潘亞磊,翟遠(yuǎn)坤,牛銀波,李晨睿,武祥龍,梅其炳

(1.西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院,陜西西安710072; 2.西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院空間生物實驗?zāi)M技術(shù)國防重點學(xué)科實驗室,陜西西安710072; 3.第四軍醫(yī)大學(xué)藥理教研室,陜西西安710032)

杜仲防治骨質(zhì)疏松癥的研究進(jìn)展

潘亞磊1,2,翟遠(yuǎn)坤1,2,牛銀波1,2,李晨睿1,2,武祥龍1,2,梅其炳1,3

(1.西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院,陜西西安710072; 2.西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院空間生物實驗?zāi)M技術(shù)國防重點學(xué)科實驗室,陜西西安710072; 3.第四軍醫(yī)大學(xué)藥理教研室,陜西西安710032)

近年來杜仲防治骨質(zhì)疏松癥得到了廣泛深入的研究,主要包括杜仲在動物水平和細(xì)胞水平防治骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)理及其防治骨質(zhì)疏松癥的有效成分。綜述了杜仲防治骨質(zhì)疏松癥的研究進(jìn)展,并對杜仲防治骨質(zhì)疏松癥進(jìn)行了展望。

杜仲;骨質(zhì)疏松癥;去勢;成骨細(xì)胞;骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞;有效成分

骨質(zhì)疏松癥(Osteoporosis,OP)是骨量減少、骨內(nèi)微細(xì)結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的骨脆性增加、骨折風(fēng)險增大的系統(tǒng)性骨代謝疾病,是老年人的常見病、多發(fā)病[1,2]。杜仲(Eucommia ulmoides Oliv.),又名木棉(木草圖經(jīng)),為杜仲科杜仲屬多年生落葉喬木,我國特有藥用植物,國家二級保護(hù)植物。杜仲在中醫(yī)藥中一直被用作防治OP的良藥?！渡褶r(nóng)本草經(jīng)》將其列為上品,謂其“主治腰膝痛,補(bǔ)中,益精氣,堅筋骨,除陰下癢濕,小便余瀝。久服,輕身耐老”。人們對杜仲防治OP進(jìn)行了廣泛深入的研究,作者在此綜述了近年來杜仲防治OP的研究進(jìn)展。

1 杜仲防治OP動物水平研究

1.1 杜仲防治大鼠去勢引起的OP

大鼠去勢后骨轉(zhuǎn)化率增大,骨密度下降,骨小梁形成減少,形成骨質(zhì)疏松[3,4]。與去勢模型對照組相比,杜仲提取物灌胃治療后,可顯著阻止大鼠去勢引起的股骨質(zhì)量下降和骨小梁減少,骨礦物質(zhì)含量和骨密度顯著增加,骨生物力學(xué)水平顯著提高,有效預(yù)防由OP所致骨折發(fā)生的同時還可顯著對抗去勢引起的大鼠體重增加,對去勢引起的大鼠OP具有良好的防治作用[5-9]。

1.2 杜仲防治去勢大鼠OP的機(jī)理

大鼠去勢后由于雌激素分泌下降引起OP,而雌激素減少后出現(xiàn)的骨吸收增強(qiáng)最先由白細(xì)胞介素6啟動[10]。杜仲醇提取物可提高去勢大鼠血清中雌二醇含量,阻止大鼠骨質(zhì)丟失,具有類雌激素樣作用[5,11],并且未發(fā)現(xiàn)雌激素樣的子宮刺激性[9]。白立煒等[8]用杜仲醇提取物對去勢大鼠灌胃12周后,血清中雌二醇含量顯著升高,白細(xì)胞介素6水平顯著下降。

杜仲還可促進(jìn)去勢大鼠血清中胰島素樣生長因子I[5]、骨中轉(zhuǎn)化生長因子和成纖維生長因子2的表達(dá)[12],通過上調(diào)這些促進(jìn)骨形成的因子,從而發(fā)揮其對去勢大鼠OP的預(yù)防作用。

