丹参素及其骨靶向制剂通过调控FoxO/Wnt抑制氧化应激介导骨质疏松的作用及机制

Osteoporosis is highly linked to oxidative stress (OS) induced bone impariment, but no available medications are specific dealed with OS related osteoporosis. Recently studies demonstrated that FoxO/Wnt/β-catenin plays important role in regulation of OS related bone loss. Our previuos study found that the antioxdant compounds of tanshinol （i.e. Danshensu） and salvianolic acid B from Danshen prevented glucocorticoid-induced osteoporosis in rats, through up-relulating Wnt signaling. However, the mechanism of actions of the drugs interfere with OS mediated FoxO/Wnt alteration has not been established. It is known that the molecular structure of tanshinol and salvianolic acid B cantain polyphenolic compounds which is easy oxygenated and rare distribute to bone tissue. In this projet, we will design a salvianolic acid bone targeting liposome (SBTL), and perform comparative study between free salvianolic acid and SBTL.We will investigate the effects of free salvianolic acid and SBTL on the models of osteoporosis related OS mediated FoxO/Wnt alteration in vitro and in vivo, determine the relevance between actions and bone tissue distributions of the drugs. The study will provide scientific evidence for a novel therapeutic approach to prevent and treat OS related osteoporosis using small molecular antioxidants from natural product.

近年来氧化应激(oxidative stress，OS)作为骨质疏松症病因之一倍受关注，最新研究表明FoxO/Wnt参与共同调控OS介导的骨质疏松发生发展。本课题组发现丹参水溶性抗氧化成分丹参素和丹酚酸B可有效防治糖皮质激素诱发大鼠骨质疏松，并与其抑制骨髓基质干细胞DKK-1激活Wnt通路有关，但是对OS的影响尚未清楚。丹参素属于抗氧化多酚类物质，全身给药易被氧化、在骨组织分布浓度低，能否通过抗氧化疗法防治骨质疏松尚缺乏依据。为了探讨和证明药物针对OS作用机制而发挥作用，本研究通过合成骨靶向丹参素，采用分子生物学、骨形态计量学和波谱解析等技术，比较研究丹参素和骨靶向丹参素对OS介导的体外细胞和体内骨质疏松动物模型的作用，阐明其对FoxO/Wnt通路影响的作用机制，同时分析药效与组织分布浓度的相关性，为抗氧化天然小分子药物防治骨质疏松症提供新的研究思路及实验依据。

氧化应激(oxidative stress，OS)作为骨质疏松症（OP）病因之一倍受关注，是继发性（心血管、糖尿病、糖皮质激素等）OP的关键因素，而最新研究表明FoxO/Wnt参与共同调控OS介导的OP发生发展。本课题在前期研究的基础上，提出了小分子的天然药物丹参素（丹参水溶性抗氧化成分）可能透过调控Wnt、FoxO通路，特异性阻止成骨细胞损伤和凋亡，从而多靶点对抗骨质疏松的作用。然而，丹参素属于抗氧化多酚类物质，半衰期短，全身给药易被氧化、骨组织分布浓度低。因此，本研究还拟合成骨靶向丹参素，增加疗效，以减少因加大全身用量的不良反应。本研究采用分子生物学、骨形态计量学、液-质联用和波谱解析等技术，比较研究了游离丹参素和骨靶向丹参素对OS介导的体外细胞、体内OP动物模型的作用及其对FoxO/Wnt通路影响的作用机制。.研究表明：丹参素可通过下调p66Shc/ROS/FoxO3a信号通路发挥抗氧化应激作用；同时，丹参素直接上调经典Wnt/β-catenin/Tcf信号通路，或者通过抑制FoxO3a信号通路间接促进Wnt通路的激活，从而调控成骨分化功能。丹参素可同时通过抑制糖皮质激素（GC）受体（GR）引起的KLF15激活，从而对GC引起的FoxO通路上调和Wnt信号通路下调产生抑制作用，进而保护骨形成功能，发挥防治氧化应激介导骨质疏松的作用。该研究阐明了天然小分子抗氧化物质抗骨质疏松的机制，为骨质疏松防治途径提供新的理论基础，为临床开拓抗衰老治疗骨质疏松（特别是继发性骨质疏松）提供科学依据。.本项目还成功制备将易氧化、半衰期短的天然小分子有效物质丹参素，制备成丹参素骨靶向脂质体，并对其各项基本性质进行了表征，建立了合成方法及工艺、成药性研究。结果显示丹参素骨靶向脂质体性质稳定，包封率较高，在体内、体外实验中均显示出良好的骨靶向性，可在正常小鼠骨折模型及糖皮质激素导致的骨折延迟愈合小鼠模型上促进骨痂生长，缩短使用糖皮质激素的小鼠的骨折愈合时间，并显著改善骨折后的骨生物力学性能，是一种潜在的有希望被开发为临床上用于治疗骨折愈合障碍的天然小分子创新药物。该研究为天然小分子抗氧化物质的骨靶向药物研究，有效防治骨与关节疾病提供了良好的实验基础和科学依据。