中药诱导骨髓间充质干细胞的成骨分化

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.50.025

摘要/Abstract

摘要：

背景：近年来研究显示，中药在诱导骨髓间充质干细胞向成骨方向分化起到积极作用。
目的：综述中药诱导骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞的研究进展。
方法：以“中药，骨髓间充质干细胞，成骨细胞”为检索词，检索万方医学数据库中2004年1月至2012年4月的文献，纳入中药诱导骨髓间充质干细胞分化为成骨细胞的相关研究，最终入选18篇文章进行总结分析。
结果与结论：中药血清药理学认为中药血清既能去除中药内未知的毒性又能反映中药的药效，在上述理论的指导下，许多学者将含补肾、接骨等中药血清应用于诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的研究。结果显示，这些单味中药、单味药提取物、复方药含药血清均可以促进体外培养的骨髓间充质干细胞诱导分化为成骨细胞，具有安全、使用简便等特点。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

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关键词: 干细胞, 诱导, 中药, 骨髓间充质干细胞, 分化, 成骨细胞, 含中药血清

Abstract:

BACKGROUND: Recent studies have shown that Chinese medicines appear to have an active inducible role in the osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells.
OBJECTIVE: To review the progress of Chinese medicine in the induced differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells into osteoblasts.
METHODS: A computer-based search of Wanfang database was performed to retrieve articles addressing Chinese medicine for inducing osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells, published from January 2004 to April 2012. The key words were “Chinese medicine, bone marrow mesenchymal stem cells, osteoblasts” in Chinese. Finally, 18 articles were included in result analysis.
RESULTS AND CONCLUSION: Based on serum pharmacology, serum containing Chinese medicine cannot only remove unknown toxicity, but also reflect the efficacy of Chinese medicine. Therefore, serums containing drugs for tonifying the kidney and bone knitting have been used to induce differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells into osteoblasts. These serums containing single herbs, single herb extracts, and drug compounds are characterized as safe and easy to use, which can all promote in vitro differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells into osteoblasts.

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Key words: bone marrow, mesenchymal stem cells, osteoblasts, drugs, Chinese herbal

中图分类号:

R318

邓晖，罗军. 中药诱导骨髓间充质干细胞的成骨分化[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(50): 8180-8183.

Deng Hui, Luo Jun. Chinese medicines induce bone marrow mesenchymal stem cells differentiating into osteoblasts[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(50): 8180-8183.

图/表（结果） 1

2.1 含中药血清诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化中医学认为，肾藏精，主骨生髓，髓藏于骨腔内，滋养骨骼，骨的生长发育依赖肾气的滋养与推动。中药血清药理学认为含中药血清既能去除中药内未知的毒性又能反映中药的药效。在上述理论的指导下，许多学者将含补肾、接骨等中药的血清应用于诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的研究，并取得了可喜的成果。

2.1.1 单味药含药血清诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化黎晖等^[1]在培养液中添加不同浓度龟板血清培养骨髓间充质干细胞。应用碱性磷酸酶染色、Von Kossa钙结节染色、骨钙素测定等方法分析细胞成骨活性。实验发现骨髓间充质干细胞在龟板血清诱导作用下，可向成骨细胞方向分化，表现为碱性磷酸酶活性升高和钙沉积形成；低、中浓度组明显促进骨钙素升高。

李树强等^[2]应用大剂量地塞米松诱导体外培养的骨髓间充质干细胞成脂分化，抑制其成骨分化，在诱导成脂的同时给予土鳖虫含药血清干预6 d，结果显示土鳖虫含药血清可逆转激素诱导下的骨髓间充质干细胞内碱性磷酸酶含量，骨钙素及Ⅰ型胶原mRNA表达均降低，可见土鳖虫防治激素性股骨头缺血坏死的机制不仅是改善股骨头的微循环，同时还与其抑制激素诱导下的骨髓间充质干细胞成骨分化减少有关。

徐凌霄等^[3]采用全骨髓贴壁法培养间充质干细胞，连续进行3次差速贴壁法纯化间充质干细胞，常规诱导组以β-甘油磷酸钠、地塞米松、维生素C诱导间充质干细胞骨向分化，实验组在常规诱导组基础上加以左归丸含药血清，使用茜素红染色钙结节、碱性磷酸酶染色鉴定诱导成功，左归丸含药血清能够促使诱导过程中碱性磷酸酶含量表达增加。

2.1.2 单味药提取物含药血清诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化陈伟才等^[4]将杜仲叶提取物加入羊骨髓间充质干细胞培养液中，发现细胞内碱性磷酸酶合成增多，形成矿化结节，杜仲叶提取物诱导成骨情况优于传统成骨诱导剂，RT-PCR显示能高效扩增出171 bp的Cbfal基因转录片段，且成骨细胞中Cbfal mRNA表达水平差异无显著性意义(P > 0.05)。油红O染色结果显示，加入杜仲叶提取物其脂滴数量明显少于传统成脂诱导剂组，结果表明杜仲叶提取物能诱导体外培养的羊骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，同时抑制其向脂肪细胞分化。

