楊軍 鄧強(qiáng) 李軍杰 喬小萬
【摘 要】 中醫(yī)學(xué)將骨質(zhì)疏松癥歸于“骨痹”“骨痿”等范疇,并認(rèn)為腎精不足、骨髓生化乏源、骨骼失養(yǎng)是“骨痿”等疾病的主要病機(jī)。近年來,隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)的發(fā)展,對骨代謝信號通路和相關(guān)作用靶點(diǎn)基因的認(rèn)識不斷深入,研究發(fā)現(xiàn)Hedgehog信號通路在骨骼發(fā)育中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,其傳導(dǎo)異常可導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥等骨代謝疾病的發(fā)生。以Hedgehog信號通路在骨質(zhì)疏松癥發(fā)病過程中的作用機(jī)制為基礎(chǔ),探討經(jīng)典補(bǔ)腎中藥及中藥復(fù)方通過此通路治療骨質(zhì)疏松的具體機(jī)制,從而為具有補(bǔ)腎功效的單味中藥及復(fù)方臨床應(yīng)用提供基礎(chǔ)研究支撐,為今后相關(guān)中藥的研發(fā)提供參考。
【關(guān)鍵詞】 骨質(zhì)疏松癥;Hedgehog信號通路;補(bǔ)腎中藥;機(jī)制;研究進(jìn)展;綜述
骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis,OP)是多種病因共同作用于人體導(dǎo)致的骨密度和骨質(zhì)量下降,骨微結(jié)構(gòu)破壞,造成骨脆性增加,從而容易發(fā)生骨折為特征的全身性骨代謝性疾病,已成為全球患病率、致殘率最高,治療費(fèi)用最昂貴的疾病之一,嚴(yán)重威脅中老年男性、絕經(jīng)后婦女、部分青少年等群體骨骼健康[1-2]。流行病學(xué)研究顯示,我國年齡 > 50歲人群OP患病率為19.2%,年齡 > 65歲人群患病率為32.0%[3]。我國低骨量人群數(shù)量巨大,年齡 > 50歲的人群低骨量率高達(dá)46.4%,是未來患OP的高危人群[4-5]。OP在中老年骨病中居首位[6],造成的骨折嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量及老年人壽命,醫(yī)療承受了巨大負(fù)擔(dān)。
中醫(yī)學(xué)將OP歸屬于“骨痹”“骨痿”等范疇,中醫(yī)理論認(rèn)為“腎為先天之本”“腎生骨髓”“五藏所主,……腎主骨”“其充在骨”,骨骼的生長發(fā)育、強(qiáng)勁、衰弱與腎精盛衰關(guān)系密切,腎精充足則骨髓生化有源,骨骼得以滋養(yǎng)而強(qiáng)健有力;腎精虧虛則骨髓生化乏源,骨骼失養(yǎng)而萎弱無力?!鹅`樞·經(jīng)脈》指出:“足少陰氣絕則骨枯……骨不濡則肉不能著也,骨肉不相親則肉軟卻發(fā)無澤者骨先死?!敝赋瞿I虛是引起骨痿的主要病機(jī),說明幾千年前中醫(yī)學(xué)就確立了“腎主骨”的指導(dǎo)思想,建立了“腎-精-髓-骨”骨骼內(nèi)在化生體系,即腎精對骨的充實(shí)與濡養(yǎng)發(fā)揮著重要作用,主導(dǎo)著骨的生長發(fā)育、生理功能的發(fā)揮,是人體骨代謝的內(nèi)環(huán)境[7-9],從而為補(bǔ)腎填精法治療OP提供了最基本的理論依據(jù)。近年來臨床以骨吸收抑制劑、骨形成促進(jìn)劑和膳食補(bǔ)充劑等西藥治療為主,在緩解或消除疼痛、改善骨代謝的同時,具有胃腸道不良反應(yīng)多、治療費(fèi)用高昂等缺點(diǎn)。而中醫(yī)藥在慢性代謝性疾病的臨床應(yīng)用中緩解了西藥諸多不良反應(yīng),且價(jià)格低廉,臨床效果良好[10]。