賴文秀,楊亞軍,崔　燎

(廣東醫(yī)科大學(xué)藥理學(xué)教研室、廣東天然藥物研究與開發(fā)重點實驗室，廣東，湛江　524023)

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染料木素抗骨質(zhì)疏松研究進(jìn)展

賴文秀,楊亞軍,崔燎

(廣東醫(yī)科大學(xué)藥理學(xué)教研室、廣東天然藥物研究與開發(fā)重點實驗室，廣東，湛江524023)

染料木素作為一種“植物雌激素”，能促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化和礦化骨形成功能，也能夠抑制破骨細(xì)胞骨吸收過程，存在多種抗骨質(zhì)疏松的分子機(jī)制。該文綜述染料木素抗骨質(zhì)疏松作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展，為研究與開發(fā)抗骨質(zhì)疏松新藥提供依據(jù)。

染料木素；骨質(zhì)疏松；成骨細(xì)胞；破骨細(xì)胞；植物雌激素；機(jī)制

染料木素(Genistein)又稱5,7,4-三羥基異黃酮、染料木黃酮、金雀異黃素等，是主要從大豆、三葉草、葛根、槐花、染料木(金雀花)和廣豆根等豆科植物中提取出來的活性成分。染料木素作為大豆異黃酮中主要成分，其結(jié)構(gòu)與雌激素相似，因此被稱為“植物雌激素”。由于雌激素缺乏是絕經(jīng)后婦女骨質(zhì)疏松的重要病因，故染料木素是目前抗骨質(zhì)疏松植物藥的研究熱點之一[1]。美國國家骨質(zhì)疏松基金會(NOF)的《最新指南》指出，染料木素對絕經(jīng)后婦女的骨骼健康十分有益，是FDA認(rèn)為安全但仍需要更多抗骨質(zhì)疏松臨床數(shù)據(jù)的唯一植物活性成分[2]。本文主要綜述染料木素抗骨質(zhì)疏松的作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展。

1　染料木素抗骨質(zhì)疏松作用及機(jī)制

染料木素抗骨質(zhì)疏松作用涉及促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化和骨形成，抑制破骨細(xì)胞增殖、分化和骨吸收等機(jī)制。此外，染料木素作為一種“植物雌激素”，在體內(nèi)與雌激素受體(estrogen receptors, ER)結(jié)合產(chǎn)生雙向調(diào)節(jié)作用，是一種較為理想的具有選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)活性的天然化合物。

1.1促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化和骨形成功能在成骨細(xì)胞中存在許多與成骨分化和骨形成相關(guān)的生物大分子，如Ⅰ型膠原酶(collagen type Ⅰ，Col-Ⅰ)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)、骨鈣素(osteocalcin,OC)、runt-相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(runt-related tanscription factor 2，Runx2，又稱為CBFA1)等。新近研究表明，染料木素對成骨細(xì)胞作用的主要機(jī)制及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)均涉及此類分子，詳述如下：

(1)過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptorγ，PPARγ)是人骨髓基質(zhì)干細(xì)胞(BMSC)分化方向的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，PPARγ對BMSC成脂分化的調(diào)節(jié)直接影響到成骨細(xì)胞的分化[3]。研究表明，染料木素在低濃度(≤1 μm)時相當(dāng)于PPARγ的抑制物，能促進(jìn)BMSC成骨分化抑制成脂分化，高濃度(>1 μm)時，染料木素對BMSC的作用則相反[4]；此外，高濃度染料木素對Runx2、Col-Ⅰ和OC的表達(dá)有抑制作用，用高濃度(20μm)染料木素和GW9662(PPARγ抑制物)處理BMSC，則可去除這種抑制現(xiàn)象，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化。結(jié)果提示，染料木素可通過PPARγ這一機(jī)制促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化功能[3,5]，但其涉及的詳細(xì)調(diào)控機(jī)制尚不清楚。

