中药单体成分及复方促进骨折愈合的作用机制研究进展Δ

张志宏 ，孙延平 ，彭东辉 ，崔 娜 ，曾元宁 ，匡海学 ，王秋红 #（.黑龙江中医药大学药学院教育部北药基础与应用研究重点实验室，哈尔滨 50040；.广东药科大学中药学院，广州 50006）

骨折是指受外力作用破坏了骨骼的连续性或结构完整性，多发于老年人。据报道，60 岁老年人的终生骨折发生概率在男性中为29%，在女性中为56%[1]。骨折愈合过程中发生的一系列复杂生理反应，是由炎症因子和生长因子的释放以及损伤部位间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）的迁移和分化所导致的[2]。骨折愈合的作用机制十分复杂，主要涉及丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路、骨形态发生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）信号通路、Wnt/β-catenin 信号通路、核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）受体激活蛋白/NF-κB 受体激活蛋白配体/护骨因子（receptor activator of NF-κB/receptor activator of NF-κB ligand/osteoprotegerin，RANK/RANKL/OPG）信号通路、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B，PI3K/AKT）信号通路、Notch信号通路、Hippo信号通路、NF-κB信号通路等[3]。目前常用于促进骨折愈合的化学药，在促进骨折愈合的同时，也存在恶心、呕吐、消化不良等一系列不良反应，且价格较为昂贵[4]。中药在治疗骨折愈合过程中具有多成分、多途径、多靶点的作用特点，对于具有复杂病理机制的骨折具有较好的治疗优势和潜力，能减少骨折愈合过程中的不良反应，改善患者的生活质量[5]。基于此，笔者查阅相关文献，归纳总结中药单体成分及复方促进骨折愈合的作用机制，以期为骨折治疗药物的开发提供参考。

1 中药单体及复方促进骨折愈合的作用机制

1.1 激活MAPK信号通路

MAPK是真核细胞信号传递的重要途径之一，其可通过激活下游的蛋白激酶或转录调节因子如B 细胞淋巴瘤2（B cell lymphoma 2，Bcl-2）、核转录因子9，进而调控细胞活动，如分化、凋亡、细胞外基质以及炎症因子的合成等[6]。相关研究发现，内脂素A 可通过激活p38 MAPK/Smad信号通路增强BMP活性，从而诱导成骨细胞分化和矿化[7]。钟海波等[8]研究表明，葛根素可通过激活MAPK 信号通路激活碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性，促进成骨细胞分化和钙的沉积，刺激骨形成，抑制骨吸收。三七总皂苷作为三七的重要成分之一，在骨折愈合方向的研究也是当前的热点，赖鑫[9]通过体外培养小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1 研究三七总皂苷对其增殖的影响，结果显示，三七总皂苷可促进Ⅰ型胶原（collagen type Ⅰ，COL-Ⅰ）分泌，增强ALP 活性，升高MAPK 信号通路相关蛋白表达水平，进而促进MC3T3-E1 细胞增殖。山柰酚是淫羊藿的主要活性成分之一，可通过激活MAPK 蛋白的表达，降低活性氧生成，进而促进成骨作用[10—11]。由此可知，内脂素A、葛根素、三七总皂苷、山柰酚等可通过激活MAPK信号通路，诱导成骨细胞分化和矿化，抑制骨吸收，刺激骨形成，进而促进骨折愈合。

1.2 激活BMP信号通路

BMP是转化生长因子β（transforming growth factorβ，TGF-β）家族中的一员，大量存在于骨基质中，可增强成骨细胞活性，目前已发现超过20种BMP家族成员[12]。刘海军等[13]以胫骨骨折家兔为动物模型，考察续骨丹对骨折的愈合作用，结果发现，续骨丹可通过升高BMP、TGF-β1、碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）的表达水平，促进家兔胫骨骨折的愈合。宋敏等[14]研究发现，固本增骨方可通过激活BMP信号通路，升高成骨标志蛋白骨钙蛋白（osteocalcin，BGP）、骨桥蛋白（osteopontin，OPN）、ALP、COL-Ⅰ的表达水平，进而促进骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）的增殖。在BMP 蛋白中，BMP-2、BMP-4、BMP-5、BMP-6和BMP-14作为常见的代表性蛋白，不仅能够引起多种细胞增殖、分化和凋亡，还在骨、软骨组织再生修复过程中具有重要作用[15]。董万涛等[16]研究发现，消定膏可升高骨痂组织中BMP-2、BMP-7、TGF-β1的表达水平，促进家兔胫骨骨折愈合。王翔宇等[17]研究发现，菟丝子提取物可通过BMP-2/Smad-4信号通路促进小鼠MC3T3-E1细胞增殖，进而促进成骨细胞增殖。张海玲等[18]研究发现，龟甲提取物可促进BMSCs 增殖，又可通过调节BMP-4 的表达防止其过度增殖。由此可知，续骨丹、固本增骨方、消定膏、菟丝子提取物、龟甲提取物等可通过激活BMP信号通路，增加成骨标志蛋白BGP、OPN、ALP、COL-Ⅰ的表达，进而促进骨折愈合。

