Research progress on natural products regulating osteogenic differentiation
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摘要:
成骨细胞是骨细胞的重要来源，参与骨生成和修复，对维持骨平衡起关键作用，若体内成骨分化过程被干扰，则可能产生多种骨相关疾病。天然产物具有来源广泛、种类繁多、生理活性多样、不良反应较小等特点，近年来研究发现天然产物对成骨细胞分化具有调控效果。本文从天然产物来源出发，对植物、动物及微生物来源天然产物干预成骨分化进行综述，为天然产物治疗骨病提供理论基础。
Abstract:As the important source of bone cells, osteoblasts are involved in bone formation and repair, and play a key role in maintaining bone balance. If the osteogenic differentiation process in vivo is disrupted, a variety of bone-related diseases may occur. Natural products, which have a wide range of sources, a wide variety of physiological activities, and few toxic side-effects, have been found in recent years to be able to regulate osteoblast differentiation. Based on the sources of natural products, this paper reviews the intervention of natural products from plant, animal and microbial sources on osteogenic differentiation, aiming to provide a theoretical basis for natural products in the treatment of bone diseases.
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Keywords:
- natural products /
- osteogenic differentiation /
- research progress
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成骨细胞是目前骨微环境中唯一被发现能够发生骨形成行为的功能细胞。前体成骨细胞经过分化、增殖、细胞外基质合成、成熟及矿化后最终发展成为骨细胞，从而促进骨形成及维持骨质量，维持体内骨重建的动态平衡。但当体内骨重建平衡被破坏，就会导致多种骨病的产生，如骨质疏松症、类风湿关节炎、骨硬化症、畸形性骨炎等[1]。近年来，越来越多的研究发现，天然产物能够通过调节多种信号通路参与调控成骨细胞的分化，具有治疗相关骨病的潜力。为了更全面地了解不同种类天然产物如何发挥促进成骨细胞分化的作用，本文将从植物源、动物源、微生物源3种来源天然产物出发，就近年来天然产物对成骨细胞分化的研究进行综述，以期为天然产物指导骨病治疗提供参考。
1. 植物源天然产物
植物源天然产物主要是从植物中分离出来的次级代谢产物，也包括植物内源性且具有药理学活性的物质，具有作用范围广、不良反应小、对环境污染小等特点。目前研究发现的植物源天然产物，如黄酮类、多糖类、生物碱类、皂苷类化合物及其他种类植物源天然产物，均能够刺激成骨细胞分化。
1.1 黄酮类化合物
黄酮类化合物广泛存在于多种植物中，种类繁多，结构复杂，具有抗氧化、抗肿瘤、抗病毒及抗细菌感染等作用[2]。研究发现，淫羊藿总黄酮[3]、香青兰总黄酮[4]、骨碎补总黄酮[5]均能刺激成骨细胞分化，可见黄酮类化合物具有促成骨分化能力，多类黄酮类天然产物的结构及其促成骨分化相关通路见表1。
表 1 具有成骨细胞分化作用的黄酮类天然产物结构分类及其有关通路天然产物类别 名 称 CAS号 结 构 涉及信号通路 效应浓度 参考文献 黄酮类 黄芩苷 21967-41-9 
Wnt/β-catenin 50 μmol/L [6] 木犀草素 491-70-3 
