潘亚磊,翟远坤,牛银波,李晨睿,武祥龙,梅其炳

(1.西北工业大学生命学院,陕西西安710072; 2.西北工业大学生命学院空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室,陕西西安710072; 3.第四军医大学药理教研室,陕西西安710032)

杜仲防治骨质疏松症的研究进展

潘亚磊1,2,翟远坤1,2,牛银波1,2,李晨睿1,2,武祥龙1,2,梅其炳1,3

(1.西北工业大学生命学院,陕西西安710072; 2.西北工业大学生命学院空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室,陕西西安710072; 3.第四军医大学药理教研室,陕西西安710032)

近年来杜仲防治骨质疏松症得到了广泛深入的研究,主要包括杜仲在动物水平和细胞水平防治骨质疏松症的作用机理及其防治骨质疏松症的有效成分。综述了杜仲防治骨质疏松症的研究进展,并对杜仲防治骨质疏松症进行了展望。

杜仲;骨质疏松症;去势;成骨细胞;骨髓间充质干细胞;有效成分

骨质疏松症(Osteoporosis,OP)是骨量减少、骨内微细结构破坏导致的骨脆性增加、骨折风险增大的系统性骨代谢疾病,是老年人的常见病、多发病[1,2]。杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.),又名木棉(木草图经),为杜仲科杜仲属多年生落叶乔木,我国特有药用植物,国家二级保护植物。杜仲在中医药中一直被用作防治OP的良药。《神农本草经》将其列为上品,谓其“主治腰膝痛,补中,益精气,坚筋骨,除阴下痒湿,小便余沥。久服,轻身耐老”。人们对杜仲防治OP进行了广泛深入的研究,作者在此综述了近年来杜仲防治OP的研究进展。

1 杜仲防治OP动物水平研究

1.1 杜仲防治大鼠去势引起的OP

大鼠去势后骨转化率增大,骨密度下降,骨小梁形成减少,形成骨质疏松[3,4]。与去势模型对照组相比,杜仲提取物灌胃治疗后,可显著阻止大鼠去势引起的股骨质量下降和骨小梁减少,骨矿物质含量和骨密度显著增加,骨生物力学水平显著提高,有效预防由OP所致骨折发生的同时还可显著对抗去势引起的大鼠体重增加,对去势引起的大鼠OP具有良好的防治作用[5-9]。

1.2 杜仲防治去势大鼠OP的机理

大鼠去势后由于雌激素分泌下降引起OP,而雌激素减少后出现的骨吸收增强最先由白细胞介素6启动[10]。杜仲醇提取物可提高去势大鼠血清中雌二醇含量,阻止大鼠骨质丢失,具有类雌激素样作用[5,11],并且未发现雌激素样的子宫刺激性[9]。白立炜等[8]用杜仲醇提取物对去势大鼠灌胃12周后,血清中雌二醇含量显著升高,白细胞介素6水平显著下降。

杜仲还可促进去势大鼠血清中胰岛素样生长因子I[5]、骨中转化生长因子和成纤维生长因子2的表达[12],通过上调这些促进骨形成的因子,从而发挥其对去势大鼠OP的预防作用。

此外,夏树林等[13]研究发现去势大鼠骨中C、O、P、Ca这4种元素的含量比例变化显著,而杜仲对这4种宏量元素的变化具有明显的纠正作用。

1.3 杜仲防治维甲酸诱导的OP

肖润梅等[14]用维甲酸诱导小鼠OP模型,灌胃给药杜仲醇提取物,结果发现小鼠血清中总碱性磷酸酶含量显著升高,说明杜仲醇提取物对维甲酸所致小鼠OP有一定的防治作用。淫羊藿总黄酮和杜仲总黄酮既可提高成骨细胞活性也可使骨吸收得到抑制[15]。

2 杜仲防治OP细胞水平研究

2.1 杜仲对成骨细胞的作用

成骨细胞是骨形成细胞,在骨重建中生成类骨质,修补破骨细胞骨吸收形成的陷窝,促进类骨质矿化,因而对骨组织的生长发育、损伤修复、骨代谢平衡与骨量维持起着关键作用。一定浓度范围内的杜仲提取物可以显著促进大鼠原代成骨细胞增殖[16-18]。

李三华等[18-20]研究了杜仲总黄酮对大鼠成骨细胞的作用,结果显示杜仲总黄酮可以促进骨钙素、骨保护素m RNA和护骨素蛋白的表达,但并不能显著地促进成骨细胞合成I型胶原蛋白。

此外,杜仲木脂素能显著促进大鼠原代成骨细胞骨保护素的表达,并抑制核因子κB受体激活因子配体的表达,从而调节破骨细胞功能,抑制骨吸收,促进骨形成[17]。

2.2 杜仲对骨髓间充质干细胞的作用

骨髓间充质干细胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)具有多分化潜能,在不同的诱导条件下可定向分化为成骨细胞或脂肪细胞[21]。碱性磷酸酶是成骨细胞早期分泌的特异性酶,是成骨细胞分化成熟的标志性产物。杜仲诱导培养BMSCs后,可显著提高碱性磷酸酶活性,促进钙化结节的形成[22]。杜仲含药血清可促进BMSCs增殖和向成骨细胞分化[23,24]。表明,杜仲促进BMSCs向成骨方向分化而抑制其向成脂方向分化[25,26],是防治OP的重要途径。但也有研究发现杜仲醇提取物中既含有促成骨分化的成分,也含有促成脂分化的成分[27]。