1.3 激活Wnt/β-catenin信号通路

Wnt/β-catenin 信号通路在胚胎发育、器官形成中具有重要作用，可调节干细胞的多能性，并且在发育过程中决定细胞的分化命运[19]。李晨睿等[20]研究发现，黄芩苷可通过提高ALP 活性，升高Wnt-10a、β-catenin、糖原合酶激酶3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）、BGP 的mRNA 表达水平和β-catenin、Runt-相关转录因子2（Runt-related transcription factor 2，RUNX-2）的蛋白表达水平，进而激活Wnt/β-catenin 信号通路，促进BMSCs 的成骨分化。杨豪等[21]研究发现，牛膝多糖可通过提高骨折模型大鼠骨密度，上调β-catenin 表达，下调磷酸化β-catenin（p-β-catenin）表达，促进RUNX-2 和成骨细胞特异性转录因子Osterix 表达，进而改善大鼠骨代谢，减轻大鼠骨组织病理损伤。另有研究发现，木犀草素可通过升高大鼠血清中白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）、IL-1β、肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平，降低Wnt-3a、β-catenin蛋白表达水平，激活Wnt/β-catenin 信号通路，刺激骨形成因子的表达，减轻炎症反应，进而促进大鼠股骨骨折愈合[22]。由此可知，黄芩苷、牛膝多糖、木犀草素等可通过激活Wnt/β-catenin信号通路，减轻炎症反应，进而促进骨折愈合。

1.4 激活RANK/RANKL/OPG信号通路

RANK/RANKL/OPG 信号通路是成骨细胞与破骨细胞之间的重要信号通路[23]。陈月等[24]通过调控RANK/RANKL/OPG信号通路，研究芹菜素对创伤性骨折模型大鼠骨折的愈合作用。结果发现，芹菜素可改善大鼠软骨组织病理损伤，其作用机制可能是通过降低大鼠骨小梁密度和血清中BGP、ALP水平以及股骨组织中OPG mRNA和蛋白表达水平，促进骨折愈合。Su等[25]研究发现，三七皂苷可通过降低RANKL 表达水平和RANKL/OPG 比值，抑制破骨细胞介导的骨吸收作用，进而促进骨折愈合。另有研究发现，补肾活血汤可通过抑制RANK/RANKL/OPG 信号通路活性，促进成骨作用[26]。李彦锦[27]研究表明，淫羊藿苷可通过激活RANK/RANKL/OPG 信号通路，抑制破骨细胞分化，进而促进成骨活性。唐琪等[28]研究发现，骨碎补提取物可促进小鼠MC3T3-E1 细胞增殖、分化和钙化，提示其可能具有促进骨折愈合的作用。张黎明[29]研究发现，柚皮素可通过激活RANK/RANKL/OPG信号通路，促进去卵巢大鼠骨质疏松性骨折愈合。由此可知，芹菜素、三七皂苷、补肾活血汤、淫羊藿苷、骨碎补提取物、柚皮素等可通过激活RANK/RANKL/OPG 信号通路，促进成骨细胞分化，减少破骨细胞生成，抑制骨吸收，进而促进骨折愈合。

1.5 抑制PI3K/AKT信号通路

PI3K/AKT 信号通路是一种细胞内信号转导途径，可促进细胞代谢、增殖和血管生成[30]。许和贵等[31]研究发现，活血接骨复方胶囊能通过抑制PI3K/AKT/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路，升高细胞自噬标志物LC3-Ⅱ、Beclin-1水平，降低PI3K、AKT、mTOR表达水平，改善骨折处钙盐沉积，提高骨痂厚度，从而促进骨折愈合。王柄棋[32]研究发现，健骨颗粒乙酸乙酯萃取部位可通过降低破骨细胞中PI3K、AKT、活化T细胞因子c1的mRNA及蛋白表达水平，进而抑制破骨细胞的骨吸收。刘立柱等[33]研究发现，淫羊藿苷可能通过下调骨组织中TGF-β1、血管内皮生长因子、BMP-7 表达，促进大鼠骨折愈合。由此可知，活血接骨复方胶囊、健骨颗粒、淫羊藿苷等能通过抑制PI3K/AKT信号通路，抑制TGF-β1、BMP-7表达，进而促进骨折愈合。

