作者:浙江中医药大学附属江南医院 孟祥喆
腱骨界面损伤多见于肩袖、前交叉韧带和跟腱等关节活动处,其愈合过程复杂,通常可经历4个阶段,即炎症反应期、增殖期、基质合成期、重塑期。近年来有研究表明,在增殖期与基质合成期恢复纤维软骨层的完整性对腱骨界面的愈合至关重要。腱骨愈合过程涉及多个方面,包括改善局部血供、减少炎症反应,以及促进成骨和成软骨细胞向腱骨界面的生长等。在此背景下,外泌体、富血小板血浆以及干细胞等生物技术逐渐引起了广泛关注,并在促进腱骨愈合的临床应用中取得了显著疗效。骨髓间充质干细胞(BMSCs)作为组织工程中最具发展潜力的种子细胞,可以在诱导下定向分化为成软骨细胞、成骨细胞及成脂细胞等,并通过分泌生物活性因子促进细胞外基质的形成和局部修复,从而促进腱骨愈合。然而,如何精确调控BMSCs的增殖和分化,仍是亟待解决的中药单体调控骨髓间充质干细胞促进难题。中药单体具有多靶点、低毒副作用和良好的生物活性,在调控BMSCs的增殖、分化、迁移和免疫调节等方面有显著的作用。目前,针对中药单体调控BMSCs促进腱骨愈合的研究逐渐增多,但相关机制尚不明确。本研究旨在对近年来中药单体调控BMSCs促进腱骨愈合的研究进展进行综述,阐述中药单体的作用机制及其在腱骨愈合中的潜在应用价值,以期为临床应用提供理论依据。
文献检索策略
本文以“中药”“中药单体”“骨髓间充质干细胞”“腱骨愈合”等为检索词在中国知网数据库中检索;以“Traditional Chinese medicine”“Monomer”“Bonemarrow mesenchymal stem cells”“BMSCs”“Tendon bone healing”等为检索词在PubMed数据库中检索。文献检索时间为2014年1月至2024年9月的相关文献,以主题词和自由词相互结合的方式检索,限定检索文章语言种类为中文和英文。文献纳入标准:该文献与腱骨愈合、中药单体、骨髓间充质干细胞相关;同一领域内若内容相近文章则选择最新发表在权威杂志上的文献。排除标准:内容重复或较陈旧的文献;不符合研究目标的文献。按照检索策略共检索到582篇中文文献和425篇英文文献,阅读标题和摘要后初步筛选,排除980篇研究目的与此文无关的文献,并根据文章需要手动补录3篇,最终纳入30篇文献。
相关信号通路对腱骨愈合的调控作用
信号通路作为细胞间信息传递的关键机制,在腱骨愈合的各个阶段中发挥着核心调控作用。近年来的研究显示,Wnt/β-catenin、骨形态发生蛋白(BMP)、转化生长因子-β(TGF-β)及PI3K/AKT等经典信号通路,在调节细胞的增殖、分化以及细胞外基质的合成等方面具有显著作用,直接参与腱骨愈合过程,进而影响腱骨界面的结构重建与功能恢复。因此,系统梳理上述信号通路的激活机制及其在腱骨愈合过程中的调控作用,对于深入理解中药单体促进腱骨愈合的作用机制、推动相关研究向临床转化具有重要的理论价值。
Wnt/β-catenin信号通路 Wnt/β-catenin信号通路是Wnt信号传导途径中的一种,通过Wnt蛋白与Frizzled受体和低密度脂蛋白受体5/6共受体结合,抑制糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)激酶的活性,导致β-catenin在细胞质中积累并转移至细胞核,激活特定基因的转录。Wnt/β-catenin信号通路在腱骨愈合过程中具有多层次调控作用,包括促进成骨前细胞分化、增强成骨谱系细胞的增殖、调控成熟成骨细胞的骨基质蛋白表达,研究表明Wnt/β-catenin信号通路可促进腱骨界面的骨组织修复,增强腱骨界面强度。另有研究发现,高强度红光LED照射后可激活干细胞中的Wnt/β-catenin信号通路,进而增强细胞中碱性磷酸酶(ALP)活性,促进骨钙素(OCN)分泌及钙化结节形成,进一步促进BMSCs的成骨分化与矿化过程,有利于增强腱骨组织的强度。
