◇综述与讲座◇
摘要激素性股骨头坏死（steroid-induced avas-
cular necrosis of the femoral head ，SANFH ）是临床上常见的疑难杂症，其致残率高、预后差的特点，严重威胁了人类的健康。SANFH 的发病机制十分复杂，但现在越来越多的研究表明，大量的糖皮质激素会导致骨组织细胞的线粒体功能异常，发生氧化应激、线粒体自噬、以及线粒体动力学改变，导致细胞受损或死亡，进而导致股骨头内骨代谢失衡、血流异常，加速了SANFH 的发生发展。中药有着安全性高、副作用少等优点，在SANFH 的中有着良好的疗效。中药复方、单味中药和中药活性成分可以通过直接或间接地调控相应的信号通路中关键分子表达，多靶点改善线粒体功能，显著防治SANFH 的发生发展，受到了学者们的广泛关注。该文综述了SANFH 与线粒体功能之间的关系，以及中药通过调控线粒体功能来防治SANFH 的作用机制，以期为临床应用中药调控线粒体功能来SANFH 提供一定的思路与方法。关键词
激素性股骨头坏死；线粒体功能障碍；
中药；综述
中图分类号：R816.8；Q731
文献标志码：A
文章编号：1009-2501(2023)06-0688-09doi ：10.12092/j.issn.1009-2501.2023.06.012
激素性股骨头坏死（steroid-induced avascu-lar necrosis of the femoral head ，SANFH ）是一种常见的疑难病症，其早期发病隐匿且病程进展迅速，该病致残率高、预后差。长期或大量使用糖皮质激素（GC ）是造成本病的主要原因，GC 可通过多种途径导致骨代谢异常、股骨头血液供应受阻、脂代谢紊乱。据流行病学调查显示，SANFH 发生率约24.7%～34.6%，并呈逐年上涨趋势［1］。SANFH 具有高致残率、低治愈率的特点，为我国的医疗保健系统带来不小的负担。线粒体是细胞内主要的能量中心，是产生ATP 能量的重要场所。它们在细胞质中以动态网络的形式存在，会根据细胞的需要调整能量产生。线粒体不仅能产生ATP ，它也能参与调控细胞内各种信号的转导过程、维持Ca 2+稳态、调控细胞凋亡、以及产生
活性氧（reactive oxygen species ，ROS ）［2］
等。线粒
体功能主要包括线粒体氧化应激、线粒体动力学、线粒体自噬，是维持细胞内稳态的重要内源性机制。其功能异常对SANFH 的发生发展有着重要影响。
中药防治SANFH 是现在社会研究的热点。作为中国传统医药的重要组成部分，单味中药、中药复方及中药有效成分都具有多通路、多靶点，副作用小等特点，在控制病程方面有一定的优势。新近研究发现，中药及其中的有效成分对线粒体功能异常有调节作用，可能为SANFH
2022-11-15收稿2023-03-01修回
国家自然科学基金项目（81860859，82160915）；甘肃中医药大学研究生创新基金（2023CX06）胡康一，女，硕士研究生，研究方向：中医药骨病的研究。E-mail ：曹林忠，通信作者，男，硕士研究生，教授、研究生导师、主任医师，研究方向：中医药防治骨关节疾病的临床与基础研究。E-mail：基于线粒体功能障碍探讨中药防治激素性股骨头坏死的
基础研究进展
胡康一1，曹林忠1，2
，万超超1，尚征亚1，杨小瑞1，张勇杰1
1
甘肃中医药大学；
2
甘肃中医药大学附属医院老年骨科，兰州730000，甘肃
中国临床药理学与学
中国药理学会主办
CN 34-1206/R ，ISSN 1009-2501