Hedgehog信號通路在骨代謝過程中起重要調(diào)控作用,近年在骨科研究中備受關(guān)注。該通路主要對骨形成和骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)的成骨進(jìn)行調(diào)控[11]。本文在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)后就補(bǔ)腎中藥基于Hedgehog信號通路靶向治療OP的機(jī)制研究作一綜述,以期為治療OP的中藥研發(fā)及臨床診療提供參考。
1 OP與Hedgehog通路
破骨細(xì)胞與成骨細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)失衡,骨代謝紊亂,從而導(dǎo)致OP[12]。治療上主要為抑制骨吸收、促進(jìn)骨形成及膳食補(bǔ)充等手段,達(dá)到緩解或消除疼痛,增加骨密度,進(jìn)而降低骨折的風(fēng)險(xiǎn)。Hedgehog信號通路調(diào)控成骨細(xì)胞的分化增殖,提升骨量,達(dá)到防治OP的作用。Hedgehog通路由Hedgehog蛋白、Gli蛋白、Ptched(Ptc)、Smoothened(Smo)抗體以及下游靶基因組成[13]。Hedgehog信號通路是通過Hedgehog蛋白促進(jìn)成骨細(xì)胞的骨形成功能,達(dá)到骨形成與骨吸收之間的平衡。Gli蛋白在脊椎動物骨骼中主要有Gli1、Gli2和Gli3三型(Gli1和Gli2蛋白主要為激活下游靶基因而活化Hedgehog通路,Gli3為抑制因子,可阻礙通路傳導(dǎo))。首先,當(dāng)該通路Hedgehog蛋白匱乏時,Ptc直接與Smo聯(lián)結(jié),使其活性降低,并抑制下游靶基因的轉(zhuǎn)錄過程。若Hedgehog蛋白表達(dá)正常則與Ptc結(jié)合,消除Ptc對Smo活性的抑制作用,從而促進(jìn)Gli1蛋白激活下游靶基因的轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖,從而促進(jìn)受損骨組織的修復(fù)[14],達(dá)到抗OP的作用。其次,Runx2和Osx是骨形成過程中的重要轉(zhuǎn)錄因子,其表達(dá)過程多個階段中都受到Hedgehog蛋白影響,并可以促進(jìn)BMSCs向成骨分化增殖(BMSCs主要依靠Runx2因子向成骨前體細(xì)胞分化,進(jìn)一步促進(jìn)Osx因子分化為成熟的成骨細(xì)胞)[15]。最后,PPARγ是促進(jìn)BMSCs成脂分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,同時也能負(fù)反饋于Runx2,而抑制骨形成[16-17]。C/EBPα也可以在PPARγ的輔助下用來評估BMSCs成脂分化情況[18]。骨代謝過程中涉及到眾多生長因子,骨吸收和骨形成過程在不斷地進(jìn)行,不同生長因子在不同階段的成骨過程中發(fā)揮著不同作用,在促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、成骨及骨吸收等方面作用顯著。然而,目前Hedgehog信號通路在OP中的作用機(jī)制尚未完全明確,仍然需要繼續(xù)探究,進(jìn)一步挖掘補(bǔ)腎中藥基于Hedgehog信號通路靶向治療OP等骨代謝疾病的潛力。
2 中藥調(diào)控Hedgehog通路治療OP的研究
2.1 單味中藥 近年對于中藥有效成分的研究進(jìn)展迅猛,已進(jìn)入分子水平。補(bǔ)腎中藥的有效成分能調(diào)節(jié)骨吸收與骨形成的平衡,使骨形成大于骨吸收,而延緩或防止OP的發(fā)生。
