仙茅苯甲酸酯类酚苷介导FoxO1信号通路保护成骨细胞氧化损伤的作用及机制研究

Increased ROS generation, which results from aging and estrogen deficiency, is the important causative factor for the incidence of osteoporosis. Curculigins rhizoma has the activity of immunomodulation, antioxidation and antiosteoporosis. Our previous investigation showed that benzylbenzoate glucosides from Curculigins rhizoma increased the bone density of femurs and the activity of antioxidant enzymes, and decreased the content of MDA in bone tissue of ovariectomized rats. Further study found that curculigoside prevents hydrogen peroxide-induced dysfunction and oxidative damage in calvarial osteoblasts, and activate the expression of antioxidant enzyme SOD and transcriptional factor FoxO1. In this project, we use oxidative osteoporotic mice induced with iron overload, calvarial osteoblast from new born rats and murine MC3T3-E1 osteoblast as animal or cell models to observe the effects of benzylbenzoate glucosides from Curculigins rhizoma on bone metabolism of oxidative osteoporotic mice, and formation, differentiation, function and antioxidant enzyme activity of osteoblast treated with H2O2, explore the protective mechanism of benzylbenzoate glucosides from Curculigins rhizoma on oxidative damage of osteoblast by mediating FoxO1 pathway, and finally elucidate the scientific connotation of prevention and treatment osteoporosis of antiaging traditional Chinese medicine Curculigins rhizoma.

衰老和雌激素缺失导致的活性氧ROS生成增多是骨质疏松症发生的重要因素。中药仙茅具有调节免疫、抗氧化和抗骨质疏松等作用。前期研究发现仙茅苯甲酸酯类酚苷能够增加去卵巢骨质疏松大鼠的骨密度和骨组织中抗氧化酶SOD、CAT和GSHpx的活性，降低脂质过氧化产物MDA的含量。仙茅苷能够保护H2O2损伤的成骨细胞的功能，激活成骨细胞抗氧化酶SOD和转录因子FoxO1的表达。本课题以铁超载诱导的氧化应激骨质疏松小鼠、新生大鼠颅盖骨成骨细胞和小鼠MC3T3-E1成骨细胞为模型，观察仙茅苯甲酸酯类酚苷对氧化应激骨质疏松小鼠骨代谢的影响，对H2O2刺激的成骨的形成、分化、功能和抗氧化酶活性的影响，探讨其介导FoxO1通路保护成骨细胞氧化损伤的机制，揭示抗衰老中药仙茅防治骨质疏松症的科学内涵。

骨质疏松症是以骨微细结构破坏和骨量减少为特征的全身性骨代谢疾病，可导致骨脆性和骨折风险性增加。随着机体的衰老，活性氧ROS的形成增多，过量ROS引起破骨细胞骨吸收增加，成骨细胞骨形成减少，造成骨量丢失和骨质疏松症的发生。中药仙茅来源于石蒜科植物仙茅Curculigo orchioides Gaertn的干燥根茎，具有强筋骨、抗衰老、益精血的作用。仙茅苯甲酸酯类酚苷，如仙茅苷，能够增加氧化损伤的成骨细胞的形成、分化和骨矿化结节的形成，但其深入的机制尚不清楚。.本研究发现在铁超载诱导氧化应激的小鼠骨丢失模型中，仙茅苯甲酸酯类总酚苷和仙茅苷能够降低机体的氧化应激状态，改善骨组织结构和骨骼的生物力学性能。在铁超载诱导氧化损伤的成骨细胞模型中，仙茅苷可增加成骨细胞I型胶原、骨钙素以及Runx2的表达，促进氧化应激状态下成骨细胞骨形成作用，调控成骨细胞抗氧化酶上游调控蛋白FoxO1水平及其在细胞质和细胞核内的分布，提高抗氧化酶活性，抑制氧化应激标志蛋白P66磷酸化，促进成骨细胞的自噬，抑制成骨细胞的凋亡，从而对抗氧化应激对成骨细胞功能的损伤。在H2O2损伤的成骨细胞模型中，仙茅苷还通过上调FoxO1a及其靶基因SOD的表达；增加FoxO1a在细胞核的表达，促进细胞核中FoxO1a与ATF4因子的相互作用，减缓氧化应激对成骨细胞的损伤，增加成骨细胞的骨形成作用。β-淀粉样蛋白沉积引起的氧化应激也是继发性骨质疏松的重要致病因素。在转基因的APP/PS1小鼠模型中，仙茅苷可降低脑和股骨中Aβ的沉积，增加抗氧化酶的活性，改善Aβ沉积引起的记忆损伤和骨组织结构及生物力学性能。这些研究结果阐明了仙茅苯甲酸酯类酚苷对氧化应激导致骨丢失的保护作用和机制，为临床上将仙茅用于骨质疏松症的防治及仙茅药材的开发利用提供了科学的依据。