1.6 激活Notch信号通路

Notch 信号通路可影响多能祖细胞的分化、细胞凋亡、细胞增殖以及细胞边界的形成[34]。李永贤等[35]研究表明，淫羊藿苷可通过激活Notch信号通路，抑制大鼠血清中ALP 活力，升高Notch-1、OPG 蛋白表达水平，从而抑制骨吸收，提高骨密度，进而改善大鼠骨质疏松性骨折。邓宇等[36]体外分离培养BMSCs，并以淫羊藿苷进行干预，结果发现，淫羊藿苷可通过上调发状分裂相关增强子1、RUNX-2 mRNA 表达以及Notch-1 蛋白表达，促进BMSCs 向成骨细胞分化。由此可知，淫羊藿苷等可通过激活Notch 信号通路，促进BMSCs 向成骨细胞分化，进而促进骨折愈合。

1.7 激活Hippo信号通路

Hippo 信号通路在癌症发生、组织再生以及干细胞功能调控上发挥着重要作用[37—38]。在骨折愈合过程中，骨修复的效果主要是通过骨痂的形成来实现的，这一过程的实现与Hippo信号通路关系密切[39]。周文佳[40]基于Hippo信号通路探讨桃红四物汤对BMSCs增殖、成骨分化的影响发现，桃红四物汤含药血清可促进BMSCs 增殖及成骨分化，其内在机制可能是桃红四物汤刺激了Hippo 信号通路关键节点Yes 相关蛋白（Yes-associated protein，YAP）和Tafazzin 相关蛋白，进而促进BMSCs 增殖。邓新超等[41]研究发现，藏红花素可通过激活Hippo信号通路，降低大鼠血清中基质金属蛋白酶3（matrix metalloproteinases，MMP-3）、MMP-13、IL-1β、IL-6水平，上调Bcl-2相关X蛋白（Bcl-2 associated X，Bax）、胱天蛋白酶3（Caspase-3）、YAP蛋白表达，从而抑制大鼠软骨细胞凋亡。由此可知，桃红四物汤、藏红花素等可通过激活Hippo 信号通路，促进BMSCs 增殖及成骨分化，并降低Bax、Caspase-3、YAP 蛋白表达水平，抑制软骨细胞凋亡，进而促进骨折愈合。

1.8 抑制NF-κB信号通路

NF-κB 蛋白家族可以选择性地在B 细胞κ-轻链增强子上调控许多基因的表达，在细胞的炎症反应、免疫应答等过程中起关键性作用，由于骨折愈合过程中会发生一系列的炎症反应，因此NF-κB信号通路在骨折愈合过程中具有重要意义[42]。张兵等[43]研究发现，酸枣仁皂苷A可通过抑制骨折模型大鼠组织中核因子抑制蛋白、NF-κB蛋白的表达水平，进而促进骨折愈合。沐韦等[44]研究发现，蛇床子素可通过促进成骨前细胞早期ALP和OPG 的分泌，抑制NF-κB 的胞内形成，升高成骨转录因子RUNX-2、Osterix 的表达水平，从而诱导BMSCs 成骨分化。由此可知，酸枣仁皂苷A、蛇床子素等可通过抑制NF-κB信号通路，诱导成骨分化，进而促进骨折愈合。

2 结语

内脂素A、葛根素、三七总皂苷等可通过激活MAPK 信号通路，诱导成骨细胞分化和矿化，发挥促进骨折愈合的作用；续骨丹、固本增骨方、消定膏等可通过激活BMP 信号通路，增加成骨标志蛋白BGP、OPN、ALP、COL-Ⅰ的表达，进而促进骨折愈合；黄芩苷、牛膝多糖、木犀草素等可通过激活Wnt/β-catenin 信号通路，减轻炎症，进而促进骨折愈合；芹菜素、三七皂苷、补肾活血汤等可通过激活RANK/RANKL/OPG信号通路，促进骨折愈合；活血接骨复方胶囊、健骨颗粒、淫羊藿苷等可通过抑制PI3K/AKT 信号通路，抑制TGF-β1、BMP-7表达，进而促进骨折愈合；淫羊藿苷等可通过激活Notch信号通路，促进BMSCs向成骨细胞分化，进而促进骨折愈合；桃红四物汤、藏红花素等可通过激活Hippo信号通路，促进BMSCs 增殖及成骨分化，抑制软骨细胞凋亡，进而促进骨折愈合；酸枣仁皂苷A、蛇床子素等可通过抑制NF-κB 信号通路，诱导成骨分化，进而促进骨折愈合。

近年来，随着分子生物学的发展，国内外学者对骨折愈合相关信号通路的研究取得了很大进步。不同的信号通路主要通过参与或调控骨折愈合中的炎症反应、软骨细胞的增殖与凋亡、成骨细胞分化和矿化等发挥重要的作用，但其具体的作用机制以及各信号通路之间是如何共同作用于骨折的病理过程均尚未完全明确，需进一步研究。