人参果有效单体提纯及治疗骨质疏松假体松动的机制研究

Increasing number of senior patients have been subjected to THA as aging population becoming a potential problematic. But the therapeutic effect of THA is limited because of the short shelf-life of transplated prosthesis. Many patients are suffering joint revision or further joint replacement, which causes serious burden to both family and society. To extend shelf-life of artificial joint is the key issue in order to improve treatment efficentcy. Recently, preventing aseptic loosening provides a new insight for artificial joint regeneration. Extract from natural medine have declared its safety and efficiency in scales of study. Results from our previous studies showed extracts of solanum muricatum can inhibit resorption activity of osteoclast. In this study, we would like to separate and purify monomers from solanum muricatum and test the depressant effect of osteoclastogenesis and resorption activity in vitro. The mechanism of such function will be further investigated. In addition, animal model will be introduced to determine if monomers can reduce the wearing particles loosening and promote bone-prosthesis osseointegration in vivo. This study can provide a new strategy to patients with osteoporosis to prevent aseptic loosening of artificial joints.

随着社会老龄化，因关节退行性改变需行关节置换术的患者越来越多；但假体使用存在一定的年限，一些寿命长的患者常需行关节翻修来更换松动的假体以维持关节功能。因此，对老年患者而言如能延长假体使用寿命数年甚至数月，往往便可避免假体翻修术，无论对社会保障体系还是家庭个人均有重大意义。增加假体-骨整合和减少假体磨损颗粒引发的无菌性松动是目前较为有效的手段。基于植物提取物安全有效的优点，课题组在筛选并证实人参果茎果粗提物具有抑制破骨细胞功能及抑制颗粒引发骨溶解等的基础上；为进一步深化该研究，拟对该粗提物进行分离纯化，通过体外细胞研究获得具有抑制破骨细胞功能的有效单体，并进行相关机制研究；同时，通过体内研究去验证其降低假体磨损颗粒引起的松动，及促进假体-骨整合的能力；该项目的实施将为老年骨质疏松患者的假体松动提供较为安全的预防和治疗新手段。

人工关节置换是治疗严重骨关节疾病的有效方法，但后期假体无菌性松动是导致治疗失败的主要原因。促进假体-骨整合与减少骨溶解是改善关节置换预后的重要途径和目标。人参果（SM）作为一种食物，富含蛋白质、不饱和脂肪酸、多糖等，有研究表明人参果具有抗肿瘤、抗糖尿病、抗氧化、抗炎等作用。前期实验显示SM粗提物可有效抑制由MCSF/RANKL诱导的破骨细胞活性。按照计划，首先对SM进行了提纯及检测，得到的单体包括槲皮素、阿魏酸等，但每种单体的单独作用及单体间的协同作用尚未展开研究。体外实验以大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）和破骨细胞为研究对象，使用SM提取物对其进行干预。结果显示：SM提取物具有良好的细胞安全性；在中、高剂量SM提取物组的作用下，BMSCs的矿化结节数量、ALP活性、OPN和Col I mRNA表达明显增加，BMSCs中Runx2，BMP4，β-catenin，Cyclin D1 mRNA和蛋白表达也有所增加，表明其可能通过激活Wnt和BMP信号通路促进BMSCs成骨分化；同时，SM提取物可通过抑制ERK磷酸化和p38磷酸化通路，抑制大鼠破骨细胞分化。进一步的研究以成骨不全（OI）小鼠和骨质疏松小鼠为对象，结果显示：SM提取物能够改善OI小鼠骨体积分数、骨小梁数量、骨小梁厚度、骨连接密度等骨小梁微结构参数，通过刺激Ⅰ型胶原蛋白合成、抑制其降解改善OI小鼠症状；给予高浓度SM提取物后，骨质疏松小鼠的骨量有所恢复，骨小梁数量和骨小梁厚度均有所上升，提示SM提取物对骨质疏松有一定的治疗作用，但其具体作用机制未能完全揭示。已完成的实验及发表的论文结果显示，人参果作为一种天然植物，安全性较高，其提取物具有一定的促进成骨和抑制破骨的作用。该研究为天然提取物实际应用于临床提供了一定的基础理论依据，也为骨科新型中药的研究开发提供了一个新的可能模式。