此外,夏樹林等[13]研究發(fā)現(xiàn)去勢大鼠骨中C、O、P、Ca這4種元素的含量比例變化顯著,而杜仲對這4種宏量元素的變化具有明顯的糾正作用。

1.3 杜仲防治維甲酸誘導(dǎo)的OP

肖潤梅等[14]用維甲酸誘導(dǎo)小鼠OP模型,灌胃給藥杜仲醇提取物,結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠血清中總堿性磷酸酶含量顯著升高,說明杜仲醇提取物對維甲酸所致小鼠OP有一定的防治作用。淫羊藿總黃酮和杜仲總黃酮既可提高成骨細(xì)胞活性也可使骨吸收得到抑制[15]。

2 杜仲防治OP細(xì)胞水平研究

2.1 杜仲對成骨細(xì)胞的作用

成骨細(xì)胞是骨形成細(xì)胞,在骨重建中生成類骨質(zhì),修補(bǔ)破骨細(xì)胞骨吸收形成的陷窩,促進(jìn)類骨質(zhì)礦化,因而對骨組織的生長發(fā)育、損傷修復(fù)、骨代謝平衡與骨量維持起著關(guān)鍵作用。一定濃度范圍內(nèi)的杜仲提取物可以顯著促進(jìn)大鼠原代成骨細(xì)胞增殖[16-18]。

李三華等[18-20]研究了杜仲總黃酮對大鼠成骨細(xì)胞的作用,結(jié)果顯示杜仲總黃酮可以促進(jìn)骨鈣素、骨保護(hù)素m RNA和護(hù)骨素蛋白的表達(dá),但并不能顯著地促進(jìn)成骨細(xì)胞合成I型膠原蛋白。

此外,杜仲木脂素能顯著促進(jìn)大鼠原代成骨細(xì)胞骨保護(hù)素的表達(dá),并抑制核因子κB受體激活因子配體的表達(dá),從而調(diào)節(jié)破骨細(xì)胞功能,抑制骨吸收,促進(jìn)骨形成[17]。

2.2 杜仲對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的作用

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(Bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)具有多分化潛能,在不同的誘導(dǎo)條件下可定向分化為成骨細(xì)胞或脂肪細(xì)胞[21]。堿性磷酸酶是成骨細(xì)胞早期分泌的特異性酶,是成骨細(xì)胞分化成熟的標(biāo)志性產(chǎn)物。杜仲誘導(dǎo)培養(yǎng)BMSCs后,可顯著提高堿性磷酸酶活性,促進(jìn)鈣化結(jié)節(jié)的形成[22]。杜仲含藥血清可促進(jìn)BMSCs增殖和向成骨細(xì)胞分化[23,24]。表明,杜仲促進(jìn)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的重要途徑。但也有研究發(fā)現(xiàn)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]。

骨橋蛋白是一種分泌型的非膠原磷酸化糖蛋白,是成骨細(xì)胞的表型之一,能調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的功能[28,29]。杜仲提取物誘導(dǎo)BMSCs向成骨細(xì)胞分化過程中,骨橋蛋白的表達(dá)顯著增加[30],而成脂相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子脂肪酸結(jié)合蛋白的表達(dá)受到抑制[31]。曾建春等[32]發(fā)現(xiàn),杜仲誘導(dǎo)BMSCs向成骨細(xì)胞分化過程中,促進(jìn)細(xì)胞分化的波形蛋白和核纖層蛋白A的表達(dá)顯著上調(diào)、而鈣網(wǎng)織蛋白表達(dá)下調(diào),這有利于釋放細(xì)胞內(nèi)鈣,參與鈣結(jié)節(jié)的形成,與體內(nèi)骨礦化過程有關(guān)。杜仲通過對這些細(xì)胞分化因子的調(diào)控促進(jìn)BMSCs向成骨細(xì)胞分化。

2.3 杜仲對其它骨相關(guān)細(xì)胞的作用

杜仲提取物可增加大鼠卵巢顆粒細(xì)胞的增殖和雌二醇的生成量,且呈劑量依賴性關(guān)系[33]。蔡險峰等[34]研究發(fā)現(xiàn),杜仲葉的一個活性部位可明顯地提高腎細(xì)胞分泌骨保護(hù)素的量,促進(jìn)成骨作用。

