茶多酚治療骨質疏松癥的研究進展

車曉明

摘要：茶多酚是茶葉中所含有的多酚類化合物的總稱,是一種具有多種生物學活性的高效抗氧化劑，研究發(fā)現(xiàn)茶多酚具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗輻射、抗高血脂、延緩衰老等藥理和保健作用，有關茶多酚的研究目前已成為藥學領域的研究熱點。近年來有研究認為茶多酚的抗氧化、抗炎功效使其在骨質疏松的預防及治療方面起著重要的作用。本文就近年來國內外對茶多酚抗骨質疏松的作用及相關機制的研究進展作一綜述。

關鍵詞：茶多酚;骨質疏松;抗氧化;抗炎

骨質疏松是一種以骨組織退化、骨量減少，強度降低、脆性增加、易發(fā)生骨折為特征的慢性代謝性疾病，成骨細胞與破骨細胞功能失衡是導致骨質疏松病理過程的直接原因。國內外研究已證實氧化應激是骨質疏松發(fā)病的重要因素，氧化應激產生的活性氧（Reactive oxygen species ROS）對體內的成骨細胞、破骨細胞等氧敏感細胞的活性和功能均有影響[1]。茶多酚（tea polyphenol TP）在以往各種流行病學研究和臨床實驗都驗證了其多種藥用功效。伴隨近年來氧化應激在骨質疏松的發(fā)病機理中的研究深入，抗氧化劑茶多酚預防和治療骨質疏松逐漸成為國內外研究的熱點之一。

1、茶多酚簡介

茶多酚又名茶鞣質，是茶葉中類多羥基酚類化合物的總稱，占茶葉總重量的15%-20%左右。主要包括兒茶素類、黃烷醇類、黃酮類等。其中以兒茶素含量最多，在兒茶素成分中表兒茶素沒食子酸酯(Epigallocatechin gallate EGCG）是其中含量最豐富和藥用活性最強的成分[2]，其化學結構如圖1所示。茶多酚化學結構中鄰苯二酚結構決定了其具有高效捕獲超氧陰離子能力，決定其具有極強的清除自由基的能力，它的氧化還原電位低，其多鄰位酚羥基可提供氫中斷或終止自由基的鏈式反應。同時，茶多酚可激活自由基的清除體系，

﹡通訊作者：陳亮 Email：chenliang_1972@163.com

并可通過抑制氧化酶系、絡合誘導氧化的過渡金屬離子來抑制自由基的產生。茶多酚是一種純天然的抗氧化劑，其具有優(yōu)越的抗氧化能力，在流行病學調查、臨床研究及體外細胞培養(yǎng)證實，茶多酚在健康方面有諸多益處，具有抗氧化、抑制炎癥、抗腫瘤、防衰老、抗輻射等藥理功能[3]。在茶多酚毒理方面Isbrucker等[4]分別從基因毒性和致畸發(fā)育毒性角度動物實驗分析EGCG毒性，結果顯示小鼠體液分析未見任何基因毒性效應，致畸和發(fā)育毒性實驗也發(fā)現(xiàn)沒有導致畸形形成的影響。說明茶多酚具有很高的安全性。

2、茶多酚、氧化應激與骨質疏松

2.1 氧化應激與骨質疏松

在過去的60年骨質疏松癥發(fā)病機制的研究中,雌激素作用的認識是骨科領域的重大突破。其研究在骨質疏松研究領域中占了壓倒性的優(yōu)勢。然而,伴隨生理學在對衰老過程的研究，以及對與衰老相關的氧化應激的發(fā)現(xiàn),提示骨質疏松發(fā)病機制是更為復雜的過程 ,需要我們重新評價對骨質疏松發(fā)病機制的傳統(tǒng)觀念[5]。骨組織始終處于一個不斷地吸收、形成與重建的平衡過程中，在維持這種平衡中成骨細胞、破骨細胞發(fā)揮了重要作用，而雌激素水平的下降可打亂這種平衡，使得骨吸收超過骨形成。同時多種細胞因子通過自分泌和旁分泌調節(jié)成骨細胞、破骨細胞之間的平衡，一旦這種平衡失調就有可能發(fā)生骨質疏松。近年來的流行病學研究顯示骨質疏松患者體內處于高氧化應激狀態(tài)，同時血漿抗氧化劑水平明顯降低。最近Cervellati等[6]一項191名絕經(jīng)后骨質疏松女性血清抗氧化標記物檢測調查顯示，骨質疏松患者體內脂氫過氧化物水平增高，而血清總體抗氧化劑水平均下降，他們考慮雌激素可能做為抗氧化劑有保護骨組織免受氧化應激(OxS)的作用。而早年間Lean等[7]研究也報道雌激素缺乏導致破骨細胞內硫醇抗氧化劑濃度降低，活性氧介導的細胞因子過度分泌，使得破骨細胞活性增強導致骨質疏松。Almeida等[8]從相反的角度驗證了骨骼老化增加氧化應激水平從而導致雌激素減少?？梢娧趸瘧?、雌激素水平下降、骨質疏松是一個彼此影響，惡性循環(huán)的過程。這些流行病學研究顯示氧化應激與骨質疏松有密切的聯(lián)系。

