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茶多酚治疗骨质疏松症的研究进展
车晓明 摘要：茶多酚是茶叶中所含有的多酚类化合物的总称,是一种具有多种生物学活性的高效抗氧化剂，研究发现茶多酚具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗辐射、抗高血脂、延缓衰老等药理和保健作用，有关茶多酚的研究目前已成为药学领域的研究热点。近年来有研究认为茶多酚的抗氧化、抗炎功效使其在骨质疏松的预防及治疗方面起着重要的作用。本文就近年来国内外对茶多酚抗骨质疏松的作用及相关机制的研究进展作一综述。 关键词：茶多酚;骨质疏松;抗氧化;抗炎
骨质疏松是一种以骨组织退化、骨量减少，强度降低、脆性增加、易发生骨折为特征的慢性代谢性疾病，成骨细胞与破骨细胞功能失衡是导致骨质疏松病理过程的直接原因。国内外研究已证实氧化应激是骨质疏松发病的重要因素，氧化应激产生的活性氧（Reactive oxygen species ROS）对体内的成骨细胞、破骨细胞等氧敏感细胞的活性和功能均有影响[1]。茶多酚（tea polyphenol TP）在以往各种流行病学研究和临床实验都验证了其多种药用功效。伴随近年来氧化应激在骨质疏松的发病机理中的研究深入，抗氧化剂茶多酚预防和治疗骨质疏松逐渐成为国内外研究的热点之一。
1、茶多酚简介 茶多酚又名茶鞣质，是茶叶中类多羟基酚类化合物的总称，占茶叶总重量的15%-20%左右。主要包括儿茶素类、黄烷醇类、黄酮类等。其中以儿茶素含量最多，在儿茶素成分中表儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin gallate EGCG）是其中含量最丰富和药用活性最强的成分[2]，其化学结构如图1所示。茶多酚化学结构中邻苯二酚结构决定了其具有高效捕获超氧阴离子能力，决定其具有极强的清除自由基的能力，它的氧化还原电位低，其多邻位酚羟基可提供氢中断或终止自由基的链式反应。同时，茶多酚可激活自由基的清除体系，
﹡通讯作者：陈亮 Email：chenliang_1972@163.com 并可通过抑制氧化酶系、络合诱导氧化的过渡金属离子来抑制自由基的产生。茶多酚是一种纯天然的抗氧化剂，其具有优越的抗氧化能力，在流行病学调查、临床研究及体外细胞培养证实，茶多酚在健康方面有诸多益处，具有抗氧化、抑制炎症、抗肿瘤、防衰老、抗辐射等药理功能[3]。在茶多酚毒理方面Isbrucker等[4]分别从基因毒性和致畸发育毒性角度动物实验分析EGCG毒性，结果显示小鼠体液分析未见任何基因毒性效应，致畸和发育毒性实验也发现没有导致畸形形成的影响。说明茶多酚具有很高的安全性。 2、茶多酚、氧化应激与骨质疏松 2.1 氧化应激与骨质疏松 在过去的60年骨质疏松症发病机制的研究中,雌激素作用的认识是骨科领域的重大突破。其研究在骨质疏松研究领域中占了压倒性的优势。然而,伴随生理学在对衰老过程的研究，以及对与衰老相关的氧化应激的发现,提示骨质疏松发病机制是更为复杂的过程 ,需要我们重新评价对骨质疏松发病机制的传统观念[5]。骨组织始终处于一个不断地吸收、形成与重建的平衡过程中，在维持这种平衡中成骨细胞、破骨细胞发挥了重要作用，而雌激素水平的下降可打乱这种平衡，使得骨吸收超过骨形成。同时多种细胞因子通过自分泌和旁分泌调节成骨细胞、破骨细胞之间的平衡，一旦这种平衡失调就有可能发生骨质疏松。近年来的流行病学研究显示骨质疏松患者体内处于高氧化应激状态，同时血浆抗氧化剂水平明显降低。