Fordele og mekanismer ved polysaccharider fra kinesiske lægeurter til anti-osteoporoseterapi

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mail:audrey.hu@wecistanche.com

Shan shan Lei a,1, Jie Su d,1, Yang Zhang a,1, Xiao wen Huang a, Xu ping Wang a, Min Cong Huang b,*, Bo Li c,*, Dan Shou a,d,**
a * Institut for Medicin, Zhejiang Academy of Traditional Chinese Medicine, Hangzhou, Zhejiang 310007, PR Kina
b * Center of Safety Evaluation, Hangzhou Medical College, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR Kina
c * Zhejiang University of Technology, Hangzhou, Zhejiang 310014, PR Kina
d * Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR Kina

Abstrakt

Osteoporose er en systemisk metabolisk knoglesygdom med en stigende forekomst. Kinesiske lægeurter har en lang historie med at behandle knoglesygdomme. Polysaccharider er en vigtig kategori af fytokemikalier i kinesiske lægeurter, og deres sundhedsmæssige fordele har øget offentlighedens interesse. Talrige undersøgelser har vist, at polysaccharider udviser anti-osteoporose-effekter ved at balancere knogleresorption og knogledannelse, men de detaljerede virkninger og mekanismer er ikke blevet systematisk opsummeret. Vi udførte en omfattende gennemgang af litteraturen for at konsolidere undersøgelser for perioden 2000-2021 ved at udføre elektroniske søgninger på databaserne PubMed, CNKI, VIP og Wanfang. I alt har polysaccharider fra 19 slags kinesiske lægeurter i 54 undersøgelser vist knoglehomeostase-beskyttende egenskaber. In vivo og in vitro eksperimenter har vist, at polysaccharider har egenskaber i behandlingen af ​​postmenopausal osteoporose, senil osteoporose og glukokortikoid-induceret sekundær osteoporose, især postmenopausal osteoporose. Desuden er en række signalveje, såsom Wnt/-catenin-signalvejen, BMP/SMAD/RUNX2-signalvejen, OPG/RANKL/RANK-signalvejen, apoptosevejen og transkriptionsfaktorer, reguleret af polysaccharider og er med til at forbedre knoglerne. homøostase. Denne gennemgang vil give en bedre forståelse af de anti-osteoporotiske virkninger af polysaccharider og de samtidige moduleringer af signalveje.

Nøgleord:Polysaccharider, kinesiske lægeurter, mekanismer, knoglehomeostase

Kinesisk lægeurt--Cistanche, er god mod osteoporose

1. Introduktion

Osteoporose er en systemisk metabolisk knoglesygdom karakteriseret ved mikroarkitektonisk forringelse, lav knoglemasse og en øget risiko for frakturer. Ifølge resultaterne af den første epidemiologiske undersøgelse af osteoporose, udført af Kinas nationale sundhedskommission i 2018, nåede prævalensraten for osteoporose hos kvinder over 50 år 32,1 procent, mens den hos kvinder over 65 år var 51,6 procent. Cirka 10 millioner mennesker over 50 år i USA har osteoporose, og 34 millioner mennesker er i risiko for denne sygdom. I Storbritannien lider 50 procent af kvinder over 50 år og 20 procent af mænd af osteoporotiske frakturer [1]. Skørt brud forårsaget af osteoporose kan føre til øget sygelighed og dødelighed, hvilket resulterer i en enorm social byrde [2].

En ubalance i knoglehomeostase er velkendt for at være forårsaget af mere osteoklastmedieret knogleresorption end osteoblastmedieret knogledannelse resulterer i osteoporose. Mange faktorer fører til knoglehomeostase, men den grundlæggende mekanisme er en ubalance mellem osteoblaster og osteoklaster, herunder (i) nedsat osteoblast (OB) differentiering og aktivitet, hvilket resulterer i reduceret knogleaflejring; (ii) øget osteoklast (OC) differentiering og aktivitet, hvilket resulterer i overdreven knogleresorption; og (iii) inflammation og oxidativ status [3]. Derudover reguleres funktionerne af OB og OC af en række forskellige transkriptionsfaktorer og signalveje.

I Kina er flere kinesiske lægeurter, der har funktioner til at lette leddene og styrke knogler og muskler, blevet brugt til behandling af osteoporose i hundreder af år. Polysaccharider er en af ​​de vigtigste aktive komponenter i mange kinesiske lægeurter, såsom Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute, Angelica sinensis (Oliv.) Diels og Morinda Officinalis How. I mellemtiden har polysaccharider vist sig at have flere funktioner, såsom antioxidant [4], immunmodulering [5] og anti-træthedsfunktioner [6]. Til dato har talrige undersøgelser vist, at polysaccharider udviser anti-osteoporose-effekter ved at balancere knogleresorption og knogledannelse, men de detaljerede virkninger og mekanismer er ikke blevet systematisk opsummeret.

I denne gennemgang indsamlede vi i alt 54 undersøgelser af polysaccharider på anti-osteoporose fra 2000 til 2021 år, og polysaccharider fra 19 slags kinesiske lægeurter blev undersøgt. Disse undersøgelser omfattede 25 in vivo eksperimentelle undersøgelser og 40 in vitro forsøg. Den eksperimentelle dyremodel omfattede ovariektomiserede (OVX) rotter, SAMP6-mus og glukokortikoid-induceret osteoporose (GIOP) zebrafisk. MCET3-E1-celler, BMSC'er, dexamethason-induceret OB og RANK-inducerede BMM-cellemodeller er blevet brugt i vid udstrækning in vitro-eksperimenter. Mekanismerne for rå polysaccharider eller oprensede polysaccharider på anti-osteoporose var fokuseret på OB- eller OC-proliferation, differentiering, herunder ekspression af transkriptionsfaktorer, inflammatoriske faktorer, signalveje såsom Wnt/-catenin-signalvej, BMP/SMAD/RUNX2-signalvej, OPG/RANKL/RANK signalvej osv. Vi gennemgik anti-osteoporose-effekterne og mekanismerne af polysaccharider fra 19 slags kinesiske lægeurter og opsummerede disse i tabel 1.