BMP信号通路 BMP是骨基质中的酸性糖蛋白,可调控多种细胞的增殖、分化和凋亡。BMP与其受体结合并招募信号激酶Smad,随后启动磷酸化过程,最后使形成的复合物易位到细胞核从而调控下游成骨基因Runx2的表达,促进成骨分化。有研究发现,使用一种新型生物材料CS-FS可有效激活BMP/Smad/Runx2信号通路,进而刺激腱骨界面的多种细胞分化并表达出多样的生物活性,形成有利于腱骨愈合的微环境条件。另有研究发现,改良的BMP-2化学修饰mRNA(cmRNA)通过增强稳定性和翻译效率,可显著提高BMP-2蛋白表达,促进成骨分化与矿化;进一步研究发现,BMP-2cmRNA构建的转录激活基质可促进软骨样组织生成并逐渐向矿化骨组织转化,该研究提示BMP-2可对BMSCs向骨细胞、软骨细胞转化起到诱导和促进作用,调控腱骨界面的软骨及骨组织修复,为腱骨愈合提供了潜在可能性。
TGF-β信号通路 在腱骨愈合过程中,TGF-β信号通路扮演着重要且复杂的调控角色。TGF-β家族包括TGF-β1、TGF-β2及TGF-β3等多个亚型,其通过经典的Smad信号通路以及非经典的MAPK、PI3K/Akt等通路共同参与细胞的迁移、增殖、分化及细胞外基质的合成调控。研究发现,上调TGF-β表达可激活MAPK通路中的p-ERK1/2、p-p38及p-JNK信号,增加腱骨界面的成纤维细胞、软骨细胞及胶原纤维含量,促进了腱骨界面的组织重建。
PI3K/AKT信号通路 PI3K/AKT信号通路通过调节细胞增殖、分化、凋亡以及细胞周期等过程,参与骨与软骨组织的再生促进腱骨界面的愈合。PI3K通过其催化亚基p110将PIP2磷酸化为PIP3,PIP3激活下游AKT,从而调控多种靶基因的表达。有研究发现,神经生长因子可通过激活PI3K/AKT信号通路,降低Ⅰ型胶原和Runx2表达,促进BMSCs成软骨分化,具有修复腱骨界面软骨组织的潜在可能性。
中药单体及其调控BMSCs促进腱骨愈合的机制
中药单体能够改善机体微环境,促进腱骨界面的细胞增殖、分化,本研究将临床常用于筋骨病的中药单体进行细述,探讨其通过调控BMSCs促进腱骨愈合的机制。
淫羊藿苷 淫羊藿具有补肾阳、强筋骨之效。淫羊藿苷是一种从淫羊藿中提取的黄酮类化合物,展现出多方面的生物学活性,包括抑制细胞凋亡、促进BMSCs成骨分化和成软骨分化,及增强腱骨界面的机械性能。
促进BMSCs成骨分化和成软骨分化 淫羊藿苷对BMSCs的作用主要体现在其成骨和成软骨分化上。GAO等[14]研究发现,淫羊藿苷在第4、7、14天时显著上调BMSCs中成骨相关基因(如β-catenin、Runx2)的表达,并恢复硬化蛋白对细胞增殖和碱性磷酸酶活性的抑制作用;提高了BMSCs中ALP的含量和活性,促进了细胞内钙化结节的形成;该研究表明淫羊藿苷通过激活Wnt/β-catenin信号通路介导BMSCs的增殖和成骨分化,并能促进局部骨量增加,同时,也可逆转硬化蛋白的抗成骨活性,为淫羊藿苷促进腱骨愈合的应用研究提供了理论依据。此外,ZHANG等发现,淫羊藿苷可以提高BMSCs的活力和ALP活性,以剂量依赖形式激活BMP-2/Smad5信号通路并上调该信号通路下游基因Runx2的表达,显著升高了OCN和骨特异性碱性磷酸酶(BALP)表达水平。结果表明淫羊藿苷可诱导BMSCs成骨分化和调节骨代谢来加速腱骨愈合。訾慧等研究发现淫羊藿苷衍生物淫羊藿次苷Ⅰ和淫羊藿次苷Ⅱ可通过激活BMP/Smad信号通路,上调Runx2及其下游靶基因Osterix的表达,促进BMSCs成骨分化。两者在对BMSCs的干预结局中均提高了BMP-2、ALP、OCN和Ⅰ型胶原蛋白的表达,但对Osterix的作用强度有所差异,提示其在骨形成过程中可能通过不同的途径发挥作用。但两者之间调节差异的机制仍需进一步研究。淫羊藿苷的另一个重要作用是促进BMSCs的成软骨分化。汪健样等研究发现,淫羊藿苷的衍生物———淫羊藿素,能够使BMSCs中Wnt信号通路相关基因及β-cateninmRNA的表达量升高,以提高与成软骨分化相关的基因(如Col2、Sox9)的表达,同时,也增加Ⅱ型胶原蛋白表达量。因此,淫羊藿素可能激活Wnt/β-catenin信号通路促进BMSCs成软骨分化,但是否存在其他信号通路的协同作用仍需进一步研究。因此,淫羊藿苷及其衍生物通过激活多条信号通路(如Wnt/β-catenin、BMP/Smad等)介导BMSCs的成骨分化和成软骨分化,不仅有助于骨质的形成,还能促进软骨组织的修复,推动腱骨愈合进程。