最近Cervellati等[6]一项191名绝经后骨质疏松女性血清抗氧化标记物检测调查显示，骨质疏松患者体内脂氢过氧化物水平增高，而血清总体抗氧化剂水平均下降，他们考虑雌激素可能做为抗氧化剂有保护骨组织免受氧化应激(OxS)的作用。而早年间Lean等[7]研究也报道雌激素缺乏导致破骨细胞内硫醇抗氧化剂浓度降低，活性氧介导的细胞因子过度分泌，使得破骨细胞活性增强导致骨质疏松。Almeida等[8]从相反的角度验证了骨骼老化增加氧化应激水平从而导致雌激素减少。可见氧化应激、雌激素水平下降、骨质疏松是一个彼此影响，恶性循环的过程。这些流行病学研究显示氧化应激与骨质疏松有密切的联系。
2.2 茶多酚抗氧化抑制骨质疏松 茶多酚最早被人们广泛认识，是因其能捕获和解毒ROS而具有抗氧化能力。而近期的研究主要要解决茶多酚是否会提高细胞抗氧化酶活性和减少氧化应激损伤，以及茶多酚是否影响抗氧化防御系统，是否会对骨量和骨的微细结构产生有益的影响。Shen等对去势大鼠组补充茶多酚(400mg/kg)分别从骨流失[9]和骨微观结构[10]方面研究中报道,茶多酚有较好的抑制骨流失效能，并能减轻骨微体系结构退化，并提出可能通过提高谷胱甘肽过氧化物酶的活性,阻止氧化应激在骨重建中的损伤。2011年[11]再次报道，茶多酚由于其抗氧化能力通过减弱骨小梁和皮质骨损失，增加骨形成,抑制骨吸收。同时EGCG的抗氧化效能能有效的减少大鼠体内氧化应激介导的钙沉积。
3.茶多酚、氧化应激与成骨细胞及破骨细胞。 3.1氧化应激与成骨细胞 在成骨细胞的研究中发现骨质疏松的发生不是由于成骨细胞的生物合成能力下降，而是由于成骨细胞的数量下降造成。Shen等在大鼠[9]和Baur等在小鼠[12]动物实验表明，氧化应激导致成骨细胞凋亡，减少成骨细胞数量。Arai M[13]等在MC3T3-E1成骨细胞的培养基中加入氧化剂H2O2后MC3T3-E1细胞的矿化水平降低了一半，同时发现调控转录因子NF-E2相关因子2（Nrf2）的基因表达增加，而骨源性标记物Runx2、ALP和BSP的基因表达明显减低。在分子生物学机制方面，Manolagas等[14]研究显示,氧化应激通过Wnt/β-catenin信号通路抑制成骨细胞的分化,增加成骨细胞的凋亡,降低成骨细胞数量和骨形成的速度，从而促使骨质疏松的发生。我国学者Bai等[15]早在2004年研究发现氧化应激通过细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase ERK）和ERK依赖的NF-kB信号通路抑制成骨细胞。最近Zhang等[16]报道，高糖诱导氧化应激在磷脂酰肌醇3激酶/Akt（phosphatidylinositol 3-kinase/Akt PI3K/Akt）信号通路介导下抑制成骨细胞。
3.2 茶多酚与成骨细胞。 茶多酚能刺激成骨细胞增殖和分化并减少成骨细胞的凋亡，而这种对骨形成的作用无论是基因表达还是蛋白质水平，都是通过增加碱性磷酸酶（ALP）活性和增加骨的矿化而实现的。在分子生物学机制方面，Mount[17]等研究显示EGCG是通过Wnt/β-catenin信号通路增加ALP活性，从而提高成骨细胞的活性，而Wnt通路是目前已知控制骨骼发育和骨量的最重要途径。Natsume[18]等的研究中报道，EGCG是通过PI3K/Akt途径,而不是P38MAPK信号通路抑制1-磷酸神经鞘氨醇对热休克蛋白27的刺激，而实现对成骨细胞的调节。 Kamon[19]等用细胞培养的方法将EGCG加入成骨细胞中，结果显示EGCG抑制MC3T3-E1成骨细胞凋亡,说明EGCG能有效抑制骨吸收。在成骨细胞矿化方面Chen[20]等报道,经过48小时的EGCG(1、10μmol/L)干预下,Runx2的mRNA表达增加，并提出茶多酚影响骨骼强度提高骨矿化，而这种效应可能是通过Runx2调节机制而发挥作用。最近再次报道[21]，对卵巢去势大鼠口服EGCG（3.4 mg/(kg.d)）结果证实了茶多酚能减少骨流失并保护骨微体系结构。同时发现骨形态发生蛋白2（bone morphogenetic protein 2 BMP2）表达明显增加可能导致茶多酚发挥这种效应。
