張杰 董萬濤 趙寶寶 趙張凱 王劍虹 常茹夢

1.甘肅中醫(yī)藥大學，甘肅 蘭州 730000

2.甘肅中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，甘肅 蘭州 730000

骨骼是一種高度血管化組織，具有廣泛的血管和毛細血管網(wǎng)絡，其通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細胞和骨細胞之間的不同信號通路來為骨的生長發(fā)育提供氧氣及營養(yǎng)，在骨的形成、修復及重塑中起著重要的作用[1]。新生血管可將成骨細胞前體細胞與破骨細胞轉(zhuǎn)運至特定位置。絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥伴有骨髓中竇狀毛細血管和動脈毛細血管數(shù)量減少，導致灌注受限。此外，據(jù)報道，患有骨質(zhì)疏松癥(osteoporosis，OP)的老年婦女股骨的骨血流量減少[2]?，F(xiàn)代醫(yī)學研究[3]表明血供不足所致缺血缺氧在OP骨形成減少中具有重要的作用，尤其是毛細血管數(shù)量及血流量減少，可使成骨細胞處于低血供低氧狀態(tài)，加速其凋亡，從而引起骨代謝的改變，導致骨生成減少、骨量丟失。成骨和血管生成之間密切的空間和時間聯(lián)系被稱為“血管生成-成骨耦合”。目前，現(xiàn)代醫(yī)學治療OP雖有一定的臨床療效，但仍具備患者依存性差及胃腸道等不良反應。中醫(yī)藥防治OP歷史悠久，療效顯著。近年來，中醫(yī)藥通過調(diào)節(jié)成血管-成骨相關(guān)因子防治OP療效顯著。本文擬通過對相關(guān)研究成果進行綜述，以期為中醫(yī)藥防治OP提供新的診療思路及靶點。

1 成血管-成骨耦聯(lián)調(diào)節(jié)因子

1.1 血管內(nèi)皮生長因子

血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)是目前最有效的誘導血管生成的高特異性生長因子，由參與骨生長與重塑的成骨細胞、肥大細胞、內(nèi)皮細胞、巨噬細胞、成纖維細胞及肥大軟骨細胞所分泌，并可通過作用成骨細胞、破骨細胞以及骨髓間充質(zhì)干細胞(bone mesenchymal stem，BMSCs)來調(diào)節(jié)骨代謝[4]，對成血管-成骨耦聯(lián)的機制有著關(guān)鍵作用?，F(xiàn)代醫(yī)學研究[5]證明，成骨細胞中VEGF低表達，將會導致骨內(nèi)微血管減少、骨量減低、BMD下降，并給予外源性VEGF能顯著促進血管生成及加速骨修復。龐海濤等[6]的研究證明，VEGF能通過上調(diào)colⅠmRNA表達水平及堿性磷酸酶(alkaline-phosphatase，ALP)濃度，明顯提升BMSCs成骨分化活性。張連芳等[7]研究證明，VEGF能促進BMSCs成骨標志基因osterix、Runx2、ALP和骨鈣素(osteocalcin，OCN)的表達血紅素氧化酶1 mRNA蛋白水平的表達及抑制PPARc2活性表達，有效促進BMSCs的成骨分化并抑制其成脂分化。Andrea G等[8]研究證明，VEGF可以通過激活Akt/β-catenin通路刺激間充質(zhì)干細胞(mesenchymalstemcell，MSCs)中內(nèi)源性BMP-2的表達促進成骨細胞分化。VEGF/VEGFR2促進印度刺猬因子(Indian hedgehog，IHH)釋放，抑制β連環(huán)蛋白(β-catenin)及Notch2信號表達，促進成骨細胞分化[9]。Huh等[8]研究證明，葛根素能顯著提高VEGF mRNA表達，并且能促進成骨細胞增殖及ALP表達。骨碎補總黃酮能通過提高成骨細胞中VEGF和FGF-2的表達，從而增多成骨區(qū)域血管形成，促進腰椎及髖關(guān)節(jié)的BMD和骨礦物含量，進而防治OP[9]。三七總皂苷OVX大鼠進行干預，通過調(diào)控PI3K/Akt/mTOR信號通路蛋白表達，大鼠BMP2和VEGF水平出現(xiàn)明顯上升，隨著三七總皂苷劑量提高，BMP2和VEGF水平上升幅度越大，大鼠BVF、骨痂Tb.N明顯增高以及Tb.Sp明顯下降[10]。杜仲補腎健骨顆粒結(jié)合針灸治療OP，可通過上調(diào)血清VEGF水平，降低TNF-α、TGF-β、PINP及BGP表達，促進骨增殖，降低骨質(zhì)流失。減輕OP患者癥狀[11]。仙靈骨葆膠囊灌胃OVX大鼠，可通過上調(diào)骨折周圍組織的PDGF、TGF-β和VEGF的相對表達，促進骨修復，延緩OP[12]。