骨桥蛋白是一种分泌型的非胶原磷酸化糖蛋白,是成骨细胞的表型之一,能调节成骨细胞和破骨细胞的功能[28,29]。杜仲提取物诱导BMSCs向成骨细胞分化过程中,骨桥蛋白的表达显著增加[30],而成脂相关转录因子脂肪酸结合蛋白的表达受到抑制[31]。曾建春等[32]发现,杜仲诱导BMSCs向成骨细胞分化过程中,促进细胞分化的波形蛋白和核纤层蛋白A的表达显著上调、而钙网织蛋白表达下调,这有利于释放细胞内钙,参与钙结节的形成,与体内骨矿化过程有关。杜仲通过对这些细胞分化因子的调控促进BMSCs向成骨细胞分化。

2.3 杜仲对其它骨相关细胞的作用

杜仲提取物可增加大鼠卵巢颗粒细胞的增殖和雌二醇的生成量,且呈剂量依赖性关系[33]。蔡险峰等[34]研究发现,杜仲叶的一个活性部位可明显地提高肾细胞分泌骨保护素的量,促进成骨作用。

杜仲提取物还可以促进成骨样细胞株MC3T3-E1、MG-63、UMR106的增殖[35-37]。

3 杜仲防治OP的其它机理

Lin等[38]研究发现,杜仲叶的醇提取物可剂量依赖性地阻止H2O2对MC3T3-E1的氧化损伤。Liu等[39]研究发现,杜仲皮提取物可以阻止镉引起的大鼠肾脏损伤,并在血清和肾脏中都检测到了京尼平苷和京尼平,这两种化合物可以抑制含氮化合物的氧化作用。因此,杜仲中含有抗氧化性质的化合物,也可能是其防治OP的作用机理之一。

4 杜仲防治OP的有效成分研究

胡金家等[40]研究发现,杜仲叶提取的5个极性不同部位中,极性低的2个部位可促进体外培养的成骨细胞的增殖和ALP的分泌,提高去势大鼠体内骨密度。

王大为等[37]研究表明,杜仲中极性高的部位中可能含有直接作用于成骨细胞的活性成分。

肖静等[41]研究显示,50 mg·m L-1、100 mg· m L-1的杜仲总黄酮能显著促进成骨细胞的增殖。

张蓉[17]研究发现,杜仲总木脂素可以显著促进成骨细胞的增殖和骨的形成。

饶华等[36]从杜仲叶中分离的4个化合物均可促进成骨细胞株MG-63增殖和ALP分泌,其中有2种效果最为显著。

Wang等[42]从杜仲中筛选出具有雌激素样作用的6种化合物,并证明它们具有不同的雌激素受体(α和β型)亲和性,因此杜仲中的这些雌激素样化合物(如黄酮类和木脂素类化合物)可能是其防治OP的物质基础。

5 结语

现代药理学研究表明:杜仲作为防治OP的传统中药,具有类雌激素样作用,可提高去势大鼠血清中雌二醇含量,进而有效地阻止大鼠去势引起的骨丢失,并且未发现副作用;杜仲提取物可促进成骨细胞增殖,诱导BMSCs向成骨方向分化而抑制其向成脂方向分化,这是杜仲防治OP在细胞水平的主要机理;杜仲中的黄酮类和木脂素类化合物是其防治OP的主要有效成分。

目前对杜仲防治OP的机理和有效成分的了解仍然不够深入,应该从以下方面进一步研究:(1)更加明确杜仲中防治OP的活性组分或化合物;(2)在动物水平更加深入地探讨杜仲防治OP的药效、药代和药动学;(3)研究杜仲对骨相关细胞的代谢信号通路的影响,明确杜仲防治OP的机理。对杜仲防治OP的药理学研究不仅可为杜仲防治OP的广泛应用奠定坚实的基础,而且有利于开发出防治OP的新型药物。

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Research Progress on Eucommia Ulmoides Oliv.Prevention and Treatment of Osteoporosis

PAN Ya-lei1,2,ZHAI Yuan-kun1,2,NIU Yin-bo1,2,LI Chen-rui1,2, WU Xiang-long1,2,MEI Qi-bing1,3
(1.College of Life Sciences,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710072,China; 2.Key Laboratory for Space Bioscience and Biotechnology,College of Life Sciences,Northwestern Polytechnical University,Xi'an 710072,China; 3.Department of Pharmacology,Fourth Military Medical University,Xi'an 710032,China)

In recent years,Eucommia ulmoides Oliv.has been extensively investigated for its significant pharmacological effects in the prevention and treatment of osteoporosis.The related studies concentrate on revealing its molecular mechanism on animal level and cell level and screening the potential bioactive ingredients. This article reviews the research progress of Eucommia ulmoides Oliv.in the protection and treatment of osteoporosis and a number of perspectives have been provided.

Eucommia ulmoides Oliv.;osteoporosis;ovariectomized;osteoblasts;bone marrow mesenchymal stem cells;bioactive ingredient

R 282.71

A

1672-5425(2013)07-0006-04

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.07.002

国家自然科学基金资助项目(81073037),中国博士后科学基金资助项目(2012T50822,2012M521806),陕西省中医药管理局中药研究项目(2011ZY44)

2013-04-09

潘亚磊(1984-),男,河北邢台人,博士研究生,主要从事骨质疏松及其防治的研究,E-mail:panyalei588@163.com;通讯作者:梅其炳,博士,教授,E-mail:qbmei@nwpu.edu.cn。