3.3氧化应激与破骨细胞 早在90年代初发现氧化应激增加破骨细胞的分化和功能。随后Bai等[22]发现活性氧通过细胞外信号调节激酶（ERKs）和蛋激酶的cAMP反应元件结合蛋白（PKA-CREB）途径刺激破骨细胞内核因子kB受体活化因子配体（RANKL）的基因表达来调节破骨细胞的活性和促进骨吸收。Vaaraniemi[23]等研究发现破骨细胞通过向细胞膜与骨表面之间的吸收腔隙分泌酸和溶酶体酶类如组织蛋白酶K等而促进骨吸收的。而近期Hyeon[24]等报道，氧化应激可能通过Nrf2控制氧化反应基因的表达，调节细胞氧化还原状态从而抑制RANKL介导破骨细胞分化。Kanzaki等[25]的近期研究也发现细胞内ROS的调节信号通过Nrf2/Kelch样ECH联合蛋白1(Nrf2/ Keap1)信号通路调节RANKL的基因表达，从而调节破骨细胞活性。
3.4 茶多酚与破骨细胞。 茶多酚可以抑制破骨细胞分化，诱导破骨细胞凋亡。Oka等[26]将EGCG(100μmol/L)添加到成熟大鼠破骨细胞前体细胞和成熟破骨细胞的研究中发现EGCG干预组较观察组多核破骨细胞数量明显减少，并且基质金属蛋白酶-2和基质金属蛋白酶-9表达水平明显降低,考虑EGCG通过抑制基质金属蛋白酶来抑制破骨细胞的形成和分化。Lin[27]等报道，EGCG通过显著减少RANKL诱导的NF-κB的转录活动和核运输来干扰RANKL,从而抑制破骨细胞的分化。另有研究表明茶多酚通过调节金属蛋白酶活性[28]而抑制破骨细胞，从而减少骨的吸收。
4.茶多酚、抗炎与骨质疏松 4.1 炎症因子与骨质疏松。 类似于氧化应激对骨质疏松的影响,系统慢性炎症也会导致骨质疏松症的发展。慢性炎症持续激活免疫系统,干扰骨形成和吸收之间的平衡,引起骨质流失。一些炎性因子,如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素等通过诱导M-CSF(macrophage colony-stimulating factor, M-CSF)和RANKL的表达刺激破骨细胞形成和骨吸收[29]。TNF-α还能通过激活转化生长因子-β（TGF-β）直接刺激破骨细胞形成，抑制破骨细胞凋亡，延长破骨细胞生存时间。IL-1能介导TNF-α对破骨细胞的诱导作用，同时也能抑制破骨细胞凋亡和诱导细胞粘附分子-1（ICAM-1）形成。IL-6 通过与RANKL-RANK-骨保护素(osteoprotegerin, OPG)轴的相互作用，发挥其对破骨细胞及骨吸收的诱导和促进作用。IL-10 可通过下调IL-1、IL-6、TNF-α，抑制破骨细胞的激活；IL-10 还能上调OPG的水平，下调RANKL和M-CSF的产生，从而抑制破骨细胞的分化[30]。虽然炎症因子是骨质疏松症发病的独立因素还是雌激素缺乏导致的继发结果，还需进一步研究，但可以肯定，炎症因子参与骨质疏松症发病的病理生理过程。
