Преимущества и механизмы полисахаридов из китайских лекарственных трав для терапии остеопороза

Контактное лицо: Одри Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Электронная почта:audrey.hu@wecistanche.com

Шань Шань Лэй a,1, Цзе Су d,1, Ян Чжан a,1, Сяо Вэнь Хуан a, Сюй Пин Ван a, Мин Конг Хуан b,*, Бо Ли c,*, Дан Шоу a,d,**
a * Медицинский факультет, Чжэцзянская академия традиционной китайской медицины, Ханчжоу, Чжэцзян 310007, КНР
b * Центр оценки безопасности, Медицинский колледж Ханчжоу, Ханчжоу, Чжэцзян 310053, КНР
c * Чжэцзянский технологический университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310014, КНР
d * Чжэцзянский китайский медицинский университет, Ханчжоу, Чжэцзян 310053, КНР

Абстрактный

Остеопороз представляет собой системное метаболическое заболевание костей с возрастающим уровнем заболеваемости. Китайские лекарственные травы имеют долгую историю лечения заболеваний костей. Полисахариды являются важной категорией фитохимических веществ в китайских лекарственных травах, и их польза для здоровья повысила интерес общественности. Многочисленные исследования показали, что полисахариды проявляют эффекты против остеопороза, уравновешивая резорбцию кости и формирование кости, но подробные эффекты и механизмы систематически не суммировались. Мы провели всесторонний обзор литературы для консолидации исследований за период 2000–2021 гг., проведя электронный поиск в базах данных PubMed, CNKI, VIP и Wanfang. Всего полисахариды из 19 видов китайских лекарственных трав в 54 исследованиях показали защитные свойства костного гомеостаза. Эксперименты in vivo и in vitro продемонстрировали, что полисахариды проявляют свойства при лечении постменопаузального остеопороза, старческого остеопороза и вторичного остеопороза, вызванного глюкокортикоидами, особенно постменопаузального остеопороза. Более того, ряд сигнальных путей, таких как сигнальный путь Wnt/-катенин, сигнальный путь BMP/SMAD/RUNX2, сигнальный путь OPG/RANKL/RANK, путь апоптоза и транскрипционные факторы, регулируются полисахаридами и участвуют в улучшении костной ткани. гомеостаз. Этот обзор позволит лучше понять антиостеопоротические эффекты полисахаридов и сопутствующую модуляцию сигнальных путей.

Ключевые слова:Полисахариды, Китайские лекарственные травы, Механизмы, Костной гомеостаз

Китайское лекарственное растение--Cistanche хорошо помогает при остеопорозе.

1. Введение

Остеопороз — системное метаболическое заболевание костей, характеризующееся нарушением микроархитектоники, снижением костной массы и повышенным риском переломов. По результатам первого эпидемиологического исследования остеопороза, проведенного Национальной комиссией здравоохранения Китая в 2018 году, показатель распространенности остеопороза у женщин старше 50 лет достиг 32,1 процента, а у женщин старше 65 лет — 51,6 процента. Приблизительно 10 миллионов человек старше 50 лет в Соединенных Штатах страдают остеопорозом, а 34 миллиона человек подвержены риску этого заболевания. В Великобритании 50% женщин старше 50 лет и 20% мужчин страдают от остеопоротических переломов [1]. Хрупкие переломы, вызванные остеопорозом, могут приводить к увеличению заболеваемости и смертности, что приводит к огромному социальному бремени [2].

Хорошо известно, что дисбаланс в костном гомеостазе вызывается большей резорбцией кости, опосредованной остеокластами, чем образованием кости, опосредованным остеобластами, что приводит к остеопорозу. Многие факторы приводят к гомеостазу кости, но основным механизмом является дисбаланс между остеобластами и остеокластами, включая (i) снижение дифференцировки и активности остеобластов (OB), что приводит к уменьшению отложения кости; (ii) усиление дифференцировки и активности остеокластов (ОС), что приводит к чрезмерной резорбции кости; и (iii) воспаление и окислительный статус [3]. Кроме того, функции OB и OC регулируются множеством факторов транскрипции и сигнальных путей.

