陈欣 闫文 谢兴文* 于文霞 顾玉彪 李宁* 马成

1.甘肃中医药大学附属医院,甘肃 兰州730000

2.甘肃中医药大学,甘肃 兰州730000

3.甘肃省中医院,甘肃 兰州730050

骨质疏松症(osteoporosis,OP)是一种以骨量丢失和脆性骨折增加为特征的全身性骨代谢性疾病[1]。成骨细胞通过分泌骨基质蛋白碱性磷酸酶和诱导骨基质矿化,因此在机体内被认为是促进成骨和骨形成的主要细胞[2]。生理情况下,成骨细胞及破骨细胞保持一个动态的平衡,维持机体的生理功能。随着年龄等其他因素的影响,机体内的破骨细胞增多,促进了骨吸收,进而引起骨吸收大于骨形成并导致OP的形成。microRNAs是一类进化保守的非编码RNA小分子,主要由18～25个核苷酸组成[3]。microRNAs在多种生物学过程中起着重要作用,包括增殖、分化等[4]。研究表明,microRNAs调控骨的发育和稳态的平衡,microRNAs被认为是OP防治的重要调节因子[5]。microRNAs通过调节相关信号通路,在骨骼形成及成骨细胞分化中发挥多种功能[6]。随着对传统中药的研究,发现其在干预OP方面具有良好的效果。传统医学研究认为,OP多由于肝肾亏虚导致,治疗多采用滋补肝肾的治疗方法,临床多运用补益药如牛膝、杜仲、淫羊藿等[7]。研究发现,中药通过microRNAs相关信号通路抑制OP的形成[8]。在机体内,与OP相关的通路包括MAPK、PI3K/Akt、Wnt/β-catenin、TGF-β/BMP、Notch等[9]。中药通过调控相关信号通路干预机体内的成骨细胞及破骨细胞等[10]。本文通过对中药干预microRNAs相关信号通路治疗骨质疏松症的研究现状进行总结,旨在为中药干预OP的深入研究提供参考依据,同时也为中药广泛运用于临床提供前期的研究基础。

1 PI3K/Akt信号通路

PI3K/Akt信号通路作为与OP联系最紧密的一条信号通路,其发挥作用的蛋白酶主要包括磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)及Akt(蛋白激酶B;PKB)等[11]。在机体内,PI3K/Akt信号通路调节成骨细胞和破骨细胞的存活和分化,以维持骨稳态,并促进成骨细胞分化标志物碱性磷酸酶和BMP的表达以调节成骨细胞[12-13]。在机体内的PI3K/Akt信号通路主要发挥作用的细胞及途径主要与成骨细胞的合成及分化有关[14]。PI3K/Akt信号通路由于其作用机制复杂,与本文当中的其他信号通路均有广泛的联系。PI3K/Akt通过调节机体内microRNAs的表达,进而对OP相关的细胞及蛋白进行一定的调节作用,从而对OP的形成及发展起到一定的干预作用。研究发现,microRNAs的表达与OP的形成密切相关以及PI3K/Akt信号通路通过调控microRNAs的表达,进而调节与成骨细胞及破骨细胞相关的蛋白的表达,延缓及防治OP形成[15]。

ZHAO等[16]运用网络药理学等方法,得出黄精核心成分通过干预OP相关的细胞增殖及凋亡等,调控PI3K/Akt信号通路,达到抗OP的目的。进一步发现,黄精多糖通过促进成骨细胞分化及抑制破骨细胞的形成。在此过程中,黄精多糖通过改善骨的微观结构、降低骨代谢、增加骨保护素等蛋白的表达,达到防治OP的目的。HAN等[17]通过网络药理学及实验验证发现,莪术苷A通过调控PI3K/Akt信号通路,达到延缓OP进展的目的,莪术苷A通过PI3K/Akt等信号通路不仅抑制OP的进展,还能够降低炎症细胞因子如TNF-α、IL-1β及IL-6等,达到抗炎及抗OP的效果。WU等[18]通过网络药理学的方法,得出女贞子主要成分齐墩果酸通过介导PI3K/Akt等信号通路发挥抗OP的作用,为下一步的实验提供了基础。LI等[19]通过实验验证得出女贞子促进Akt和p-Akt的蛋白表达水平及促进mRNA等的表达并发现影响机制与Akt信号通路的作用有关。梁鸿艺等[20]通过网络药理学及实验的方法,以PI3K/Akt等信号通路为基础,探讨补肾活血方在治疗OP方面的作用机制。通过网络药理学得出Akt1是治疗OP的关键靶点之一以及PI3K/Akt信号通路作为最主要的信号通路而发挥作用;通过实验验证,发现补肾活血方在治疗OP方面的作用机制与PI3K/Akt等信号通路发挥的调节作用有关。XIONG等[21]通过网络药理学的方法,得出独活寄生汤在防治OP方面的作用机制可能与机体内PI3K/Akt信号通路及Wnt信号通路的调控作用有关以及这种调控作用主要影响OP过程中的破骨细胞分化,进而对OP的防治起到一定的促进作用,也为接下来的实验验证起到了前期的理论依据。