2. Polysaccharider afledt af kinesiske lægeurter til anti-osteoporose

Blandt de 19 slags urter var 13/19 fra rhizomdelen, 1/19 fra blomsten, 2/19 fra en bladdel, 1/19 fra en frugtdel og 2/19 fra svamp. Alle beviser på polysaccharider fra disse kinesiske lægeurter for at forbedre knoglehomeostase og begrænse knogletab er rapporteret i de følgende afsnit.

2.1. Polysaccharider afledt af jordstængler af kinesiske lægeurter

Achyranthes bidentata Blume (AC, "Niu xi"), Morinda Officinalis How (MO, "Ba-Ji-Tian"), Curculigo orchioides Gaertn (CO, "Xian Mao"), Cynomorium solarium Rupr. (CY, "Suo yang"), Cistanche deserticola Ma (CD, "Rou Cong Rong") og Cibotium barometz (L.) J. Sm (CB, "Gou Ji") er kinesiske lægeurter, der "toner nyrerne og styrke knogle" og anvendes især til behandling af postmenopausal osteoporose. De vigtigste aktive forbindelser af polysaccharider er rapporteret at have nøjagtige gavnlige virkninger for anti-osteoporose i OVX-rottemodeller. Rå polysaccharider fra AC [7,8], MO [9-11], CO [12], CY [17] og ABPB-3 [13] (et oprenset polysaccharid fra AC) er blevet rapporteret at øge knoglerne mineraltæthed (BMD), forbedre biomekaniske indeks af lårben i OVX-rotter og regulere mikroarkitekturen af ​​trabekulær knogle efter kontinuerlig administration i næsten 3 måneder. I mellemtiden kunne ABPB-3 også øge serum osteocalcin (OCN) [13], knogleglutamatprotein (BGP) og urin deoxypyridinol (DPD) niveauer [15]. I et in vitro-eksperiment øgede polysaccharider fra CB (CBP) og et nyt homogent heteropolysaccharid COP70-3 fra CO alkalisk phosphatase (ALP) aktivitet og øgede mineraliseringshastigheden [12] [16]. Et andet oprenset polysaccharid, COP90-1, fra CO fremmede spredningen og differentieringen af ​​primær muse-OB [17]. Desuden øgede to nye polysaccharider af ABW50-1 og ABPB-3 fra AC knoglemassen i GIOP-zebrafiskmodeller [18] [13]. Polysaccharider fra CD (CDP) forbedrede bemærkelsesværdigt knoglehistopatologiske skader og fremmede dannelsen af ​​ny knogle i SAMP6-mus [45].

Astragali Radix (AS, "Huang qi"), Angelica sinensis (Oliv.) Diels (AN, "Dang Gui") og Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz. (HP, "Hong qi") er kinesiske lægeurter, der "supplerer qi og nærer blod". AS-polysaccharider (ASP) er blevet rapporteret at være i stand til at vende faldet i knoglemasse, øge serum ALP og BGP og regulere biomekaniske indekser af lårbenet i OVX-mus og Dex-inducerede og stress-inducerede osteoporose-rotter i en dosisafhængig måde [20,21]. Polysaccharider fra AN (ANP) øgede antallet af trabekler og fremmede reparationen af ​​knogleskader hos type 2-diabetiske rotter. In vivo-undersøgelse øgede 40 mg/L ASP antallet af calciumknuder og ALP-aktivitet i BMSC'er induceret af 25,5 mmol/L glucose [22]. ANP og polysaccharider fra HP (HPP) ser ud til at forbedre proliferationen af ​​OB og øge ALP-aktiviteten på en dosisafhængig måde [23,24].

Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute (RP, "Huang Jing") og Dendrobium officinale Kimura et Migo (DO, "Tie pi shi hu") er kinesiske lægeurter, der "nærer Yin". In vivo undersøgelser har vist, at polysaccharider fra RP (RPP) signifikant kunne øge hele BMD og forbedre den knogletrabekulære mikrostruktur af OVX-rotter efter kontinuerlig administration [25,26] og også kunne forbedre symptomer i en osteoporotisk frakturmodel [27]. DO polysaccharider (DOP) forhindrede nedbrydning af trabekulær mikrostruktur og forbedret BS/TV, Tb. N, og reduktionen i Tb.Sp alder-induceret osteoporose model [28]. Ligeledes daglig administration af polysaccharider fra Gastrodia elata Bl. (GA, "Tian ma") og Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (SA, "Fang Feng") øgede også BMD [29,30] og serum Ca2 plus, Mg2 plus og P2− niveauer [31] i OVX modellen.

cistanche tubolosa fordele

2.2. Polysaccharider afledt af bladene af kinesiske lægeurter

Epimedium brevicornum Maxim (EB, "Yin Yang Huo") er et meget populært blad, traditionelt brugt til at behandle knoglesygdomme og kønskirteldysfunktion i kinesisk medicin i tusinder af år. EB kunne lindre postmenopausale symptomer og hæmme osteoporose og andre knogletabssygdomme. En nylig in vitro-undersøgelse viste, at EB-polysaccharid (EBP) kunne stimulere og forbedre proliferationen og differentieringen af ​​OB-celler induceret af dexamethason [32].

