Traditional Chinese medicine promotes the osteocalcin synthesis of osteoblasts

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2013.11.027

Abstract

Abstract:

BACKGROUND: In vitro culture of osteoblasts and its Chinese medicine intervention is one of the important means for the research and development of osteoporosis treated with traditional Chinese medicine.
OBJECTIVE: To observe the effect of Chinese medicine on the proliferation and differentiation of osteoblasts and the synthesis of osteocalcin.
METHODS: The researches on the effect of different kinds of Chinese medincine-loaded serum on the secretion of osteoblasts and osteocalcin were collected for the data analysis. The effect of traditional Chinese medicine on osteocalcin synthesis of osteoblasts was observed from the level of molecular cell biology.
RESULTS AND CONCLUSION: Some single Chinese herbs and Chinese herbal compounds could promote the proliferation and differentiation of osteoblasts and the synthesis of osteocalcin, and different Chinese medicines had different effects in promoting the proliferation and differentiation of osteoblasts and expression level of osteocalcin, which was positively correlated with the concentration of Chinese medicine-loaded serum. Through screening with the in vitro culture of osteoblasts, the drugs and appropriate dose for promoting the proliferation and differentiation were founded, which could positively promote the development of drugs used for the treatment of osteoporosis.

Key words: tissue construction, tissue construction academic discussion, Chinese medicine, osteoblasts, osteocalcin, osteoporosis, alkaline phosphatase, in vitro high glucose, carboxylation incomplete osteocalcin, extract, drug-containing serum, proliferation, bone mineral density, bone morphogenetic protein, provincial grants-supported paper

CLC Number:

R318

Wei Shuang-ping, Li Meng, Li Rui-yu, Wu Li-ping, Sun Yan-fu, Yan Jun-li. Traditional Chinese medicine promotes the osteocalcin synthesis of osteoblasts[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2013, 17(11): 2083-2090.

Figures/Tables 6

2.1 成骨细胞的起源及骨形成机制成骨细胞起源于多能的骨髓基质的间质细胞，除成骨细胞外，基质细胞还可分化成软骨细胞、成纤维细胞、脂肪细胞或肌细胞。成骨细胞来源谱系有以下几种[15-16]：①骨髓克隆形成单位。②骨祖细胞，可分化成前成骨细胞和前软骨细胞谱系，常位于骨髓腔中，有很强的自身增殖能力。③前成骨细胞，即最近的成骨前体，能定向分化为成骨细胞，具有合成和增殖能力[17-18]。成骨细胞由多能的间充质干细胞在体内的各种调控因素的调节下发展而来，具体就是诱导间质干细胞分化形成骨祖细胞进而形成前成骨细胞[19]。成骨细胞在骨形成过程中要经历成骨细胞增殖，细胞外基质成熟、细胞外基质矿化和成骨细胞凋亡4个阶段。很多因素可调节这几个阶段，从而最终调控骨形成。体外培养的成骨细胞在骨矿化期骨钙素高度增加，此后，骨钙素逐渐降低，与此同时，可观察到胶原酶增加，成骨细胞开始凋亡，并出现代偿性细胞增殖和胶原合成[20-21]。 2.2 骨钙素的生物学特征骨钙素是由成骨细胞生成并特异性分泌的含量最多的非胶原蛋白，比较稳定，不受骨吸收因素的影响，是骨细胞外基质的组成成分，可作为评估骨转换率及骨形成的特异性标志[22-23]。大部分骨钙索沉积在骨基质，小部分分泌进入血循环，血液中骨钙素的浓度可以反映成骨细胞活性，是成骨细胞功能和骨质矿化的特殊标志物，而且在更大程度上反映骨转换[24]。通过血清骨钙素可以了解成骨细胞，特别是新形成的成骨细胞的活动状态，骨钙素值随年龄的变化以及骨更新率的变化而不同，骨更新率越快，骨钙素值越高，反之降低[25]。在骨质疏松症中，绝经后骨质疏松症是高转换型的，所以骨钙素明显升高，老年性骨质疏松症是低转换型的，因而骨钙素升高不明显，故可根据骨钙素的变化情况鉴别骨质疏松症是高转换型还是低转换型[26]。 2.3 传统中药对成骨细胞以及骨钙素合成影响的国内外相关研究分析 2.3.1 传统中药对成骨细胞影响的相关研究分析运用成骨细胞体外培养和中药血清干预实验，研究和发现骨质疏松症治疗药物的方法能客观的阐明中药的药效及作用机理。国内已有文献报道复方中药和单味中药在体内能使患者的骨量增加，骨小梁面积及密度、成骨细胞体密度等增加[27-28]。但体内实验存在许多复杂因素的干扰，不便于直接观察中药的药理作用[29]。为此，在临床研究的基础上国内许多学者采用了体外培养的方法来观察中药血清是否有直接促进成骨细胞增殖和分化作用的影响。单味中药对体外成骨细胞增殖和分化的影响：依据成骨细胞在骨形成中的作用,通过成骨细胞系找到能促进骨形成的物质是开发骨质疏松症治疗药物的重要方法[30]。人们积极寻找疗效确切、不良反应小、作用机制明确的抗骨质疏松症药物。近10余年来，一些研究者尝试性探讨了单味中药和单味中药化学成分的作用，是中医药实验及临床研究的一种新方向。根据传统中医理论，淫羊藿、黄芪等分别为常用的补肾中药，在骨质疏松症的临床治疗中发挥着重要作用，因此，许多学者应用体外细胞培养技术，观察治疗该疾病的几味常用中药对体外培养成骨细胞增殖和分化的影响，以此筛选有确切作用的单味中药并初步探讨中药治疗骨质疏松症的作用机制[31]。国内关于单味中药促进成骨细胞增殖和分化的动物实验研究报道，见表1。"