1.2 血小板衍生生長因子-BB

血小板衍生生長因子-BB(platelet-derived growth factor，PDGF-BB)是PDGF家族的趨化因子和促有絲分裂因子，在骨形成與修復過程中，骨髓和外周血中PDGF-BB主要來源于破骨細胞前體細胞，能夠通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞中VEGF促進血管形成與成骨分化[13]。Gao等[14]研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞譜系抗酒石酸酸性磷酸酶陽性(TRAP+)單核細胞骨分泌PDGF-BB誘導骨膜素的轉(zhuǎn)錄與表達并向骨膜表面募集骨膜細胞，進而促進H型血管生成與成骨細胞的分化。Xie等[15]研究證明，PDGF-bb通過結(jié)合其受體PDGFRβ，促進間充質(zhì)干細胞和內(nèi)皮祖細胞遷移與分化，并且通過鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine 1 phosphoric acid，S1P)分泌耦合成骨過程中誘導FAK/PI3K/Akt依賴性的血管生成。Wang等[16]研究證明，黃芪甲苷通過激活AKT/GSK-3β/β-catenin通路抑制多核破骨細胞形成并保護破骨前細胞，使PDGF-BB表達增強，且能夠BMSC的存活及成骨能力，進而進一步增強成骨和血管生成的耦聯(lián)作用，從而防治OP。Shen等[17]研究證明，骨碎補總黃酮通過PDGF-BB/PDGFR-β通路促進H型血管生成使得EPCs活力及PDGF-BB表達提升，并且顯著提高BMSCs的成骨分化，增加ALP活性及RUNX2和OSXmRNA和蛋白質(zhì)水平，從而增強成血管與成骨之間的耦聯(lián)。Cheng等[18]研究證明，通過荷葉堿灌胃治療OVX大鼠，抑制Trap+破骨細胞融合成多核破骨細胞，促進其產(chǎn)生PDGF-BB分泌和H型血管的形成，能夠通過調(diào)控MAPK/NF-κB/c-Fos/NFATc1信號通路有效減緩破骨細胞形成，減緩骨吸收，促進骨形成與重塑。陳等[19]研究表明，通過給予OP患者溫陽補腎湯治療，與對照組相比其降低血清VCAM-1水平PDGF-BB、BGP水平明顯增長，進而明顯改善OP癥狀。

1.3 血管生成素-1

血管生成素-1(angiopoietin-1，Ang-1)為在成骨細胞、破骨細胞和部分骨髓間隙細胞中表達的分泌型生長因子。并能促進血管內(nèi)皮細胞(endothelial cell，ECs)的周向增殖，通過促進MCs和ECs之間的粘附來誘導血管結(jié)構(gòu)穩(wěn)定促進骨形成[20]。Jeong等[21]的研究顯示，Ang-1能與其受體Tie2結(jié)合并使其磷酸化導致PI3-kinase/AKT信號通路激活，誘導血管生成。并協(xié)同增強BMP2表達且AKT、Smads及p38 MAPK磷酸化，促進成骨細胞分化與增殖。通過給予中藥水飛薊賓和銅-水飛薊賓衍生物，能顯著提高小鼠BMSC中VEGF和Ang-1 mRNA的表達水平，從而刺激血管生成及成骨分化[22]。鄧等[23]研究證明，補腎活血中藥復方可明顯提高Ang-1 mRNA表達水平及其蛋白含量，延緩OP。