www.cjcpt 2023Jun;28(6):688-696
·
·688
的新靶点。本文将从线粒体功能异常在SANFH 中的作用机制出发，结合中药线粒体功能异常中的基础研究做一综述，为SANFH临床防治奠定理论基础。
1SANFH中的线粒体功能异常
线粒体功能障碍多指线粒体通透性转变孔（mitochondria permeability transition pore，mPTP）开放，导致线粒体通透性转变以及氧化应激增加，线粒体自噬水平降低、mt DNA氧化损害致线粒体生物合成降低，进一步加重线粒体功能障碍，最终导致细胞程序性死亡［3］。SANFH是因为GC的长期或大剂量的不规范使用而导致股骨头缺血性坏死，其发病机制学说多种多样，骨代谢失衡是其中重要的学说之一。SANFH病变过程中会出现骨重建失衡、骨髓间充质干细胞（BM-SCs）自身传代能力和成脂分化能力失衡、成骨细胞（OB）和破骨细胞（OC）出现不同程度的细胞程序性死亡。而这些骨细胞的功能失衡及死亡都和线粒体功能障碍有关［4-6］。长期使用GCs会导致ROS生成过度增加、对细胞死亡和端粒磨损的敏感性增加、线粒体动力学障碍等一系列线粒体功能障碍［7］，而这些均会导致骨细胞凋亡、骨代谢失衡、血流异常的发生，继而加重SANFH的发生发展。
1.1线粒体氧化应激对SANFH的调控线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）会产生ROS，而大量的ROS 堆积在线粒体内会打破氧化-抗氧化平衡，引发氧化应激［8］。氧化应激中的ROS会导致线粒体内由内源性抗氧化剂超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）以及许多小分子抗氧化剂组成的抗氧化防御系统遭到破坏，产生更多的ROS，进而导致线粒体膜电位紊乱、影响线粒体呼吸链酶的活性以及膜的通透性，造成氧化应激的恶性循环，最终导致线粒体功能障碍，引起细胞损伤或死亡。在SANFH中的线粒体受到高剂量的GCs刺激后，会增加BM-SCs以及OB中的ROS水平，降低SOD、GSH-Px等抗氧化剂的含量，刺激氧化应激的发生，通过抑制经典成骨Wnt/β-catenin、
MAPK等信号通路进而导致BMSCs、OB的功能及细胞活力受损［9］。同时，ROS的堆积会刺激OPG-RANK-RANKL、核转录
因子-κB等通路，加快OC的分化成熟与增殖［10］，最终使得骨代谢失衡。
Fang等［11］研究发现，在高浓度的GCs确实能引发BMSCs中ROS水平上升，导致BMSCs凋亡增加，同时使BMSCs向着成脂分化增多，而在使用了青蒿素预处理的BMSCs中，发现青蒿素可以抑制细胞中线粒体膜电位下降以及ROS水平升高，同时逆转了BMSCs的成脂分化。Bai等［12］发现在大剂量的地塞米松刺激下，OB中的ROS含量激增，并伴随了OB凋亡增加，但在ROS清除剂NAC （N-乙酰基-L-半胱氨酸）的干预下，可以增加OB 的活性，诱导BMSCs的成骨分化，并且可以逆转由氧化应激所引起的OB凋亡。与OB相反的是，过多的ROS会使OC过度活跃。ROS通过调节RANKL受体激活剂信号传导，在OC的形成和功能中起着重要作用，而抗氧化剂的使用则会降低OC的活性，防治骨质流失［13］。Lee等［14］发现，用银杏内酯B可以降低ROS水平，抑制OC的形成，显著改善了GCs诱导骨质疏松小鼠模型中的骨量。除了影响SANFH中骨代谢水平之外，ROS亦对血管有着重要调控作用。GCs引起大量的ROS 生成，作用于血管内皮细胞，使其损伤或死亡，导致血液循坏障碍，阻碍骨小梁的血供［15］，促进股骨头缺血性坏死。