杜仲提取物還可以促進(jìn)成骨樣細(xì)胞株MC3T3-E1、MG-63、UMR106的增殖[35-37]。

3 杜仲防治OP的其它機(jī)理

Lin等[38]研究發(fā)現(xiàn),杜仲葉的醇提取物可劑量依賴性地阻止H2O2對MC3T3-E1的氧化損傷。Liu等[39]研究發(fā)現(xiàn),杜仲皮提取物可以阻止鎘引起的大鼠腎臟損傷,并在血清和腎臟中都檢測到了京尼平苷和京尼平,這兩種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質(zhì)的化合物,也可能是其防治OP的作用機(jī)理之一。

4 杜仲防治OP的有效成分研究

胡金家等[40]研究發(fā)現(xiàn),杜仲葉提取的5個極性不同部位中,極性低的2個部位可促進(jìn)體外培養(yǎng)的成骨細(xì)胞的增殖和ALP的分泌,提高去勢大鼠體內(nèi)骨密度。

王大為等[37]研究表明,杜仲中極性高的部位中可能含有直接作用于成骨細(xì)胞的活性成分。

肖靜等[41]研究顯示,50 mg·m L-1、100 mg· m L-1的杜仲總黃酮能顯著促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖。

張蓉[17]研究發(fā)現(xiàn),杜仲總木脂素可以顯著促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和骨的形成。

饒華等[36]從杜仲葉中分離的4個化合物均可促進(jìn)成骨細(xì)胞株MG-63增殖和ALP分泌,其中有2種效果最為顯著。

Wang等[42]從杜仲中篩選出具有雌激素樣作用的6種化合物,并證明它們具有不同的雌激素受體(α和β型)親和性,因此杜仲中的這些雌激素樣化合物(如黃酮類和木脂素類化合物)可能是其防治OP的物質(zhì)基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明:杜仲作為防治OP的傳統(tǒng)中藥,具有類雌激素樣作用,可提高去勢大鼠血清中雌二醇含量,進(jìn)而有效地阻止大鼠去勢引起的骨丟失,并且未發(fā)現(xiàn)副作用;杜仲提取物可促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)BMSCs向成骨方向分化而抑制其向成脂方向分化,這是杜仲防治OP在細(xì)胞水平的主要機(jī)理;杜仲中的黃酮類和木脂素類化合物是其防治OP的主要有效成分。

目前對杜仲防治OP的機(jī)理和有效成分的了解仍然不夠深入,應(yīng)該從以下方面進(jìn)一步研究:(1)更加明確杜仲中防治OP的活性組分或化合物;(2)在動物水平更加深入地探討杜仲防治OP的藥效、藥代和藥動學(xué);(3)研究杜仲對骨相關(guān)細(xì)胞的代謝信號通路的影響,明確杜仲防治OP的機(jī)理。對杜仲防治OP的藥理學(xué)研究不僅可為杜仲防治OP的廣泛應(yīng)用奠定堅實的基礎(chǔ),而且有利于開發(fā)出防治OP的新型藥物。

[1] Fini M,Giavaresi G,Torricelli P,et al.Osteoporosis and biomaterial osteointegration[J].Biomedicine and Pharmacotherapy,2004, 58(9):487-493.

[2] Sgaard C H,Mosekide L,Schwartz W,et al.Effect of fluoride on rat vertebral body biomechanical competence and bone mass[J]. Bone,1995,16(1):163-169.

[3] Wronski T J,Dann L M,Scott K S,et al.Long term effects of ovariectomy and aging on the rat skeleton[J].Calcif Tissue Int, 1989,45(6):360-366.

[4] 杜一飛,周薇娜,胡旭,等.去勢法大鼠骨質(zhì)疏松癥模型建立的探討[J].口腔醫(yī)學(xué),2010,30(7):399-401.

[5] 童妍,吳曉青.峨眉杜仲對去勢大鼠骨密度及血清IGF-I的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(16):7458-7459,7486.

[6] 侯情,王勁松.杜仲提取物對去卵巢大鼠骨折力和骨壓碎力的影響[J].陜西中醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2010,33(9):83-84.