В Китае для лечения остеопороза на протяжении сотен лет использовались несколько китайских лекарственных трав, которые облегчают суставы и укрепляют кости и мышцы. Полисахариды являются одним из основных активных компонентов многих китайских лекарственных растений, таких как Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute, Angelica sinensis (Oliv.) Diels и Morinda Officinalis How. Между тем было доказано, что полисахариды выполняют несколько функций, таких как антиоксидантная [4], иммуномодулирующая [5] и антиусталостная функция [6]. На сегодняшний день многочисленные исследования показали, что полисахариды проявляют эффекты против остеопороза, уравновешивая резорбцию кости и формирование кости, но подробные эффекты и механизмы не были систематически обобщены.

В этом обзоре мы собрали в общей сложности 54 исследования полисахаридов по борьбе с остеопорозом с 2000 по 2021 год, и были исследованы полисахариды из 19 видов китайских лекарственных трав. Эти исследования включали 25 экспериментальных исследований in vivo и 40 экспериментов in vitro. Экспериментальная животная модель включала крыс с овариэктомией (OVX), мышей SAMP6 и рыбок данио, индуцированных глюкокортикоидным остеопорозом (GIOP). Клетки MCET3-E1, СККМ, OB, индуцированные дексаметазоном, и RANK-индуцированные модели клеток BMM широко использовались в экспериментах in vitro. Механизмы неочищенных полисахаридов или очищенных полисахаридов в отношении остеопороза были сосредоточены на пролиферации OB или OC, дифференцировке, включая экспрессию факторов транскрипции, воспалительных факторов, сигнальных путях, таких как сигнальный путь Wnt/-catenin, сигнальный путь BMP/SMAD/RUNX2, сигнальный путь OPG/RANKL/RANK и т. д. Мы рассмотрели антиостеопорозные эффекты и механизмы действия полисахаридов из 19 видов китайских лекарственных трав и суммировали их в таблице 1.

2. Полисахариды, полученные из китайских лекарственных трав для борьбы с остеопорозом.

Среди 19 видов трав 13/19 были из корневищной части, 1/19 из цветка, 2/19 из листовой части, 1/19 из плодовой части и 2/19 из гриба. Все доказательства того, что полисахариды из этих китайских лекарственных трав улучшают гомеостаз костей и ограничивают потерю костной массы, представлены в следующих параграфах.

2.1. Полисахариды, полученные из корневищ китайских лекарственных трав

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») и Cibotium barometz (L.) J. Sm (CB, «Gou Ji») — китайские лекарственные травы, которые «тонизируют почки и укрепляют кости» и особенно применяются для лечения постменопаузального остеопороза. Сообщается, что основные активные соединения полисахаридов оказывают точное положительное влияние на антиостеопороз в моделях крыс OVX. Сообщалось, что сырые полисахариды из AC [7,8], MO [9–11], CO [12], CY [17] и ABPB-3 [13] (очищенный полисахарид из AC) увеличивают костную ткань. минеральной плотности (МПКТ), улучшают биомеханические показатели бедренных костей у крыс OVX и регулируют микроархитектуру трабекулярной кости после непрерывного введения в течение почти 3 месяцев. Между тем, ABPB-3 может также повышать уровень остеокальцина в сыворотке (OCN) [13], костного глутаматного белка (BGP) и дезоксипиридинола в моче (DPD) [15]. В эксперименте in vitro полисахариды из CB (CBP) и новый гомогенный гетерополисахарид COP70-3 из CO повышали активность щелочной фосфатазы (ALP) и повышали скорость минерализации [12] [16]. Другой очищенный полисахарид, COP90-1, из CO способствовал пролиферации и дифференцировке первичного мышиного OB [17]. Кроме того, два новых полисахарида ABW50-1 и ABPB-3 из AC заметно увеличивали костную массу в моделях рыбок данио GIOP [18][13]. Полисахариды из CD (CDP) значительно уменьшали гистопатологическое повреждение кости и способствовали образованию новой кости у мышей SAMP6 [45].