综上所述，线粒体氧化应激产生的大量ROS 会导致成骨分化降低、骨生成减少、骨破坏增加，以及血管
损伤。此外，ROS还能通过PI3K/AKT、ATF等信号通路，参与SANFH的发生发展。这些研究表明线粒体氧化应激可能成为SANFH的潜在靶点。
1.2线粒体自噬对SANFH的调控线粒体自噬可以选择性吞噬细胞内损伤或功能异常的线粒体。线粒体自噬一是通过PTEN诱导假定激酶1（PTEN induced putative kinase1，PINK1）/泛素化连接酶Parkin，使自噬因子（ATG）与自噬小体结合。二是泛素接头蛋白与微管相关蛋白1轻链3（microtubule-associated protein1light chain3，LC3）结合形成自噬小体。三是通过B细胞淋巴瘤2（Bcl2）/腺病毒E1B19kDa蛋白相互作用蛋白3（BNIP3）-nix和FUN14结构域1（FUNDC1）通路清除受损的线粒体，维持细胞内的稳态。但无论线粒体自噬功能是降低或是升高，都会导致细胞凋
亡或衰老［16］。在SANFH中，GCs导致大量的ROS 产生，破坏线粒体功能，使线粒体自噬水平降低，受损线粒体大量堆积，诱导细胞凋亡。
研究发现，在SANFH模型BMSCs中ROS水平随着受损线粒体的含量增加，最后诱导BMSCs凋亡。同时，干细胞中P21和P16等衰老蛋白含量也显著增加，BMSCs表现出应激性衰老，这与线粒体功能障碍、自噬水平下降有关。而通过调控线粒体自噬中的相关蛋白分子P53和Parkin可以增强线粒体自噬，使BMSCs能够有效抵抗应激性凋亡和衰老［17］。糖皮质激素地塞米松通过下调自噬和线粒体自噬标志物LC3-II、PINK1、Parkin的表达来调节OB的自噬和线粒体自噬。这导致了体外OB分化和矿化功能的
抑制［18］。另一方面，在线粒体自噬中发挥重要作用的PARK2蛋白过表达可以促进OC的形成，而在炎症性骨侵蚀模型中用PARK2基因抑制剂则可显著降低OC的形成［19］。同时，线粒体自噬关键因子ULK1的缺失会减弱线粒体噬细胞的能力，导致NLRP3炎症小体的激活，引起可溶性细胞因子的异常分泌，进而促进破骨细胞的分化和成熟［20］。
以上研究均可见，线粒体自噬功能正常，是防治骨代谢异常进而导致SANFH发生发展的一种潜在策略。
1.3线粒体动力学功能对SANFH的调控线粒体动力学是指在相关蛋白质的调控下，线粒体不断进行融合及分裂的过程。通过调控线粒体动力相关蛋白1（Drp1），线粒体分裂蛋白1（mito-chondrial fission protein1，Fist）以及线粒体融合蛋白1（mitofusins1，Mfn1）、线粒体融合蛋白2（mitofusins2，Mfn2）和视神经萎缩蛋白1（optic atrophy1，OPA1）来调节线粒体的分裂与融合，能有效控制线粒体动力学稳态［21］。
但当大量的GCs刺激细胞线粒体时，这种动态平衡就会被打破，研究表明［22］地塞米松会导致细胞中与线粒体分裂有关的蛋白Drp1，pDrp1，FIS1与线粒体融合相关的蛋白OPA1和Mfn2发生异常变化，导致线粒体动力学障碍。线粒体分裂与融合平衡被破坏，引起线粒体功能异常，ATP生成减少，ROS大量堆积，进而激活下游信号级联反应，造成BMSCs和OB功能异常、成骨减少、OC活性增强，骨代谢失衡，导致股骨头塌陷坏死。Ma 等［23］通过对地塞米松诱导的人骨BMSCs进行线粒体动力学的检测，
