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这篇综述聚焦骨再生修复，深入探讨经典信号通路（如 Wnt/β-catenin、Notch 等）在其中的作用，详细阐述各类小分子药物（包括天然和合成）促进骨再生的机制、疗效及临床应用，为骨疾病治疗和再生医学研究提供重要参考。
1. 引言
骨再生修复是复杂的骨形成生理过程，常见于骨折愈合。骨折可由高能创伤或低骨量人群的低能冲击引发。其修复主要有原发性（直接）和继发性（间接）两种机制。继发性修复中，软骨痂形成并最终通过软骨内骨化重塑为成熟骨，涉及血肿形成、初级痂形成、骨痂形成和骨重塑等阶段，多种细胞类型和分子信号通路参与其中。
骨疾病如骨缺损、骨不连和骨质疏松普遍存在。骨缺损可能由创伤、先天性畸形等导致，部分因缺损过大难以自发再生。骨质疏松则是由于骨形成减少和吸收增加所致。尽管现有研究在治疗小骨缺损等方面取得一定成功，但大骨缺损和骨不连仍是医学难题，且骨疾病在老龄化等人群中发病率不断上升。
组织工程为骨再生修复提供了生长因子疗法和生物材料技术等途径，但生物材料存在争议且不适用于老年多病患者，生长因子疗法也存在成本高、易降解等问题。小分子药物因具有分子量低（<1000Da）、免疫原性低、结构多样、成本低等优势，在促进骨再生方面极具潜力。高通量筛选（HTS）技术已发现众多有潜力的小分子化合物，但它们对骨再生通过相关信号通路的影响尚未系统阐述，因此本文将着重对此进行综述。
2. 骨再生修复中的经典信号通路
目前对骨再生修复中经典信号通路的研究取得了显著进展。多个重要信号通路参与骨胚胎发育、骨折愈合和修复过程，下面将介绍几个关键信号通路。
2.1 Wnt/β-catenin 通路
Wnt 蛋白与七跨膜 Frizzled（FZD）受体结合，激活下游的 β-catenin。该信号通路在细胞增殖、分化等多种过程中发挥关键作用，也参与骨再生修复全程。在骨折愈合时，经典 Wnt 信号通路通过 β-catenin 被广泛诱导，具有成骨作用。激活该通路可增加小鼠骨量，促进骨折愈合；抑制则会减少成年小鼠骨量，表明其激活能促进骨形成。此外，Wnt/β-catenin 信号通路在骨折修复的软骨内骨化和膜内骨化阶段均有贡献。
2.2 Notch 通路
Notch 信号通路是高度保守的配体 - 受体信号通路，在细胞多种生命活动中起关键作用。当 Notch 受体（Notch 1 - 4）与配体（Delta-like - 1、-3、-4 和 Jagged - 1、-2）相互作用后，经过一系列蛋白水解事件，释放出 Notch 细胞内结构域，进而激活靶基因转录。研究显示，Notch - 2 和 Jag - 1 信号参与间充质干细胞向成骨细胞分化，Jag - 1 可诱导成骨细胞相关基因 ALP 过表达。抑制该通路会导致骨髓间充质干细胞池减少，引发年龄相关的骨丢失；激活则能增强成骨分化。
2.3 BMP/TGF-β 通路
BMPs 属于转化生长因子 β（TGF-β）超家族，是多功能旁分泌生长因子，在成骨过程中发挥重要作用。BMP/TGF-β 与特异性受体结合后，通过 Smad 依赖或非 Smad 依赖信号通路启动信号级联反应。体内外实验表明，该信号通路在早期骨骼形成中不可或缺，对成骨进展和成熟至关重要，其中 BMP2 是研究热点，临床应用有助于患者实现骨再生。
2.4 PI3K/Akt/mTOR 通路
PI3K/Akt 信号通路是重要的促有丝分裂信号，在细胞生长过程中起关键作用。研究发现，敲除小鼠的 Akt1 和 Akt2 基因会延迟骨化，而骨细胞中的 Pten 是 PI3K 信号的负调节因子，缺失 Pten 可增加磷酸化 Akt 水平，促进骨矿化。此外，抑制 PI3K/mTOR 信号通路可激活成骨作用，一些信号通路还通过靶向 PI3K/Akt 信号发挥成骨功能，如 bFGF 可激活该通路促进成骨细胞相关蛋白表达和细胞增殖、分化。