2 MAPK信号通路

MAPK信号通路作为机体内与OP相关的另外一条通路,承载着成骨细胞的分化及多种OP相关因素对此信号通路的影响,如氧化应激等[22]。MAPK信号通路的家族影响OP的最主要是JNK及p38[23]。研究发现,JNK的激活与机体内发生的氧化应激有关,氧化应激对OP的产生及发展具有一定的促进作用;而对于p38的激活来说,更多的是影响机体内的细胞分化,这就对OP相关的成骨细胞分化具有一定的影响,因此,对OP的影响当属MAPK家族内的JNK及p38莫属[24]。研究发现,microRNAs与MAPK信号通路之间具有相互的作用关系[25]。microRNAs的转录位于MAPK信号通路发生作用的上游和下游,对MAPK蛋白具有调节作用并通过翻译抑制或microRNAs的降解来调节MAPK靶点的表达,进而影响与OP相关的细胞及蛋白的表达。另外一项研究发现microRNA-16通过靶向MAPK信号通路的激活对成骨分化具有调节作用,间接影响OP的发生及发展[26]。因此,通过对microRNAs相关的MAPK信号通路的阐述,对OP的防治将具有一定的促进作用。

LIN等[27]通过实验得出虎杖苷通过抑制MAPK信号通路对延缓OP的进展具有一定的抑制作用,而虎杖苷来源于何首乌中发现的一种天然活性化合物,具有抗氧化和抗病毒作用。而在中药学中,制何首乌的功效为补肝肾、益精血,因此,这与OP的补益肝肾的治疗原则相类似。因此,虎杖苷通过抑制MAPK信号通路的表达,进而对OP的防治起到一定的促进作用。王维学等[28]通过实验的方法,在MAPK信号通路的介导下,探讨龙胆苦苷对OP大鼠的骨吸收影响。实验得出,龙胆苦苷对OP的进展具有一定的延缓作用,这种作用机制与龙胆苦苷通过抑制MAPK信号通路的激活,抑制机体内破骨细胞的生成,从而延缓OP的进展。门志涛等[29]通过网络药理学的方法,验证了杜仲在治疗OP方面的相关信号通路,通过KEGG等分析发现,杜仲在治疗OP方面的相关信号通路主要与MAPK、PI3K/Akt等信号通路有关。因此,为接下来的实验验证提供了前期的理论基础。在传统医学中,杜仲作为补虚药,其功效为补肝肾、强筋骨等,这也在理论上与OP的病因及治疗原则如出一辙。因此,笔者做出一个这样的设想,即通过网络药理学及传统中药学方面的知识,提出中药单体杜仲在治疗OP方面具有良好的效果。当然,这需要后续进行实验及临床疗效的验证,为中药单体杜仲在治疗OP方面提供实验依据。马茜等[30]通过实验的方法,探讨葛根素对成骨细胞前体细胞(MC3T3-E1)的作用机制。通过实验发现,葛根素通过对p38 MAPK信号通路的调节作用,进而促进MC3T3-E1细胞的增殖及分化。綦向军等[31]通过网络药理学的方法,探讨了仙灵骨葆胶囊在防治OP方面的作用机制。通过网络药理学的验证,得出仙灵骨葆胶囊在防治OP方面与MAPK、PI3K/Akt等信号通路有关,通过这些信号通路的调节,促进成骨细胞的增殖及分化,进而达到防治OP的效果。张岩等[32]通过实验验证的方法,得出仙灵骨葆胶囊对MC3T3-E1的增殖及分化具有促进作用,以及这种促进作用与激活p38 MAPK信号通路有关,通过激活该信号通路,促进成骨细胞相关因子如BMP等,进一步促进成骨细胞的形成,从而恢复骨代谢的失衡,间接促进OP的防治。韩秋革等[33]通过网络药理学及实验验证的方法,探讨温肾通络止痛方在MAPK信号通路的调节下对OP的作用机制,得出温肾通络方通过炎症因子如IL-6等作为靶点,进而对MAPK信号通路进行调节,抑制机体内的炎症反应,进而对OP起到一定的防治作用。沈琳玲等[34]通过实验得出金刚丸对OP的防治具有一定的疗效,金刚丸通过调节MAPK信号通路的表达,降低p38 MAPK、JNK的活性,对破骨细胞的分化及增殖起到抑制作用,并通过降低机体内炎症细胞因子的表达水平,减轻机体的炎症反应。因此,金刚丸通过抑制破骨细胞的增殖及炎症细胞因子的表达两种作用机制,达到防治OP的目的。

