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木豆叶提取物对人的类成骨细胞TE85成骨功能和体外破骨细胞分化的影响



全 文 :木豆叶提取物对人的类成骨细胞 TE85成骨功能和
体外破骨细胞分化的影响
郑元元 1 , 杨 京1 , 陈迪华 2 , 孙 兰1*
(中国医学科学院 、中国协和医科大学 1.基础医学研究所 , 北京 100005;2.药用植物研究所 , 北京 100094)
摘要:木豆素是从天然植物木豆叶中提取的单体化合物 , 结构类似乙烯雌酚。本文观察木豆素及 4种木豆叶提
取物总成分(32-1, 35-1, 35-2和 35-3)对人的类成骨细胞 HOS TE85成骨功能 、间质矿化及体外破骨细胞分化的影
响。以木豆叶提取物作用于细胞 48 h, 观察细胞增殖 、3H-脯氨酸掺入量及碱性磷酸酶活性;用抗酒石酸酸性磷酸酶
(TRAP)染色法观察体外破骨细胞形成;作用于细胞 18 d,用茜素红染色法观察细胞间质矿化。结果表明 , 作用于细
胞 48 h后 , 木豆素可促进细胞增殖 ,在 1×10- 8 g mL - 1时细胞数增加 57.7%, 3H-脯氨酸掺入量增加 98.5%。 35-1
和 35-3还可明显增加碱性磷酸酶活性。长时程作用后 , 32-1和 35-3可明显增加成骨细胞间质矿化程度。木豆素
(1×10- 7 g mL - 1)对破骨细胞形成有明显的抑制作用 , 抑制率为 22.8%, 32-1(1 ×10- 7 g m L - 1)的抑制率为
37.9%。木豆素及木豆叶提取物都具有刺激成骨细胞骨形成 、促进细胞间质矿化及抑制破骨细胞形成的活性 , 提示
木豆素在骨细胞上有类雌激素样作用 ,具有抗骨质疏松新药的研究前景。
关键词:木豆叶提取物;成骨细胞;破骨细胞;细胞增殖;碱性磷酸酶
中图分类号:R282. 71;R965   文献标识码:A   文章编号:0513 -4870(2007)04 - 0386 -06
收稿日期:2006-10-15.
基金项目:国家自然科学基金资助项目(20172072).
*通讯作者 Tel / Fax:86 - 10 - 65296403, E-m ai l:sunlan@ pum c. edu. cn
Effects of the extracts ofCajanus ca jan L. on cell functions in human
osteob last-like TE85 cells and the derivation of osteoclast-like cells
ZHENG Yuan-yuan1 , YANG Jing1 , CHEN D i-hua2 , SUN Lan1*
(1. Institute of BasicM ed ical S ciences, Ch inese Academy ofMedica l Sciences and Pek ing Un ionM edical College,
B eijing 100005 , Ch ina;2. Institute of Medicina l P lan tDevelopm ent, Chinese Academ y ofM ed ical S ciences and
Pek ing Un ionM edica l College, B eijing 100094 , Ch ina)
Abstract:The cajanine ( long isty lin A-2-ca rboxy lic acid) is isola ted and iden tified from ex tracts o f
Cajanus cajan L. (ECC), which structure is sim ilar to die thy lstilbestro.l The regu lation properties of the
cajanine and o ther four ex tracts ofCajanus cajan L. (32-1, 35-1, 35-2, and 35-3)we re tested in human
osteoblast-like (HOS) TE85 cells andmarrow-derived osteoclast-like ce lls. By usingM TT assay to te st the
change of ce ll pro life ration, 3H-proline incorporation to investigate the form ation of co llagen, and by
measuring alka line phosphatase (ALP) activ ity, bone fo rmation in HOS TE85 ce ll w as evaluated after
pre treated fo r 48 hours. Bone marrow ce lls w ere cultu red to exam ine the derivation of osteoc last ce lls
(OLC s), which w ere stained w ith tartra te-resistant acid phospha tase (TRAP). The long te rm e ffec t
(pretreated for 18 days) on promo ting m ine ra lized bone-like tissue forma tion was tested by A lizarin red S
staining inHOS TE85 ce lls. A fte r the treatment w ith ca janine (1×10-8 g mL- 1) for 48 hou rs, ce ll
number increased significantly (57.7%). 3H-Pro line incorpora tion a lso statistica lly increased (98.5%)
in tho se ce lls. S ign ificant change o fALP activ ity w as a lso found (P <0.01) in 35-1 and 35-3 treated ce lls
( they w e re 66.2% and 82.4% in the concentra tion of 1×10- 8 g mL - 1 , respective ly). The long te rm
(18 day s) effects of 32-1 and 35-3 on promo ting m ineralized bone-like tissue forma tion inHOS TE85 ce ll
386 药学学报 Ac ta Pharm aceu tica S in ica 2007, 42(4):386 - 391
DOI牶牨牥牣牨牰牬牫牳牤j牣牥牭牨牫牠牬牳牱牥牣牪牥牥牱牣牥牬牣牥牥牳
we re obv ious. Therew e remuchmore red blo ts over the field o f vision compared w ith tha t of con trol g roup.
