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虎杖苷防治衰老相关骨代谢疾病研究

2023-07-12 365 上传者：管理员

摘要：骨质疏松症及膝骨关节炎是临床上常见的衰老相关的骨代谢疾病，其发病率随年龄的增长而逐级攀升。虎杖苷是存在于中药虎杖中的一种天然多酚非黄酮类化合物，因其具有较强的调节骨代谢、促血管形成等作用而备受关注。本文通过总结相关文献，重点综述了虎杖苷的药代动力学特点及其在骨质疏松症和膝骨关节炎防治中的相关作用机制与靶点，以期为后续虎杖苷防治衰老相关骨代谢疾病的研究提供更多线索，为虎杖苷的开发利用提供更多的科学理论依据。

关键词：
药理作用
虎杖苷
衰老
骨代谢疾病
骨质疏松
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骨质疏松症及膝骨关节炎是临床上常见的衰老相关的骨代谢异常疾病。据最新的流行病学调查报告[1]显示，骨质疏松症及膝骨关节炎的发病率随着年龄的增长而逐步升高，膝骨关节炎的发病年限更是在55～64岁达到峰值。2021年第七次人口普查显示[2],我国60岁以上人口已达2.64亿。随着社会老龄化的进一步加剧，衰老相关骨代谢疾病的发病率更是逐年攀升，其高致残率引发的经济、社会负担是当前公共卫生健康难题。现代研究[3,4]显示，中医药在防治衰老相关骨代谢疾病方面显示出独特优势，从中医药领域挖掘防治衰老相关骨代谢疾病的潜在药物值得期待。

虎杖苷也称白藜芦醇苷，属于二苯乙烯类化合物，为白色针状结晶粉末，分子式为C20H22O8。虎杖苷的来源比较广泛，在桑葚、何首乌、虎杖等中药中均有分布，其在虎杖中含量相对较高，平均含量可达到3～8 mg/g。既往研究[5,6]揭示了虎杖苷具有较强的抗炎、抗氧化、调节脂代谢等功能。近年来研究发现，虎杖苷在衰老相关骨代谢疾病中通过作用于各种骨细胞或骨微环境的其他细胞，发挥骨代谢调控作用。

本文综述了虎杖苷在体内的药代动力学特点及其在骨质疏松症和膝关节炎防治中的药理作用与机制，获取当前虎杖苷在衰老相关骨代谢疾病方面的研究方向和研究热点，并总结现有研究存在的不足，以期为后续深入研究衰老相关骨代谢疾病治疗药物的开发利用提供参考。

1、虎杖苷的结构及药代动力学特点

虎杖苷是一种非黄酮类天然多酚类化合物，属白藜芦醇与葡萄糖结合的产物。其在体内的吸收主要依赖于两种不同的转运方式：被动扩散及钠依赖性葡萄糖转运体的主动运输[7]。通过药代动力学实验观察，在大鼠尾静脉注射给药10 min后，虎杖苷能够在不同组织迅速达到血药浓度最大值，其中以心、肝、肺等组织分布量最大。以口服方式给药后，其脾脏、胃及小肠的浓度分布相对其它组织较高[8]。

虎杖苷主要通过两种去糖基化的方式进行代谢：第一种方式主要指虎杖苷在钠依赖性葡萄糖转运蛋白-1通过刷状边界膜后，被胞质-β-葡萄糖苷酶裂解；第二种是在上皮的管腔侧由膜结合酶-乳糖酶-根皮苷水解酶进行脱糖基化，随后释放出苷元进行被动扩散，在细胞内进一步代谢为两个葡萄糖醛酸缀合物[9]。其在体内代谢过程属于药代动力学的二室模型，清除率约为0.42 L/(kg·min),代谢速度较快，一般不容易引发蓄积中毒[10]。