Dnajb1 20 μmol/L [7] 异黄酮类 鹰嘴豆芽素A 491-80-5 
ER、p38/MAPK 10 μmol/L [8−9] 毛蕊异黄酮 20575-57-9 
IGF1R/PI3K/Akt 1 μmol/L [10] 染料木素 446-72-0 
Wnt/β-catenin 10 nmol/L [11] 黄酮醇 金丝桃苷 482-36-0 
TGF-β、BMP-2 150 μg/mL [12] 异斛皮苷 21637-25-2 
BMP-2 0.01~1 µmol/L [13] 淫羊藿苷 489-32-7 
BMP-2 10 μmol/L [14] 二氢黄酮 补骨脂甲素 19879-32-4 
cAMP/PKA/CREB 18 μg/mL [15] 双黄酮 穗花杉双黄酮 1617-53-4 
JNK、p38/MAPK 5 μmol/L [16] 黄酮类化合物黄芩苷能够激活Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）信号通路，该激活导致糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）的磷酸化，随后诱导β-catenin的核积聚，导致Wnt靶向基因的转录激活，从而促进成骨，而Wnt/β-catenin受体阻滞剂DKK-1可以完全消除黄芩苷诱导的成骨作用[6]。除黄芩苷外，木犀草素也属于天然黄酮类化合物，Kwon等[7]发现其能够刺激成骨细胞分化，通过沉默或稳定过表达Dnajb1基因，该分化水平被抑制或提高，表明Dnajb1参与木犀草素的成骨作用，可作为骨疾病的新型靶点。
异黄酮作为黄酮的异构体，是一种芳香族含氧杂环化合物，与雌激素（estrogen receptor，ER）结构类似，Huang等[8]通过体外实验发现，鹰嘴豆芽异黄酮可以增加碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性并促进钙沉积，上调Runt相关转录因子2（runt-related transcription factor 2，RUNX2）、骨钙素（osteocalcin，OCN）和Ⅰ型胶原蛋白（collagen-I，COL-I）的表达，刺激成骨细胞分化，加入雌激素受体抑制剂后该分化被抑制，表明鹰嘴豆芽异黄酮能通过ER相关通路促分化。此外，异黄酮类化合物还可通过其余多种信号通路促进成骨分化，Xie等[9]发现鹰嘴豆芽素A可促进p38的磷酸化水平，激活p38/丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路，该通路被认为与调节成骨细胞分化、基质沉积与矿化有关；Fang等[10]发现毛蕊异黄酮可升高胰岛素样生长因子1受体（insulin-like growth factor 1，IGF1R）与蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）的磷酸化水平，通过IGF1R/磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/Akt信号通路刺激成骨分化，该分化水平可被IGF1R抑制剂与PI3K抑制剂降低；Ge等[11]发现染料木素通过转录因子EB激活腺瘤性结肠息肉病蛋白的自噬降解，激活了Wnt/β-catenin信号通路驱动的成骨细胞分化；在体内实验中，染料木素可以显著上调骨形成标志物骨特异性碱性磷酸酶水平，逆转卵巢切除（ovariectomized，OVX）大鼠的骨质流失，刺激OVX大鼠的骨形成，提高股骨远端OCN阳性成熟成骨细胞的百分比。
除异黄酮外，黄酮化合物中数量最多、分布最广的黄酮醇也能诱导成骨分化，其结构含有2-苯基-3-羟基(或含氧取代)苯骈γ-吡喃酮(2-苯基-3-羟基色原酮)，多篇文献证明黄酮醇参与调节成骨分化，金丝桃苷[12]能够激活转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）和骨形态发生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2），TGF-β的底物Smad2和Smad3的表达与磷酸化水平也增加，经由TGF-β通路刺激成骨分化；异斛皮苷[13]在体外可以促进骨髓间充质干细胞增殖，并增加ALP的表达，调节细胞的成骨分化，在体内可以增加骨形成并提高BMP-2的表达水平；淫羊藿苷能够下调结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）的表达[14]，从而增强BMP-2诱导的成骨细胞分化，其中CTGF是BMP-2诱导成骨细胞成熟和矿化的负调节因子。BMP-2或可成为研究黄酮醇对成骨分化作用的关键蛋白。