3 Wnt/β-catenin信号通路

Wnt/β-catenin信号通路是一个复杂的、进化上保守的信号传导机制,调控基本的生理和病理过程[35]。Wnt/β-catenin信号通路又称典型的Wnt通路,主要由膜蛋白、降解复合物和β-catenin蛋白三个主要的结构组成[36],与体内胚胎发生、器官发生和体内稳态的平衡均息息相关[37]。研究发现,Wnt/β-catenin信号通路通过促进多潜能间充质干细胞向成骨细胞的增殖及分化,刺激成骨细胞的生成[38]。随着机体由于年龄等各种因素的影响,机体内的各种代谢功能降低,该信号通路传导被减弱,酪蛋白激酶和丝氨酸蛋白激酶通过与β-catenin结合,产生蛋白激酶的磷酸化[39]。在机体内,β-catenin常常被认为是重要的蛋白质,与microRNAs的转录密切相关。随着机体内生理功能的降低,该信号通路的传导被弱化,β-catenin蛋白将转移到细胞核内,间接的充当机体的转录因子[40]。骨科疾病中,常常表现为成骨细胞的减少及破骨细胞的增加,并由此引发OP的发生及发展。随着该信号通路的传导减弱,microRNAs参与β-catenin蛋白水平的调节,对该信号通路的调节产生影响,进而影响成骨细胞的增殖及分化以及影响机体内的骨代谢,进而影响OP的防治。

CHEN等[41]研究发现,虎杖苷通过激活BMP2-Wnt/β-catenin信号通路,进一步促进人骨髓间充质干细胞成骨细胞的增殖及分化。在影响OP的骨代谢失衡过程中,运用虎杖苷在BMP2-Wnt/β-catenin信号通路的激活作用下,促进成骨细胞的增殖及分化,增加机体内的成骨细胞,使得骨代谢的失衡进行重塑,进而达到防治OP的目的。李智奎等[42]通过实验的方法,探讨不同浓度的淫羊藿苷在Wnt/β-catenin信号通路的调节下干预骨髓间充质干细胞成骨及成脂的研究。通过实验结果得出不同浓度的淫羊藿苷通过激活Wnt/β-catenin信号通路的表达,进而促进成骨细胞相关因子如碱性磷酸酶及骨桥蛋白等的表达,达到增加成骨细胞分化的效果。淫羊藿苷作为中药淫羊藿的主要提取物,其主要功效为补肾阳、强筋骨的功效。因此,不管是功效还是实验的验证,淫羊藿及淫羊藿苷对OP均有一定的治疗效果。因此,运用淫羊藿苷促进成骨细胞的增殖及分化,再次建立骨平衡,间接达到OP的治疗效果。张强等[43]通过实验的方法,探讨在Wnt/β-catenin信号通路的作用机制下,续断皂苷VI对OP大鼠的影响。通过实验研究发现,续断皂苷VI通过激活Wnt/β-catenin信号通路的表达,进而促进β-catenin的表达,进而促进成骨细胞的骨形成及抑制破骨细胞的骨吸收,进而达到OP治疗的目的。续断作为传统补肝肾、强筋骨、续折伤的经典名药,通过功效及实验的研究都表明对OP具有治疗作用,因此运用续断或提取物在治疗OP方面具有良好的效果。潘亚磊等[44]研究发现,太白楤木在防治OP方面通过激活Wnt/β-catenin信号通路,促进成骨细胞相关因子的表达及增加成骨细胞的增殖及分化,进而促进骨形成,达到防治OP的效果。传统中药学认为,太白楤木归属及心、肝、肾三经,功效为补肝肾、强筋骨等。李洁等[45]研究发现,女贞子成分熊果酸在BMP-2/Smad4/Wnt/β-catenin信号通路的介导下,能够延缓骨量的丢失。熊果酸通过促进Wnt 1、β-catenin及碱性磷酸酶等的表达,促进成骨细胞等相关骨保护细胞的增殖及分化,进而延缓骨量的丢失。吕文学等[46]通过对益肾健脾方的研究发现,其在治疗OP方面具有良好的效果,这种治疗效果主要与益肾健脾方在机体内通过调节Wnt/β-catenin信号通路的表达,进而升高血清中的BMP及骨保护素等的水平。因此,益肾健脾方在调节成骨细胞及破骨细胞两方面都具有调节作用,进而达到防治OP的效果。刘金豹等[47]研究发现,补肾活血胶囊通过促进骨髓间充质干细胞的增殖及成骨细胞的增殖、分化,这种促进作用与补肾活血胶囊通过调节Wnt/β-catenin信号通路有关。通过Wnt/β-catenin信号通路的调节作用,促进机体内Wnt3a、β-catenin、转录因子Runx2及mRNA的表达,调节机体内的骨代谢及成骨细胞的增殖及分化,进而促进成骨细胞的形成,这就间接对OP的形成及发展起到一定的抑制作用,从而达到防治OP的目的。