增强腱骨界面机械性能 淫羊藿苷在促进BMSCs增殖和分化的过程中,能够提升新生组织的矿化及纤维化程度,增强腱骨界面的机械性能。这对于腱骨愈合至关重要,因为腱骨界面不仅需要形成新骨组织,还要求新生组织具备足够的机械强度,以承受运动和负重带来的压力。研究表明,淫羊藿苷能增加细胞中的钙化结节、Ⅱ型胶原和糖胺聚糖的数量。钙化结节是骨细胞分化过程中的重要标志,其形成标志着BMSCs向成骨细胞转化的成功,而Ⅱ型胶原和糖胺聚糖是软骨组织和基质的重要成分,在腱骨界面修复和功能恢复中起着关键作用。淫羊苷通过促进这些成分的合成,不仅影响腱骨界面的初步形成,也为腱骨界面提供了必要的结构支持和力学稳定性。
骨碎补黄酮及柚皮苷 骨碎补中的有效成分骨碎补黄酮和柚皮苷,不仅能够促进BMSCs的增殖和成骨分化,还能改善局部血供,进一步促进腱骨愈合。
促进BMSCs增殖和成骨分化 王军松等研究发现,骨碎补黄酮不仅能通过介导Wnt/β-catenin信号通路上调Runx2的表达、促进BMSCs成骨分化,并且能抑制PPARG的表达,减弱BMSCs成脂分化能力;该研究还发现,骨碎补黄酮的浓度与对BMSCs的促增殖作用之间存在一定的对数关系,在低浓度时骨碎补黄酮对BMSCs的促增殖作用随着骨碎补黄酮浓度升高而增强,然而,当浓度到达一定程度后促增殖作用趋于平稳。此外,柚皮苷作为骨碎补的另一重要单体,也表现出促进BMSCs增殖和成骨分化的作用。王雷等研究发现,柚皮苷能够改善局部血运条件,并通过激活Wnt/β-catenin信号通路,促进BMSCs的增殖和成骨分化;该研究还揭示了柚皮苷在一定剂量下对BMSCs的增殖作用呈剂量依赖性,但过高浓度会导致细胞凋亡,显示出其具有一定的毒性作用。该研究初步证明了柚皮苷可能通过调控Wnt/β-catenin信号通路介导BMSCs的成骨分化,这一特性可参与到腱骨愈合过程当中,但仍需要进一步研究论证BMSCs表面是否存在柚皮苷相关受体及柚皮苷调控Wnt/β-catenin信号通路的发挥作用的具体机制。
SUN等研究发现,骨碎补黄酮能够显著升高血清中BMP-2的含量,增强BMSCs中Smad磷酸化水平,促进BMSCs的增殖,并显著提高ALP活性;体外试验发现,在含有骨碎补黄酮的血清诱导下,BMSC有效大量增殖,并且ALP活性在诱导第10天时达到峰值,第21天时产生钙化结节的数量最多。根据上述研究可知,骨碎补黄酮可通过激活BMP-2/Smad信号通路诱导BMSCs成骨分化。但高浓度的骨碎补黄酮反而会造成BMSCs的萎缩和凋亡,因此,确定合适的骨碎补黄酮浓度将对腱骨愈合提供更佳的指导基础。综上,骨碎补黄酮、柚皮苷通过Wnt/β-catenin和BMP-2/Smad信号通路在不同浓度下促进BMSCs的增殖和成骨分化,在腱骨愈合领域具有潜在研究价值,但需要进一步优化剂量和机制研究。
改善局部血供 骨碎补黄酮和柚皮苷可调控BMSCs分泌血管内皮生长因子(VEGF),刺激血管内皮细胞的增殖和迁移,从而促进血管生成。VEGF作为一种重要的促血管生成因子,在调节血管的发育和修复中发挥着核心作用,改善腱骨界面的血供,促进细胞的生长和分化,加速愈合过程。此外,足够的血供还能够有效清除炎症介质,减少瘢痕形成,进一步优化愈合环境,有利于腱骨界面组织的恢复。这一机制为临床治疗腱骨损伤提供了新的思路,表明骨碎补黄酮和柚皮苷不仅在促进骨组织修复方面具有潜力,还能通过改善血供,增强腱骨愈合过程中的多种生物学效应。
