本研究由姜超来、周祖斌、林一维、单浩杰、夏文扬、尹富丽、王楠、周丽辉、郭有水和余晓伟等学者完成，发表于《International Immunopharmacology》期刊，文章标题为《Astragaloside IV Ameliorates Steroid-Induced Osteonecrosis of the Femoral Head by Repolarizing the Phenotype of Pro-Inflammatory Macrophages》，研究发表于2021年2月6日。本文旨在探讨一种中药成分——黄芪皂苷IV（Astragaloside IV，AS-IV）在治疗类固醇引起的股骨头坏死（ON-FH）方面的潜力，研究重点在于通过改变巨噬细胞的极化表型来减轻炎症反应，从而改善股骨头坏死的症状。

学术背景及研究目的

股骨头坏死（ON-FH）是类固醇使用中的常见并发症之一。该疾病的发生与股骨头的血液供应异常密切相关，导致骨细胞的凋亡和骨结构的塌陷。类固醇引起的股骨头坏死（GA-ONFH）尤为普遍，尤其是在长期或高剂量使用类固醇的患者中。研究发现，巨噬细胞在该病理过程中起着重要作用，特别是极化为M1型的巨噬细胞，它们通过分泌促炎细胞因子加剧骨细胞凋亡。因此，研究巨噬细胞极化及其与骨细胞凋亡的关系，对于开发治疗GA-ONFH的新策略具有重要意义。

本研究的目标是探讨黄芪皂苷IV（AS-IV）是否能够通过改变巨噬细胞的极化表型，从而减轻GA-ONFH中的炎症反应，减少骨细胞凋亡，并最终改善股骨头坏死的临床表现。

研究流程

本研究的研究流程分为体外实验和体内实验两个部分，主要包括以下几个关键步骤：

1. 体外实验

首先，研究人员从C57BL/6小鼠的骨髓中分离出骨髓源性巨噬细胞（BMDMs），并通过LPS（脂多糖）和IFN-γ诱导其极化为M1型巨噬细胞，或通过IL-4诱导其极化为M2型巨噬细胞。接下来，使用AS-IV处理M1型巨噬细胞，检测其在基因表达、蛋白水平以及细胞表面标志物上的变化，以评估其是否能够将M1型巨噬细胞重新极化为M2型。研究人员通过实时定量PCR（qRT-PCR）和Western blot检测M1和M2型巨噬细胞的标志物，如IL-12、NOS2（M1型标志）、ARG1和MRC1（M2型标志）。此外，流式细胞术被用于分析细胞表面标志物CD11b、F4/80、MHC II和CD206的表达，以进一步确认巨噬细胞极化状态的变化。

接着，研究人员通过与MLO-Y4小鼠成骨细胞样细胞共同培养，观察AS-IV处理过的M1型巨噬细胞分泌的培养上清液对成骨细胞的影响。实验结果显示，AS-IV处理后的M1型巨噬细胞培养上清液显著减少了成骨细胞的凋亡，并促进了其增殖。

2. 体内实验

在体内实验中，研究人员使用类固醇诱导GA-ONFH小鼠模型，并通过皮下注射AS-IV进行治疗。AS-IV的给药剂量为15.0 mg/kg，每两天一次。临床症状通过关节炎评分（Arthritic Scores）和机械疼痛阈值（Paw Withdrawal Mechanical Threshold，PWMT）评估。治疗4周后，研究人员通过组织学分析（如HE染色）检查股骨头的病理变化，评估骨结构的损伤程度。研究表明，AS-IV显著减轻了类固醇引起的股骨头坏死的临床症状，并且在病理学上减少了股骨头内的空腔率。

3. 数据分析

所有实验数据均通过GraphPad Prism 6进行统计分析，使用学生t检验、单因素方差分析（ANOVA）和双因素方差分析（ANOVA）对不同实验组之间的差异进行比较。结果表明，AS-IV能够显著改善GA-ONFH小鼠的关节炎评分、机械疼痛阈值以及股骨头的空腔率。

主要结果

1. 巨噬细胞的极化状态
   AS-IV显著改变了M1型巨噬细胞的极化表型，将其从促炎性的M1型转化为具有抗炎作用的M2型。qRT-PCR和Western blot分析结果表明，AS-IV处理的M1型巨噬细胞中，M1型标志物IL-12和NOS2的表达显著下降，而M2型标志物ARG1和MRC1的表达则显著上升。此外，流式细胞术结果进一步确认了这一表型转化。

2. 成骨细胞的凋亡与增殖
   使用AS-IV处理过的M1型巨噬细胞培养上清液，能够显著减少MLO-Y4成骨细胞的凋亡，并促进其增殖。Western blot、qRT-PCR及Hoechst染色等方法进一步证实了这一点，显示AS-IV处理的M1型巨噬细胞培养上清液对成骨细胞的保护作用。

3. GA-ONFH小鼠模型中的临床效果
   在GA-ONFH小鼠模型中，AS-IV治疗显著改善了小鼠的临床症状。关节炎评分和机械疼痛阈值均显示治疗组小鼠的症状得到了缓解。组织学检查结果表明，AS-IV能够减轻股骨头的骨结构损伤，显著减少空腔率。

4. 炎症反应的减轻
   AS-IV治疗显著减少了小鼠股骨头中M1型巨噬细胞的比例，增加了M2型巨噬细胞的比例。此外，AS-IV处理显著降低了TNF-α和IL-1β等促炎细胞因子的水平，进一步验证了其抗炎作用。

5. 骨生成与破骨活动的恢复
   AS-IV治疗不仅增加了股骨头中骨生成标志物的表达（如ALP、BGLAP、COL1A1），还减少了破骨标志物的表达（如NFATC1、ACP5、CTSK、CLCN7）。这一变化表明，AS-IV能够恢复骨生成与破骨之间的平衡，有助于防止股骨头的塌陷。

结论

本研究表明，黄芪皂苷IV（AS-IV）通过改变巨噬细胞的极化表型，从促炎性的M1型巨噬细胞转化为抗炎性的M2型巨噬细胞，显著减轻了类固醇引起的股骨头坏死（ON-FH）的临床症状。AS-IV通过减轻炎症反应、降低促炎细胞因子、保护骨细胞免受凋亡并促进骨生成，提供了治疗类固醇引起的股骨头坏死的新途径。这一发现为黄芪皂苷IV在临床应用中的潜力提供了有力支持，并可能成为未来治疗股骨头坏死的新选择。

研究亮点

1. 巨噬细胞极化的转变
   本研究首次证实了黄芪皂苷IV能够有效地将M1型巨噬细胞转化为M2型巨噬细胞，并通过这一机制减轻了股骨头坏死的症状。

2. 新型治疗策略
   通过调控巨噬细胞的极化状态，AS-IV提供了一种新的治疗策略，能够有效改善类固醇引起的股骨头坏死。这一方法具有较好的应用前景，可能为该疾病的治疗提供一种新的方向。

3. 骨生成与破骨活动的恢复
   研究表明，黄芪皂苷IV不仅恢复了骨生成，还减轻了破骨作用，为治疗股骨头坏死提供了多方面的作用机制。

总体而言，黄芪皂苷IV作为一种具有抗炎作用的天然化合物，展现出了显著的治疗潜力，未来的研究可以进一步探讨其在其他类型股骨头坏死（如外伤引起的坏死）中的应用前景。