4.2 茶多酚抑制炎症因子治疗骨质疏松 茶多酚在类风湿性关节炎及骨性关节炎的研究中发现，可通过抑制脂质过氧化反应，对转录因子NF-кB 的调控作用，限制可诱导型NO合成酶的表达等途径减少TNF-а、IL-1、IL-6、IL-8等炎症因的释放而起到抗炎作用。在骨质疏松方面早在2003年Choi[31]等首次报道，茶多酚活性成分能通过减少TNF-α和IL- 6促进成骨细胞MC3T3-E1的生存和ALP活动抑制成骨细胞的凋亡。随后，Takai[32]等在MC3T3-E1成骨细胞研究中发现,EGCG通过SAPK/JNK途径抑制血小板源生长因子-BB而降低IL-6和IL-6 mRNA表达。在近期的研究中Shen[33]等在一项观察大鼠体内绿茶多酚抑制炎症因子影响骨微观结构和强度的研究中发现绿茶多酚可能通过抑制脂多糖（LPS）介导的TNF-α等炎性因子而起到在骨微体系结构中的防护。在另一项选用红茶多酚类物质茶黄素抑制炎症因子的研究[34]中发现，在骨髓巨噬细胞中茶黄素通过封锁NF-κB和MAPK信号通路抑制脂多糖（LPS）介导的IL- 6、单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1),细胞间黏附分子-1（ICAM-1）。近期Joo等[35]在EGCG对骨髓巨噬细胞的作用研究中也发现，EGCG可能通过阻断NF-κB和MAPK信号通路防止LPS介导的促炎基因表达。由此可见茶多酚能有效地抑制TNF-а、IL-6等炎症因子，抑制成骨细胞凋亡并促进其生长。在这过程中对LPS的抑制可能是茶多酚发挥这种功效的关键环节。 5.茶多酚其他抗骨质疏松可能的机制 5.1通过激活VEGF调节机制促骨形成 血管内皮生长因子( vascular endothelial growth factor，VEGF) 通过促内皮细胞增殖参与骨代谢，在骨形成过程中对血管生成起重要作用，外源性VEGF 也可以直接作用于成骨细胞促进其增殖与分化。茶多酚生物活性成分EGCG显著增强PGF2α诱导的VEGF的合成，并增强成骨细胞成骨。同时PGF2α本身可刺激成骨细胞的增殖，抑制其分化。在MC3T3-E1成骨样细胞中，也已证实儿茶素通过激活p42/p44MAPK信号转导通路以及SAPK/ JNK通路，上调PGF2α而起到刺激VEGF合成，促进成骨细胞成骨[36]。
5.4.2通过抑制热休克蛋白27调节机制促骨形成 茶多酚生物活性成分能通过热休克蛋白27（HSP27）调节机制增强成骨细胞成骨，Hayashi[37]等最早报道，在MC3T3-E1细胞中，EGCG通过抑制SAPK/JNK途径，抑制TGF-β诱导的HSP27产生。Yamauchi等[38]报道EGCG通过抑制p44/p42MAPK途径,抑制前列腺素2（PGD2）刺激介导的HSP27产生。尽管HSP27在成骨细胞的生理意义尚未阐明，但EGCG很可能通过抑制p44/p42MAPK途径或SAPK/JNK途径调节HSP27感应，从而促进成骨过程。
6.结语 骨质疏松症是骨吸收大于骨形成的代谢失衡结果。增强成骨细胞的活性以及减少破骨细胞可以帮助恢复骨代谢平衡和限制骨质疏松骨质疏松症的发展。已有越来越多的体外实验、动物实验以及流行病学调查证据证明茶多酚生物活性成分可以预防骨质疏松症。茶多酚主要是由于通过抗氧化、抗炎途径以及通过与此相关的各种信号通路来实现对骨质疏松的干预。未来如何将目前研究的成果应用于人类是至关重要的。目前的研究多基于动物实验和细胞培养的观察，缺乏大量的临床资料。同时老年骨质疏松患者更容易出现髋部以及脊柱的骨折。而目前动物研究的证据大多显示增加BMD并没有测试骨强度和抗骨折能力，同时这些动物数据主要集中在长骨中，而对髋部以及脊柱的数据较少。此外缺乏从先进的成像技术角度评估茶多酚对增强骨质强度的作用。
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