1.4 堿性成纖維細胞生長因子

堿性成纖維細胞生長因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)是促細胞有絲分裂因子和血管生成因子，能有效誘導間充質(zhì)祖細胞、內(nèi)皮細胞和成骨細胞的有絲分裂，并且通過自分泌和旁分泌的作用刺激ECs增殖、遷移和表達與血管生成相關(guān)的蛋白酶、生長因子和整合素，從而誘導血管生成[24]。bFGF及其受體FGFR-1、FGFR-2、FGFR-3和FGFR-4聯(lián)合介導內(nèi)皮細胞活動的信號級聯(lián)反應[25]，bFGF在成骨細胞中，bFGF通過前列腺素和TGF-β生成，并通過自分泌和旁分泌等途徑促進成骨細胞前體細胞向成骨細胞分化[26]，Kim等[27]發(fā)現(xiàn)，bFGF可通過刺激Runx2的基因表達，促進成骨細胞分化。在破骨細胞中，bFGF通過調(diào)節(jié)破骨細胞分化因子如RANKL和COX-2誘導破骨細胞生成[28]。還可通過激活FGF受體和ERK信號通路調(diào)節(jié)破骨細胞性骨吸收[29]。丁強等[30]研究證明，淫羊藿苷可大鼠BMSC在bFGF誘導下表現(xiàn)出較高的成骨分化潛能，刺激皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨的形成，并在成骨晚期可提高TGF-β1的表達水平。劉小波等[31]研究證明，柚皮苷可明顯提高OPF大鼠股骨BMP-7，bFGF蛋白表達，提高其股骨BMD水平，并改善其股骨生物力學。夏永嚴等[32]研究證明，紅景天苷通過上調(diào)bFGF、VEGF表達通過誘導血管生成，可減少成骨細胞凋亡，促進成骨細胞分化和骨形成。劉巍等[33]研究證明，半枝蓮多糖治療家兔下頜骨骨折，能夠明顯升高其靜脈血VEGF、SGF、bFGF因子表達，Tb.N和Tb.Sp明顯升高及骨折部位X線評分明顯改善。鄧雄偉等[34]研究證明，十全大補湯治療氣虛血瘀型OP老年患者血清OPG、TGF-β1、FGF-2均明顯升高，加速骨質(zhì)修復，抑制骨質(zhì)破壞，改善癥狀。

1.5 轉(zhuǎn)化生長因子β

轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor β，TGF-β)是一種具有廣泛生物學效能的生長因子，能夠調(diào)節(jié)細胞增殖、分化、凋亡及細胞周期，在骨生成和血管生成中有著重要的作用[35]。據(jù)報道[36]，在造血細胞和內(nèi)皮細胞中VEGF的表達被發(fā)現(xiàn)受TGF-β的調(diào)節(jié)，這表明破骨細胞釋放的TGF-β誘導BRC細胞中VEGF的表達，幫助維持骨重塑過程中的血管供應。Tang等[37]研究證明，TGF-β是一種強烈的趨化刺激因子，參與MSCs的募集和增殖，不僅可以調(diào)節(jié)成骨細胞的分化，還可促進成骨細胞前體向骨生長與重塑的部位募集，同時，TGF-β可促進細胞外基質(zhì)合成及作用于成骨細胞前體細胞，調(diào)節(jié)成骨細胞增殖及分化，并且通過抑制破骨細胞的生成，有效促進骨生成和重塑，TGF-β能明顯提高造血細胞和內(nèi)皮細胞中VEGF的表達，以維持骨生長與重塑中的血管生成。李寧等[38]研究發(fā)現(xiàn)，麝香能夠明顯增加骨缺損大鼠骨組織的TGF-β、VEGFmRNA表達，成骨細胞及BMSC增殖、分化，促進骨重塑與骨修復。塔娜等[39]研究證明，異補骨脂素能明顯刺激小鼠前成骨細胞活性及增殖，促進TGF-β1活性表達，對OP有防治作用。劉立柱等[40]研究發(fā)現(xiàn)，淫羊藿苷灌胃SD大鼠，其明顯上調(diào)TGF-β1、VEGF和BMP-7的蛋白表達，ALP活性升高，OCN明顯上升。陳冠儒等[41]研究表明，補腎活血方可以通過血流動力學明顯增加骨折大鼠血清BMP-2、VEGF和TGF-β1 mRNA水平，促進成骨細胞生成，加速新生骨基質(zhì)的合成和積累。張紫銘等[42]研究證明，用虎潛丸治療OVX大鼠，是通過上調(diào)其腰椎BMD及腎組織中的TGF-β2以防治OP。孟玥等[43]通過對地塞米松致斑馬魚OP模型給予左歸丸灌胃，能明顯抑制其骨吸收并通過介導TGF-β1/Smads信號通路，增強BMD及骨生物力學，促進骨形成。