[7] 蔡建平,張賢,夏樹林,等.杜仲對去勢大鼠股骨重、礦物含量、脛骨抗彎力及血清堿性磷酸酶的影響[J].時珍國醫(yī)國藥,2009,20 (8):1967-1969.

[8] 白立煒,翁孝剛,索新華,等.杜仲葉醇提物預(yù)防去勢大鼠骨質(zhì)疏松癥的實驗研究[J].中國民康醫(yī)學(xué),2008,20(15):1715-1717.

[9] Zhang R,Liu Z G,Li C,et al.Du-Zhong(Eucommia ulmoides Oliv.)cortex extract prevent OVX-induced osteoporosis in rats [J].Bone,2009,45(3):553-559.

[10] 周丕琪,沈霖,杜靖遠(yuǎn),等.絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥與血清IL-6、TNF-α濃度關(guān)系的臨床研究[J].中國骨質(zhì)疏松雜志,2001,7(1):1-4.

[11] 張立,葛煥琦,白立緯,等.杜仲葉醇防治糖尿病合并去勢大鼠骨質(zhì)疏松癥的實驗研究[J].中國老年學(xué)雜志,2003,23(6):370-372.

[12] 馮展波,趙春,謝煥松,等.杜仲對去勢大鼠腰椎骨和r BMSCs TGFβ與FGF2表達(dá)調(diào)控[J].南通大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2009,29 (3):165-168.

[13] 夏樹林,張賢,謝煥松,等.杜仲對去勢大鼠股骨宏量元素C、O、P、Ca含量比例的影響[J].江蘇中醫(yī)藥,2009,41(6):71-72.

[14] 肖潤梅,陳勇.藥材醇提物對骨質(zhì)疏松小鼠生化指標(biāo)影響的比較[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,36(3):85-88.

[15] 杜鵬,肖潤梅,陳勇.淫羊藿總黃酮、杜仲總黃酮對維甲酸所致小鼠骨質(zhì)疏松的實驗研究[J].湖北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2005, 27(4):392-394.

[16] 鄒宇云,韓博,王煉,等.杜仲水提液對大鼠成骨細(xì)胞增殖的影響[J].中國獸醫(yī)雜志,2010,46(8):75-76.

[17] 張蓉.杜仲防治絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松及其機(jī)理研究[D].西安:第四軍醫(yī)大學(xué),2008.

[18] 李三華,何志全,陳全利,等.杜仲總黃酮對成骨細(xì)胞增殖及I型膠原蛋白表達(dá)的影響[J].西北藥學(xué)雜志,2011,26(4):272-274.

[19] 李三華,劉坤祥,莫寧萍,等.RT-PCR法檢測杜仲總黃酮對大鼠成骨細(xì)胞骨鈣素表達(dá)的影響[J].遵義醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2011,34(3): 223-225.

[20] 李三華,陳全利,何志全,等.杜仲總黃酮對大鼠成骨細(xì)胞護(hù)骨素表達(dá)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(25):15279-15280, 15282.

[21] Fu L,Tang T,Miao Y,et al.Stimulation of osteogenic differentiation and inhibition of adipogenic differentiation in bone marrow stromal cells by alendronate via ERK and JNK activation[J]. Bone,2008,43(1):40-47.

[22] 錢維娜,張艷紅.杜仲對體外培養(yǎng)大鼠骨髓基質(zhì)細(xì)胞增殖和分化的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(14):6461-6462,6489.

[23] 曾建春,樊粵光,劉建仁,等.杜仲含藥血清誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞定向分化的實驗研究[J].時珍國醫(yī)國藥,2009,20(9):2136-2138.

[24] 梁翔,彭太平,劉勝才,等.杜仲對大鼠骨髓基質(zhì)細(xì)胞增殖及成骨分化影響的實驗研究[J].江西中醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2007,19(3):58-60.

[25] Lee G W,Yoon H C,Byun S Y.Inhibitory effect of Eucommia ulmoides Oliver on adipogenic differentiation through proteome analysis[J].Enzyme and Microbial Technology,2004,35(6): 632-638.

[26] 陳偉才,羅軍.杜仲葉提取物誘導(dǎo)羊骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞成骨及抑制其成脂肪分化[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13 (10):1960-1964.