其余黄酮类化合物，如二氢黄酮类化合物补骨脂甲素，可增加骨髓间充质干细胞中ALP的表达，通过调控环腺苷酸（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）/蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）/环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）信号通路促进成骨分化，补骨脂甲素能够激活PKA，磷酸化CREB的Ser-133，继而被CREB结合蛋白特殊的结构域特异性地识别并结合，乙酰化启动子序列上的环磷酸腺苷反应元件，同时启动基因的转录作用，该通路在骨髓间充质干细胞的成骨分化中有着关键作用[15]。双黄酮类化合物穗花杉双黄酮具有增强人间充质干细胞中ALP活性与矿化的功能，且能够上调成骨特异性转录因子，提高p-JNK和p-p38的水平，当c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和p38/MAPK通路被特定抑制剂阻断后，穗花杉双黄酮诱导的ALP和矿化增加显著减弱，表明其可以通过JNK与p38/MAPK信号通路发挥促成骨分化效用[16]。
1.2 多糖类化合物
多糖是一类由单糖分子缩合、失水而成的大分子糖类物质，分子结构庞大，具有多种药理作用，多种多糖类天然产物和其促成骨分化相关通路见表2。有研究表明，黄精的主要成分之一黄精多糖在25 mg/L时，对乳牙牙髓干细胞与骨髓间充质干细胞具有较好的促进成骨分化的作用[17−18]，而对于骨质疏松小鼠脂肪干细胞，50 mg/L的黄精多糖促成骨分化效果最佳[19]，三者都是通过激活Wnt/β-catenin信号通路实现的。相似的，Hu等[20]研究发现10 μmol/L的黄芪多糖也能通过上述通路促进成骨细胞分化，能通过促进β-catenin蛋白的表达以及核易位，使下游的促细胞成骨相关基因的转录水平增高；除此之外，Wu等[21]还通过体外研究模拟体内低氧环境，发现40 μg/mL黄芪多糖能通过调控BMP-2发挥成骨诱导作用。Li等[22]研究发现，作为巴戟天质量的参考指标之一的巴戟天多糖能显著增加早、中、晚期的成骨指标，提高p38蛋白磷酸化表达，p38特异性阻滞剂SB203580阻断p38/MAPK信号后，巴戟天多糖促成骨作用显著降低，对成骨分化的调控可能是通过该信号通路实现的。Peng等[23]研究发现铁皮石斛多糖（dendrobium officinale polysaccharides，DOP）能够激活核红细胞2相关因子2（nuclear factor-erythroid 2 related factor 2，NRF2）信号通路，NRF2是细胞抗氧化反应的主要调节因子和氧化介导疾病的治疗靶点，NRF2的过度表达会增强骨髓间充质干细胞分化为成骨谱系的潜力，通过siRNA沉默NRF2后，成骨分化水平被抑制，体内实验发现DOP可以降低氧化应激损伤并增加NRF2表达，口服DOP小鼠的骨小梁体积、数量显著升高，骨小梁间距更低，骨髓中成骨细胞数量增加，表明DOP可以通过减轻氧化应激水平来防止骨质流失。Hu等[24]通过研究锁阳多糖发现该多糖能够增加成骨相关标志物表达、促进β-catenin入核，而其机制可能与PI3K/Akt/GSK3β/β-catenin信号通路相关。除以上多糖外，当归多糖[25]、枸杞多糖[26]、红芪多糖[27]等也被发现具有诱导成骨细胞分化的能力，其中当归多糖的调控作用与长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA) H19有关，且可以提高股骨灰分重量和干重，促进体内骨形成；枸杞多糖诱导SMAD蛋白（包括SMAD1和SMAD8）表达增加，对成骨分化的调控作用涉及BMP-2信号通路。
表 2 具有成骨细胞分化作用的多糖类天然产物及其有关通路1.3 生物碱类化合物