口服虎杖苷后，经肠道菌群作用后可转化为白藜芦醇、二氢吡啶醇和二氢藜芦醇等代谢产物[11]。既往的研究显示，约98.4%的虎杖苷在肠道和肝脏中代谢，并以葡萄糖醛酸化白藜芦醇为主要代谢产物，占比可达84%。在大鼠的尿液检测中也发现了白藜芦醇、二氢白藜芦醇单硫酸酯、虎杖苷-单硫酸酯和虎杖苷-单葡糖醛酸化物等代谢产物[12]。

2、虎杖苷在防治骨质疏松症方面的应用

2.1虎杖苷对骨质疏松动物模型的调控作用

骨质疏松症是以骨量减少、骨组织微结构破坏、骨脆性增加为特征的临床常见的衰老相关骨代谢性疾病。绝经期妇女和60岁以上的男性具有较高的患病风险，其发病率与年龄具有较大的相关性。

既往研究显示多种黄酮或多酚类植物源性活性成分具有良好的抗骨质疏松效果。在采用双侧去卵巢术模拟雌激素缺乏的骨质疏松大鼠模型中，虎杖苷可明显促进去卵巢大鼠骨密度、子宫指数和股骨干重的增加，并上调OPG/RANKL蛋白的比例，减轻去卵巢引起的脂肪增多[13];降低去卵巢大鼠血清中碱性磷酸酶、抗酒石酸活性酶及雌二醇等骨转换标志物的含量，其机制可能与Wnt/β-Catenin信号的激活有关[14]。目前，有关虎杖苷对骨质疏松动物模型的研究尚不多，但有不少关于其代谢产物白藜芦醇防治骨质疏松症的相关文献报导。白藜芦醇通过激活FoxO1/SIRT1/RANKL/OPG通路改善雄性增龄性骨质疏松大鼠骨微结构及血清中钙磷水平的含量[15];也可以通过上调FoxO1介导的PI3K/Akt信号通路转录活性改善老年骨质疏松雄性大鼠的血清骨转换标志物及氧化应激相关因子的表达[16];逆转乙醇对增龄性雌性大鼠羟基磷灰石涂层种植体骨结合的负面影响[17]。

2.2虎杖苷对各类骨细胞及骨微环境细胞的调控作用

骨骼的生长依赖于骨微环境中细胞的活性与状态，其中的骨髓间充质干细胞、成骨细胞参与骨形成的重建，破骨细胞则通过骨吸收作用形成骨凹陷，血管内皮细胞通过与成骨细胞耦联偶合刺激骨形成作用，各种细胞在骨代谢过程中扮演着不同角色，虎杖苷也对其表现出不同的调控作用及机制。见图1。

图1虎杖苷防治骨质疏松症的效应图

2.2.1虎杖苷对骨髓间充质干细胞的作用：

骨髓间充质干细胞是位于骨髓的一种多能分化细胞，介导骨形成的前成骨细胞主要由其分化而来。因此，骨髓间充质干细胞成骨分化能力的强弱是影响机体的骨形成的关键环节。虎杖苷的促骨髓间充质干细胞成骨分化作用机制也得到了多角度验证。研究[18]显示，虎杖苷通过启动BMP-2介导的Wnt/β-catenin信号促进大鼠骨髓间充质干细胞的增殖，增加成骨分化相关因子碱性磷酸酶、一型胶原及骨钙素等表达；该机制在Shen等[19]开展的人骨髓间充质干细胞研究中得到了进一步验证，在该研究中，研究者通过对BMSCs转染含PDZ结合基序列的转录共激活因子(TAZ)的shRNA后，发现虎杖苷的促骨形成作用被显著抑制；进而使用Wnt信号以及BMP-2抑制剂后，TAZ的作用被抑制，从而说明虎杖苷介导的BMP2-Wnt/β-catenin信号通路是通过调控下游TAZ实现促BMSCs成骨分化；虎杖苷也可以减少Bax及ROS水平的堆积，促进Bcl-2的表达，从而促进BMSCs在氧化应激微环境的存活，通过Nrf 2/ARE通路改善H2O2引起的骨髓干细胞细胞凋亡及氧化损伤[20]。