由检测结果可见，各组与空白组间均有显著差异，但是3种药物不同浓度之间无显著性差异，淫羊藿、女贞子高浓度组较低浓度组促进成骨细胞增殖的作用有上升趋势。淫羊藿有明显的促进体外培养成骨细胞增殖的作用且高浓度作用有明显增强趋势。女贞子在促进成骨细胞增殖方面，女贞子各浓度组较淫羊藿组各浓度显得作用更强，同时其高浓度较低浓度也有作用上升趋势，提示淫羊藿和女贞子在促进成骨细胞增殖方面有可能存在一定的共性。黄芪各浓度与浓度变化无明显关系，高浓度与低浓度相比，作用无增高趋势，提示其作用机制可能不同于淫羊藿和女贞子，值得进一步深入研究。体外成骨细胞培养和中药血清干预实验研究中应该注意的问题：①中药血清药理学存在的问题。为了保证中药血清药理学实验结果与在体实验的一致性，血清供体动物必须进行造模。②体外成骨细胞培养中细胞来源是需要不断完善的关键。对于载药血清的保存问题，周明眉等[49]探讨了载药血清低温保存和血清灭活的影响。研究结果显示载药血清较长时间低温保存后药效均显著较低，血清灭活后使其药效作用有所提高，但无明显差异。因此，提示载药血清进行低温冰冻保存仍影响其药效，进行血清药理学实验以使用新鲜血清和保存时间较短的载药血清为宜。崔晓兰等[50]研究证实，进行体外成骨细胞培养和中药血清干预实验时宜使用新鲜或保存时间较短的载药血清。而对于体外实验中如何确立载药血清的添加量，使之既要避免高浓度血清对成骨细胞的毒副作用，又要使载药血清的浓度接近于血药浓度，以便较客观的反映中药药效是十分有必要的。体外成骨细胞培养的问题[51-52]：①细胞的来源。不同种属或同一种属不同年龄段，以及取材部位的不同均可导致体外成骨细胞培养和中药血清干预实验结果不一致。②实验方法。培养方法的不同，例如酶消化法可获得大量细胞，便于培养细胞浓度的调整，但操作方法较复杂，酶处理后对细胞膜表面受体和抗原成分有损坏，影响了培养细胞的贴壁和成活率，故需要掌握合适的消化时间。组织块培养法可靠简便，且所得细胞较纯，但细胞产出率低，一定程度上限制了它的应用。 2.3.2 中药对成骨细胞骨钙素分泌的影响中药对成骨细胞骨钙素分泌影响的相关实验研究分析：既往研究曾用中药作用于骨质疏松症的动物模型，骨生物力学检测证实可增加骨的强度，骨密度检测和骨形态计量学证明可增加骨密度，提高骨骼抵抗外力的能力[53]。由于成骨细胞分泌的骨钙素主要生理功能是保持骨的正常矿化和抑制由于异常的羟磷灰石结晶沉积所致的生长软骨矿化加速。因此，近年来以防止骨质疏松症为目的探讨各种中药对成骨细胞作用、骨钙素合成的影响研究极为活跃[54]。中药对成骨细胞分泌骨钙素的影响，见表5。"

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