生物碱是一类含氮的碱性有机化合物，在植物界中分布广泛，具有显著的生物活性，多类生物碱类天然产物的结构及其影响成骨分化相关通路见表3。Kim等[28]研究发现酰胺类生物碱胡椒碱在50 μmol/L下能够上调成骨标志分子ALP及RUNX2的表达，增强AMPK磷酸化，从而促进成骨细胞分化；但与之相反的是，Park等[29]指出在10和30 μmol/L下，胡椒碱会通过Src/黏着斑激酶信号通路诱导细胞凋亡并抑制前成骨细胞的黏附和迁移，且通过降低磷酸化Smad1/5/8水平抑制成骨细胞的分化。此外，苦参碱作为一种吡啶类生物碱，可以抑制异位骨化（heterotopic ossification，HO）小鼠病程进展，降低软骨内成骨，减少成骨细胞数量，HO微环境中的间充质干细胞能够迁移至损伤部位并分化为成骨细胞形成骨，体外实验表明苦参碱对间充质干细胞的迁移有抑制作用，且抑制成骨标志物表达，这种对成骨细胞分化的抑制作用是通过抑制体内和体外TGF-β/Smad2/3信号传导的激活达成的[30]。还有研究发现，哈尔碱属于β-咔啉类生物碱，能促进多种具有成骨分化潜力的细胞向成骨细胞进行分化，其C3-C4双键和7-羟基或7-甲氧基对其成骨活性很重要，由于骆驼蓬碱可上调骨形态发生蛋白BMP-2、BMP-4、BMP-6、BMP-7及其靶基因Id1的表达，表明这种成骨作用是通过激活BMP信号通路实现的[31]。Zhang等[32]发现，异喹啉类生物碱小檗碱能显著促进骨髓间充质干细胞的成骨分化，研究其机制发现小檗碱可显著增加总β-catenin和核β-catenin的积累，Wnt信号传导特异性抑制剂DKK-1阻断该作用，说明Wnt/β-catenin信号通路参与了小檗碱诱导的成骨分化过程。
表 3 具有成骨细胞分化作用的生物碱类天然产物结构分类及其有关通路1.4 三萜及其皂苷类化合物
三萜类天然产物是一类基本母核为30个碳原子的萜类化合物，以游离形式或以与糖结合成苷或酯的形式存在于植物体内，有研究表明三萜类化合物具有调控成骨细胞分化的作用。Park等[33]研究发现柠檬苦素类三萜化合物黄柏酮能促进早期与晚期成骨细胞分化，在分化过程中，黄柏酮可促进BMP-2表达，BMP-2介导的信号传导诱导Smad1/5/8的磷酸化，然后调节基因表达；此外，黄柏酮还能抑制GSK-3β并上调β-catenin水平，Wnt/β-catenin通路中抑制GSK-3β可以维持细胞质β-catenin稳定，然后β-catenin转位到细胞核中调节基因转录，BMP-2和Wnt/β-catenin通路均可上调RUNX2基因的表达，并直接增加RUNX2的转录活性，共同调控成骨细胞分化。
三萜类皂苷即苷元为三萜的糖苷类化合物，可分为四环三萜类皂苷及五环三萜类皂苷，都具有诱导成骨分化的效用。四环三萜类皂苷含有由30个碳原子排列成4个环的甾烷类固醇核，研究发现，多种四环三萜类皂苷具有诱导成骨细胞分化的能力，其中人参皂苷的作用较为突出。例如，人参皂苷Rg1能够提高OCN、骨桥蛋白（osteopontin，OPN）和COL-I的表达，增强PI3K与AKT的磷酸化水平，通过激活PI3K/AKT信号通路促进人牙龈成纤维细胞的成骨分化[34]；人参皂苷Re可促进小鼠成骨细胞前体细胞MC3T3-E1的成骨分化，具体机制尚未研究[35]；人参皂苷Rc同样可以诱导MC3T3-E1细胞成骨分化，给药后β-catenin、p-GSK-3β表达上升，加入抑制剂XAV-939后二者的表达增加显著减弱，表明Wnt/β-catenin信号通路可能参与了人参皂苷Rc促进成骨分化的过程，此外，体内研究表明人参皂苷Rc可以提高骨矿物质密度并改善骨小梁的微结构，防止OVX引起的骨质疏松小鼠的骨丢失，对骨形成具有促进作用[36]；人参皂苷Rg3则会促进AMPK并抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号传导，通过调控AMPK/mTOR信号通路介导的自噬来发挥其对成骨细胞分化的促进作用，体内实验中人参皂苷Rg3在OVX诱导的骨质疏松症中对股骨表现出保护作用，恢复了OVX导致的骨形成和骨吸收之间的不平衡[37]。此外，三七皂苷R1也属于四环三萜类皂苷，与人参皂苷Rc类似，也可以通过促进Wnt/β-Catenin通路的激活诱导成骨细胞分化，且这种分化作用同样能被XAV-939阻断[38]。
五环三萜类皂苷以6个异戊二烯单元连接而成的5个闭合环为母体，多位学者研究发现其具有促成骨分化能力。1 μmol/L川续断皂苷Ⅵ能促进小鼠成肌细胞成骨分化[39]；1和10 μmol/L川续断皂苷Ⅵ均能促进人颌骨骨髓间充质干细胞成骨分化[40]；10 μmol/L川续断皂苷Ⅵ能促进去卵巢大鼠骨髓间充质干细胞成骨分化，增强AKT的磷酸化水平，其机制可能与PI3K/AKT信号通路相关[41]。此外，远志皂苷与柴胡皂苷A也属于五环三萜皂苷，都能够提高β-catenin及其下游蛋白分子的表达水平，通过Wnt/β-catenin信号通路参与成骨分化进程，二者在体内也都可以有效挽救由OVX引起的骨质流失，刺激体内成骨分化[42,43]。多类三萜及其皂苷类天然产物的结构及其影响成骨分化相关通路见表4。