2.2.2虎杖苷对成骨细胞的作用：

成骨细胞是主导骨形成的主要功能细胞，负责骨基质的合成、分泌和矿化。目前暂无相关的研究证实虎杖苷对成骨细胞的直接调控作用，但有部分研究[21]显示虎杖苷对骨肉瘤细胞的活性影响，发现其可通过分泌鞘脂和神经酰胺等脂质代谢产物诱导人骨肉瘤细胞的成骨分化；也可以通过STAT3信号调控自噬相关因子Atg12、Atg14及BECN等表达，从而诱导人骨肉瘤细胞凋亡和自噬[22];此外，还可通过上调Bax/Bcl-2比值促进人骨肉瘤细胞凋亡，减弱-连环蛋白信号的传导从而抑制细胞的增殖[23]。

2.2.3虎杖苷对破骨细胞的作用：

破骨细胞是介导骨吸收的功能细胞，主要通过分泌酸性物质溶解矿物质，分泌蛋白酶消化骨基质，形成骨吸收凹陷。虎杖苷可有效抑制破骨细胞一氧化氮和前列腺素的产生，降低诱导型一氧化氮合酶和环氧化酶-2蛋白和转录水平的表达；此外，虎杖苷可显著改善脂多糖诱导的Raw 264.7巨噬细胞中NF-κB的激活和MAPKs的磷酸化，显示出虎杖苷在巨噬细胞中具有强大的抗炎活性[24]。虎杖苷也可以通过抑制氧自由基的产生来抑制RANKL诱导的小鼠破骨细胞前祖细胞Raw 264.7的破骨细胞分化[25]。此外，不同浓度梯度的白藜芦醇对破骨细胞自噬表现为激活或抑制，但最终表现为对破骨细胞分化的抑制作用[26]。Boissy等[27]证实白藜芦醇能够抑制骨髓瘤细胞生长，防止破骨细胞形成，抑制破骨细胞分化。

2.2.4虎杖苷对血管内皮细胞的作用：

骨的再生修复过程中，血管不仅可以为骨修复提供足够的氧气、营养及钙、磷等重要的无机盐，还可向骨组织输注骨祖细胞，进一步分化为成骨细胞、骨细胞，沉积于骨基质中形成原始骨组织，最后通过力学塑形而成骨[28,29]。因此，及时有序的血管形成对骨形成至关重要。研究[30]显示，虎杖苷对斑马鱼胚胎肠下血管形成有抑制作用，其可通过与血管内皮生长因子结合抑制其受体信号传导来抑制血管内皮生长因子诱导的血管生成；也可通过降低氧化应激和改善人脐静脉内皮细胞线粒体功能，防止甲基乙二醛诱导的细胞凋亡[31]。脂多糖干预血管内皮细胞后，虎杖苷可以剂量依赖性抑制肿瘤坏死因子-α的产生、髓过氧化物酶活性、细胞间粘附分子-1和内皮细胞粘附分子-1的表达，从而影响活性[32]。虎杖苷预处理也能显著抑制丙酮醛诱导的氧自由基产生、线粒体形态改变和Akt脱磷酸化，从而改善人脐静脉内皮细胞线粒体功能，延缓其衰老[33]。

3、虎杖苷在防治膝骨关节炎方面的应用

3.1虎杖苷在膝骨关节炎动物模型中的作用及机制

膝骨关节炎是一种以膝关节软骨的退变、破坏以及软骨下骨的增生为主要特征的慢性退行性骨关节病。目前膝骨关节炎已影响全球10 %的人口，65岁以上人群患病率更是高达50 %,以膝骨关节炎为代表的肌肉骨骼疾病上升为伤残损失健康生命的首位病因[34]。因此，寻找有效的防治药物迫在眉睫。