A fte r the treatment o f ca janine, derived-osteoclast cells appeared la te r and much less compared w ith
contro .l The inhibition o f ca janinew as 22.8%while itw as 37.9% in 32-1 treated cells in the dose o f 1×
10
-7
g mL -1. It is obvious that cajan ine and ECC s promo ted the osteob last ce lls proliferation and
m ine ra lized bone-like tissue fo rmation in HOS TE85 cells, wh ile inhibited de rivation o f osteoclast ce lls.
A ll of these suggested that cajanine has the estrogen-like action on osteob last and osteoclast, wh ich cou ld
be developed as anti-o steoporosis drug s.
Key words:extrac ts from Cajanus cajan L. ; osteoblast;o steoclast; ce ll pro lifera tion;a lkaline
phosphatase
  豆科木豆属植物木豆 (Ca janus cajan L. )的化
学特点及药理学作用早在二十多年前已有研究 [ 1] ,
但对其类雌激素样作用方面的研究未见报道。本实
验室前期研究发现 ,将木豆叶芪类提取物总成分用
于去卵巢骨丢失大鼠模型中 ,可在不影响血清雌激
素水平 、不刺激子宫增生的条件下 ,降低血清 FSH
和 LH含量 ,并明显抑制大鼠股骨干骺端的骨丢失;
对股骨的作用与小剂量的雌激素接近 [ 2] 。在整体
动物模型上 ,显示出良好的天然植物雌激素样生物
活性[ 3] 。
本研究取木豆叶的多个活性化合物组分及单体
成分木豆素 ,在体外培养的人类成骨细胞系 HOS
TE85和分离的骨髓细胞中 ,从骨形成和骨吸收两方
面观察其促成骨作用和抑制破骨细胞形成的作用 ,
以揭示其在整体模型动物中改善骨小梁结构的作用
机制。
材料与方法
木豆素及总成分的提取和鉴定 本研究共观察
了 5种木豆叶提取物的作用。其中 ,木豆素为单体
化合物 , 32-1为广西红花木豆叶总成分 , 35-1为广
西黄花木豆叶总成分 , 35-2为海南黄花木豆叶总成
分 , 35-3为广西白花木豆叶总成分。分别将木豆叶
原料粉碎 , 80%乙醇加热回流提取 ,减压浓缩得绿色
醇膏 ,用硅胶拌样 ,干燥 、脱脂 ,氯仿洗脱 ,使芪类总
成分含量为 50%[ 1, 4] 。木豆素的提取:将已用硅胶
拌样后的绿色醇膏凉干研细 ,先后以石油醚和二氯
甲烷连续洗脱得洗脱液 ,以少量冷二氯甲烷搅拌过
滤 ,所得滤饼即为木豆素 (C21H22O4 ,白色结晶 ,熔点
176 ~ 178℃)。
药品与试剂 人的骨髓肉瘤细胞株 HOS TE85
具有成骨细胞特征 , 由美国旧金山大学提供 。
M cCoy’ s 5A 培养基 , 破骨细胞培养基 DMEM 为
Inv itrogen公司产品。国产胎牛血清由中国医学科
学院基础医学细胞中心提供。 17β-雌二醇 (Sigma
公司),以无水乙醇配成 1mol L- 1 ,冰箱 4℃保存。
临用前以培养基稀释至所需浓度。 1, 25(OH)2D3
(Fluka公司 );大鼠集落细胞刺激因子 GM-CSF
(PeproTech公司 );MTT(Sigma公司 );抗酒石酸酸
性磷酸酶 (TRAP)试剂盒 (中国医学科学院血液研
究所 );碱性磷酸酶 (ALP)试剂盒 (北京北化康泰临