表 4 具有成骨细胞分化作用的三萜及其皂苷类天然产物结构分类及其有关通路天然产物
类别名 称 CAS号 结 构 涉及信号通路 效应浓度 参考
文献柠檬苦素类
三萜黄柏酮 751-03-1 
BMP2、
Wnt/β-catenin1、10 µmol/L [33] 四环三萜类
皂苷人参皂苷Rg1 22427-39-0 
PI3K/AKT 100 mg/L [34] 人参皂苷Re 52286-59-6 
/ 50 µmol/L [35] 人参皂苷Rc 11021-14-0 
Wnt/β-catenin 50 µmol/L [36] 人参皂苷Rg3 14197-60-5 
AMPK/mTOR 10、20 µmol/L [37] 三七皂苷R1 80418-24-2 
Wnt/β-catenin 20 µmol/L [38] 五环三萜类
皂苷川续断皂苷Ⅵ 39524-08-8 
PI3K/AKT 1、10 μmol/L [39−41] 远志皂苷 2469-34-3 
Wnt/β-catenin 16 μg/mL [42] 柴胡皂苷A 20736-09-8 
Wnt/β-catenin 40 μmol/L [43] 1.5 其他化合物
除以上化合物外，还有一些香豆素类、木脂素类、多酚类等化合物也具有调控成骨细胞分化的作用，见表5。Abdallah等[44]研究发现，香豆素类衍生物5-羟基橙皮油素以剂量依赖的方式刺激骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化，通过激活Smad1/5/8磷酸化和增加Smad4的表达，显著促进BMP-2诱导的成骨分化，在此过程中，BMP-2与其受体结合会导致Smad1/5/8磷酸化激活，而Smad1/5/8磷酸化又与Smad4结合并易位到细胞核中，上调骨相关基因的表达。Liu等[45]研究发现木脂素类化合物牛蒡子苷在2.5、5和10 μmol/L时呈剂量依赖性地调节多种成骨标志物的表达，其促进成骨分化机制可能与细胞周期蛋白D1（cyclin d1，Ccnd1）有关。Ko等[46]研究了绿茶提取物及其中6种茶多酚是否能调控间充质干细胞成骨分化，发现绿茶提取物能显著上调ALP的表达，且6种茶多酚中表没食子儿茶素是最有效的促进成骨分化的物质，20 μmol/L表没食子儿茶素不仅能增加ALP水平与钙沉积量，还能增加RUNX2、ALP、骨粘连蛋白（osteonectin，ON）和OPN的mRNA表达。
表 5 其他具有成骨细胞分化作用的植物源天然产物结构分类及其有关通路2. 动物源天然产物
与植物源天然产物相比，动物源天然产物对成骨细胞分化的研究较少，主要来源于多种海洋动物及其他动物的角、壳、骨等。
2.1 海洋动物来源天然产物
海洋具有独特的高盐、高压、缺氧的生存环境，占地范围广且生物种类繁多，使得它们成为天然产物库的重要组成部分，海洋动物便是其中不可缺少的一环。Wang等[47]研究发现，刺参多糖SP-2在浓度为5 μg/mL时能够促进BMP-2诱导的MC3T3-E1细胞向成骨细胞分化，该促分化作用可能是通过BMP信号通路实现的，SP-2或可作为促进骨形成的补充剂。此外，海绵作为最原始的多细胞动物，含有多种天然成分，Byun等[48]发现海绵中的萜类化合物phorbaketal A可以激活细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK），ERK信号会增加Tafazzin（TAZ）蛋白的表达，TAZ与RUNX2相互作用，促进转录共激活因子向成骨细胞基因启动子的募集，最终刺激成骨细胞分化；Wang等[49]筛选出海绵中生物碱类化合物hymenialdisine能够促进成骨细胞分化，通过激活GSK-3β/β-catenin信号通路上调成骨转录因子RUNX2的表达。除上述海洋动物外，很多贝类中同样存在具有促成骨分化作用的天然产物，例如毛蚶中的多肽成分AWLNH和PHDL能够通过MAPK和BMP-2途径促进骨髓间充质干细胞成骨分化，也可以防止OVX小鼠的骨质流失并提高骨量[50]，牡蛎发酵提取物依赖于Wnt/β-catenin信号通路诱导成骨分化，有效刺激斑马鱼模型椎骨形成和鳍再生[51]，紫贻贝中的多肽成分PIISVYWK与FSVVPSPK也可以通过该信号通路参与成骨分化[52]。多种海洋动物来源天然产物的名称、结构及相关代谢通路见表6。
表 6 具有成骨细胞分化作用的海洋动物来源天然产物结构及其有关通路天然产物来源 名 称 结 构 涉及信号通路 效应浓度 参考文献 刺参 刺参多糖SP-2 / BMP-2 5 μg/mL [47] 海绵 Phorbaketal A 