2.2 茶多酚抗氧化抑制骨質疏松

茶多酚最早被人們廣泛認識，是因其能捕獲和解毒ROS而具有抗氧化能力。而近期的研究主要要解決茶多酚是否會提高細胞抗氧化酶活性和減少氧化應激損傷，以及茶多酚是否影響抗氧化防御系統(tǒng)，是否會對骨量和骨的微細結構產生有益的影響。Shen等對去勢大鼠組補充茶多酚(400mg/kg)分別從骨流失[9]和骨微觀結構[10]方面研究中報道,茶多酚有較好的抑制骨流失效能，并能減輕骨微體系結構退化，并提出可能通過提高谷胱甘肽過氧化物酶的活性,阻止氧化應激在骨重建中的損傷。2011年[11]再次報道，茶多酚由于其抗氧化能力通過減弱骨小梁和皮質骨損失，增加骨形成,抑制骨吸收。同時EGCG的抗氧化效能能有效的減少大鼠體內氧化應激介導的鈣沉積。

3.茶多酚、氧化應激與成骨細胞及破骨細胞。

3.1氧化應激與成骨細胞

在成骨細胞的研究中發(fā)現(xiàn)骨質疏松的發(fā)生不是由于成骨細胞的生物合成能力下降，而是由于成骨細胞的數(shù)量下降造成。Shen等在大鼠[9]和Baur等在小鼠[12]動物實驗表明，氧化應激導致成骨細胞凋亡，減少成骨細胞數(shù)量。Arai M[13]等在MC3T3-E1成骨細胞的培養(yǎng)基中加入氧化劑H2O2后MC3T3-E1細胞的礦化水平降低了一半，同時發(fā)現(xiàn)調控轉錄因子NF-E2相關因子2（Nrf2）的基因表達增加，而骨源性標記物Runx2、ALP和BSP的基因表達明顯減低。在分子生物學機制方面，Manolagas等[14]研究顯示,氧化應激通過Wnt/β-catenin信號通路抑制成骨細胞的分化,增加成骨細胞的凋亡,降低成骨細胞數(shù)量和骨形成的速度，從而促使骨質疏松的發(fā)生。我國學者Bai等[15]早在2004年研究發(fā)現(xiàn)氧化應激通過細胞外信號調節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase ERK）和ERK依賴的NF-kB信號通路抑制成骨細胞。最近Zhang等[16]報道，高糖誘導氧化應激在磷脂酰肌醇3激酶/Akt（phosphatidylinositol 3-kinase/Akt PI3K/Akt）信號通路介導下抑制成骨細胞。

3.2 茶多酚與成骨細胞。

茶多酚能刺激成骨細胞增殖和分化并減少成骨細胞的凋亡，而這種對骨形成的作用無論是基因表達還是蛋白質水平，都是通過增加堿性磷酸酶（ALP）活性和增加骨的礦化而實現(xiàn)的。在分子生物學機制方面，Mount[17]等研究顯示EGCG是通過Wnt/β-catenin信號通路增加ALP活性，從而提高成骨細胞的活性，而Wnt通路是目前已知控制骨骼發(fā)育和骨量的最重要途徑。Natsume[18]等的研究中報道，EGCG是通過PI3K/Akt途徑,而不是P38MAPK信號通路抑制1-磷酸神經(jīng)鞘氨醇對熱休克蛋白27的刺激，而實現(xiàn)對成骨細胞的調節(jié)。