床试剂有限公司 );3H-脯氨酸 (中国原子能研究
院)。
MTT法检测 HOS TE85细胞增殖 以细胞数
1×105接种于 96孔板中 , 每孔 200 μL 细胞液 ,
M cCoy’ s 5A培养基中加入 15%去固醇胎牛血清
(CS-FCS)[ 5] 。 24 h后 ,加入 17β-雌二醇 (1 ×10- 9
mol L - 1)或木豆叶提取物 (1 ×10- 9 , 1 ×10-8或
1×10-7 g mL -1)。继续培养 48 h后 ,每孔加入
MTT溶液 (5mg mL - 1) 20μL, 37℃继续孵育 4 h。
终止培养 ,小心吸弃孔内培养上清液 。每孔加入二
甲基亚砜 (DMSO ,分析纯 )150μL,振荡 10m in。以
490 nm波长测定各孔吸收度值 。
  3H-脯氨酸掺入法检测胶原蛋白形成 以细胞
数 5×105接种于 24孔板中 ,每孔 900 μL细胞液 ,
24 h后加入 17β-雌二醇(1×10- 9 mo l L- 1)或木豆
叶提取物 (1×10- 9 , 1×10- 8或 1×10- 7 g mL -1),
48 h后加入3H-脯氨酸 (3.7 ×103 Bq), 8 h后以 0.1
mol L - 1 PBS(pH 7.4)洗细胞 3遍 。每孔加入 0.1
mol L - 1 N aOH 1 mL,静止 15 m in后 ,吸出孔中液
体加入闪烁杯中 ,再加入闪烁液 7 mL,用液体闪烁
计数仪检测放射量 。
细胞碱性磷酸酶活性的检测  以细胞数 5 ×
10
5接种于 24孔板中 ,每孔 900μL细胞液。 24 h后
加入 17β-雌二醇 (1×10-9 mo l L -1)或木豆叶提取
物(1×10-9 , 1×10- 8或 1×10- 7 g mL -1)。 48 h后
弃上清液 ,以生理盐水冲洗细胞 2次 。用细胞刮擦
器取下细胞 ,超声破膜 ,每次 10 s,共 3次 , 15 000×g
387 郑元元等:木豆叶提取物对人的类成骨细胞 TE85成骨功能和体外破骨细胞分化的影响
离心 30m in(4℃)。按照碱性磷酸酶检测试剂盒操
作 。用分光光度计测量吸收度值 ,按照标准曲线转
化为金氏单位 ,考马斯亮蓝法测定样本蛋白量 ,实验
结果以 U mg- 1(pro tein)表示。
茜素红染色观察骨矿化 [ 6]  以细胞数 5 ×104
接种于 24孔板中 , 加入 17β-雌二醇 (1 ×10-9
mo l L -1)或木豆叶提取物 (1 ×10- 9 , 1 ×10- 8或
1×10- 7 g mL - 1)。空白对照组加入等量培养液 。
每组 3孔 ,连续给药 18 d。去培养基 ,用福尔马林-
甲醇-水(1∶1∶1.5 , v /v /v)固定 2 h。 PBS洗 3次后 ,
茜素红 (alizarin red S, pH 4.0)染色 5 m in, 用去离
子水洗净 ,晾干。显微镜下观察照相 。
破骨细胞体外分离及诱导分化[ 7]  取 W istar
大鼠(体重 170 ~ 180 g),拉颈处死 。 75%乙醇浸泡
10 m in,无菌取股骨 ,分离周围组织 ,切断股骨两端
骨骺 ,用 5mL无菌注射器吸取 D-Hanks液 5 mL冲
洗骨髓腔 ,离心收集冲洗液 。室温 1 000 r m in-1
离心 5m in,用 D-H anks液冲洗 2次细胞。细胞稀释
成 5 ×106 mL- 1 , 以 DMEM 诱导培养基 [ 20%
FCS , 1.25 ng mL -1 GM-CSF, 1 ×10-8 mo l L -1
1, 25(OH)2D3 ] ,置 24孔板中培养 。每 2 ~ 3 d换液
1次 。加入 17β-雌二醇 (1×10-9 mo l L -1)或木豆
叶提取物(1×10-9 , 1×10-8或 1×10-7 g mL -1)。
每组 6孔。给药 6 d后 ,细胞固定 ,抗酒石酸酸性磷
酸酶 (TRAP)染色(按试剂盒步骤操作)并照相。