1.6 低氧誘導轉(zhuǎn)錄因子-1α

低氧誘導轉(zhuǎn)錄因子-1α(hypoxia-inducible transcription factor-1α，HIF-1α)與血管生成成骨耦合的調(diào)節(jié)密切相關(guān)，Kusumbe等[44]證明內(nèi)皮HIF-1α是干骺端H型血管形成的重要啟動子，缺氧狀態(tài)下，導致HIF-1α的過表達，RUNX2、Osterix、ALP等標志物明顯上調(diào)，促進成骨細胞的增殖及分化。在幼鼠體中，HIF-1α在H亞型血管中高表達，隨著年齡的增長HIF-1α水平顯著下降，并且H亞型血管HCs的減少和老年性OP有關(guān)。HIF-1α可通過調(diào)節(jié)OASIS蛋白、miRNA-675-5P調(diào)節(jié)骨血管生成以及骨髓間充質(zhì)干細胞分化，最終可防治OP[45]。

YEN等[46]的研究表明薯蕷皂苷配基通過激活PI3K/Akt和p38 MAPK信號通路誘導HIF-1α表達，并促進VEGF-A水平上升，促使成骨細胞中血管生成，從而促進骨生長和骨修復，防治OP。Guo等[47]研究證明，紅景天苷可通過激活MAPK/ERK和PI3K/Akt信號通路，促進HIF-1α靶基因轉(zhuǎn)錄活性上升，進而上調(diào)VEGF表達，增加血管生成，促進成骨細胞的增殖、分化以及礦化來增強成骨作用。張曉軍等[48]研究證明，三七總皂苷對去勢骨質(zhì)疏松性骨折模型大鼠進行干預，調(diào)控PI3K/Akt/mTOR信號通路蛋白表達，能夠影響VEGF和HIF-1α水平，使去勢骨質(zhì)疏松性骨折大鼠BMD、骨細胞指數(shù)上升。Han等[49]研究證明，補腎通絡湯在OVX大鼠動物模型中穩(wěn)定了HIF-1α活性，隨后增加了VEGF表達，并增強了血管生成和調(diào)節(jié)RANKL/OPG信號傳導，保護了由卵巢切除引起的OP大鼠小梁骨密度和小梁骨微結(jié)構(gòu)。

1.7 軸突導向分子3

軸突導向分子3(slit guidance ligand 3，Slit3)是一種新型的高度保守分泌糖蛋白家族中的一個亞型，能夠調(diào)節(jié)編碼形態(tài)發(fā)生因子基因的轉(zhuǎn)錄與表達，調(diào)節(jié)成骨細胞、破骨細胞及血管內(nèi)皮細胞的發(fā)育[50]。Xu等[51]研究發(fā)現(xiàn)成骨細胞源性Slit3可通過其促血管生成因子的間接作用促進骨形成，Slit3基因敲除導致H型血管內(nèi)皮細胞生成降低、成骨細胞增殖減弱。重組蛋白Slit3能激活ERK、MAPK和Hippo信號通路促進H型血管生成、骨重塑與骨形成。Kim等[52]研究證明，破骨細胞源性的Slit3通過激活β-連環(huán)蛋白(β-catenin)的活性并與其N-鈣粘蛋白(N-cadherin)解離刺激成骨細胞分化與增殖，并以自分泌的方式抑制破骨細胞活性。桑曉文等[53]研究證明，芪骨膠囊可明顯提升IGF-1、Slit3的表達，促進骨內(nèi)血管新生，能明顯促進骨形成，減緩絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的癥狀。