Kamon[19]等用細胞培養(yǎng)的方法將EGCG加入成骨細胞中，結果顯示EGCG抑制MC3T3-E1成骨細胞凋亡,說明EGCG能有效抑制骨吸收。在成骨細胞礦化方面Chen[20]等報道,經(jīng)過48小時的EGCG(1、10μmol/L)干預下,Runx2的mRNA表達增加，并提出茶多酚影響骨骼強度提高骨礦化，而這種效應可能是通過Runx2調節(jié)機制而發(fā)揮作用。最近再次報道[21]，對卵巢去勢大鼠口服EGCG（3.4 mg/(kg.d)）結果證實了茶多酚能減少骨流失并保護骨微體系結構。同時發(fā)現(xiàn)骨形態(tài)發(fā)生蛋白2（bone morphogenetic protein 2 BMP2）表達明顯增加可能導致茶多酚發(fā)揮這種效應。

3.3氧化應激與破骨細胞

早在90年代初發(fā)現(xiàn)氧化應激增加破骨細胞的分化和功能。隨后Bai等[22]發(fā)現(xiàn)活性氧通過細胞外信號調節(jié)激酶（ERKs）和蛋激酶的cAMP反應元件結合蛋白（PKA-CREB）途徑刺激破骨細胞內核因子kB受體活化因子配體（RANKL）的基因表達來調節(jié)破骨細胞的活性和促進骨吸收。Vaaraniemi[23]等研究發(fā)現(xiàn)破骨細胞通過向細胞膜與骨表面之間的吸收腔隙分泌酸和溶酶體酶類如組織蛋白酶K等而促進骨吸收的。而近期Hyeon[24]等報道，氧化應激可能通過Nrf2控制氧化反應基因的表達，調節(jié)細胞氧化還原狀態(tài)從而抑制RANKL介導破骨細胞分化。Kanzaki等[25]的近期研究也發(fā)現(xiàn)細胞內ROS的調節(jié)信號通過Nrf2/Kelch樣ECH聯(lián)合蛋白1(Nrf2/ Keap1)信號通路調節(jié)RANKL的基因表達，從而調節(jié)破骨細胞活性。

3.4 茶多酚與破骨細胞。

茶多酚可以抑制破骨細胞分化，誘導破骨細胞凋亡。Oka等[26]將EGCG(100μmol/L)添加到成熟大鼠破骨細胞前體細胞和成熟破骨細胞的研究中發(fā)現(xiàn)EGCG干預組較觀察組多核破骨細胞數(shù)量明顯減少，并且基質金屬蛋白酶-2和基質金屬蛋白酶-9表達水平明顯降低,考慮EGCG通過抑制基質金屬蛋白酶來抑制破骨細胞的形成和分化。Lin[27]等報道，EGCG通過顯著減少RANKL誘導的NF-κB的轉錄活動和核運輸來干擾RANKL,從而抑制破骨細胞的分化。另有研究表明茶多酚通過調節(jié)金屬蛋白酶活性[28]而抑制破骨細胞，從而減少骨的吸收。

4.茶多酚、抗炎與骨質疏松

4.1 炎癥因子與骨質疏松。

類似于氧化應激對骨質疏松的影響,系統(tǒng)慢性炎癥也會導致骨質疏松癥的發(fā)展。慢性炎癥持續(xù)激活免疫系統(tǒng),干擾骨形成和吸收之間的平衡,引起骨質流失。一些炎性因子,如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素等通過誘導M-CSF(macrophage colony-stimulating factor, M-CSF)和RANKL的表達刺激破骨細胞形成和骨吸收[29]。TNF-α還能通過激活轉化生長因子-β（TGF-β）直接刺激破骨細胞形成，抑制破骨細胞凋亡，延長破骨細胞生存時間。IL-1能介導TNF-α對破骨細胞的誘導作用，同時也能抑制破骨細胞凋亡和誘導細胞粘附分子-1（ICAM-1）形成。IL-6 通過與RANKL-RANK-骨保護素(osteoprotegerin, OPG)軸的相互作用，發(fā)揮其對破骨細胞及骨吸收的誘導和促進作用。IL-10 可通過下調IL-1、IL-6、TNF-α，抑制破骨細胞的激活；IL-10 還能上調OPG的水平，下調RANKL和M-CSF的產生，從而抑制破骨細胞的分化[30]。雖然炎癥因子是骨質疏松癥發(fā)病的獨立因素還是雌激素缺乏導致的繼發(fā)結果，還需進一步研究，但可以肯定，炎癥因子參與骨質疏松癥發(fā)病的病理生理過程。