Hairyvein Agrimonia Herb and Bud (AP, "Xian he cao") tilhører Rosaceae og bruges som kinesisk medicin til behandling af diabetes og arytmi. Et vandopløseligt polysaccharid (APP-AW) blev isoleret fra AP, og tre sulfaterede derivater (S1, S2 og S3) fra APP-AW kunne inhibere apoptose i en dexamethason-induceret OB-model [33].

2.3. Polysaccharider afledt af svampe og svampe af kinesiske lægeurter

Den kinesiske medicin af Poria cocos (Schw.) Wolf. (PO, "Fu ling") er berømt blevet brugt til daglig kost og medicin i Kina og andre asiatiske lande fra oldtiden. Som et klassisk antioxidantmiddel udviste PO for nylig fordele til behandling af angina pectoris, hypertension og knoglemetabolisme. PO-polysaccharid (POP) er en aktiv og primær forbindelse ekstraheret fra PO. Et in vivo-studie indikerede, at POP-behandling svækkede RANKL-induceret OC-dannelse i RAW264.7- og BMMS-celler på en dosisafhængig måde og svækkede resorptionsaktivitet [34].

Polystictus versicolor (L.) Fr. (TV, "Yun Zhi") er en af ​​de mest populære medicinske svampe fra Coriolus Versicolor(L. ex Fr.) Quel på grund af dens forskellige biologisk aktive komponenter. Polysaccharopeptider fra TV (TVP) har vist sig at have immunregulerende funktioner i normale og type I diabetes mellitus (DM) rotter. En nylig undersøgelse viste, at TVP var en effektiv behandling af osteoporose hos rotter med diabetes mellitus. Sammenlignet med modelgruppen mindskede TVP DM-induceret knogleforringelse, som bestemt ved at øge knoglevolumenet af den proksimale tibia, trabekulært antal og femoral knoglestyrke (11 procent maksimal belastning, 22 procent stivhed og 14 procent modul) og ved at reducere den femorale kortikale porøsitet med 25 procent [35].

2.4. Polysaccharider afledt af andre kinesiske lægeurter

Lycium chinense Miller (LY, "Gou qi"), der tilhører Lycium barbarum L., er vidt udbredt i det nordvestlige Kina, og dets frugter er registreret for at spille en rolle i at gribe ind i postmenopausal metabolisme. Gnavermodeller af postmenopausal østrogenmangel-induceret osteoporose og dexamethason-induceret osteoporose har vist, at LYP kunne give effektiv behandling af osteoporose. In vivo undersøgelser har vist, at LY polysaccharid (LYP) steg signifikant

lumbal BMD og tørvægten af ​​lårben hos OVX-rotter efter behandling i 12 uger, forbedret trabekulær knoglestruktur og reduceret lacunal absorption [24]. Desuden øgede LYP også blodcalcium, ALP-indhold og BMD i glukokortikoid-inducerede osteoporose-rotter [36].

Carthamus Flos (SF, "Hong Hua") fra Carthamus tinctorius L. er blevet brugt som kinesisk medicin til behandling af slagtilfælde og koronar hjertesygdom. Moderne farmakologiske eksperimenter har også vist, at polysaccharider isoleret fra SF (SFP) har potentiel terapeutisk værdi til behandling af osteogenese uperfekt og osteoporose. In vitro undersøgelser viste, at SFP dosisafhængigt kunne øge proliferationen af ​​primær OB og mineralisering, og at denne forbedring blev ledsaget af øget ALP-aktivitet og kollagensynteseekspression [37].

3. Mekanisme, hvorved polysaccharider forbedrer knoglehomeostase ved at regulere OB og OC

3.1. Mekanisme, hvorved polysaccharider fremmer osteoblast-medieret knogledannelse

OB gennemgår fire stadier i knogledannelse, herunder osteoblastproliferation, ekstracellulær matrixmodning, ekstracellulær matrixmineralisering og osteoblastapoptose. Mange faktorer, såsom signalveje og transkriptionsfaktorer kan regulere disse stadier og i sidste ende regulere knogledannelsen. Her opsummerer vi transkriptionsfaktorerne og signalvejene, hvorved polysaccharider påvirker knogledannelsen i OB. Mekanismerne for OB-medieret knogledannelse og polysaccharidregulering af OB-funktion, der er involveret i vores forskning, er vist i fig. 1 og 2.