2.5 MAPK 通路
MAPK - 细胞外信号调节激酶通路是细胞表面与细胞核之间的关键连接，调节细胞多种活动，在骨形成和愈合中也至关重要。例如，沉默 MLK3 会抑制成骨细胞分化、延迟骨形成，抑制 MAPK 信号会抑制成熟成骨细胞中特异性基因表达。在骨折愈合过程中，MAPK 通路中的双亮氨酸拉链激酶会在大鼠骨折后短暂上调，此外，非经典 Wnt - 4 信号可通过激活 p38 - MAPK 增强颅面间充质干细胞的骨再生能力，中药骨碎补总黄酮可通过 ERK1/2 - Gga1 - TGF-β/MAPK 通路促进骨间充质干细胞的成骨分化和腱骨愈合，具有骨诱导性的磷酸钙（CaP）陶瓷也可触发细胞内 MAPK 信号级联反应，诱导间充质干细胞成骨分化。
2.6 FGF 通路
成纤维细胞生长因子家族（FGF）成员众多，可影响细胞多种功能，在调节膜内和软骨内骨化信号过程中发挥关键作用。部分 FGF 蛋白在成骨中起关键作用，如 FGF2 可磷酸化激活 Runx2 影响骨形成调节，FGF9 和 FGF18 在胚胎骨骼形成中也有重要功能。碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）是间充质干细胞的强效促分裂原，水凝胶 - bFGF 治疗骨缺损可提高骨密度、促进矿化和骨桥形成，FGF - 2 和 BMP - 2 基因共递送的纳米复合物可显著促进骨再生。
2.7 Hedgehog 通路
Hedgehog 信号通路根据不同配体可分为 Sonic hedgehog、Indian hedgehog 和 Desert Hedgehog 三种模式。在骨再生修复中，该通路参与软骨内骨发育的多个阶段。小鼠研究表明，正常骨折修复需要激活成骨细胞中的 Hedgehog 信号，过表达其配体可增加基质沉积，该信号还可促进间充质干细胞和骨祖细胞向成骨细胞分化，Sonic hedgehog 信号通路参与骨折愈合的膜内和软骨内骨化过程，促进骨髓间充质干细胞增殖和向成骨细胞分化。
2.8 YAP/TAZ 通路
YAP 和 TAZ 是两个相关的转录共激活因子，其活性主要受 Hippo 通路调节。当激活时，YAP/TAZ 从细胞质转移到细胞核，与转录因子相互作用调节靶基因表达。研究显示，YAP/TAZ 是调节间充质干细胞成骨分化的关键因子，如 RAMP1 表达上调可促进 YAP - 降钙素基因相关肽（CGRP）介导的骨髓间充质干细胞（BMSC）成骨分化，TAZ 可通过激活 Runx2 驱动间充质干细胞成骨分化，YAP/TAZ 还可通过增强成骨细胞（OB）分化和功能、抑制破骨细胞（OC）分化和功能来促进成骨，Piezo1 可感知机械负荷促进 YAP 核转位，进而调节相关基因表达抑制骨吸收。
3. 小分子药物
先前研究发现了多种可增强骨再生的小分子药物，本文优先选取部分具有代表性的药物进行详细综述，这些药物按天然小分子、合成小分子及其化学结构进行分类。
3.1 天然小分子化合物
3.1.1 三萜类化合物
三萜类化合物由氧化角鲨烯前体经角鲨烯环化酶作用形成多种环状结构，在食品和制药领域有潜在应用。
- 三七皂苷 R1（NGR1）：从三七中分离得到，具有抗氧化等多种治疗功能。在动物实验中，它能减轻 ROS 诱导的线粒体损伤，通过阻断 MAPK - JNK 信号通路恢复成骨细胞分化，为治疗骨质疏松和促进骨再生提供了理论依据，但还需在人原代间充质干细胞和动物模型中进一步研究。