发现线粒体融合指标Mfn1、Mfn2减少、线粒体分裂指标FIS1增加，导致线粒体动力障碍，使BMSCs成骨减少、脂肪生成增加。Hsu等［24］发现在长时间GCs的处理后的小鼠OB 中，Drp1和FIS1蛋白含量明显增高，线粒体裂变增强，线粒体动力学失衡，进而促进OB凋亡的发生。
不少研究都证实线粒体功能与SANFH密切相关，但线粒体动力学异常在激素诱导的股骨坏死中相关机制研究有效，基于线粒体动力学对线粒体功能的重要性以及线粒体对SANFH的重要调控作用，从线粒体动力学的角度去调控SANFH 的发生发展，将会受到广大学者的关注。
2中药调控线粒体功能防治SANFH的基础研究进展
SANFH在中医隶属“骨蚀”、“骨痹”、“骨萎”等范畴，其发生与“肾虚、痰湿、血瘀”病理机制密切相关。肾虚是根本，痰湿是主要病机、而血瘀则既是致病因素又是病理产物。药邪GCs大量耗损肾精，肾阳无以生化，则水湿为患；肾气亏虚，脾胃无先天气化资助，脾失健运，痰湿蕴结，阻碍气血运行，痰湿血瘀互结于骨骸，骨肉不相亲，乃至骨枯髓空［25］。
因此“肾虚、痰湿、血瘀”皆是SANFH的重要靶点。故中药SANFH主要以补肾活血、祛痰通络的药物为主。线粒体是人体能量来源，与中医学中之“气化”概念相似，肾乃先天之本，肾气阴阳以养脏腑、生髓化血。气顺精通，神机乃立。故中药补肾活血、祛痰通络之品SAN-FH有效，线粒体可能是重要作用靶点之一。
2.1中药调控线粒体氧化应激防治SANFH线粒体氧化应激产生的大量ROS，不仅对骨代谢有着调控作用，还对血管内皮因子起着重要作用，这些都是SANFH发生的重要机制。中药通过Wnt/β-catenin、MAPK、核转录因子κB、GSK3β-Nrf2、RANKL-RANK、PI3K/AKT等通路，多靶点去调控线粒体氧化应激，抑制ROS的生成可有效防治SANFH。
中药提取物淫羊藿苷［26］可以降低SANFH患者BMSCs中升高的ROS、同时增加氧化应激相关
基因SOD的转录，促进骨钙素（Runx2）转录，增强了BMSCs的活性以及成骨分化，进而防治SANFH 发生发展；姜黄素［27］可以降低线粒体氧化状态、改善线粒体膜电位和功能，增加GSK-3β含量，激活Akt-GSK3β信号通路，也可以中和过多的ROS，下调p-38MARK蛋白含量，激活Wnt/β-catenin通路，改善氧化应激诱导的OB凋亡；虎杖苷［28］可通过上调β-Catenin蛋白和mRNA表达，降低GSK-3β蛋白和mRNA的表达，激活Wnt/β-catenin通路，调控成骨效果。柚皮苷［29］可以降低ONFH模型中BMSCs中氧化应激水平，调控细胞自噬，恢复了BMSCs成骨/成脂分化平衡；葛根素［30］可以通过下调TRAF6/ROS依赖性的MAPK/NF-κB信号通路，进而抑制OC形成，减少骨丢失［31］。同时能激活PI3K/Akt信号通路，恢复被抑制的血管新生，重建股骨头区域血液循环，延缓骨坏死，促进新骨生成；黄芪甲苷［32］可以通过FoxO3a/Wnt2/β-catenin通路，升高CAT、SOD、GSH-Px水平，降低骨组织中的氧化应激；三七皂苷［33］通过阻断JNK信号通路的激活，减低氧化应激诱导产生的ROS，恢复线粒体膜电位，恢复成骨细胞的成骨分化；川芎［34］可通过抑制MAPK信号通路的表达，下调p-ERK/ERK