Astragali Radix (AS, "Huang qi"), Angelica sinensis (Oliv.), Diels (AN, "Dang Gui") и Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz. (HP, «Hong qi») — китайские лекарственные травы, которые «дополняют ци и питают кровь». Сообщалось, что полисахариды AS (ASP) способны обращать вспять снижение костной массы, повышать ALP и BGP в сыворотке и регулировать биомеханические показатели бедренной кости у мышей OVX и крыс с индуцированным Dex и стресс-индуцированным остеопорозом в зависимости от дозы. способом [20,21]. Полисахариды из AN (ANP) увеличивали количество трабекул и способствовали заживлению повреждений костей у крыс с диабетом 2 типа. В исследовании in vivo 40 мг/л ASP увеличивали количество кальциевых узелков и активность ALP в СККМ, индуцированных 25,5 ммоль/л глюкозы [22]. ANP и полисахариды из HP (HPP), по-видимому, улучшают пролиферацию OB и усиливают активность ALP дозозависимым образом [23,24].

Polygonatum sibiricum Делар. ex Redoute (RP, «Huang Jing») и Dendrobium officinale Kimura et Migo (DO, «Tie pi shi hu») - китайские лекарственные травы, которые «питают Инь». Исследования in vivo продемонстрировали, что полисахариды из RP (RPP) могут значительно увеличить общую МПК и улучшить микроструктуру костных трабекул у крыс OVX после непрерывного введения [25, 26], а также могут улучшить симптомы в модели остеопоротического перелома [27]. Полисахариды DO (DOP) предотвращали деградацию трабекулярной микроструктуры и улучшали BS/TV, Tb. N и снижение модели возрастного остеопороза Tb.Sp [28]. Точно так же ежедневное введение полисахаридов из Gastrodia elata Bl. (GA, "Tian ma") и Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (SA, «Fang Feng») также увеличивала МПК [29,30] и уровни Ca2 plus в сыворотке, Mg2 plus и P2- [31] в модели OVX.

преимущества цистанхе туболоза

2.2. Полисахариды, полученные из листьев китайских лекарственных трав.

Epimedium brevicornum Maxim (EB, «Yin Yang Huo») — очень популярный лист, традиционно используемый для лечения заболеваний костей и дисфункции половых желез в китайской медицине на протяжении тысячелетий. БЭ может облегчить симптомы постменопаузы и ингибировать остеопороз и другие заболевания, связанные с потерей костной массы. Недавнее исследование in vitro показало, что полисахарид EB (EBP) может стимулировать и улучшать пролиферацию и дифференцировку клеток OB, индуцированных дексаметазоном [32].

Hairyvein Agrimonia Herb and Bud (AP, «Xian he cao») принадлежит к розоцветным и используется в китайской медицине для лечения диабета и аритмии. Водорастворимый полисахарид (APP-AW) был выделен из AP, а три сульфатированных производных (S1, S2 и S3) из APP-AW могли ингибировать апоптоз в модели OB, индуцированной дексаметазоном [33].

2.3. Полисахариды, полученные из грибов и грибов китайских лекарственных трав

Китайская медицина Poria cocos (Schw.) Wolf. (PO, «Fu ling») с древних времен широко используется для ежедневного питания и лечения в Китае и других азиатских странах. В качестве классического антиоксидантного агента PO в последнее время продемонстрировал преимущества при лечении стенокардии, гипертонии и метаболизма костей. Полисахарид PO (POP) является активным и первичным соединением, экстрагируемым из PO. Исследование in vivo показало, что лечение POP нарушало RANKL-индуцированное образование OC в клетках RAW264.7 и BMMS дозозависимым образом и ослабляло резорбционную активность [34].