(2)BMP是促進(jìn)骨形成和誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化的最重要的細(xì)胞外信號分子之一，可通過激活Smads蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)節(jié)成骨基因轉(zhuǎn)錄而發(fā)揮其促進(jìn)成骨作用。Runx2可在前成骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、前軟骨細(xì)胞和前肥大軟骨細(xì)胞中表達(dá)，其作為 BMP2/Smad5 的靶基因，是成骨細(xì)胞分化和骨骼發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子。眾所周知，BMP受體信號通路通過Smad1/5/8促進(jìn)成骨分化、形成，而Smad6/7則抑制BMP信號通路[6-7]。采用hBMSCs為實驗?zāi)Ｐ?，發(fā)現(xiàn)染料木素能夠提高BMSC中堿性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)的活性，促進(jìn)hBMSCs增殖、分化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，染料木素能明顯增加Smad1/5表達(dá)，同時降低Smad6/7的表達(dá)，這些結(jié)果表明染料木素能通過BMP/Smads/Runx2這一分子機(jī)制來發(fā)揮其促成骨作用[8]。

(3)核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)和激活蛋白-1(activator protein-1，AP-1)是參與調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞分化、礦化重要的兩個轉(zhuǎn)錄因子。據(jù)報道，以MC3T3-E1和大鼠原代顱骨細(xì)胞為實驗?zāi)Ｐ?，?0μm的染料木素處理，發(fā)現(xiàn)染料木素能夠促進(jìn)ERK1/2、JNK1/2 和p38絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)的磷酸化，磷酸化的ERK1/2和p38/MAPK能夠激活NF-κB，促使NF-κB從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核[9]。由于磷酸化激活的JNK1/2能夠使c-Jun誘導(dǎo)AP-1的轉(zhuǎn)錄活性，而NF-κB和AP-1在細(xì)胞核與ERα的5'端啟動子區(qū)結(jié)合后激活ERα基因轉(zhuǎn)錄，ERa則誘導(dǎo)BMP、Col-Ⅰ及OCN基因表達(dá)，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化與礦化[9]。結(jié)果說明，染料木素可通過MAPK/NF-κB/AP-1通路發(fā)揮其促成骨細(xì)胞功能，但該作用機(jī)制仍需要在整體動物模型進(jìn)一步驗證。

1.2抑制破骨細(xì)胞增殖、分化和骨吸收功能NF-κB通路對破骨形成分化乃至骨重建至關(guān)重要。成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞之間通過核因子κB受體活化因子配體(RANKL)和RANK受體或骨保護(hù)素(osteoprotegerin，OPG，是RANKL的誘騙受體)相互聯(lián)系，因此RANKL、RANK和OPG這3種蛋白在NF-κB通路中發(fā)揮關(guān)鍵作用[10]?，F(xiàn)研究表明，低濃度染料木素在體外能明顯增加成骨相關(guān)因子ALP、OCN和OPG的表達(dá)，使RANKL的表達(dá)和RANK/OPG的比率下降[11-13]。NF-κB信號通路被RANKL、TNF-α或IL-1激活后能夠誘導(dǎo)破骨基因分化，延長破骨細(xì)胞壽命并增加骨吸收[5]。染料木素可直接抑制TNF-α誘導(dǎo)的破骨分化，同時抑制由NF-κB上調(diào)引起的2個轉(zhuǎn)錄因子c-Fos和NFATcl的表達(dá)，進(jìn)而抑制骨吸收[14]。此外，染料木素作為酪氨酸激酶抑制物，能阻遏酪氨酸激酶-NF-κB激活通路，抑制IL-1(破骨激活因子)的活性和組織蛋白酶K蛋白(破骨吸收關(guān)鍵蛋白酶)的表達(dá)[15]。前述研究結(jié)果表明，染料木素能夠通過NF-κB通路發(fā)揮其抑制破骨細(xì)胞骨吸收作用。此外，染料木素能夠介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鈣離子信號途徑，并且抑制蛋白激酶和酪氨酸激酶，從而引起破骨細(xì)胞凋亡，進(jìn)而抑制骨吸收[16,17]。也可以通過抑制 DNA 拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅱ的活性來減少破骨細(xì)胞形成[18]。