Fig. 1. Sammenfattende mekanismer for osteoporose, der er involveret i vores forskning. Fremme (→), hæmme (⊥). I BMSC'erne inhiberer bindingen af ​​Wnt-proteiner med membranbundne frizzles-receptorer og LRP5/6 co-receptor Axin1-komplekset ubiquitinering og nedbrydning af -catenin og accelererer dets translokation ind i kernen [38]. Dette nukleare -catenin binder til og co-aktiverer medlemmer af T-cellefaktor/lymfoidforstærkende faktorfamilien af ​​transkriptionsfaktorer (TCF/LEF) aktiverer nedstrøms målgener, såsom Runx2 og Osterix (Osx), hvilket fører til en forfremmelse til differentiering og spredning af OB'er [32]. DKK-1 hæmmer Wnt-binding til frizzled-receptorer og LRP5/6, er wnt/-catenin-signalvejen blokeret. I OB binder knoglemorfogenetiske proteiner (BMP) til BMP-receptoren (BMPR), aktiverer SMAD1/5/8-proteiner, der kommer ind i kernen, og regulerer derefter RUNX2-genekspression. Runx2 kan kombineres med kernebindende faktor for at danne en heterolog dimer struktur og derefter binde til DNA, hvilket inducerer ekspressionen af ​​knogledannelsesrelaterede gener, såsom Osx, Bone glutamate protein (BGP) og ALP. PIP3 produceret af PI3K-aktivering binder til PH-domænet i N-enden af ​​Akt, translokerer Akt til plasmamembranen, som katalyserer Akt ser473- og Thr308-steders phosphorylering. Efter Akt-aktivering fremmer det ekspressionen af ​​nedstrøms pro-apoptotiske faktorer af bax-2, caspase 3 og hæmmer den anti-apoptotiske faktor af BCL-2. I præ-OC, IL-1, IL-6 og TNF-aktivt NF-KB, hvilket forbedrer translokationen af ​​NF-KB ind i kernen, hvilket inducerer differentiering fra præ-OC til OC. I OC binder IL-6 til interleukin 6-receptor (IL-6R), TNF- binder til TNF-receptor (TNFR), RANKL binder til RANK og rekrutterer yderligere TNFR-relaterede faktorer (TRAF'er) at initiere nedstrøms signaleringskaskader, herunder NF-KB-phosphorylering, p38-phosphorylering, JNK og ERK1/2. Det endelige resultat af RANKL-RANK-signalering er aktiveringen af ​​osteoklast-transskriptionsfaktorer, såsom NF-KB, aktivatorprotein 1 (AP{ {55}}), proto-onkogenprotein (FOS) og aktiveret nuklear faktor af aktiverede T-celler (NFATc1). NFATc1 inducerede ekspressionen af ​​osteoklast-specifikke gener såsom tartrat-resistent sur phosphatase (TRAP) og cathepsin K (Ctsk), hvilket fører til differentiering og fremmer OC-modning.

Fig. 2. Sammenfatning af polysaccharider og mulige mekanismer, der er involveret i behandlingen af ​​osteoporose. ACP: polysaccharid fra Achyranthes bidentata Blume; ASP: polysaccharid fra Astragali Radix; ANP: polysaccharid fra Angelica Sinensis (Oliv.) Diels; APP: polysaccharid fra Hairyvein Agrimonia Herb and Bud; COP: polysaccharid fra Curculigo orchioides Gaertn; CYP: polysaccharid fra Cynomorium songaricum Rupr; CDP: polysaccharid fra Cistanche deserticola Ma; CBP: polysaccharid fra Cibotium barometz (L.) J. Sm; DOP: polysaccharid fra Dendrobium officinale Kimura et Migo; EBP: polysaccharid fra Epimedium brevicornum Maxim; WSS25: polysaccharid fra Gastrodia elata Bl.; HPP: polysaccharid fra Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz.; LYP: polysaccharid fra Lycium chinense Miller; MOP: polysaccharid fra Morinda Officinalis How; POP: polysaccharid fra Poria cocos (Schw.) Wolf.; RPP: polysaccharid fra Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute; SAP: polysaccharid fra Sap oshnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.; SFP: polysaccharid fra Carthami Flos.; TVP: polysaccharid fra Polystictus Versicolor (L.) Fr.

3.1.1. Transskriptionsfaktorer

Osteogen differentiering af BMSC'er reguleres af forskellige transkriptionsfaktorer, såsom Runt-relateret transkriptionsfaktor 2/kernebindingsfaktor 1 (Runx2/Cbfa1) og osterix. Cbf 1, også kendt som polyomavirus enhancer-bindende protein 2A (PEBP2 A) eller akut myeloid leukæmi faktor 3 (AML3), er en transkriptionsfaktor af den strukturelle genfamilie. Osterix, en kritisk faktor, der kontrollerer nedstrøms mål i knogledannelsen, er en vigtig regulator af OB-differentiering og er den tidligste og mest specifikke markør for OB-differentiering.

MOP-medieret serumintervention af BMSC'er i 14 dage opregulerede ekspressionen af ​​Cbf 1 mRNA og fremmede osteogen differentiering [39]. En anden undersøgelse viste, at ekspressionen af ​​Cbf 1 mRNA i rotte calvarial OB blev opreguleret efter behandling med et vandekstrakt af Morinda Officinalis og MOP-holdigt serum i 72 timer, og effekten af ​​MOP var bedre end effekten af ​​et vandekstrakt af Morinda Officinalis [40]. MOP administreret til OVX osteoporose-rotter i 30 dage øgede ekspressionen af ​​tibial-generne Cbf 1 og DMP1 [10]. En ny inulinfructan MOW90-1 isoleret fra MO90 opregulerede ekspressionen af ​​Runx2 og Osterix og fremmede proliferation, differentiering og mineralisering af MC3T3-E1-celler [14].

Et nyligt in vitro-studie vurderede effekten af ​​HPP på den osteogene differentiering af MC3T3-E1 osteoblastiske celler og fandt, at HPP opregulerede ALP-aktiviteten på en dosisafhængig måde og øgede ekspressionen og transkriptionsaktiviteten af ​​Runx2 og Osterix, to mastergener for OB-differentiering [24]. Liao et al fandt, at ANP især kunne opregulere mRNA-ekspressionen af ​​CyclinD1, Runx2 og Osterix [22,23]. ASP øgede også ekspressionen af ​​CyclinD1 og fremmede proliferation [41].

3.1.2. Wnt/ -catenin signalvej

Wnt/-catenin-signalvejen spiller en vigtig rolle i selvfornyelsen, retningsbestemt differentiering, præosteoblastproliferation, OB-dannelse og apoptose af BMSC'er. I processen med at fremme OB-differentiering kontrollerer Wnt OB-differentieringsgener ved at regulere niveauet af -catenin i BMSC'er. Aktiveret Wnt-signalering kunne fremme -catenin-aggregering, hvilket resulterer i OB-differentiering og knogledannelse. Ekspressionen af ​​Wnt3a og Wnt10b i BMSC'er kan aktivere Wnt/-catenin-signalvejen og fremme spredningen af ​​BMSC'er [42]. DKK-1 er en hæmmer af Wnt-signalvejen, hæmmer knogledannelsen og fører til osteoporose, mens antagonisering af DKK-1 kan øge knoglemassen [43].