Polystictus versicolor (L.) Fr. (ТВ, «Юнь Чжи») — один из самых популярных лекарственных грибов Coriolus Versicolor (L. ex Fr.) Quel благодаря различным биологически активным компонентам. Было показано, что полисахаропептиды из TV (TVP) обладают иммунорегуляторными функциями у нормальных крыс и крыс с сахарным диабетом I типа (DM). Недавнее исследование показало, что TVP является эффективным средством лечения остеопороза у крыс с сахарным диабетом. По сравнению с модельной группой, TVP уменьшал разрушение кости, вызванное DM, что определялось увеличением объема кости проксимального отдела большеберцовой кости, трабекулярного числа и прочности бедренной кости (максимальная нагрузка 11%, жесткость 22% и модуль 14%). уменьшение пористости кортикального слоя бедренной кости на 25 процентов [35].

2.4. Полисахариды, полученные из других китайских лекарственных трав.

Lycium chinense Miller (LY, «Гоу ци»), относящийся к Lycium barbarum L., широко распространен на северо-западе Китая, и его плоды, как известно, играют роль во вмешательстве в постменопаузальный метаболизм. Модели постменопаузального остеопороза, вызванного дефицитом эстрогена, и остеопороза, вызванного дексаметазоном, на грызунах показали, что LYP может обеспечить эффективное лечение остеопороза. Исследования in vivo показали, что полисахарид LY (LYP) значительно увеличивает

BMD поясничного отдела и сухая масса бедренных костей у крыс OVX после лечения в течение 12 недель улучшали структуру трабекулярной кости и уменьшали лакунарную абсорбцию [24]. Кроме того, LYP также увеличивал содержание кальция в крови, содержание ALP и МПК у крыс с остеопорозом, индуцированным глюкокортикоидами [36].

Carthamus Flos (SF, «Hong Hua») из Carthamus tinctorius L. использовался в китайской медицине для лечения инсульта и ишемической болезни сердца. Современные фармакологические эксперименты также продемонстрировали, что полисахариды, выделенные из SF (SFP), обладают потенциальной терапевтической ценностью для лечения несовершенного остеогенеза и остеопороза. Исследования in vitro показали, что SFP может дозозависимо усиливать пролиферацию первичного OB и минерализацию, и что это усиление сопровождается повышенной активностью ALP и экспрессией синтеза коллагена [37].

3. Механизм, с помощью которого полисахариды улучшают гомеостаз кости, регулируя OB и OC.

3.1. Механизм, с помощью которого полисахариды способствуют формированию кости, опосредованному остеобластами