、p-JNK/JNK和p-P38/P38蛋白，减少RANKL诱导的OC形成，增强了骨量；人参皂苷［35］具有抗氧化活性，可抑制成骨细胞中ROS生产水平，提高BMP-2/Runx2信号通路调控的成骨标志物，促进OB成骨分化；骨碎补总黄酮［36］可通过PI3K/AKt通路的激活，降低RANKL表达、ROS水平，增加血管内皮因子（VEGF）、RUNX2、OPG、骨钙素（OCN）表达，减轻SANFH大鼠的病理变化；丹参酮［37-38］可以减低OB中ROS的含量，抑制氧化应激，同时抑制NF-κB、TNF-α的生成，激活Nrf2通路，保护OB分化，有效SANFH；断续皂苷［39］可以提高β-catenin、Runx2及OCN的表达，提高BMSCs成骨分化。
此外，中药复方也可调控线粒体氧化应激水平。右归丸［40］为温补肾阳经典方，可以上调OCN、β-catenin促进骨形成，亦可逆转SANFH中GSK-3β的下调，也可有效抑制RANKL诱导的OC 分化、促进OB的形成；桃红四物汤［41］为补肾活血化瘀经典方，可通过RANK/RANKL/OPG通路，上调OPG和RANKL比值，抑制OC的生成进而防治骨吸收过度；温阳补肾汤［42］可在SANFH模型下调RANK、RANKL蛋白的表达，上调OPG、VEGF的表达，有效SANFH；补肾活血汤［43］亦可以通过改善氧化应激，调节Wnt/β-catenin通路，上调SANFH大鼠股骨头组织中Wnt10b、β-Catenin蛋白含量，有效防治SANFH（表1）。
表1中药成分调节线粒体氧化应激SANFH的干预指标
Tab.1Chinese medicine components regulate the intervention index of mitochondrial oxidative stress in SANFH treatment
淫羊藿苷
姜黄素
虎杖苷
柚皮苷
葛根素
黄芪甲苷
三七皂苷
川芎
人参皂苷骨碎补总黄酮淫羊藿
姜黄
虎杖
骨碎补
葛根
黄芪
三七
川芎
人参
骨碎补
肾、肝
肝、脾
肝、胆、肺
肾、肝
肺、胃
脾、肺
肝、胃
肝、胆、心包
脾、肺
肾、肝
SOD、GSH-Px活性、Runx2↑；ROS↓
GSK-3β、线粒体膜电位和功能、SOD↑；ROS、p-38
MARK蛋白↑；Wnt/β-catenin通路、Akt-GSK3β通路
β-Catenin蛋白↑；GSK-3β蛋白↓；Wnt/β-catenin通路
成骨成脂分化↑；LC3-II、ROS↓
VEGF、NO↑；ROS、OC数量↓；MAPK/NF-κB通路、
PI3K/Akt通路
CAT、SOD、GSH-Px↑；ROS↓；FoxO3a/Wnt2/β-catenin
通路
SOD、线粒体膜电位↑；ROS↓；JNK通路
ERK、JNK、P38蛋白、OC数量↓；MAPK通路
BMP-2、Runx2↑；ROS↓；BMP-2/Runx2通路
VEGF、RUNX2、OPG、OCN↑；ROS、RANKL↓；PI3K/AKT
通路
有效成分/方剂组方来源/方剂归经干预指标
丹参酮
断续皂苷
熟地黄、附子、肉桂、山药、山茱萸、菟丝子、鹿角胶、枸杞子、当归、杜仲
当归、熟地、川芎、白芍、桃仁、红花
淫羊藿、骨碎补、补骨脂、牛膝、熟地黄、杜仲、山药、枸杞子、当归、山茱萸、炙甘草
reactive是什么药
鹿角胶、土鳖虫、三七、黄芪、牛膝、丹参、当归、菟丝子、女贞子、甘草
丹参
断续
右归丸
桃红四物汤
温阳补肾汤
补肾活血汤
心、肝
肝、肾
-
-
-
-
NF-κB、TNF-α、ROS↓；Nrf2通路
β-catenin、Runx2、OCN↑；Wnt/β-catenin通路