研究[35]显示，在内侧半月板的手术失稳的膝骨关节炎小鼠模型中，虎杖苷可以不同程度地抑制基质金属蛋白酶13和血栓反应蛋白基元5等基质降解蛋白酶的活性，导致细胞外基质的降解。在焦磷酸钙晶体诱导的急性关节炎小鼠模型中，虎杖苷显著减轻踝关节肿胀，减少白细胞浸润、坏死、水肿和滑膜炎症[36]。Kamel等[37]发现虎杖苷可以通过显著减低肿瘤坏死因子、白介素6及基质金属蛋白酶等表达改善弗氏完全佐剂诱导的大鼠关节炎，缩短后爪与踝关节直径长度。在胶原诱导的关节炎模型中，发现虎杖苷可以明显地抑制中性粒细胞胞外网状陷阱形成；抑制血清中丙二醛、超氧化物歧化酶及肿瘤坏死因子等炎症因子的表达[38]。

3.2虎杖苷对软骨周围细胞的作用

关节软骨是高度分化的无血管和无神经组织，其结构和机械特性主要由软骨细胞产生的细胞外基质，软骨细胞是在软骨发现的唯一一种细胞。因此，软骨细胞的活性对于软骨的正常发育至关重要。此外，滑膜间充质干细胞、巨噬细胞等细胞同样在骨关节炎进程中发挥着重要作用。

研究[39]显示，虎杖苷既能显著抑制骨关节炎患者软骨细胞的活性氧自由基的堆积及炎症因子的产生，也能显著增加Bcl-2/Bax的含量，从而发挥抗凋亡和抗炎的双重作用。Tang等[40]发现虎杖苷能明显抑制IL-1β诱导的骨关节炎患者软骨细胞中前列腺素E2、肿瘤坏死因子、一氧化氮、环氧合酶-2及诱导型一氧化氮合酶等促炎介质的过度产生；也可以通过上调miR-125b介导的细胞增殖及炎症因子从而对脂多糖诱导的炎症损伤发挥显著的保护作用[41]。

此外，虎杖苷干预后可延缓胶原诱导性关节炎小鼠免受关节炎的发展，其机制可能与明显抑制中性粒细胞胞外网状陷阱的形成有关[42]。

4、总结与展望

虎杖苷是传统中药虎杖的主要活性成分，在防治骨质疏松症和膝关节炎方面发挥着多重作用。既能对骨形成、骨吸收等骨代谢环节发挥积极调控作用，也能对骨组织周围的炎症因子及血管生成产生重要影响。但是目前对虎杖苷在衰老性骨代谢疾病的研究还不够深入，骨代谢疾病的发生发展涉及多重因素、多个环节。特别是在膝骨关节炎的防治方面，目前只涉及了虎杖苷对软骨细胞的作用研究。然而滑膜间充质细胞也在骨关节炎发展进程中扮演着重要角色，目前已有较多研究证实了其在膝骨关节炎进程中的作用。因此，后续可围绕这些点进行深入的药效及机制探讨。此外，虎杖苷在体内的药物清除速度较快，如何使其在体内保持长时间的高血药浓度是需要解决的问题，未来可以结合新型纳米材料，开发相关的缓释制剂，为衰老相关的骨代谢疾病防治提供更多的契机。

综上，虎杖苷在骨质疏松症及膝骨关节炎等衰老相关骨代谢疾病的防治方面具有广阔的开发利用前景，但相关的研究相对有限，还有多方面的工作可以深入。希望后续的研究者更够更加深入的明确其相关机制，为其早日应用于临床提供科学依据。

参考文献:

[2]谭睿.中国老年人口失能状况及变化分析―—基于第六次､第七次全国人口普查数据[J].卫生经济学研究,2023,40(3):6-11.

基金资助:国家重点研发计划项目(2018YFC2002500);国家自然科学基金(81873202; 82074287);广东省中医药信息化重点实验室(2021B1212040007);中央高校基本科研业务专项资金项目(21622329);

文章来源:李小云,王昊宇,林青等.虎杖苷防治衰老相关骨代谢疾病研究[J].中国骨质疏松杂志,2023,29(07):1069-1073.