OB проходят четыре стадии костеобразования, включая пролиферацию остеобластов, созревание внеклеточного матрикса, минерализацию внеклеточного матрикса и апоптоз остеобластов. Многие факторы, такие как сигнальные пути и факторы транскрипции, могут регулировать эти стадии и, в конечном счете, регулировать формирование костей. Здесь мы суммируем факторы транскрипции и сигнальные пути, с помощью которых полисахариды влияют на формирование кости при OB. Механизмы OB-опосредованного костеобразования и полисахаридной регуляции функции OB, задействованные в нашем исследовании, показаны на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Суммарные механизмы остеопороза, задействованные в нашем исследовании. Способствовать (→), запрещать (⊥). В СККМ связывание белков Wnt с мембраносвязанными рецепторами frizzles и корецептором LRP5/6 инициирует комплекс Axin1, ингибирующий убиквитинирование и деградацию -катенина и ускоряющий его транслокацию в ядро ​​[38]. Этот ядерный -катенин связывается с членами семейства транскрипционных факторов Т-клеточного фактора/лимфоид-усиливающего фактора (TCF/LEF) и коактивирует их, активируя нижележащие гены-мишени, такие как Runx2 и Osterix (Osx), что приводит для дифференцировки и пролиферации ОБ [32]. DKK-1 ингибирует связывание Wnt с frizzled рецепторами и LRP5/6, сигнальный путь wnt/-catenin блокируется. В ОЛ костные морфогенетические белки (BMP) связываются с рецептором BMP (BMPR), активируют белки SMAD1/5/8, которые входят в ядро, затем регулируют экспрессию гена RUNX2. Runx2 может объединяться с кор-связывающим фактором с образованием гетерологичной димерной структуры, а затем связываться с ДНК, индуцируя экспрессию генов, связанных с образованием кости, таких как Osx, костный глутаматный белок (BGP) и ALP. PIP3, продуцируемый активацией PI3K, связывается с доменом PH на N-конце Akt, перемещает Akt на плазматическую мембрану, что катализирует фосфорилирование сайтов Akt ser473 и Thr308. После активации Akt он способствует экспрессии нижестоящих проапоптотических факторов bax-2, каспазы 3 и ингибирует антиапоптотический фактор BCL-2. В пре-OC IL-1, IL-6 и TNF-активный NF-kB, который улучшает транслокацию NF-kB в ядро, что индуцирует дифференцировку от пре-OC к OC. В OC IL-6 связывается с рецептором интерлейкина 6 (IL-6R), TNF-связывается с TNF-рецептором (TNFR), RANKL связывается с RANK и дополнительно рекрутирует факторы, связанные с TNFR (TRAF) для инициации нижестоящих сигнальных каскадов, включая фосфорилирование NF-κB, фосфорилирование p38, JNK и ERK1/2. Конечным результатом передачи сигналов RANKL-RANK является активация факторов транскрипции остеокластов, таких как NF-κB, белок-активатор 1 (AP{ {55}}), протоонкогенный белок (FOS) и активированный ядерный фактор активированных Т-клеток (NFATc1). NFATc1 индуцирует экспрессию специфичных для остеокластов генов, таких как устойчивая к тартрату кислая фосфатаза (TRAP) и катепсин К (Ctsk), что приводит к дифференцировке и способствует созреванию ОК.

Рис. 2. Краткое описание полисахаридов и возможных механизмов, участвующих в лечении остеопороза. АСР: полисахарид из Achyranthes bidentata Blume; ASP: полисахарид из Astragali Radix; ANP: полисахарид из Angelica Sinensis (Oliv.) Diels; APP: полисахарид из Hairyvein Agrimonia Herb and Bud; COP: полисахарид из Curculigo orchioides Gaertn; CYP: полисахарид из Cynomorium songaricum Rupr; CDP: полисахарид из Cistanche Deserticola Ma; CBP: полисахарид из Cibotium barometz (L.) J. Sm; DOP: полисахарид из Dendrobium officinale Kimura et Migo; EBP: полисахарид из Epimedium brevicornum Maxim; WSS25: полисахарид из Gastrodia elata Bl.; HPP: полисахарид из Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz.; LYP: полисахарид Lycium chinense Miller; MOP: полисахарид от Morinda Officinalis How; POP: полисахарид из Poria cocos (Schw.) Wolf.; RPP: полисахарид из Polygonatum sibiricum Delar. бывший Редуте; SAP: полисахарид из Sap oshnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.; SFP: полисахарид от Carthami Flos; TVP: полисахарид из Polystictus Versicolor (L.) Fr.

3.1.1. Факторы транскрипции

Остеогенная дифференцировка СККМ регулируется различными транскрипционными факторами, такими как связанный с Runt транскрипционный фактор 2/ядерный связывающий фактор 1 (Runx2/Cbfa1) и osterix. Cbf 1, также известный как белок 2 A, связывающий энхансер полиомавируса (PEBP2 A), или фактор 3 острого миелоидного лейкоза (AML3), представляет собой транскрипционный фактор семейства структурных генов runt. Osterix, критический фактор, который контролирует нижестоящие мишени при формировании кости, является важным регулятором дифференцировки OB и является самым ранним и наиболее специфичным маркером дифференцировки OB.