破骨细胞计数以 TRAP阳性 、胞核 3个以上为
标准细胞 。每孔随机选取 10个视野 ,将破骨细胞数
目相加 ,计算每组 6孔细胞数的平均值与标准差 。
统计学方法 所有计量资料的实验结果均以
–x±s表示 。组间比较采用 SPSS统计软件进行 t检
验。
结果
1 木豆叶提取物对 HOS TE85成骨细胞功能的影

1. 1 细胞增殖 (MTT) 17β雌二醇 (1 ×10- 9
mol L - 1)、木豆素和木豆叶提取物 (1×10- 9 , 1 ×
10
-8或 1×10-7 g mL -1)作用于细胞 48 h, 17β-雌
二醇不刺激细胞增殖 ,而木豆叶各提取物均可不同
程度地促进成骨细胞增殖。其中 , 木豆素 、 32-1、
35-1和 35-2均可促进成骨细胞的增殖 ,与对照组相
比 ,增加 23% ~ 73%(表 1)。
1. 2 胶原蛋白形成 17β-雌二醇可明显促进脯氨
酸掺入 ,与对照组相比增加 62%。木豆叶各提取物
中 ,除 35-1外 ,其他成分均能使3H-脯氨酸掺入明显
增加 。其中 ,木豆素组的细胞掺入量增加 128%。
表明这些提取物均能显著刺激细胞的胶原蛋白形
成。
Tab le 1 E ffec ts of the extrac ts of Cajanus cajan L. on ce ll pro life ra tion, 3H-pro line inco rpo ra tion,
and alka line phosphatase (ALP) activity in HOS TE85 ce lls
G roup Dose /g mL- 1 MTT assay /A 3H-Proline incorporation /m in- 1 ALP /U m g- 1(p ro tein)
C on trol 0. 26±0. 02 1 399±77 13. 6±2. 0
E2 1×10 - 9m o l L- 1 0. 26±0. 01 2 180±116** 16. 6±2. 0
Ca jan ine 1×10 - 9 0. 36±0. 01* 3 189±376** 12. 2±1. 5
1×10 - 8 0. 41±0. 04* 2 777±257** 14. 4±1. 8
1×10 - 7 0. 25±0. 04 2 903±568** 16. 2±2. 0
32-1 1×10 - 9 0. 36±0. 01* 1 820±84** 12. 2±1. 9
1×10 - 8 0. 41±0. 04* 1 987±207** 14. 4±1. 85
1×10 - 7 0. 25±0. 04 2 185±170** 16. 2±2. 0
35-1 1×10 - 9 0. 34±0. 01 1 498±140 15. 9±0. 29
1×10 - 8 0. 37±0. 02* 1 568±16 22. 6±0. 07*
1×10 - 7 0. 45±0. 01** 1 571±76 25. 8±0. 14**
35-2 1×10 - 9 0. 36±0. 01* 1 319±98 14. 6±0. 36
1×10 - 8 0. 37±0. 01* 1 354±143 10. 6±0. 07
1×10 - 7 0. 42±0. 01** 1 730±104* 14. 2±0. 36
35-3 1×10 - 9 0. 37±0. 01* 1 205±100 19. 1±0. 07*
1×10 - 8 0. 35±0. 01* 1 437±88 24. 8±0. 07**
1×10 - 7 0. 41±0. 01** 1 607±79* 31. 2±0. 56**
n =6, –x±s. *P <0.05, **P <0.01 vs con tro .l E2:17β-E strodial;32-1:ECC of red flow er from Guangxi province;