MOP øgede proliferationshastigheden af ​​OB'er in vitro, øgede ALP-aktivitet og nedregulerede proteinekspressionen af ​​DKK-1 [44]. Yderligere in vivo undersøgelse af de molekylære mekanismer bag anti-osteoporose-effekten af ​​CDP indikerer, at svækkelsen af ​​knogledegeneration er forbundet med aktivering af Wnt/-catenin-signalvejen [45]. RPP-intervention forbedrede ALP-aktiviteten af ​​BMSC'er på en dosisafhængig måde, forbedrede signifikant cellernes mineraliseringsevne, øgede signifikant ekspressionen af ​​ALP-, Runx2- og Osteocalcin-gener i BMSC'er, opregulerede signifikant ekspressionen af ​​-catenin og fremmede den høje ekspression af TCF-bindingssteder. Mekanismen kan være relateret til aktivering af Wnt/-catenin-signalvejen og fremme af differentieringen af ​​BMSC'er til OB'er [46], men RPP havde ingen effekt på BMP-vejen. Resultater viste også, at RPP fremmede OB-differentiering og mineralisering ved at regulere ERK/GSK-3/-catenin-signalvejen [47]. Li et al. fandt, at BMP9 er det direkte mål for miR-152, og ASP kunne nedregulere miR- 152-udtryk og fremme BMP9-opregulering og derved aktivere PI3K/AKT- og Wnt/-catenin-pathway-signalering i BMSC'er [ 41]. ASP lindrede oxidativ stress-induceret osteoporose ved at regulere FoxO3a/Wnt2/-catenin signalvejen [48]. LYP-medieret serum aktiverer ekspressionen af ​​Wnt-signalvej-relaterede proteiner -catenin og Wnt10b fremmer differentieringen af ​​BMSC'er til OB og øger mineraliserede knuder [49].

cistanche tubolosa ekstrakt: behandle diabetiske sygdomme

3.1.3. BMP/SMAD/RUNX2 signalvej

BMP/SMAD-signalvejen spiller en vigtig rolle i aktivering af knogledannelsesgentransskription. Knoglemorfogenetisk protein II (BMP2), et medlem af TGF-superfamilien, er stærkt udtrykt i OB og regulerer differentiering både in vitro og in vivo [50]. BMP binder heterodimere receptorer for at aktivere SMAD-proteiner, som transaktiverer osteoklastogene gener enten direkte eller via Runx2 [51]. Runx2 er downstream-målgenet af BMP2/Smad-signaltransduktionsmekanismen og en transkriptionsfaktor, der kræves til osteoblastogenese. Runx2 kan kombineres med kernebindende faktor for at danne en heterolog dimer struktur og derefter binde til DNA, hvilket inducerer ekspressionen af ​​knogledannelsesrelaterede gener, såsom COL-І, BGP og ALP.

Huang et al. isolerede to nye polysaccharider, CBP70-1-1 og CBP70-1-2, fra rhizomer af Cibotium barometz og fandt ud af, at de kunne fremme OB-proliferation ved en lav koncentration. CBP70-1-1 ved 3,93 og 7.86 μM og CBP70–1-2 ved 1,73 og 6,92 μM øgede signifikant ALP-aktivitet og mineraliserede knuder i MC3T3-E1-celler. Desuden øgede CBP70-1-2 ekspressionen og transkriptionsaktiviteten af ​​BMP2, og den øgede ekspression af BMP2 stimulerede efterfølgende downstream-genet Smad1. Fosforyleringen af ​​Smad1 øges, hvilket yderligere stimulerer det osteogene markørgen Runx2 til at fremme knogledannelse [50].

En anden undersøgelse viste, at CEP kunne forbedre knogleinformation ved at opregulere proteinekspressionen af ​​BMP2/Smad1 og Smad5/Runx2 [52]. Chen et al. fandt, at Gastrodia elata Bl. polysaccharid WSS25 kunne hæmme ekspressionen af ​​BMP2/Smad1-veje og hæmme osteoklastisk differentiering [29]. RPP fremmede knogledannelse hos OVX-rotter ved at øge niveauerne af ALP, OPG og BGP og proteinekspressionen af ​​BMP2 [26]. APP forbedrede ALP-aktivitet, fremmede proliferation og differentiering af OB og øgede OB-differentieringsmarkørproteiner BMP2, Runx2, Osterix og Osteocalcin. Den molekylære mekanisme var relateret til den forbedrede miR-70-ekspression [53] og regulering af Wnt/-catenin-signalvejen [54].

3.1.4. Antiapoptose-medierede veje

Apoptose, en form for programmeret celledød, spiller en central rolle i vævshomeostase, og deregulering af apoptose er blevet impliceret i adskillige patologiske tilstande [55]. Proteiner fra Bcl-2-familien har enten pro- eller antiapoptotiske aktiviteter og regulerer den mitokondrielle apoptosevej ved at kontrollere mitokondriel ydre membranpermeabilisering (MOMP). MOMP er den afgørende begivenhed i den iboende apoptotiske vej. Bax, som deltager i dannelsen af ​​MOMP'er, fører til frigivelse af indholdet af mitokondrielle intermembranrum til cytoplasmaet. Det frigivne cytochrom c binder til et cytosolisk protein, der indeholder et caspase-rekruteringsdomæne (CARD) for at danne apoptosomet og efterfølgende rekruttere flere procaspase-9-molekyler, og til sidst aktivere nedstrøms bøddel-caspaser såsom caspase-3. Anti-apoptotiske proteiner af Bcl-2 blokerer celledød ved at forhindre aktivering og homo-oligomerisering af Bax [56]. Desuden reguleres Bax-protein af phosphorylering på en Akt-afhængig måde, og denne phosphoryleringsbegivenhed hæmmer virkningerne af Bax på mitokondrier ved at opretholde det i cytoplasmaet [57].