4.2 茶多酚抑制炎癥因子治療骨質疏松

茶多酚在類風濕性關節(jié)炎及骨性關節(jié)炎的研究中發(fā)現(xiàn)，可通過抑制脂質過氧化反應，對轉錄因子NF-кB 的調控作用，限制可誘導型NO合成酶的表達等途徑減少TNF-а、IL-1、IL-6、IL-8等炎癥因的釋放而起到抗炎作用。在骨質疏松方面早在2003年Choi[31]等首次報道，茶多酚活性成分能通過減少TNF-α和IL- 6促進成骨細胞MC3T3-E1的生存和ALP活動抑制成骨細胞的凋亡。隨后，Takai[32]等在MC3T3-E1成骨細胞研究中發(fā)現(xiàn),EGCG通過SAPK/JNK途徑抑制血小板源生長因子-BB而降低IL-6和IL-6 mRNA表達。在近期的研究中Shen[33]等在一項觀察大鼠體內綠茶多酚抑制炎癥因子影響骨微觀結構和強度的研究中發(fā)現(xiàn)綠茶多酚可能通過抑制脂多糖（LPS）介導的TNF-α等炎性因子而起到在骨微體系結構中的防護。在另一項選用紅茶多酚類物質茶黃素抑制炎癥因子的研究[34]中發(fā)現(xiàn)，在骨髓巨噬細胞中茶黃素通過封鎖NF-κB和MAPK信號通路抑制脂多糖（LPS）介導的IL- 6、單核細胞趨化蛋白-1 (MCP-1),細胞間黏附分子-1（ICAM-1）。近期Joo等[35]在EGCG對骨髓巨噬細胞的作用研究中也發(fā)現(xiàn)，EGCG可能通過阻斷NF-κB和MAPK信號通路防止LPS介導的促炎基因表達。由此可見茶多酚能有效地抑制TNF-а、IL-6等炎癥因子，抑制成骨細胞凋亡并促進其生長。在這過程中對LPS的抑制可能是茶多酚發(fā)揮這種功效的關鍵環(huán)節(jié)。

5.茶多酚其他抗骨質疏松可能的機制

5.1通過激活VEGF調節(jié)機制促骨形成

血管內皮生長因子( vascular endothelial growth factor，VEGF) 通過促內皮細胞增殖參與骨代謝，在骨形成過程中對血管生成起重要作用，外源性VEGF 也可以直接作用于成骨細胞促進其增殖與分化。茶多酚生物活性成分EGCG顯著增強PGF2α誘導的VEGF的合成，并增強成骨細胞成骨。同時PGF2α本身可刺激成骨細胞的增殖，抑制其分化。在MC3T3-E1成骨樣細胞中，也已證實兒茶素通過激活p42/p44MAPK信號轉導通路以及SAPK/ JNK通路，上調PGF2α而起到刺激VEGF合成，促進成骨細胞成骨[36]。

5.4.2通過抑制熱休克蛋白27調節(jié)機制促骨形成

茶多酚生物活性成分能通過熱休克蛋白27（HSP27）調節(jié)機制增強成骨細胞成骨，Hayashi[37]等最早報道，在MC3T3-E1細胞中，EGCG通過抑制SAPK/JNK途徑，抑制TGF-β誘導的HSP27產生。Yamauchi等[38]報道EGCG通過抑制p44/p42MAPK途徑,抑制前列腺素2（PGD2）刺激介導的HSP27產生。盡管HSP27在成骨細胞的生理意義尚未闡明，但EGCG很可能通過抑制p44/p42MAPK途徑或SAPK/JNK途徑調節(jié)HSP27感應，從而促進成骨過程。

6.結語

骨質疏松癥是骨吸收大于骨形成的代謝失衡結果。增強成骨細胞的活性以及減少破骨細胞可以幫助恢復骨代謝平衡和限制骨質疏松骨質疏松癥的發(fā)展。已有越來越多的體外實驗、動物實驗以及流行病學調查證據(jù)證明茶多酚生物活性成分可以預防骨質疏松癥。茶多酚主要是由于通過抗氧化、抗炎途徑以及通過與此相關的各種信號通路來實現(xiàn)對骨質疏松的干預。未來如何將目前研究的成果應用于人類是至關重要的。目前的研究多基于動物實驗和細胞培養(yǎng)的觀察，缺乏大量的臨床資料。同時老年骨質疏松患者更容易出現(xiàn)髖部以及脊柱的骨折。而目前動物研究的證據(jù)大多顯示增加BMD并沒有測試骨強度和抗骨折能力，同時這些動物數(shù)據(jù)主要集中在長骨中，而對髖部以及脊柱的數(shù)據(jù)較少。此外缺乏從先進的成像技術角度評估茶多酚對增強骨質強度的作用。

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