35-1:ECC o f ye llow flow er from Guangxi prov ince;35-2:ECC o f ye llow flow e r from H a inan province;35-3:ECC o fwh ite
flow er from Guangx i p rovince
388 药学学报 Ac ta Pharm aceu tica S in ica 2007, 42(4):386 - 391
1. 3 碱性磷酸酶活性 17β-雌二醇作用后 ,与对照
组相比 , 碱性磷酸酶活性无明显差异 , 而 1×10-7
g mL -1 35-3组碱性磷酸酶的活性增加 130%。提
示 35-3可明显促进 HOS TE85细胞的成骨作用 (表
1)。木豆素则无明显的作用 。
综合以上 3个指标可以看出 ,木豆素及木豆叶
提取物均对 2个以上指标有显著作用 ,即可明显促
进 HOS TE85细胞的成骨作用。
2 木豆叶提取物对骨矿化的影响
茜素红能特异性地与细胞间质中的矿化组织相
结合而呈现红色 ,因此能够通过比较染色区域的矿
化面积观察各组提取物对成骨细胞间质矿化的影
响 。长时程作用 (给药 18 d)后 ,与空白对照组比
较 ,木豆叶提取物 32-1和 35-3的矿化程度明显增
大 ,与 17β-雌二醇组接近 ,木豆素的作用弱于这两
种提取物。表明木豆叶提取物 32-1和 35-3能明显
促进 HOS TE85成骨细胞间质矿化 (图 1)。
3 木豆叶提取物对破骨细胞形成的影响
新鲜分离的骨髓细胞呈小圆形 ,数量很多 ,排列
紧密 、均匀。加入分化刺激培养基的 d 6,破骨细胞
形成最多 ,细胞形状为圆形 、椭圆形 、梭形及不规则
形状 ,胞核达 3 ~ 6个 ,有的出现伪足 (图 2)。
TRAP染色计数可见 ,与对照组相比 , 17β-雌二
醇组破骨细胞数量明显减少 (抑制率为 32.0%)。
多个木豆叶提取物的高剂量组其破骨细胞数量均明
显减少 ,抑制率为 20.4% ~ 37.9%。其中 , 32-1作
用最明显 , 3个剂量组的抑制率分别为 7.7%,
29.6%和 37.9%(表 2)。木豆素在 1 ×10-7 g
mL
-1时 ,抑制率为 22.8%(P <0.05),显示该单体
化合物也具有良好的作用。
Table 2 E ffects of ex tracts ofCajanus cajan L. on the
de rivation o f osteoclast ce lls (OLC s), which w ere
stained for tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP)
G roup Dose /g mL -1 OLC s /w ell Inhibit ion /%
C on trol   20.6±1. 26  0
E2 1×10 - 9 m ol L- 1 14.2±0. 97** 32. 0
C ajan ine 1×10 - 9 18.5±1. 31 10. 2
1×10 - 8 16.2±1. 43* 20. 4
1×10 - 7 15.9±0. 84* 22. 8
32-1 1×10 - 9 19. 02±1. 37 7. 7
1×10 - 8 14. 52±0. 87** 29. 6
1×10 - 7 12. 82±0. 68** 37. 9
35-1 1×10 - 8 18.4±0. 95* 20. 9
35-2 1×10 - 8 21.0±1. 20 9. 5
35-3 1×10 - 8 19.0±0. 95 18. 1
n =6, –x ± s. *P <0.05, **P <0. 01 vs contro.l Ce ll
number was de te rm ined by the ave rage o f 10 random eyesho t
in each w e ll under ligh tm icro scope (×200)