三七总皂苷 三七具有散瘀止血、消肿定痛之功效,三七总皂苷为三七中提取的一类活性单体成分,具有抗炎、抗氧化、促进血管生成等作用。在调控BMSCs促进腱骨愈合过程中,其作用主要体现在促进BMSCs的增殖和成骨分化。三七总皂苷在促进腱骨愈合的过程中,发挥着促进BMSCs增殖和成骨分化的关键作用。LIU等研究发现,三七总皂苷能显著上调BMSCs中Runx2和ALP的表达,提示三七总皂苷能够促进BMSCs的成骨分化;研究进一步揭示,三七总皂苷能抑制PPM1A对Smad去磷酸化作用,增强TGF-β/Smad通路信号传导,从而促进BMSCs向腱骨损伤界面迁移,并发挥成骨分化功能。这一发现为三七总皂苷在腱骨愈合中的应用提供了理论依据。唐弈遥等研究发现三七总皂苷能显著提高BMSCs中TGF-β的mRNA表达水平,并且钙化结节数量明显增加,表明其促进了BMSCs的成骨分化。然而,三七总皂苷对BMSCs增殖的影响并不显著,提示其主要通过促进BMSCs成骨分化而非增殖作用,来加速腱骨界面骨组织的修复。因此,三七总皂苷在促进腱骨愈合方面的作用主要体现在调节TGF-β的表达和激活Smad信号通路,以促进BMSCs的成骨分化,改善腱骨界面的骨质修复,从而有助于腱骨愈合过程的顺利进行。上述研究为三七总皂苷作为治疗腱骨损伤的新型药物提供了理论依据,并为其临床应用提供了潜在的治疗方向。然而,三七总皂苷在促进BMSCs成骨分化以加速腱骨愈合过程中是否还作用于其他信号通路,以及其剂量和治疗时机等问题,仍需进一步研究。
补骨脂素 补骨脂是一味具有补肾助阳功效的中药,而补骨脂素是从中提取的活性单体成分。在腱骨愈合的过程中,补骨脂素通过激活多个信号通路,调控BMSCs的增殖和成骨分化,展现了显著的治疗潜力。王成龙等研究发现,补骨脂素能够显著提高BMSCs中Wnt1和Wnt4的表达,尤其对Wnt4的提升作用更为明显,且伴随β-catenin表达量的提高。此外,补骨脂素能够逆转
其他中药单体 除上述几种中药单体外,
梓醇是由女贞子等中药中提取的单体成分,具有促进BMSCs成骨分化的显著作用。赖满香等研究发现,梓醇能够显著提高BMSCs分化过程中ALP水平和钙化结节数目,并且可分别上调Hedgehog信号通路中启动因子Shh和核内转录因子Gli1的表达。结果表明梓醇可通过激活Hedgehog信号通路促进BMSCs成骨分化进程,为腱骨愈合的治疗选择提供了新的实验理论基础。川续断具有补肝肾、强筋骨、续折伤的功效,川续断皂苷是川续断中提取的活性单体成分,可能从调控BMSCs成骨分化的机制上发挥促进腱骨愈合的作用。黄媛等研究发现,川续断皂苷Ⅵ处理大鼠BMSCs后,成骨细胞数量明显增加,并且OCN表达量和ALP活性均有升高,而在加入c-Jun氨基末端激酶(JNK)的抑制剂后BMSCs中ALP活性明显降低、成骨分化进程受阻。由此可以推测JNK信号通路的激活是川续断皂苷Ⅵ促进BMSC成骨分化的机制之一,尽管该研究为川续断皂苷促进腱骨愈合的作用提供了初步证据,但仍需更多实验数据验证其机制和临床应用前景。
总结和展望
中药单体促进腱骨愈合可通过多种机制协同作用,主要体现在促进BMSCs的增殖与成骨分化,改善局部血供以及抑制炎症反应等方面。尽管上述研究为中药单体在腱骨愈合中的应用提供了理论支持,但仍存在不足之处。首先,研究多集中在体外试验和动物模型,临床验证较少;因此,需要更多的临床试验以验证这些中药成分的安全性和有效性。其次,虽然部分中药单体通过特定信号通路调控BMSCs促进腱骨愈合,但不同信号通路之间的相互作用、最佳治疗剂量以及治疗时机等仍需进一步探讨。未来可从以下几个方面进行拓展:首先,加强对中药单体在腱骨愈合中多通路联合调控机制的研究,以进一步优化治疗方案;其次,开展更多临床研究,验证中药单体在腱骨愈合中的临床疗效和安全性;最后,探索中药单体与现代生物技术的联合应用,为腱骨愈合提供更加全面和有效的治疗方法。
来源:中国骨伤2025年6月第38卷第6期
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