1.3染料木素的雌激素樣作用染料木素作為一種“植物雌激素”，其結(jié)構(gòu)與內(nèi)源性雌激素(如17β-Estradiol)結(jié)構(gòu)相似，具有雌激素樣作用。在人體中，雌激素受體有2種，分為雌激素受體ɑ(ERɑ)和雌激素受體β(ERβ)。除生殖系統(tǒng)外，在成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞以及骨髓基質(zhì)細(xì)胞等上均存在ER。其中，ERɑ主要表達(dá)在骨干骨細(xì)胞，ERβ在骨干骨細(xì)胞中表達(dá)極低；ERβ在松質(zhì)骨骨細(xì)胞中有明顯表達(dá)，在破骨細(xì)胞的胞核和胞質(zhì)中也有表達(dá)[19]。染料木素與ERβ的親和力大于與ERα親和力，但其發(fā)揮抗骨質(zhì)疏松作用的主要作用受體是ERα，因此ERα是染料木素發(fā)揮骨保護(hù)作用的主要受體亞型[20]。此外，植物雌激素在體內(nèi)結(jié)合ER具有雙向調(diào)節(jié)作用，即在不同情況下表現(xiàn)出雌激素樣或抗雌激素作用(低濃度促進(jìn)，高濃度抑制)，是一種較為理想的雌激素替代藥物[18]。染料木素與雌激素在治療絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松上相比，對子宮內(nèi)膜和乳腺也沒有明顯的副作用[21-22]，但也有研究報道低濃度染料木素有刺激人宮頸癌細(xì)胞增殖的作用[23]，導(dǎo)致不同實驗結(jié)果原因可能與雌激素受體在生殖系統(tǒng)和骨組織分布不同，染料木素與雌激素受體ɑ、β親和力不同，以及染料木素的作用濃度的高低有關(guān)[24]。

2　染料木素聯(lián)合用藥作用

近年來，許多文獻(xiàn)研究報道染料木素與其他藥物聯(lián)用可提高其抗骨質(zhì)疏松活性，為其臨床聯(lián)合用藥提供了線索。用MC3T3細(xì)胞為實驗?zāi)Ｐ?，結(jié)果顯示染料木素與胡蘿卜素聯(lián)合可提高成骨細(xì)胞中ALP活性，并通過促進(jìn)成骨分化保持骨轉(zhuǎn)換平衡，其效果比兩藥單獨使用效果更好[25]。用CD-1雌性小鼠為實驗?zāi)Ｐ?，實驗包括Sham組、卵巢切除(OVX)組、OVX給藥組分為碳酸鈣、維生素D3聯(lián)合染料木黃酮的高、中、低劑量組以及單純?nèi)玖夏军S酮組、雌激素組(E2)。給藥6周,測定小鼠骨密度(BMD)、骨礦含量(BMC)、骨生物力學(xué)和骨代謝生化指標(biāo)。發(fā)現(xiàn)低劑量植物雌激素染料木黃酮與鈣、維生素D3聯(lián)合應(yīng)用對卵巢切除小鼠的刺激子宮生長作用小。低劑量植物雌激素染料木黃酮與鈣、維生素D3聯(lián)合應(yīng)用增加小鼠BMD,改善骨生物力學(xué)參數(shù),促進(jìn)骨形成和抑制骨吸收,降低了染料木黃酮的用量,并且較雌激素安全[26]。用氨甲蝶呤(methotrexate，MTX)復(fù)制大鼠骨髓肥胖模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)給予染料木素和(或)魚油不僅能夠促進(jìn)大鼠成骨細(xì)胞分化能力，增加成骨細(xì)胞數(shù)量，保持骨體積，還能夠預(yù)防MTX引起的骨髓肥胖，抑制破骨細(xì)胞因子的表達(dá)，減少破骨細(xì)胞的數(shù)量，進(jìn)而防止骨丟失[27]。這些研究結(jié)果提示，染料木素與其他藥物聯(lián)用可提高其抗骨質(zhì)疏松作用外，還可能可以用于防止其他因素引起的骨質(zhì)疏松癥，但聯(lián)合用藥的機(jī)制仍需要更進(jìn)一步實驗研究。