GSK-3β↑；OCN、β-catenin、RANKL↓
OPG、OB数量↑；RANKL、OC数量↓；RANK/RANKL/
OPG通路
OPG、VEGF↑；RANK、RANKL↓
Wnt10b、β-Catenin↑；Wnt/β-catenin通路
续表1
有效成分/方剂组方来源/方剂归经干预指标
2.2中药调控线粒体自噬防治SANFH线粒体自噬主要由PINK1/Parkin信号通路、PI3K/AKT/ mTOR等信号通路调节，调节与自噬有关信号通路和Atg5、Beclin-1等自噬蛋白分子对SANFH的防治有着重要作用。
白藜芦醇［44］可以通过调控SIRT1和PI3K/AKT/ mTOR信号通路增强自噬来保护骨质疏松模型中的OB，也可以抑制OC的分化［45］；红景天苷［46］通过激活PI3K/Akt信号通路和下调OB中caspase-3表达来缓解地塞米松诱导的OB凋亡。同时红景天苷在大鼠SANFH模型中也可通过减少空腔隙的百分比来预防SANFH；虎杖苷［47］能调控PINK1-Parkin 通路来使软骨细胞免受线粒体功能障碍和凋亡的影响；淫羊藿苷［48］能提高自噬小体ULK1、FIP200、ATG13蛋白水平，增强成骨细胞中成骨分化标志物Collagen I、OPN、OCN、Runx2的表达，并且淫羊藿苷可以通过调节PI3K/AKT/mTOR信号通路，促
进BMSCs的生长和成骨分化［49］；姜黄素［50］通过抑制Akt/mTOR通路，上调自噬调控因子LC3和Be-clin-1来增强自噬，来骨关节炎；葛根素［51］通过促进成骨分化蛋白矮小相关转录因子2（RUNX 2）、骨保护素（OPG）和自噬相关蛋白LC3-Ⅱ、Be-clin-1的表达来调节OB的成骨分化。
中药复方三补一活方［52］用淫羊藿为君，骨碎补为臣，补骨脂，川芎为佐使，在家兔SANFH中通过上调自噬相关蛋白Beclin-1、Atg5的含量、下调凋亡相关因子caspase-3，可以促进细胞自噬、抑制细胞凋亡、恢复受损细胞，减少空骨陷窝率，来延缓骨坏死进程；右归饮［53］在SANFH大鼠模型中，上调了自噬蛋白LC3II、P53及Beclin-1表达，且上调作用呈剂量依赖性，提高了BMSCs自噬表达，使成骨分化增加，延缓了SANFH的发展；骨痹通消颗粒可补肾活血、通络开痹，通过调控自噬与凋亡的交叉因子Bcl-2，下调Beclin-1及Bax的表达量，有效减少细胞自噬及凋亡，从而发挥SANHF的作用（表2）。
2.3中药调控线粒体动力学防治SANFH中药通过多途径调控线粒体分裂和融合相关蛋白因子Drp1、Mfn1、Mfn2、OPA1等，改善线粒体动力学异常，可有效防治SANFH。淫羊藿苷［54］增加线粒体裂变蛋白FIS1、DRP1、MFN2的表达，逆转BM-SCs凋亡的同时还能恢复正常的成骨成脂分化能力；丹酚酸［23］可以通过清除BMSCs中因GCS引起的过量ROS，来恢复线粒体动力学功能促进成骨。姜黄素［55］通过上调OPA1和下调Drp1表达，恢复线粒体内稳态，抑制caspase-3凋亡通路减少细胞凋亡；白藜芦醇［56］可下调细胞内Drp1的含量，Drp1的抑制能有效减弱OB氧化应激介导的功能障碍，促进
成骨，减少骨丢失；和厚朴酚［57］、丹参酮［58］、川断续皂苷、人参皂苷皆［59］可通过下调Drp1及相关裂变蛋白及通路，使线粒体裂变减少，氧化应激降低、ROS减少，使细胞凋亡减轻。

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