基于信号网络耦联节点理论探讨刺老苞根皮有效成分群干预糖尿病骨质疏松症的分子机制研究

The studies of clinical observation, osteoblast-osteoclast cell system in vitro and animal models in vivo confirmed that the active components of Aralia echinocaulis Hand. Mazz can not only lower blood sugar, regulae blood lipid and reduce insulin resistance, but also enhance secretion and expression of some correlated cytokines like VEGF, TGF-beta,FGF,PDGF,BMPs and ATF4, induce vascularization in callus, speed up collagen synthesis and calcareous deposit, improve the quality of callus biome, chanics and bone formation, which promote bone healing. Based on above-mentioned studies, in this project, we will observe 3D callus, microarchitecture by micro-CT, tissue pathology technique and computational mathematics methods, combined with the preliminary work (the project of National Natural Foundation) to comprehensive evaluate the repair efficacy of active components of Aralia echinocaulis Hand. Mazz on T2DM-OP (Type-2 Diabetes mellitus Osteoporosis). Meanwhile, we will study that the molecular biology mechanism of active components of Aralia echinocaulis Hand. Mazz in process of T2DM-OP through the key signaling molecules between IR-IRS-PI3K and Wnt/beta-catenin coupled network, and clarify the molecular biology mechanism of bone matrix formation, differentiation of mesenchymal cells (bone induction), chemotaxis, proliferation and differentiation of osteoblast and osteoclast during T2DM-OP healing process.

经临床观察、药效物质基础、体外骨重建培养体系的研究证实：土家族药-刺老苞根皮有效成分群不仅具有降糖、调脂、减轻胰岛素抵抗作用，而且可增强VEGF、TGF-β、FGF、PDGF、BMPs、ATF4及受体等相关细胞因子的分泌与表达，诱发骨周边血管生成，加快胶原合成与钙盐沉积、提高骨生物力学性能，促进骨形成，加快骨重建进程。基于上述工作基础，本课题旨在利用mirco-CT手段结合组织病理学、计算数学方法观测骨组织微结构，结合前期工作（青年基金项目、面上基金项目）较全面评价刺老苞根皮有效成分群对糖尿病骨重建的修复疗效。同时尝试性从IR-IRS-PI3K与Wnt/β-catenin信号耦联网络节点深入研究刺老苞根皮有效成分群对高糖状态下骨重建过程骨基质形成、间充质细胞分化诱导（骨诱导）、成骨与破骨细胞的趋化、增殖、分化的分子生物学机制。

糖尿病骨质疏松症是指糖尿病并发骨量减少、骨骼的显微结构破坏、骨骼的脆性增加，容易引发骨折的一种全身性的代谢性骨病。按照原定研究计划，成功复制大鼠糖尿病骨质疏松模型。随机分为正常对照组、假手术组、糖尿病组、去势组、糖尿病去势组、刺老苞根皮提取物组、阿仑膦酸钠阳性组，其中提取刺老苞根皮有效药效成分（主要为黄酮、皂苷、多糖类化合物），连续灌胃30天，选择5个观测时间点（即1周、3周、5周、7周、10周）确定为相关试验指标检测点。试验结果如下：（1）刺老苞根皮有效成分群可以升高骨小梁厚度、骨小梁数目；同时降低骨小梁分离度、骨小梁结构模型系数，并μCT辅助重建骨3D结构。（2）刺老苞根皮有效成分群可以升高骨力学指标（结构力学与功能力学参数）与密度值，增强骨生理学承载力。（3）刺老苞根皮有效成分群可以降低机体TC、TG与LDL含量，升高I型胶原蛋白、BGP、HDL含量与ALP活性，影响脂代谢与骨代谢，协助促进骨重建过程。（4）利用Realtime PCR与免疫组化对IR-IRS-PI3K与Wnt/β-Catenin信号途径中关键细胞因子（IGF-1，IRS-1，PI3K，AKt-1，IL-1，NFκB，TNFα，Wnts，β-catenin, BMP-2，TGF-β，Osterix, bFGF，Runx2，Cbfα1，APC, Axin, GSK3β, Noggin, Frizzled-2, TCF, LEF-1）表达分析表明，刺老苞根皮有效成分群参与部分两者信号耦联网络的节点细胞因子的基因活化与抑制表达。综上研究表明：刺老苞根皮有效成分群确实可以通过参与IR-IRS-PI3K与Wnt/β-Catenin耦联网络的关键细胞因子的表达调控，进而影响糖尿病并发骨病的组织重建在病理形态、力学承载性以及骨代谢等方面，缓解因高糖环境引发骨质疏松症发生的病理过程。但由于糖尿病骨质疏松症的致病机制所涉及的病因病机学较为复杂，故此其分子机制作用的机理尚需进一步深入研究探讨。