- 白桦脂醇（BET）：主要存在于桦树皮中，具有多种药理活性。研究表明，它可促进体外人成骨细胞分化，通过激活 JNK、ERK1/2 和 mTOR 激酶发挥成骨诱导作用，但在体内促进骨再生的潜力还需动物实验验证。
- 甘草酸（GA）：从甘草根中分离得到，具有多种药理活性。它能抑制破骨细胞成熟和骨吸收，在动物实验中，GA 可通过激活 Wnt/β - Catenin 信号通路促进人骨髓基质细胞成骨分化，含 GA 的水凝胶可加速骨折愈合，具有骨再生潜力，有待进一步临床转化研究。
- 灵芝醛 A（GD - A）：从灵芝中分离得到，近期研究发现它可有效促进羊膜间充质干细胞成骨分化，机制涉及经典成骨通路 Wnt/β - catenin 和 BMP/SMAD，还需在体内动物模型实验中进一步验证。
3.1.2 黄酮苷类化合物
黄酮类化合物广泛存在于植物中，具有多种生物活性和潜在药用价值。
- 淫羊藿苷（ICA）：从淫羊藿中提取，可调节骨代谢。临床研究表明，它能增加绝经后骨质疏松患者骨密度且无子宫内膜增生等副作用。其作用机制包括通过 Notch 信号通路促进成骨分化，激活 cAMP 信号通路增强 BMP2 的成骨作用，后续可在动物骨缺损模型和人体试验中进一步研究。
- 白杨素：从蒿属植物中提取，广泛存在于多种食物中。它可促进间充质干细胞增殖和向成骨细胞分化，还能通过调节 TGF - β 通路激活 Smad3，进而激活 β - catenin 通路促进牙髓干细胞成骨分化。
- 异槲皮苷：是天然黄酮醇槲皮素的主要糖苷形式。体外实验表明，它可通过多种通路促进细胞增殖、抗氧化和抗炎。在骨再生方面，它可促进人成骨样 SaOS - 2 细胞矿化，低浓度促进细胞增殖，高浓度通过 RUNX2 表达促进成骨细胞和 BMSCs 成骨分化，是潜在的天然成骨诱导化合物。
- 紫铆因（Butein）：属于黄酮类植物化学物，具有抗氧化等多种生物活性。研究显示，它可通过激活 ERK1/2 磷酸化介导刺激 BMSCs 成骨和抑制脂肪生成的双重作用，是骨再生治疗的潜在药物。
- 姜油酮（ZG）：从姜中分离得到，具有多种健康益处。近期研究表明，它可通过 miR - 590 靶向 Smad7 保护 Runx2，促进成骨细胞分化，在骨组织再生中有潜在应用，但需进一步研究验证。
3.1.3 酚类化合物
酚类和多酚类是植物次生代谢产物，长期食用富含此类物质的食物可预防多种疾病。
- 苔黑酚葡萄糖苷（OG）：是仙茅的主要酚苷之一，具有多种功效。它可通过 MAPK 通路促进骨形成，预防糖皮质激素诱导的骨质疏松，是骨再生治疗的候选化合物。
- 绿原酸（CGA）：是金银花和杜仲的主要功能成分，具有多种生物活性。它可通过 PI3K/Akt 通路抑制破骨细胞增殖、促进成骨分化，调节 hDPSCs 成骨分化，具有骨再生治疗潜力。
- 白藜芦醇（RL）：是一种天然多酚，具有多种生物活性。它可促进骨髓或脂肪组织间充质干细胞成骨分化，通过增强经典 Wnt 信号通路和 calcineurin/NFATc1 信号通路发挥作用，具有骨再生治疗潜力。
- 老鹳草素（Geraniin）：从黄连中分离得到，传统用于治疗结石。研究表明，它可预防大鼠骨质疏松，增强 BMSCs 增殖和向成骨细胞分化，可能通过 Wnt - β/catenin 通路发挥作用，后续需进行体内研究验证。
- 杜仲籽总苷（TGEUS）：从杜仲中提取，可增加大鼠骨密度。近期研究发现，它可通过抑制 Notch 信号通路促进脂肪来源的间充质干细胞成骨分化，具有促进骨再生的治疗潜力。
- 蛇床子素（Cnidium lactone）：从刺五加中提取，可抑制破骨细胞生成，预防小鼠骨质疏松。体外实验表明，它可通过雌激素受体介导的 BMP - 2/smad 信号级联刺激 BMSCs 成骨分化，需进一步动物实验确定其体内功能。