ERK 10 μg/mL [48] Hymenialdisine 
GSK-3β/β-catenin 5 µmol/L [49] 毛蚶 AWLNH、PHDL Ala-Trp-Leu-Asn-His、
Pro-His-Asp-LeuMAPK、BMP-2 4 µmol/L [50] 牡蛎 牡蛎发酵提取物 / Wnt/β-catenin 100 μg/mL [51] 紫贻贝 PIISVYWK、
FSVVPSPKPro-Ile-Ile-Ser-Val-Tyr-Trp-Lys、
Phe-Ser-Val-Val-Pro-Ser-Pro-LysWnt/β-catenin 100 µmol/L [52] 2.2 其他动物来源天然产物
除海洋动物外，多种动物的角、壳、骨等提取物成分也具有诱导成骨细胞分化的能力，见表7。鹿茸是一种名贵中药材，适用于多种病症，其中包括骨相关疾病，有学者研究发现鹿茸提取液能够通过调控Hippo信号通路中的巨噬细胞刺激1蛋白和Yes相关蛋白促使骨髓间充质干细胞向成骨细胞方向分化[53]，另有研究发现梅花鹿鹿茸I型胶原可上调RUNX2与ALP基因的表达[54]。除此之外，Zhang等[55]进行体外研究发现，龟甲水提液能与成骨诱导液联合诱导成骨细胞分化，上调ALP和COL-I的表达，同时下调核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB） p65，NF-κB p105和白介素-6（interleukin-6，IL-6）的表达，NF-κB的激活可以抑制成骨，而抑制NF-κB通路能够抑制炎症性的骨损伤，由此推测龟甲水提液诱导成骨分化机制可能与NF-κB炎性微环境的抑制有关。Liu等[56]研究发现，金天格作为天然虎骨的替代品，由几种可养殖动物的骨骼为原料制备而成，可促进成骨细胞的分化和矿化，抑制其凋亡，促进自噬小体的形成和自噬，还可调节PI3K/AKT和内质网应激通路关键蛋白的表达。
表 7 具有成骨细胞分化作用的其他动物来源天然产物其有关通路3. 微生物源天然产物
微生物来源的天然产物是药物发现与发展的重要源泉，具有丰富的结构多样性和生物活性多样性，国内外多名学者对其中具有促成骨分化能力的天然产物进行了深入研究，指出了各自的分化机制，见表8。Xin等[57]从来自柳珊瑚的真菌Scopulariopsis sp中分离得到一种生物碱，对其进行衍生化处理得到化合物CHNQD-00603，在1 μg/mL时具有较好的促成骨分化效果，能够通过促进自噬相关基因Atg5和Atg14的表达来激活自噬以促进成骨分化，而CHNQD-00603的水平与miR-452-3p的表达呈负相关，过表达miR-452-3p后CHNQD-00603诱导的自噬活性受到抑制，Atg14的表达明显减弱，成骨分化受到抑制，因此CHNQD-00603促成骨分化机制可能与miR452-3p调节的自噬有关。Kim等[58]从海洋真菌Penicillium rudallenes中提取分离出萜类化合物Austalide K，发现其能以剂量依赖的方式增强BMP-2诱导的成骨分化，上调OCN、ALP、RUNX2、OPN的表达。Sapkota等[59]研究发现芽孢杆菌中的大环内酯类抗生素Macrolatin A在多个浓度下都能增加ALP、RUNX2和Osterix蛋白的表达水平，在体外诱导成骨细胞分化和矿化。另外，Ishihata等[60]研究了革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的细胞壁成分脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LTA）和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）对成骨细胞的影响，发现LTA在10 ng/mL时能上调ALP、OCN和骨保护素的表达，促进成骨细胞的分化成熟，1 μg/mL的LPS会抑制骨分化标志物的表达及成骨细胞的矿化，但10 ng/mL的LTA可以解除这种抑制，这种抑制解除是通过IL-6和p38信号通路实现的。
表 8 具有成骨细胞分化作用的微生物源天然产物结构及其有关通路4. 展 望