马慧萍等^[5]研究了淫羊藿总黄酮对大鼠骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化的影响，应用淫羊藿总黄酮和含淫羊藿总黄酮大鼠血清分别以不同浓度加入大鼠骨髓间充质干细胞培养液中，进行细胞增殖和成骨分化的分析，结果显示淫羊藿总黄酮直接加入培养液对大鼠骨髓间充质干细胞增殖无明显影响，含淫羊藿总黄酮大鼠血清则强烈刺激细胞增殖，成倍增加碱性磷酸酶染色阳性的克隆数。淫羊藿总黄酮不影响大鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化，但含淫羊藿总黄酮大鼠血清显著提高碱性磷酸酶活性、骨钙素分泌量和钙盐沉积量，研究提示淫羊藿总黄酮产生的代谢产物中有未知的活性成分能够诱导大鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化，并提高成骨细胞的活性和功能。

王和鸣等^[6]采用巴戟天提取物含药血清培养骨髓基质细胞，证实巴戟天提取物含药血清均能促进骨髓基质细胞向成骨细胞分化。

2.1.3 复方含药血清诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化丘友如等^[7]应用温阳通络胶囊(系作者院内制剂含桂枝、蕲蛇、全蝎等七味中药)加入去卵巢骨质疏松大鼠骨髓间充质干细胞培养液中，发现含药血清组碱性磷酸酶和骨钙素明显升高，与对照组比较有显著性差异(P < 0.01)，结果表明温阳通络胶囊能促进去卵巢大鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化。

吴云刚等^[8]将右归饮(熟地黄、山药、山茱萸、枸杞子、菟丝子、鹿角胶、杜仲、肉桂、当归、制附子)含药血清培养人骨髓基质干细胞，MTT检测、钙结节染色及细胞内碱性磷酸酶含量测定，表明右归饮对成骨细胞的活性有促进作用(P < 0.05)。

范红旗等^[9]以复方接骨中药(厚朴10 g，大黄10 g，枳壳10 g，桃仁10 g，苏木10 g，当归10 g，红花5 g，骨碎补15 g，川断15 g，熟地15 g，自然铜10 g，龟板10 g，枸杞子15 g，杜仲15 g)制备含药血清加入大鼠骨髓间充质干细胞数量培养液中，碱性磷酸酶活力显著大于对照组，镜下观察大鼠骨髓间充质干细胞诱导分化为成骨细胞高于对照组(P < 0.05)。结果显示复方接骨中药含药血清可以促进体外培养的大鼠骨髓间充质干细胞增殖及向成骨细胞分化。

2.2 中药有效成分提取物诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化中药含药血清成分复杂，很难从分子水平来研究中药诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的机制。许多研究者从中药有效成分提取物入手，研究中药诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的机制。

廖清船等^[10]应用中药提取物金雀异黄酮研究丝裂原激活的蛋白激酶的亚型p38促进小鼠骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化过程中的作用，研究表明金雀异黄酮剂量依赖性增加小鼠骨髓间充质干细胞内碱性磷酸酶活性和细胞外钙沉积量，同时引起p38通路的激活和p44/42通路的抑制，p38途径阻断剂预处理能减弱金雀异黄酮刺激引起的p38通路的激活并同时阻止金雀异黄酮诱导的骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化。

吴涛等^[11]应用中药淫羊藿的有效药理成分淫羊藿苷加入体外培养的羊骨髓间充质干细胞培养液中， 0.1 µmol/L淫羊藿苷可明显促进羊骨髓间充质干细胞增殖，增加S期和G₂/M期细胞数量；随着淫羊藿苷浓度的增加，促细胞增殖活性反而降低，100 µmol/L淫羊藿苷表现为明显的抑制细胞增殖作用，淫羊藿苷呈剂量依赖性促进羊骨髓间充质干细胞碱性磷酸酶活性和骨钙素表达。10，100 µmol/L淫羊藿苷诱导钙化结节形成能力优于0.1 µmol/L和1 µmol/L淫羊藿苷，对照组羊骨髓间充质干细胞未形成钙化结节，结果表明淫羊藿苷对羊骨髓间充质干细胞的增殖和成骨分化具有促进作用。

李东晓等^[12]将体外培养的大鼠骨髓间充质干细胞载入三维多孔支架，植入模型大鼠肌内，以灌胃或局部释放给予淫羊藿总黄酮，观察在体内环境下支架材料上的骨髓间充质干细胞分化情况，同时测定受试动物血清中转化生长因子β和骨形态发生蛋白含量。结果 200 mg/kg灌胃给予或局部释放均可显著诱导骨髓间充质干细胞的成骨分化，且在支架中形成类骨组织。