Glukokortikoider bruges i vid udstrækning til behandling af inflammatoriske sygdomme og resulterer i cirka 30 procent OB-celleapoptose hos patienter med osteoporose forårsaget af overdreven anvendelse af glukokortikoider. Et vandopløseligt polysaccharid (APP-AW) blev isoleret fra Agrimonia pilosa, og tre sulfaterede derivater (S1, S2 og S3) fra APP-AW hæmmede apoptose i en dexamethason-induceret OB-model [33], vendte stigningen i Bax , cytochrom og caspase-3 og nedsat Bcl-2- og c-Myc-proteinekspression i MC3T3-E1-celler. En in vitro undersøgelse viste, at MOP hæmmede OB-apoptose induceret af all-trans retinsyre [58]. SFP ser ud til at beskytte OB-celler mod dexamethason-induceret apoptose, muligvis på grund af dets virkning på at vende aktiveringen af ​​caspase-3 og spaltning af PARP [37]. EBP har opreguleret ekspressionen af ​​Bcl-xl og Bcl-2 og reduceret Bax- og caspase-3-ekspression via PI3K/Akt/mTOR-signalvejen i dexamethason-induceret OB [32].

3.1.5. Oxidativ stress-medierede veje

Forøgelse af det oxidative stressrespons under aldring kan være en vigtig faktor, der forårsager osteoporose. Oxidativt stress er en patologisk tilstand, der indebærer overproduktion af reaktive oxygenarter (ROS) under forhold, hvor deres eliminering er reduceret. Som en indikator og regulator af oxidativ skade har den nukleare faktor erythroid 2--relaterede faktor 2 (Nrf2)/Heme Oxygenase 1 (HO-1)-vej, som beskytter mod oxidativ skade og celledød, været primært fokus for forskning i mange år. Et in vivo-studie viste, at DOP kunne redde den H2O2--inducerede skift af BMSC-differentieringsskæbne og øge ekspressionen af ​​Nrf2, HO-1 og Nqo1 [28].

3.1.6. Fremmer knoglespecifik matrix og knoglemineralisering

Knoglesialoprotein (BSP), osteopontin og osteocalcin er fænotypiske markører for moden OB og vigtige markører for matrixmineralisering. Osteopontin udskilles af OB og deltager i mineraliseringen af ​​knoglematrixen, som kan kombineres med hydroxyapatit gennem en region rig på asparaginsyre og deltager i mineraliseringen af ​​knoglematrixen. BSP, et større ekstracellulært ikke-kollagenøst ​​matrixprotein i knoglevæv lokaliseret til den mineraliserede matrix, kan fremme kernedannelsen af ​​hydroxyapatitmineralisering in vitro og øge calciuminkorporering og noduldannelse. Osteocalcin, produceret og udskilt næsten udelukkende af OB, binder til Ca2 plus og er ansvarlig for mineraliseringen af ​​knoglematrixen [59].

MOP (50 ug⋅mL-1) fremmede MC3T3-E1-celleproliferation, fremmede udskillelsen af ​​kollagen type 1 (COL-І) og Osteocalcin og forbedrede ALP-aktivitet [60]. RPP forbedrede de biomekaniske egenskaber og BMD af osteoporosefraktur hos rotter ved at reducere indholdet af knogle ALP, TRAPa og TNF- i osteoporose hos rotter [25] og øge niveauerne af ALP, OPG og BGP og proteinekspressionen af ​​BMP2 [25] 26]. Et oprenset polysaccharid ABW70-1, isoleret fra radix achyranthis bidentatae, fremmede spredningen af ​​MC3T3-E1-celler, øgede ALP-aktivitet, mineralknudedannelse og genekspression af Osterix, Osteocalcin og BSP og fremmede osteogen differentiering [8].

Cistanche tubulosa gavner knogler

3.2. Mekanisme, hvorved polysaccharider hæmmer osteoklast-medieret knogleresorption

Knogleresorption er resultatet af interaktionen mellem aktiveret OC og knoglematrixen. OC's rolle i knogleresorption omfatter hovedsageligt fire stadier: osteoklastadhæsion og polarisering, knogleresorptionsmikromiljøforsuring, knoglematrixnedbrydning og endocytosetransport. I processen med osteoklastadhæsion og polarisering rekrutteres osteoklastprækursorer til overfladen af ​​knogle under påvirkning af -integrin og differentieres til OC stimuleret af M-CSF, RANKL og cytokiner. I denne proces kan transkriptionsfaktorer og cytokiner såsom IL-1 og IL-6 også fremme differentiering. Efterfølgende genererer OC et surt mikromiljø mellem cellen og overfladen af ​​knoglen [61] og modne OC'er udskiller en række forskellige enzymer, herunder proteinkinase K, matrix metalloproteinaser (MMP'er) og tartrat-resistent sur phosphatase [62] for at nedbrydes knoglematrixen. Mekanismerne for osteoklast-medieret knogleresorption og polysaccharidregulering af OC-funktion, der er involveret i vores forskning, er vist i fig. 1 og 2.