3.1.4 异香豆素类化合物
异香豆素类主要存在于豆类中，在药物发现等领域有广泛研究，本文重点介绍其中两种化合物。
- 异香豆素 a：从中药何首乌中提取，民间用于治疗骨折等。研究发现，它可促进成骨前体细胞系 MC3T3 - E1 增殖和细胞外基质矿化，通过 PI3K - Akt/PI3K - Erk1/2 通路激活 BMP/RUNX2，促进成骨基因表达，在体内可增加斑马鱼胚胎椎骨数量和面积，是骨再生治疗的候选化合物。
- 紫花前胡苷（NK）：从当归根中分离得到，具有多种生物活性。近期研究表明，它可缓解小鼠骨丢失和改善骨微结构，通过 PI3K/Akt/mTOR 信号通路促进 BMSCs 向成骨细胞分化，具有骨再生治疗潜力。
3.1.5 二萜类化合物
二萜类化合物结构复杂多样，具有多种生物活性，以冬凌草甲素（ORI）为例进行介绍。
- 冬凌草甲素（ORI）：从中药冬凌草中提取，具有多种药理活性。它可通过 BMP - 2/Smad 和 Wnt/β - catenin 信号通路促进 BMSCs 向成骨细胞分化，间接抑制骨髓单核细胞向破骨细胞分化，是骨再生治疗的有前景的候选药物，但体内治疗效果和临床意义还需进一步明确。
3.1.6 倍半萜类化合物
倍半萜类主要存在于高等植物中，具有多种生物功能，以 Ferutinin 为例进行介绍。
- Ferutinin：是一种植物雌激素，可结合雌激素受体。研究表明，它可预防大鼠骨丢失，促进去卵巢大鼠骨量恢复和骨密度增加，通过激活 H3K9 乙酰化和 H3K4 三甲基化标记，激活 DPSCs 的经典 Wnt/β - catenin 信号通路，促进其成骨分化，后续需在骨髓间充质干细胞等方面进一步研究。
3.1.7 动物源化合物
动物源化合物中，鹿茸水提取物（PAAE）具有显著的骨再生能力。
- 鹿茸水提取物（PAAE）：在东南亚被广泛用作草药。研究表明，它可促进 BMSCs 增殖和向成骨细胞分化，增加骨密度，预防和治疗骨质疏松。其机制是激活 BMP - 2/Smad1,5/Runx2 通路，是骨再生治疗的候选药物。
3.1.8 对苯二酚糖苷类化合物
对苯二酚糖苷类化合物主要分布在植物次生代谢产物中，以熊果苷为例进行介绍。
- 熊果苷：广泛存在于植物中，具有多种生物活性。它可抑制破骨细胞分化，增加 MC3T3 - E1 细胞中 ALP 活性和相关基因 mRNA 表达水平，提高 RUNX2 和 β - catenin 的表达，在体外细胞系中有促进骨形成的潜力，但体内效果需进一步验证。
3.2 合成小分子化合物
3.2.1 GSK - 3β 抑制剂 CHIR99021（C91）
CHIR99021（C91）是高度选择性的 GSK - 3 抑制剂，可通过激活 Wnt/β - catenin 信号通路促进骨形成。在动物实验中，它可加速骨折愈合，增加骨质疏松模型的骨量，目前其局部缓释系统正在研究中，有望用于骨质疏松和骨缺损的治疗。
3.2.2 DIPQUO
6,8 - 二甲基 - 3 - (4 - 苯基 - 1 - 咪唑 - 5 - 基) 喹啉 - 2 (1 - H)- 酮（DIPQUO）通过高通量筛选得到，可促进小鼠和人祖细胞向成骨细胞分化和成熟，在体内可刺激斑马鱼成骨细胞发育和再生，通过激活 p38 MAPK 信号通路促进成骨分化，在骨修复方面有很大潜力。
3.2.3 褪黑素（MT）
褪黑素（MT）是松果体分泌的激素，可促进成骨细胞或间充质干细胞分化，调节间充质干细胞介导的破骨细胞生成。体外和体内研究表明，它可通过多种信号通路促进成骨细胞分化和矿化，促进骨再生。目前，MT 已在牙科植入和脊柱融合手术中作为辅助治疗手段，未来在骨组织工程方面有进一步探索的潜力。
3.2.4 SRT2104
Sirtuin 1（S