4 TGF-β/BMP信号通路

转化生长因子-β(TGF-β)作为一个保守的在机体内分泌多肽因子的家族,与OP的相关的家族成员有BMP等[48]。因此,TGF-β/BMP不仅调节生理性胚胎的形成及发展,也在调节骨稳态、骨代谢及许多疾病的病理生理机制方面也具有重要的作用[49]。在机体内,TGF-β/BMP信号通路被一个或多个microRNAs相互影响以及TGF-β信号通路还直接或通过Smads调控microRNAs的产生[50]。在这些因素的作用下,TGF-β/BMP信号通路和microRNAs之间的自我调节反馈回路对机体内的相关作用机制具有一定的调节作用[51]。研究发现,MicroRNAs与Wnt、TGF-β/BMP信号通路相互作用促进间充质干细胞的成骨分化,进而促进成骨细胞的增殖及分化等[52]。因此,基于microRNAs与TGF-β/BMP信号通路之间的相互作用及TGF-β家族成员BMP与OP的相关性探讨TGF-β/BMP信号通路与OP的相关性,通过TGF-β/BMP信号通路的调节,进而对OP达到防治的目的。

金剑飞等[53]将补骨脂水提取物运用于骨质疏松模型大鼠中后,观察其对TGF-β1/Smad4信号通路的影响,发现补骨脂水提取物通过调节TGF-β1/Smad4信号通路,上调与TGF-β1/Smad4信号通路最主要的Smad4蛋白及mRNA的表达,进而发挥骨保护的作用。补骨脂的中药功效以补肝肾、强筋骨为主。因此,无论是实验及功效,与OP的治疗原则一致,进而发挥抗OP的作用。李晓曦等[54]将淫羊藿与女贞子配伍联合应用于OP大鼠模型,通过TGF-β1/Smad4信号通路的介导,检测相关指标等。得出淫羊藿及女贞子配伍通过增加OP大鼠血清中的TGF-β1以及骨组织中TGF-β1、Smad2、Smad3的mRNA表达和TGF-β1蛋白表达,上调TGF-β1/Smad4信号通路相关蛋白表达水平,并通过影响相关蛋白的表达水平,进而调节机体内的骨代谢水平,对OP的防治起到一定的防治作用。徐卫峰等[55]以TGF-β/Smad、MAPK/NF-κB信号通路为指导,探讨龟鹿二仙胶对OP大鼠的影响,通过实验结果得出龟鹿二仙胶对TGF-β、p-Smad-3蛋白表达具有明显的促进作用及降低p-NF-κB P65的蛋白表达水平,达到防治OP的目的。篙长英等[56]通过ERK/TGF-β/Smads信号通路的介导,探讨左归丸含药血清对成骨细胞的影响。通过实验得出左归丸含药血清通过上调ERK/TGF-β/Smads信号通路相关蛋白如TGF-β1、Smad4及Smad2 mRNA的表达,并通过影响相关骨代谢指标如碱性磷酸酶等的形成,促进成骨细胞的增殖及分化,进而达到治疗OP的目的。