[27] 張夢婉,劉益棟,錢曉偉,等.杜仲誘導(dǎo)大鼠b MSCs分化早期成骨/成脂相關(guān)基因表達(dá)變化[J].南通大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2010, 30(6):426-428.

[28] Shen Q,Christakos S.The vitamin D receptor,Runx2,and the Notch signaling pathway cooperate in the transcriptional regulation of osteopontin[J].J Biol Chem,2005,280(49):40589-40598.

[29] Noda M,Tsuji K,Nifuji A.Osteopontin:A topic from the point of bone morphology[J].Clin Calcium,2003,13(4):464-466.

[30] 張艷紅,謝煥松,夏樹林,等.杜仲對大鼠骨髓基質(zhì)細(xì)胞骨橋蛋白和骨保護(hù)素表達(dá)的影響:水提液與醇提液有區(qū)別嗎?[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2010,14(2):262-266.

[31] 張賢,蔡建平,張艷紅,等.杜仲誘導(dǎo)大鼠間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化中成骨與成脂相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2010,14(19):3523-3526.

[32] 曾建春,樊粵光,劉建仁,等.杜仲含藥血清誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞定向分化蛋白質(zhì)組學(xué)研究[J].時珍國醫(yī)國藥,2010,21(2): 274-277.

[33] 喬媛媛,王曉晨,王曼瑩.杜仲葉提取物對女運(yùn)動員骨組織保健的機(jī)理研究[J].吉林體育學(xué)院學(xué)報,2010,26(4):60-61.

[34] 蔡險峰,徐賢柱,郁暉暉,等.杜仲葉活性部位Ⅰ調(diào)控骨代謝平衡作用研究[J].中國骨質(zhì)疏松雜志,2008,14(7):498-501.

[35] 林軍,李幼琴,李萬紅,等.杜仲葉提取物/CPC復(fù)合載體對大鼠成骨細(xì)胞作用的實驗研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版),2008,37 (1):78-82.

[36] 饒華,胡金家,高書亮,等.成骨樣細(xì)胞體外培養(yǎng)法篩選杜仲葉防治骨質(zhì)疏松癥的藥效成份[J].解剖學(xué)研究,2004,26(2):115-117.

[37] 王大為,高曉燕,李發(fā)美,等.杜仲對成骨樣細(xì)胞增殖的作用[J].中藥藥理與臨床,2000,16(4):24-26.

[38] Lin J,Fan Y J,Mehl C,et al.Eucommia ulmoides Oliv.antagonizes H2O2-induced rat osteoblastic MC3T3-E1 apoptosis by inhibiting expressions of caspases 3,6,7,and 9[J].Journal of Zhejiang University Science B(Biomed and Biotechnol),2011,12 (1):47-54.

[39] Liu E W,Han L F,Wang J L,et al.Eucommia ulmoides bark protects against renal injury in cadmium-challenged rats[J].Medicinal Food,2012,15(3):307-314.

[40] 胡金家,王曼瑩.杜仲葉提取物防治骨質(zhì)疏松癥藥效成分及作用研究[J].中華臨床醫(yī)藥,2002,3(3):52-54.

[41] 肖靜,李三華,莫寧萍.杜仲總黃酮對體外培養(yǎng)大鼠成骨細(xì)胞增殖的影響[J].遵義醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2008,31(31):238-240.

[42] Wang H,Li M C,Yang J,et al.Estrogenic properties of six compounds derived from Eucommia ulmoides Oliv.and their differing biological activity through estrogen receptorsαandβ[J]. Food Chemistry,2011,129(2):408-416.

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

國家自然科學(xué)基金資助項目(81073037),中國博士后科學(xué)基金資助項目(2012T50822,2012M521806),陜西省中醫(yī)藥管理局中藥研究項目(2011ZY44)

2013-04-09

潘亞磊(1984-),男,河北邢臺人,博士研究生,主要從事骨質(zhì)疏松及其防治的研究,E-mail:panyalei588@163.com;通訊作者:梅其炳,博士,教授,E-mail:qbmei@nwpu.edu.cn。