3.2.1. Transskriptionsfaktorer

Differentieringen af ​​OC er reguleret af forskellige transkriptionsfaktorer. Under osteoklastogenese er NFATc1, som tilhører NFAT-transkriptions-superfamilien, generelt accepteret for at være en essentiel transkriptionsfaktor, der regulerer RANKL-induceret osteoklastogen genekspression [63]. NFATc1 er en opstrøms nuklear transkriptionsfaktor, der spiller en nøglerolle i reguleringen af ​​ekspressionen af ​​mange osteoklastspecifikke gener [64], såsom tartrat-resistent sur fosfatase (TRAP), 3- integrin, cathepsin K (Ctsk), og MMP-9, som er involveret i reguleringen af ​​osteoklastdifferentiering, fusion og aktivering. I mellemtiden nedbryder Ctsk og MMP-9 den organiske knoglematrix og bidrager til knogleresorptiv aktivitet [65].

Et in vivo-studie viste, at WSS25 (GAP) kunne hæmme osteoklastisk differentiering i det tidlige stadie og hæmme ekspressionen af ​​de osteoklastdannelsesspecifikke gener TRAP, NFATc1, MMP-9 og CtsK i RANKL-inducerede RAW264.7-celler på en dosisafhængig måde [29]. Yderligere forskning fandt, at den molekylære mekanisme af WSS25 i osteoklastdannelse var gennem inhibering af ekspressionen af ​​BMP2/Smad1-vejen [29]. RPP nedregulerede osteoklastisk aktivitet på en dosisafhængig måde, herunder nedsat ekspression af TRAP, MMP-9, CtsK og NFATc1 i RANKL-inducerede RAW264.7-celler [66]. Derudover nedregulerede RPP miR-1224-ekspression og nøglemålmolekylet Limd1 i Hippo-signalvejen i knoglemarvs-afledte makrofager (BMM'er) [67]. Derudover viste en in vitro undersøgelse, at CDP hæmmede RANKL-induceret osteoklastdifferentiering fra BMM'er og undertrykte osteoklastfusion ved at hæmme hydroxyapatitresorptionsaktivitet og nedregulere osteoklastmarkør-mRNA-niveauer af NFATC1, MMP9, Ctsk og TRAP [19]. En anden undersøgelse rapporterede, at RPP også nedregulerede ekspressionen af ​​specifikke gener, herunder TRAP, MMP-9, CtsK og NFATc1, under OC-dannelse [66].

3.3.2. OPG/RANKL/RANK signalvej

OPG/RANKL/RANK-aksesystemet er en nøglefaktor i regulering af osteoklastdifferentiering og knogleresorption [68]. Rang, også kendt som TNFR-superfamiliemedlem 11a, spiller en afgørende rolle i osteoklastogenese. RANKL binder sig til rang og rekrutterer yderligere TNFR-relaterede faktorer for at starte nedstrøms signaleringskaskader, herunder p38, JNK og ERK. Det endelige resultat af RANKL-RANK-signalering er aktiveringen af ​​osteoklast-transkriptionsfaktorer såsom NF-KB, aktivatorprotein 1 (AP- 1), cyklisk adenosinmonophosphat-respons element-bindende protein (CREB) og aktiveret t-nuklear faktor-1 (NFATc1), som alle inducerer ekspressionen af ​​osteoklastmarkører, såsom TRAP, 3-integrin og CtsK [69]. OPG er medlem af TNF-receptor-superfamilien og er også kendt som osteoklastogenese-inhibitorisk faktor (OCIF), som kompetitivt kan antagonisere RANKL og dermed hæmme differentieringen af ​​OC [70].

ACP dosisafhængigt øgede knogledannelsesmarkører for serum OC og BAP og nedsatte knogleresorptionsmarkører for serum TPACP5b, NTX og CTX i OVX-rotter, og mekanismen kan være relateret til stigningen af ​​OPG- og RANK-proteinekspression i knoglemarvsvæv og faldet i RANKL-ekspression, hvilket resulterer i hæmning af knogleresorption [7]. Desuden hæmmede ACP RANKL-induceret phosphorylering af MAPK-vejen [71]. CYP [15] øgede serumniveauet af OPG og reducerede RANKL og forholdet mellem RANKL/OPG i OVX osteoporose modelrotter. ASP øgede serumniveauet af OPG, reducerede RANKL og forholdet mellem RANKL/OPG og reducerede signifikant niveauerne af TNF- og IL-2, hvilket resulterede i hæmning af osteoklastdifferentieringsaktivitet [20,21].

3.3.3. ERK/JNK signalvej

ERK/JNK-signalvejen er involveret i celleproliferation og -differentiering, og phosphoryleringsaktiveret ERK1/2 translokerer fra cytoplasmaet til kernen, hvilket medierer den transkriptionelle aktivering af AP-1, c-Fos og c-Jun og fremmer spredning og differentiering af OC. Nedregulering af p38, ERK og JNK hæmmede ekspressionen af ​​NFAcT1 og c-Fos i RANKL-induceret osteoklastogenese. Behandling med ERK- eller JNK-hæmmere reducerede signifikant antallet af OC- og IL--6-produktion [72]. Potentielle mekanismer for POP i osteoklastogenese blev matchet til JNK- og ERK-signalveje (undertrykt ERK1/2-phosphorylering, STAT3 og JNK1/2-ekspression) [34]. For at bekræfte den effektive behandling af osteoporose er yderligere in vivo forskning nødvendig.