1.8 音猬因子

音猬因子(sonic hedgehog，Shh)在Hedgehog家族中表達最為廣泛，該信號通路對于顱面骨、四肢骨及軸骨等骨骼的形成發(fā)揮著重要的作用[54]。據(jù)報道，Shh過表達導致VEGF、IGF-1、HGF、Ang-1表達水平增加，促進血管生成[55]，并且刺激多能間充質(zhì)細胞中骨粘連蛋白(osteonectin，ONN)、骨橋蛋白(osteopontin，OPN)、OCN及ALPmRNA表達上升，促進成骨細胞分化[56]，James等[57]研究發(fā)現(xiàn)N-shh作用于基質(zhì)干細胞上調(diào)成骨分化標志轉(zhuǎn)錄因子(runtrelated transcription factor 2，Runx2)及ALP表達，促進骨生成與骨重塑。Spinella等[58]研究發(fā)現(xiàn)，N端重組蛋白(N-Shh)能夠通過激活Smad信號傳導上調(diào)BMP-2、BMP-4及ALP活性表達，進而促進多能間充質(zhì)細胞成骨分化并抑制其成脂分化。Jemtland等[59]研究證明，N-Shh通過上調(diào)甲狀旁腺相關(guān)肽(parathyroid hormonerelated peptide，PTHr P)免疫PTHr P進而促進成骨細胞活性。辛紅美等[60]研究證明，淫羊藿苷能夠促進MC3T3-E1細胞Hedgehog信號通路關(guān)鍵基因shh的蛋白表達量明顯上調(diào)，從而促進成骨細胞分化。韓宇等[61]研究證明，補骨脂素通過調(diào)控Hedgehog信號通路，致使Shh、Gli1 mRNA及蛋白表達顯著提升，Ptch1 mRNA及蛋白表達顯著降低，從而促進大鼠BMSCs成骨分化及增殖。鄧洋洋等[45]運用補腎、活血中藥干預去卵巢大鼠12周后，發(fā)現(xiàn)去卵巢大鼠血清中SHH、GLLI1蛋白含量顯著升高，表明補腎活血中藥復方可通過提高SHH、GLLI1蛋白及mRNA表達水平治療OP。梁學振等[62]研究證明，補腎活血膠囊含藥血清能夠通過激活Hedgehog信號通路誘導Shh、Gli1的蛋白表達，促進BMSC的成骨因子Runx2、Col1a1的蛋白表達，降低成脂因子PPARγ、C/EBPα的蛋白表達，促進骨形成。

2 結(jié)語和展望

OP的發(fā)病率、致死率、致殘率及醫(yī)療費用呈逐年增長的態(tài)勢，骨的再生、修復及重塑均依賴于微血管的動態(tài)平衡。中醫(yī)藥防治OP具有全方位、多環(huán)節(jié)、多靶點、廣譜及高效的集合作用。成血管-成骨耦聯(lián)機制的發(fā)現(xiàn)，闡明了骨組織中的毛細血管能夠與成骨細胞、破骨細胞、成骨細胞前體細胞、破骨細胞前體細胞、骨髓間充質(zhì)干細胞建立細胞因子調(diào)控網(wǎng)絡，使血管新生與骨的形成通過調(diào)控VEGF、PDGF-BB、bFGF、ANG-1、TGF-β、HIF-1α、Slit3及Shh的表達相耦聯(lián)?；诔裳?成骨耦聯(lián)靶點，中醫(yī)藥在治療OP方面療效顯著，但目前的研究多為動物實驗，缺乏標準化的臨床實驗。由于復方組方作用多變且機制復雜，目前對單味藥的研究主要以提取物為主。未來應立足于從分子生物學、細胞生物學進行多靶點的闡述中藥治療OP，同時結(jié)合多中心、大樣本、雙盲、隨機對照臨床研究，進一步將靶向成血管-成骨耦聯(lián)機制的藥物與傳統(tǒng)藥物或治療技術(shù)相結(jié)合應用于臨床診治中。