许春姣等^[13]将不同浓度的黄芪注射液加入骨髓间充质干细胞培养液，孵育1，3，5 d后，MTT检测结果表明，短期(1，3 d)低浓度(0.002 g/L)时黄芪注射液能促进骨髓间充质干细胞增殖，长期(第5天)高浓度(20，200 g/L)则明显抑制骨髓间充质干细胞增殖。短期低浓度时，黄芪注射液促进骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化，但长期作用则会抑制骨髓间充质干细胞分化。

邓展生等^[14]将骨碎补的有效成分柚皮甙与人骨髓间充质干细胞共同体外培养，观察细胞生长情况，检测细胞增殖情况，并测定碱性磷酸酶活性、Von Kossa钙结节染色。结果发现50 g/L柚皮甙对细胞无毒性，能促进人骨髓间充质干细胞增殖，对人骨髓间充质干细胞有保护作用并能促进其向成骨分化。

刘钰瑜等^[15]用碱性磷酸酶染色法、放射免疫测定法观察大黄素对骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化的影响。大黄素可增加大鼠骨髓间充质干细胞成骨诱导后细胞碱性磷酸酶的含量，其中10 mmol/L浓度组作用7 d时效果明显。大黄素在2.5 mmol/L浓度范围内未能增加细胞上清液和细胞裂解液中骨钙素含量。

赛音其木格等^[16]应用大黄素和地塞米松加入人骨髓间充质干细胞培养液中，大黄素对人骨髓间充质干细胞增殖及成骨分化作用好于对照组，结果表明大黄素可以促进人骨髓间充质干细胞增殖并向成骨细胞分化。

吉光荣等^[17]采用含三七总甙的条件培养基(A组)与常规条件培养基(B组)将兔骨髓间充质干细胞进行体外培养，观察两组细胞形态学、组织学变化，进行定量分析碱性磷酸酶与骨钙素。结果A组碱性磷酸酶及骨钙素分泌量均明显高于B组(P < 0.05)。表明含三七总甙的条件培养基可以显著提高骨髓间充质干细胞成骨能力。

张文海等^[18]从外用中药生肌膏的原料中提取生肌液加入兔骨髓间充质干细胞培养液中，结果表明其可促进骨髓间充质干细胞的增殖，诱导其向成骨细胞转化。

参考文献

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引言

材料方法

讨论

3 展望 Prospects

虽然骨髓间充质干细胞有多向分化的特点，但骨组织工程学要求其向单一方向分化，所以骨髓间充质干细胞的定向分化诱导具有重要的作用。地塞米松、β-甘油磷酸钠和维生素C是骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化和体外成骨的必要条件。地塞米松可促进成骨细胞分化成熟、提高碱性磷酸酶的活性、加速细胞外基质胶原合成。维生素C能促进培养细胞合成胶原、形成钙化、调节碱性磷酸酶活性和胶原蛋白的合成。β-甘油磷酸钠能为成骨细胞提供磷酸离子，促进生理性钙盐的沉积和钙化，是骨髓间充质干细胞发生矿化结节的必要条件。影响骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的因素很多，其中生长因子的影响尤为重要。转化生长因子β可刺激骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化、促进其增殖钙化成骨、增加骨形成蛋白诱导成骨的量。碱性成纤维细胞生长因子能刺激成骨细胞内的DNA合成增加，并维持骨髓间充质干细胞的成骨特性，使成骨细胞内骨钙素增加，加速骨的钙化，使新骨形成。在体内和体外，骨形成蛋白均具有较强的骨诱导活性，能够启动骨髓间充质干细胞的成骨过程，且能使诱导性骨细胞向确定性骨细胞转化，以骨形成蛋白2的作用最强。

目前中药及其提取物诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化方面的研究取得了长足的进步，但与经典的研究相比还有很长的路要走。主要表现在：①中药血清药理学是为了研究中药复方而诞生的一种新的体外实验方法，即将受试药物经口给予动物后以含药血清代替中药粗提物作为药物源加入体外反应系统中研究其药理作用，目前多数学者认为血清药理学方法可以较客观地反映中药的药效。但含药血清成分复杂，其诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的机制有待于深入研究。②近年研究多采用中药有效成分提取物作为研究对象，但对中药单体如何促进骨髓间充质干细胞增殖及各向分化的具体机制尚处于起步阶段。③对经典复方的研究甚少，而中医用药讲究“方从法出，依法制方”。如何进一步探讨经典复方促进骨髓间充质干细胞增殖及诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的机制，有利于指导临床骨科的用药。

因此如何通过经典复方诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的作用研究，能从细胞水平上阐明中医药在诱导骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化的作用机制，使中医药在临床骨科及骨组织工程的研究前沿占有一席之地。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程
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