2.1.1 杜仲 杜仲在我國已有超過兩千年的應(yīng)用歷史,并出現(xiàn)于眾多經(jīng)典方劑?!渡褶r(nóng)本草經(jīng)》記載:“主腰脊痛,益精氣,強(qiáng)筋骨。”《日華子本草》中記載杜仲具有“治腎勞,腰脊攣”的作用?,F(xiàn)代藥理研究表明,杜仲提取物中主要的活性物質(zhì)有木質(zhì)素類和環(huán)烯醚萜類,其水、醇提物和藥物血清能促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖分化,促進(jìn)骨重建,改善骨代謝紊亂,防止OP的發(fā)生[19]。堿性磷酸酶、骨鈣素、骨保護(hù)素及Ⅰ型前膠原C-端前肽/N-端前肽為骨形成的標(biāo)識,對成骨細(xì)胞的活性有很好的反映作用[20]。HA等[21]通過杜仲皮活性成分干預(yù)小鼠骨髓細(xì)胞來研究其對成骨細(xì)胞的增殖作用及對破骨細(xì)胞的抑制作用,發(fā)現(xiàn)其部分提取物甲醇提取物、三氯甲烷等可誘導(dǎo)釋放生長激素,從而促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖,少數(shù)成分對破骨細(xì)胞有抑制作用,由此促進(jìn)骨重建。研究發(fā)現(xiàn),杜仲通過影響PTH、RUNX2、PPAR等因子的表達(dá)調(diào)控BMSCs分化,促進(jìn)骨穩(wěn)態(tài)的平衡,治療OP[22]。其中,Runx2屬于Runt基因家族中的重要轉(zhuǎn)錄因子,聯(lián)結(jié)成骨細(xì)胞后可以激活骨鈣蛋白、骨橋素等影響成骨細(xì)胞分化和骨重建,骨代謝達(dá)到最佳平衡狀態(tài)[23]。Hedgehog通路中多個階段有Runx2的參與,并且其蛋白的表達(dá)在各階段受Hedgehog蛋白影響。
2.1.2 補(bǔ)骨脂 補(bǔ)骨脂作為補(bǔ)腎壯陽類中藥廣泛應(yīng)用于骨科臨床實(shí)踐中?!端幮哉摗酚涊d補(bǔ)骨脂有補(bǔ)腎壯陽強(qiáng)骨的功效。《方外奇方》云:“……元陽堅(jiān)固,骨髓充實(shí),澀以治脫。”現(xiàn)代藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn),該藥主要活性成分為類黃酮、香豆素及萜類酚類化合物[24]。補(bǔ)骨脂素是香豆素中活性成分,韓宇等[25]通過給大鼠灌服補(bǔ)骨脂素制劑,配制含藥血清并用之干預(yù)大鼠BMSCs,用酶聯(lián)免疫吸附法檢測大鼠BMSCs中堿性磷酸酶蛋白含量,實(shí)時定量PCR法檢測Shh、Ptch1、Gli1 mRNA及蛋白表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),補(bǔ)骨脂素能減弱Ptch1 mRNA及蛋白表達(dá),提升Shh、Gli1 mRNA及蛋白的表達(dá)。Ptch1屬于Ptc,是Hedgehog通路轉(zhuǎn)錄過程中的重要因子,Shh是通路中關(guān)鍵啟動蛋白。Gli1刺激下游轉(zhuǎn)錄基因而活化Hedgehog通路,使大鼠BMSCs向成骨分化,為轉(zhuǎn)錄過程中的激化因子。Ptch1與Shh結(jié)合消除了Ptc對Smo活性的抑制,誘導(dǎo)下游轉(zhuǎn)錄基因的表達(dá),使Hedgehog通路正常發(fā)揮作用,以調(diào)控骨密度。Shh促進(jìn)骨礦化,促進(jìn)堿性磷酸酶活性及表達(dá),也可誘導(dǎo)Gli1表達(dá)而增強(qiáng)成骨細(xì)胞增殖。補(bǔ)骨脂能通過調(diào)控Hedgehog通路中Shh、Ptch1、Gli1 mRNA及蛋白的表達(dá)促進(jìn)BMSCs成骨分化,維持骨代謝平衡,提高骨密度,防治OP。