3.3.4. Regulerede inflammatoriske faktorer

Mange inflammatoriske faktorer fremmer OC-differentiering ved at mediere RANKL-ekspression [73]. TNF- er en potent inducer af knogleresorption og spiller en vigtig rolle i knoglemetabolisme, som direkte kan inducere dannelsen af ​​OC fra precursorer OC i nærvær af M-CSF eller fravær af RANKL ved at aktivere NF-KB-signalering [74] og inducerer RANK-ekspression i OC-prækursorer [75]. Det pro-inflammatoriske cytokin IL-1 er en kraftig stimulator af OC-differentiering og knogleresorption ved at inducere RANKL-ekspression [76]. IL-6 inducerer osteoklastogenese og OC-aktivering via induktion af RANKL-ekspression i OB- og stromale celler [77].

Zhu et al. fandt, at MOP reducerede serum IL-6 og TNF-ekspressionsniveauer [10]. Ren et al. indikerede, at LYP-administration i 90 dage signifikant reducerede IL-6-indholdet i serum [78]. ASP har en beskyttende effekt på knogletab i OVX-mus ved signifikant at reducere koncentrationerne af TNF- og hæmme osteoklastogenese [20]. Efter behandling med ASP blev de øgede niveauer af TNF- og IL-2 signifikant faldet i en dexamethason-induceret osteoporose-rottemodel, og den antiinflammatoriske effekt var relateret til reguleringen af ​​tarmfloraen [21]. SA-polysaccharid (SAP) administration i 70 dage reducerede signifikant serumniveauerne af IL-6 og TNF- [30,31]. Andre rapporterede, at RPP kunne hæmme knogleresorption ved at reducere indholdet af TRAPa og serum IL-1, IL-6 og TNF- i osteoporotiske rotter [25,27].

Cistanche tubulosa mod osteoporose

4 konklusioner

Som konklusion har in vivo- og in vitro-eksperimenter vist, at polysaccharider har egenskaber til behandling af postmenopausal osteoporose, senil osteoporose og glukokortikoid-induceret sekundær osteoporose, især postmenopausal osteoporose, ved at fremme OB-differentiering og aktivitet og reducere OC-differentiering. De mekanismer, hvorved polysaccharider forbedrer knoglehomeostase, omfatter hovedsageligt Wnt/-catenin-signalvejen, BMP/SMAD/RUNX2-signalvejen, OPG/RANKL/RANK-signalvejen, ERK/JNK-signalvejen, apoptosevejen og transkriptionsfaktorer. Denne gennemgang vil give en bedre forståelse af de anti-osteoporotiske virkninger af polysaccharider og moduleringen af ​​signalveje, hvilket er nyttigt til at give et teoretisk grundlag for polysaccharider til klinisk anvendelse.

5. Fremtidsudsigter

Adskillige undersøgelser havde utvetydigt vist de gavnlige virkninger af polysaccharider på osteoporose in vitro og in vivo eksperimenter. På nuværende tidspunkt, selvom der ikke er rapporteret kliniske undersøgelser om behandling af osteoporose med polysaccharider fra kinesiske lægeurter, er mange kliniske anvendelser af polysaccharider blevet undersøgt og evalueret i behandlingen af ​​andre sygdomme, såsom tumor [79], Type 2 Diabetes [80]. Blandt dem er Poria cocos polysaccharid, Astragali Radix polysaccharide og Lycium chinense Miller polysaccharid blevet godkendt af CFDA som råmaterialer. De kinesiske lægeurter, der er opsummeret i dette papir, har en lang historie i den kliniske behandling af knoglesygdomme, in vitro og in vivo forsøg viser også, at polysacchariderne udvundet af disse urter har en effekt på osteoporosepatienter. Derfor vurderer vi, at yderligere klinisk forskning for at bekræfte deres anti-osteoporose effekt vil bidrage til at fremme udviklingen af ​​kinesiske medicin urter polysaccharider til funktionelle fødevarer eller lægemidler.

Men i processen med udviklingen af ​​polysaccharider fra kinesiske lægeurter er der flere punkter, der skal overvejes og studeres nærmere. For det første besidder polysaccharider egenskaberne af en stor molekylvægt og kompleks struktur, yderligere undersøgelse for at udforske forholdet mellem de biologiske aktiviteter af polysaccharider og kemiske strukturer er nødvendig.

Derudover bør man være mere opmærksom på polysacchariders effekt på mave-tarmkanalens tarmflora. Polysaccharider er repræsenteret ved deres lave biotilgængelighed, som afhænger af nedbrydning på niveau med first-pass metabolisme og absorption fra mave-tarmkanalen [81]. Talrige undersøgelser har fundet ud af, at mave-tarmkanalen er involveret i forekomsten og udviklingen af ​​osteoporose [82-84]. Hvorvidt og hvordan polysaccharider deltager i knoglemetabolismen ved at regulere tarmfloraen er stadig uklart og kan præsentere en ny polysaccharidstrategi til behandling af osteoporose.

Anerkendelser

Forskningsarbejdet blev økonomisk støttet af National Science Foundation of China (nr. 82003977, 81803760, 82004022), Zhejiang Province Excellent Young Talents Fund Project of Traditional Chinese Medicine (nr. 2020ZQ011) og de store projekter inden for traditionel kinesisk medicin Zhejiang-provinsen (2018ZY003), grundlæggende offentlig velfærdsforskningsprogram i Zhejiang-provinsen (LGF20H060006), medicinsk og sundhedsvidenskab og teknologiprogram i Zhejiang-provinsen (2020KY507).

Kinesisk lægeurt--Cistanche, er god mod osteoporose

Fra: 'Fordele og mekanismer ved polysaccharider fra kinesiske lægeurter til anti-osteoporoseterapi' afShan Shan Lei a, et al.

---International Journal of Biological Macromolecules 193 (2021) 1996–2005