来自自然界的天然产物经过长久的生物演化，往往具有结构多样性及复杂性，使其获得了极为特殊的药理活性及作用机制，成为开发先导化合物和骨架的最重要资源之一。近年来，随着对天然产物调控成骨细胞分化的研究不断深入，可以发现其调控方式表现多样，例如对成骨分化的促进作用、抑制作用与解除抑制等，且研究涉及的信号通路种类繁多，对成骨细胞内分化机制的探索大有裨益，具有十分广阔的研发前景。目前，相关研究集中于植物来源的天然产物，对动物以及微生物来源的天然产物研究不足，而微生物来源丰富、生长周期短且能用现代技术进行改造，动物来源的天然产物也有其独特的构造，都存在无限的研究潜能，若能深入挖掘这两者对成骨细胞分化的影响，可以极大地拓展天然产物来源的范围，对于矿物源天然产物，由于几乎不存在关于其与成骨分化的相关研究，文中并未提及，也可将其作为研究方向开辟成骨分化诱导剂的新来源。此外，当前研究主要针对单个天然产物，发挥生理活性方面的功效作用可能受限，对此希望更多学者能够对多种天然产物协同调节成骨分化进行探索，并进行不同天然产物间的组合优化，使天然产物应用于骨病治疗的基础研究更加全面。
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表 1 具有成骨细胞分化作用的黄酮类天然产物结构分类及其有关通路
天然产物类别 名 称 CAS号 结 构 涉及信号通路 效应浓度 参考文献 黄酮类 黄芩苷 21967-41-9 Wnt/β-catenin 50 μmol/L [6] 木犀草素 491-70-3 Dnajb1 20 μmol/L [7] 异黄酮类 鹰嘴豆芽素A 491-80-5 ER、p38/MAPK 10 μmol/L [8−9] 毛蕊异黄酮 20575-57-9 IGF1R/PI3K/Akt 1 μmol/L [10] 染料木素 446-72-0 Wnt/β-catenin 10 nmol/L [11] 黄酮醇 金丝桃苷 482-36-0 TGF-β、BMP-2 150 μg/mL [12] 异斛皮苷 21637-25-2 BMP-2 0.01~1 µmol/L [13] 淫羊藿苷 489-32-7 BMP-2 10 μmol/L [14] 二氢黄酮 补骨脂甲素 19879-32-4 cAMP/PKA/CREB 18 μg/mL [15] 双黄酮 穗花杉双黄酮 1617-53-4 JNK、p38/MAPK 5 μmol/L [16] 
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表 4 具有成骨细胞分化作用的三萜及其皂苷类天然产物结构分类及其有关通路
天然产物
类别名 称 CAS号 结 构 涉及信号通路 效应浓度 参考
文献柠檬苦素类
三萜黄柏酮 751-03-1 BMP2、
Wnt/β-catenin1、10 µmol/L [33] 四环三萜类
皂苷人参皂苷Rg1 22427-39-0 PI3K/AKT 100 mg/L [34] 人参皂苷Re 52286-59-6 / 50 µmol/L [35] 人参皂苷Rc 11021-14-0 Wnt/β-catenin 50 µmol/L [36] 人参皂苷Rg3 14197-60-5 AMPK/mTOR 10、20 µmol/L [37] 三七皂苷R1 80418-24-2 Wnt/β-catenin 20 µmol/L [38] 五环三萜类
皂苷川续断皂苷Ⅵ 39524-08-8 PI3K/AKT 1、10 μmol/L [39−41] 远志皂苷 2469-34-3 Wnt/β-catenin 16 μg/mL [42] 柴胡皂苷A 20736-09-8 Wnt/β-catenin 40 μmol/L [43]
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表 6 具有成骨细胞分化作用的海洋动物来源天然产物结构及其有关通路
天然产物来源 名 称 结 构 涉及信号通路 效应浓度 参考文献 刺参 刺参多糖SP-2 / BMP-2 5 μg/mL [47] 海绵 Phorbaketal A ERK 10 μg/mL [48] Hymenialdisine GSK-3β/β-catenin 5 µmol/L [49] 毛蚶 AWLNH、PHDL Ala-Trp-Leu-Asn-His、
Pro-His-Asp-LeuMAPK、BMP-2 4 µmol/L [50] 牡蛎 牡蛎发酵提取物 / Wnt/β-catenin 100 μg/mL [51] 紫贻贝 PIISVYWK、
FSVVPSPKPro-Ile-Ile-Ser-Val-Tyr-Trp-Lys、
Phe-Ser-Val-Val-Pro-Ser-Pro-LysWnt/β-catenin 100 µmol/L [52]
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