2.1.3 淫羊藿 淫羊藿很早被廣泛應(yīng)用于治療OP的復(fù)方中,近年來對其作用機(jī)制的研究越來越深入。《玉楸藥解》記載味辛、苦,微溫,入肝、腎經(jīng),有榮筋強(qiáng)骨之功?!侗静輦湟费裕骸把a(bǔ)命門,益精氣,堅(jiān)筋骨?!痹撍幓钚猿煞种饕獮橐蜣娇傸S酮(TFE),TFE通過多種信號通路促進(jìn)成骨細(xì)胞分化,從而在OP的治療中發(fā)揮作用[26]。Hedgehog蛋白在多個階段影響Runx2和Osx的表達(dá),以促進(jìn)BMSCs分化,TFE可能通過激活該信號通路中的特定靶基因增強(qiáng)Runx2和Osx的表達(dá),最終發(fā)揮治療OP的作用。目前,對于TFE在Hedgehog信號通路上的具體靶點(diǎn)基因的研究極為少見。TFE的主要活性成分為淫羊藿苷(ICA),ICA能溫腎補(bǔ)脾,是一類活性程度較高的多酚類物質(zhì),能夠很好地提高骨質(zhì)的重構(gòu)率,抑制骨吸收,從而提高骨密度和骨質(zhì)量,并對OP起到很好的防治作用[27]。ICA可以在骨重建過程中影響多種骨骼細(xì)胞的功能,以達(dá)到增強(qiáng)骨質(zhì),防治OP的作用,如ICA促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞分化[28]。
2.2 中藥復(fù)方 “腎主骨”理論在OP的防治上展現(xiàn)出中醫(yī)獨(dú)有的特色和優(yōu)勢。人體骨骼的變化是腎中精氣盛衰的外在體現(xiàn),人體骨骼只有在腎精的滋養(yǎng)下才能正常生長并保持堅(jiān)固,腎中精氣虧損,骨骼無以充養(yǎng)而失堅(jiān)固[29]。補(bǔ)腎填精類中藥復(fù)方很早便應(yīng)用于臨床對慢性骨代謝性疾病的治療,特別是對OP的預(yù)防和治療,具有良好的臨床效果。中藥復(fù)方則通過激活Hedgehog通路中的Shh、Gli1蛋白,從而控制下游基因的表達(dá),以促使新骨生成,抑制骨骼吸收,達(dá)到預(yù)防OP的效果。
在補(bǔ)腎填精中藥復(fù)方左歸丸治療OP的實(shí)驗(yàn)研究中,通過去除大鼠雙側(cè)卵巢建立絕經(jīng)后OP模型,給予中藥復(fù)方左歸丸灌服,發(fā)現(xiàn)大鼠股骨和腎組織中Ptch1和Gli3 mRNA表達(dá)及其蛋白含量顯著降低,股骨骨密度升高[11]。中藥復(fù)方左歸丸通過下調(diào)PTCH1和Gli3 mRNA表達(dá),促進(jìn)Hedgehog信號通路中下游靶點(diǎn)基因轉(zhuǎn)錄,促進(jìn)骨形成,以提高骨密度。說明補(bǔ)腎填精中藥復(fù)方左歸丸能有效提高骨密度,具有防治OP的作用。在右歸丸治療OP的研究中,體外分離培養(yǎng)大鼠BMSCs,給予大鼠灌服右歸丸,制備含藥血清,實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞培養(yǎng)液中混合含藥血清連續(xù)培養(yǎng)15 d,酶聯(lián)免疫吸附法檢測出大鼠BMSCs中Shh、Ptc、Gli1含量均升高,表明右歸丸可能通過調(diào)控Hedgehog通路中某些特定基因來影響OP發(fā)展過程[30]。研究發(fā)現(xiàn),右歸丸通過上調(diào)大鼠BMSCs中Shh含量,活化Hedgehog通路,Shh也可以促進(jìn)Gli1及Ptc轉(zhuǎn)錄,進(jìn)一步加快Hedgehog通路的轉(zhuǎn)錄過程,促使BMSCs向成骨分化。這可能是中藥復(fù)方右歸丸在預(yù)防治療OP中的重要機(jī)制。梁學(xué)振等[31]采用培養(yǎng)液混合補(bǔ)腎活血膠囊含藥血清干預(yù)大鼠股骨BMSCs,藥物介導(dǎo)Shh和Gli1活化Hedgehog信號通路,以上調(diào)Runx2、Col1a1兩個因子的表達(dá),推動大鼠BMSCs向成骨分化;下調(diào)PPARγ、C/EBPα兩個因子的表達(dá),抑制大鼠BMSCs的成脂分化,繼而調(diào)控大鼠BMSCs成骨與成脂分化之間的平衡,以加快新骨生成。