F igure 1 Long te rm e ffec ts of the ex tracts of Cajanus cajan L. on m ineralized bone like tissue
forma tion inHOS TE85 ce lls(×200) dyed w ith a lizarin red S. A:Con trol g roup;B:32-1 (1×10- 8
g mL - 1);C:35-2 (1×10-8 g mL - 1);D:E2(1×10-9 mo l L -1)
389 郑元元等:木豆叶提取物对人的类成骨细胞 TE85成骨功能和体外破骨细胞分化的影响
F igure 2 Effect o f extrac ts ofCajanus cajan L. on the derivation ofOLCs. A:Three days after 1×10-8 g mL - 1
cajanine w as g iven ( ×400);B:S ix days after 1 ×10- 8 g mL - 1 ca janine w as g iven, be fore TRAP staining
(×400);C:TRAP-positive ce lls (×800);D:Contro l(TRAP staining, ×200);E:E2(1×10- 9 mo l L - 1 ,
TRAP sta in ing, ×200);F:32-1 (1×10-8 g mL -1 , TRAP staining, ×200)
讨论
研究结果表明 ,药物刺激 48 h后 ,木豆素 、32-1
和 35-3对于细胞增殖 、碱性磷酸酶活性的促进作用
与 17β-雌二醇类似。另外 ,从成骨细胞间质矿化实
验可以看出 , 32-1和 35-3(1 ×10- 8 g mL -1)作用
18 d后 ,其矿化组织比对照组明显扩大。这可能是
它们增强成骨细胞多种功能的综合体现 ,提示木豆
叶提取物对成骨细胞骨形成有明显的促进作用 [ 5] 。
本研究采用大鼠骨髓细胞诱导培养方法 ,观察
木豆叶提取物对骨髓干细胞向破骨细胞分化过程的
作用。结果显示 ,给予木豆叶提取物能够直接减少
破骨细胞的数量 。当然 ,本研究对破骨细胞的研究
还是初步的 ,至于木豆素及其他提取物对破骨细胞
活性的影响还有待于以后的实验验证 。
本实验室前期的动物实验结果显示 ,在去卵巢
骨丢失大鼠中 ,木豆叶提取物可以在不提高血清雌
二醇水平 、不引起子宫内膜增生的情况下 ,明显改善
由于雌激素缺乏所导致的骨丢失 。结合本研究的结
果可以推测 ,木豆叶提取物对抗雌激素缺乏性骨丢
失的作用部分是通过促进成骨细胞功能 、抑制破骨
细胞形成来实现的。本研究中 ,木豆素的类雌激素
作用提示其具有可以开发成为抗骨质疏松新药的潜
力。
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会 讯
国际口服药物缓 /控释技术发展研讨会即将在沪召开
由中国工程院医药卫生学部 、中国药学会 、美国药学会共同主办的上海国际口服药物缓 /控释技术发展研讨会将于
2007年 5月 11 ~ 13日在上海光大会展中心国际大酒店召开。大会将邀请来自美国 、加拿大工业界及学术界的国际知名药
物制剂专家做大会报告 ,报告内容理论和实例并重 。会议将就药物口服缓 /控释制剂研发的最新技术和进展展开全面深入
的讨论 ,涉及口服缓 /控释的制剂设计及与之相关的材料和工艺的选择 、计算机辅助设计 、药品质量监管和评估 、骨架型口
服缓 /控释制剂 、包衣型缓 /控释制剂 、微丸型缓 /控释制剂等相关内容 。
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中国药学会国际交流部
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391 郑元元等:木豆叶提取物对人的类成骨细胞 TE85成骨功能和体外破骨细胞分化的影响