效果優(yōu)于水煎劑。孫蘇亞等[35]發(fā)現(xiàn)，龜板水、醇提取液可顯著增加成年去勢大鼠骨鈣含量和骨生物力學(xué)強(qiáng)度。筆者發(fā)現(xiàn)，龜板水提成分可促外源性BMSCs歸巢從而減少去卵巢大鼠骨丟失，預(yù)防PMOP[36]。

2.2 龜板抗GIOP

GIOP是臨床最常見的繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥。本團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)外率先開展了龜板防治GIOP的作用及機(jī)制研究。本團(tuán)隊(duì)證實(shí)[37]，龜板可有效改善GIOP大鼠脛骨、腰椎骨密度、骨強(qiáng)度。龜板可能通過降低骨轉(zhuǎn)換逆轉(zhuǎn)GIOP大鼠骨損害[38-39]。此外，龜板單獨(dú)使用或聯(lián)合阿倫磷酸鈉使用可通過靶向調(diào)控Runx2、骨保護(hù)素(OPG)和組織蛋白酶K(CTSK)治療大鼠GIOP[40-41]。龜板還可通過影響let-7f靶向TNFR2調(diào)控wnt/β-catenin通路而促BMSCs增殖和成骨分化抗GIOP[42]。

2.3 龜板抗SOP

SOP由增齡等綜合因素導(dǎo)致，嚴(yán)重威脅公共健康，挖掘中醫(yī)藥防治SOP的作用機(jī)制具有重要價值。研究[43]表明，龜板水提液可有效改善SOP小鼠骨損害，其機(jī)制可能與抑制NF-κB轉(zhuǎn)錄有關(guān)。本團(tuán)隊(duì)近期發(fā)現(xiàn)，龜板可通過調(diào)控“l(fā)et-7f-海馬-HPO軸”抗SOP(相關(guān)結(jié)果待發(fā)表)。

龜板抗PMOP、GIOP和SOP的研究進(jìn)展如圖2所示。

圖2 龜板抗OP的研究進(jìn)展Fig.2 Research progress on the mechanism of PT in anti-osteoporosis

3 總結(jié)及展望

綜上，龜板可調(diào)控BMSCs增殖、遷移和成骨分化，目前研究已初步證實(shí)龜板具有抗GIOP、PMOP和SOP的作用。但目前龜板對BMSCs增殖、遷移和成骨分化及抗OP的機(jī)制尚未完全明確，仍缺乏相關(guān)研究。因此，為進(jìn)一步闡明龜板抗OP的作用機(jī)制，可從以下幾個方面開展研究：① 繼續(xù)優(yōu)化龜板有效成分的提取方法，進(jìn)一步提高藥效；② 篩選龜板促BMSCs增殖、遷移、成骨分化的信號通路(單一或crosstalk)及相關(guān)基因，豐富龜板抗OP的靶點(diǎn)；③ 探討龜板調(diào)控干細(xì)胞內(nèi)分泌/旁分泌效應(yīng)及干細(xì)胞遷移/歸巢等生物學(xué)行為維持局部微環(huán)境平衡抗OP的機(jī)制；④ 借助傳統(tǒng)分子生物學(xué)技術(shù)和新型技術(shù)(基因芯片和高通量測序)進(jìn)一步研究龜板對成骨、破骨、血管形成、膠原形成、炎癥/免疫、細(xì)胞自噬/凋亡/巨噬細(xì)胞極化、干細(xì)胞外泌體和鐵死亡等的調(diào)控機(jī)制。通過以上研究，全面詮釋龜板通過多靶點(diǎn)、多途徑、多層次抗OP的機(jī)制，為闡明龜板抗OP的機(jī)制奠定實(shí)驗(yàn)及理論基礎(chǔ)。