3 小 結(jié)
中醫(yī)學(xué)認(rèn)為,OP的基本病機(jī)為肝腎虧虛、氣滯血瘀,并通過應(yīng)用補(bǔ)腎強(qiáng)骨、活血化瘀類中藥取得了良好的臨床效果。對OP病理分子機(jī)制的深入研究更加明確藥物作用的信號通路及靶點(diǎn),為中醫(yī)防治OP提供基礎(chǔ)研究和臨床治療的理論依據(jù)。在分子機(jī)制及信號通路層面研究發(fā)現(xiàn),中藥活性提取物通過對Wnt、OPG/RANK/RANKL、MAPKs、PI3K/Akt、BMPs、GABA、Hedgehog等多條信號通路中一條或多條通路的交叉調(diào)控,激活或抑制相關(guān)靶點(diǎn)基因,從而促進(jìn)成骨功能或抑制破骨功能[13],以達(dá)到骨代謝的最佳平衡,發(fā)揮抗OP的作用。本綜述通過總結(jié)影響OP骨代謝的Hedgehog信號通路的某些補(bǔ)腎中藥及復(fù)方的作用機(jī)制,認(rèn)為中藥對OP的干預(yù)過程可以做到一藥多通路,一藥多靶點(diǎn)來精準(zhǔn)、有效地發(fā)揮調(diào)控作用。中藥復(fù)方以君、臣、佐、使多元用藥的方式相互輔助,又相互制約,從多通路、多靶點(diǎn)交叉調(diào)控影響成骨過程。
目前對于中藥活性成分防治OP在信號通路層面的機(jī)制研究還存在局限,首先,中醫(yī)用藥是在中醫(yī)基礎(chǔ)理論、中醫(yī)辨證論治的指導(dǎo)下進(jìn)行的,而單純的藥理學(xué)研究并沒有結(jié)合中醫(yī)理論及辨證,只是分析藥物中活性成分的作用。如果在藥理學(xué)研究過程中結(jié)合中醫(yī)理論及辨證,可能會對于中西醫(yī)結(jié)合用藥更有價(jià)值。其次,目前中藥信號通路大多是基于一藥一通路的研究,中藥復(fù)方以多藥多通路交叉調(diào)控為主,因此,對中醫(yī)臨床應(yīng)用的研究要以中藥調(diào)控不同通路之間的聯(lián)系以及各通路之間是否有促進(jìn)或抑制作用為主。此外,對于Hedgehog等保守信號通路的研究較少,缺少相關(guān)中藥對其影響的實(shí)驗(yàn)研究,未來可以進(jìn)一步深入研究保守通路作用機(jī)制及是否對其他相關(guān)通路有促進(jìn)或抑制作用,以便于指導(dǎo)臨床中醫(yī)用藥。
綜上所述,補(bǔ)腎中藥作用于Hedgehog信號通路在防治OP的發(fā)生中有重要的意義,對于臨床中醫(yī)用藥有很好的指導(dǎo)意義。隨著現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)研究方式的不斷創(chuàng)新,并不斷融入中醫(yī)理論及辨證論治的理念,不斷突破中藥對于分子機(jī)制和信號通路影響的研究,更加合理地指導(dǎo)OP在臨床實(shí)踐中的用藥,OP的中藥治療將有重大突破。
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收稿日期:2022-12-05;修回日期:2023-01-27
基金項(xiàng)目:2021年甘肅省財(cái)政轉(zhuǎn)移支付地方項(xiàng)目(20210140305);蘭州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2022-3-30)
作者單位:1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué),甘肅 蘭州 730000;2.甘肅省中醫(yī)院,甘肅 蘭州 730050
通信作者:鄧強(qiáng)