5 Notch信号通路

Notch信号通路作为参与组织稳态、细胞的增殖、分化、发育过程相关的信号通路,在机体内发挥重要的作用[57]。研究发现,经典的Notch信号通路由G蛋白偶联受体及酶联受体介导,通过膜受体和效应物之间的中间体而发挥细胞、胚胎和组织的发育及组织功能和修复的作用[58]。在机体内,Notch信号通路主要通过相关受体的调节及相关基因的介导,进而发挥其生物学功能[59]。研究表明,microRNAs通过调节Notch信号通路发挥作用及microRNAs的表达受Notch信号通路的调控[60]。而microRNAs作为骨科疾病的关键调节因子及与本文的OP具有很大的相互作用,因此,通过microRNAs相关的Notch信号通路的作用,探讨其与OP的相互作用及在Notch信号通路的调节作用下,通过相关中药单体及复方的调节作用,对OP的防治起到一定的效果。

LIU等[61]通过建立OP大鼠模型,探讨淫羊藿苷在治疗OP方面的作用机制。实验研究发现,淫羊藿苷治疗OP与Notch信号通路的调节作用有关。淫羊藿苷通过下调骨组织中Notch1胞内结构域(N1ICD)蛋白的表达,进一步抑制N1ICD对Notch2 mRNA表达的影响,进而抑制骨髓间充质干细胞向脂肪细胞的增殖及分化,对骨形成起到促进作用,间接达到OP防治的目的。黄翔宇等[62]研究发现,骨碎补总黄酮能够改善OP大鼠的症状,达到防治OP的效果。骨碎补总黄酮在Notch信号通路的调节下,通过抑制Notch信号通路的相关受体Notch1的表达,抑制Notch信号通路发挥作用,进而达到防治OP的目的。韩亚力等[63]经过通过同样的研究,得出骨碎补总黄酮通过抑制Notch信号通路的相关受体Notch1的表达及降低机体内的炎症因子如TNF-α、IL-6的表达,双向对OP的病因进行了抑制,从而达到治疗OP的目的。刘蔚楠等[64]通过建立OP大鼠模型,探讨益肾健骨膏对OP相关骨代谢及可能的作用机制。通过实验得出,高剂量的益肾健骨膏通过促进骨组织中Notch信号通路相关受体Notch1、Notch2的mRNA和蛋白表达,进而促进骨的形成及维持相应的骨密度及骨强度,从而达到对OP防治的目的。周强等[65]通过建立OP大鼠模型,观察左归丸对骨组织中Notch1、BMP9表达的影响。通过实验研究,得出左归丸通过上调及促进骨组织中Notch1、BMP9蛋白的表达,进而促进骨组织中Notch1、BMP9蛋白的形成及发挥生物学作用,进而达到OP防治的目的。左归丸作为补肾的经典名方。在治疗腰膝酸软等症状方面具有良好的疗效,而在临床当中,OP患者也经常表现为腰膝酸软及腰痛的症状。因此,不管从实验方面还是临床表现方面,左归丸对OP的治疗具有良好的疗效。

6 小结

综上所述,中药通过干预microRNAs相关信号通路,进而发挥调节骨代谢、成骨细胞的形成及破骨细胞的吸收功能,进而改善骨密度及骨强度,从而达到防治OP的目的。传统医学认为,OP属于“骨痿”的研究范畴,主要与肝肾亏虚有关,加以感受风寒湿邪及痰瘀等,使得邪气及痰瘀阻滞经络,因此治疗多以滋补肝肾为主,加以活血化瘀及化痰等药物。因此,中药在防治OP方面具有良好的效果。随着现代研究方法的进一步提升,中药单体及复方在OP的防治方面有了很大进展,也取得了一定的成果。但研究方法单一,研究的不够深入及对机制的不明确等也因此阻碍了研究的进一步深入发展。因此,笔者基于多种原因,提出通过中药干预microRNAs相关信号通路,进而达到防治OP的目的。在机体内,microRNAs相关信号通路包括PI3K/Akt、MAPK、Wnt/β-catenin、TGF-β/BMP、Notch信号通路等。通过调控这些信号通路的表达干预机体内成骨细胞的破坏及破骨细胞的过度吸收;通过延缓破骨细胞的破坏及促进成骨细胞的形成,并发挥中药个体化、价廉、低毒、多途径的优势,达到防治OP的目的。因此,将中药进行深入的研究及进行临床的新应用具有重要的临床应用价值。