3　染料木素體內(nèi)代謝研究

染料木素是帶芳香環(huán)的三苯基化合物，在分子的相對兩極帶有兩個酚羥基，結(jié)構(gòu)與分子量與雌二醇類似，在成人體內(nèi)染料木素可被腸道細(xì)菌轉(zhuǎn)換成雌馬酚、去甲基安哥拉紫檀素以及對乙苯酚，這些代謝產(chǎn)物可經(jīng)肝腸循環(huán)被吸收到肝臟，絕大多數(shù)在腎臟被滅活[28]。研究染料木黃酮在♀、♂大鼠體內(nèi)的藥代動力學(xué)參數(shù)，大鼠灌胃給予染料木黃酮,高效液相色譜分析血漿及不同組織中染料木黃酮和其葡萄糖醛酸結(jié)合物。發(fā)現(xiàn)藥物在卵巢和子宮中的分布明顯高于睪丸，在其他組織器官內(nèi)的分布未檢測到明顯差異。與♂大鼠相比，♀性大鼠對染料木黃酮的吸收多、葡糖醛酸結(jié)合量高，使染料木黃酮的半衰期延長。表明染料木黃酮在大鼠體內(nèi)被吸收和代謝的量不僅和劑量有關(guān),而且與性別有關(guān)[29]。用40 mg·kg-1劑量的染料木素給大鼠灌胃，研究染料木素在大鼠體內(nèi)的藥代動力學(xué)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)因吸收不佳及過強(qiáng)的首過效應(yīng)，染料木素的生物利用率不高[30]，有研究報道可通過提高染料木素的溶解度和滲透速率來改善染料木素的小腸吸收及體內(nèi)活性[31]。目前，國內(nèi)外對染料木素的藥物動力學(xué)研究尚處于初期階段，如何提高染料木素的生物利用度以及染料木素的體內(nèi)傳遞過程還有待進(jìn)一步研究，研究方法與手段還有待進(jìn)一步改善。

4　結(jié)語

骨質(zhì)疏松是一種發(fā)病率和致殘率日益增高的疾病，故抗骨質(zhì)疏松新藥一直都是國內(nèi)外研究的熱點。染料木素作為一種安全有效的“植物雌激素”，在體內(nèi)可選擇性結(jié)合ER，發(fā)揮防治骨質(zhì)疏松作用，其機(jī)制可能是通過PPARγ、BMP/Smads/Runx2、MAPK/NF-κB/AP-1等信號通路促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖、分化以及礦化；同時，又可通過NF-κB通路及細(xì)胞內(nèi)鈣離子信號途徑發(fā)揮其抑制破骨細(xì)胞骨吸收作用。此外，染料木素來源豐富，提取工藝簡單，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，在長期治療過程中毒副作用較小，具有較好的臨床應(yīng)用前景，但染料木素的生物利用率不高，在體內(nèi)吸收率較低，還需要進(jìn)一步研究染料木素的最佳給藥途徑和最適作用濃度。隨著研究的不斷深入，染料木素有望成為抗骨質(zhì)疏松癥的臨床用藥。

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Research progress of anti-osteoporotic effects of genistein

LAI Wen-xiu, YANG Ya-jun, CUI Liao

(DeptofPharmacology，GuangdongKeyLaboratoryforResearchandDevelopmentofNaturalDrugs，GuangdongMedicalUniversity,ZhanjiangGuangdong524023,China)

Genistein, as one kind of phytoestrogens, can stimulate osteoblastic proliferation, differention and mineralization, and can also inhibit bone resorption activity of osteoclast. The effect of genistein on bone metabolism lies in various molecular mechanisms. This paper reviews the research progress of the anti-osteoporotic action of genistein and its mechanism, which may provide a basis for the research and development of new agents to treat osteoporosis.

genistein;osteoporosis; osteoblast; osteoclast; phytoestrogens;mechanism

時間：2016-9-22 11:14

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20160922.1114.008.html

2016-06-03,

2016-08-11

國家自然科學(xué)基金資助項目(No 81273518;81673814)；廣東省科技計劃項目(No 2012B060300027，No 2016A0202 15148)；廣東醫(yī)學(xué)院科技創(chuàng)新基金項目(No STZF 101104)

賴文秀(1992-)，女，碩士生，研究方向：骨質(zhì)疏松的藥物防治，E-mail：512211085@qq.com；

楊亞軍(1973-)，男，博士，講師，研究方向：抗骨質(zhì)疏松藥物作用機(jī)制，通訊作者，E-mail:yangyajun1@163.com

10.3969/j.issn.1001-1978.2016.10.004

A

1001-1978(2016)10-1345-04

R-05；R329.24；R336；R681.022；R977.1

崔燎(1962-)女，博士，教授，博士生導(dǎo)師；研究方向：骨質(zhì)疏松的藥物防治，通訊作者，Tel： 0759-2388405，E-mail：cuiliao@163.com