蛇床子素/壳聚糖衍生物“相须”为伍抗骨质疏松的靶向效应及机制研究

Based on the theory of "homology of herbs and food", "mutual promotion" and "bone-targeted", the project plans to synthesize a new hydrophilic compound named NSC-OST, with water soluble chitosan derivatives(NSC), and apply hydroxyapatite adsorption experiment in vitro and distribution experiment in vivo (with RP-HPLC) to verify the NSC-OST bone targeting property, aiming at solving the major drawbacks of osthole (tough absorption and weak water solubility). The early study in vitro had clearly certificated the NSC-OST's promotion on osteoblast differentiation and osteogenesis effect. We will optimize the preparation scheme and analyze the anti-osteoporosis effect of NSC-OST depending on the change of bone mineral density, bone microstructure, bone metabolic factors and so on, and observe histomorphology changes of gonad relevant organs (uterus, vagina, breast) of OVX rats, and evaluate the safety of the NSC-OST. In this project, we intend to analyze the effect of the optimized NSC-OST on Wnt/β-catenin-BMP signal pathway and endoplasmic reticulum stress response in osteoblasts, which are pathways related to bone formation, and reveal the possible molecular mechanism of NSC-OST's anti-osteoporosis effect on osteoblast differentiation and bone formation. We expect to put forward a new interpretation of "mutual promotion" and provide the experimental basis for developing new anti-osteoporosis bone-targeted medicine.

基于"药食同源"、"相须"理论与"骨靶向"理念，针对蛇床子素（OST）难以吸收、水溶性差等缺陷，拟以对骨组织有强亲和力的壳聚糖衍生物（NSC）为载体，合成新型NSC-OST生物胶束，采用体外羟基磷灰石吸附及体内分布实验（RP-HPLC）验证NSC-OST的骨靶向性。在前期初步明确NSC-OST促成骨细胞分化及成骨效应的基础上，进一步优化NSC-OST的制备工艺，体内、体外系统分析NSC-OST对骨密度、骨微结构、骨代谢因子等骨质疏松药效指标的改善作用，并观察去卵巢大鼠性腺相关器官（子宫、阴道、乳腺）组织形态的变化，探讨NSC-OST的安全性，重点分析优化后的NSC-OST对介导骨形成相关的经典信号通路Wnt/β-catenin-BMP及成骨细胞内质网应激反应调控网络的影响，多角度研究其促成骨分化及骨形成的可能分子机制，揭示中医"相须"理论的内涵，为研发新型抗骨质疏松靶向药物提供实验基础。

骨质疏松症严重威胁中老年人健康，发病率逐年上升，中医药凭借多靶点、低副反应的优势越来越受到重视。处方分析显示蛇床子常被用于骨质疏松症的防治，其主要活性成分为蛇床子素（Osthole, OST），诸多基础研究已证实OST具有一定的抗骨质疏松效应。然而，OST难溶于水，加上骨组织硬度大、血流量低、渗透性差的特点，OST难以顺利到达骨基质。为解决这一问题，我们基于“药食同源”、“相须”理论与“骨靶向”理念，创造性地制备与表征了理化性质稳定的新型“骨靶向”药物——蛇床子素壳聚糖衍生物（NSC-OST）胶束，成功解决了OST水溶性差、难以吸收等问题，并运用体外羟基磷灰石吸附及体内分布实验（RP-HPLC）验证了NSC-OST胶束的骨靶向性，证实OST可以顺利到达骨组织。为进一步明确NSC-OST对成骨细胞介导的骨形成与破骨细胞介导的骨吸收的药理作用以及对去势大鼠骨骼系统的生物效应，我们运用CCK-8/Western Blot/Real-time PCR/ IF/IHC/FCM等多种实验技术进行了深入研究。通过研究发现，NSC-OST可通过激活成骨细胞BMP信号促进成骨细胞分化，其促骨形成效果还与激活Wnt/β-catenin信号通路与ERS信号网络有关，且效果优于OST。NSC-OST还可抑制RANKL诱导的破骨细胞的分化以及骨吸收活性的发挥，一定程度上促进了破骨细胞的凋亡，并抑制TRAP等破骨特异分子的表达，且NSC-OST的抑制效果更为明显。体内实验结果也显示：NSC-OST可从骨密度、骨微结构、骨代谢因子、生物力学等骨质疏松药效指标多角度证实其抗骨质疏松效应，相关结果与体外实验结果表现出良好的一致性。这些结果从多角度阐述了NSC-OST干预骨形成及骨吸收相关的可能分子机制，揭示了中医经典的“相须”理论和“药食同源”理念的内涵，为骨靶向性抗骨质疏松药物的研发及相关应用提供了依据，具有重要的学术价值和临床应用前景。