Опосредованное MOP сывороточное воздействие на СККМ в течение 14 дней повышало экспрессию мРНК Cbf 1 и способствовало остеогенной дифференцировке [39]. Другое исследование показало, что экспрессия мРНК Cbf 1 в ОБ свода черепа крыс повышалась после обработки водным экстрактом Morinda Officinalis и сывороткой, содержащей МОР, в течение 72 ч, причем эффект МОР был лучше, чем эффект водного экстракта. Моринда лекарственная [40]. МОП, вводимый крысам с остеопорозом OVX в течение 30 дней, повышал экспрессию большеберцовых генов Cbf 1 и DMP1 [10]. Новый инулин-фруктан MOW90-1, выделенный из MO90, усиливал экспрессию Runx2 и Osterix и способствовал пролиферации, дифференцировке и минерализации клеток MC3T3-E1 [14].

Недавнее исследование in vitro оценило влияние HPP на остеогенную дифференцировку остеобластических клеток MC3T3-E1 и обнаружило, что HPP активирует активность ALP дозозависимым образом и увеличивает экспрессию и транскрипционную активность Runx2 и Osterix, два мастер-гена дифференцировки ОВ [24]. Liao et al. обнаружили, что ANP может заметно усиливать экспрессию мРНК CyclinD1, Runx2 и Osterix [22,23]. ASP также увеличивает экспрессию CyclinD1 и способствует пролиферации [41].

3.1.2. Wnt/-катениновый сигнальный путь

Сигнальный путь Wnt/-catenin играет важную роль в самообновлении, направленной дифференцировке, пролиферации преостеобластов, формировании OB и апоптозе СККМ. В процессе стимулирования дифференцировки OB Wnt контролирует гены дифференцировки OB, регулируя уровень -катенина в СККМ. Активированная передача сигналов Wnt может способствовать агрегации -catenin, что приводит к дифференцировке OB и образованию кости. Экспрессия Wnt3a и Wnt10b в СККМ может активировать сигнальный путь Wnt/-catenin и способствовать пролиферации СККМ [42]. DKK-1 является ингибитором сигнального пути Wnt, ингибирует формирование кости и приводит к остеопорозу, в то время как противодействие DKK-1 может увеличивать костную массу [43].

MOP увеличивал скорость пролиферации OB in vitro, повышал активность ALP и подавлял экспрессию белка DKK-1 [44]. Дальнейшее исследование in vivo молекулярных механизмов, стоящих за антиостеопорозным эффектом CDP, показывает, что ослабление костной дегенерации связано с активацией сигнального пути Wnt/-catenin [45]. Вмешательство RPP улучшало активность ALP в СККМ дозозависимым образом, значительно повышало способность клеток к минерализации, значительно увеличивало экспрессию генов ALP, Runx2 и Osteocalcin в СККМ, значительно повышало экспрессию -катенина и стимулировало высокая экспрессия сайтов связывания TCF. Механизм может быть связан с активацией сигнального пути Wnt/-catenin и стимулированием дифференцировки СККМ в ОВ [46], но RPP не влиял на путь BMP. Результаты также показали, что RPP способствует дифференцировке и минерализации OB, регулируя сигнальный путь ERK/GSK-3/-катенин [47]. Ли и др. обнаружили, что BMP9 является прямой мишенью miR-152, а ASP может подавлять экспрессию miR- 152 и способствовать активизации BMP9, тем самым активируя передачу сигналов PI3K/AKT и Wnt/-catenin в СККМ [ 41]. ASP облегчал вызванный окислительным стрессом остеопороз, регулируя сигнальный путь FoxO3a/Wnt2/-catenin [48]. LYP-опосредованная сыворотка активирует экспрессию белков, связанных с сигнальным путем Wnt - катенина, а Wnt10b способствует дифференцировке СККМ в OB и увеличивает количество минерализованных узелков [49].

Экстракт цистанхе трубчатой: лечит диабетические заболевания

3.1.3. Сигнальный путь BMP/SMAD/RUNX2

Сигнальный путь BMP/SMAD играет важную роль в активации транскрипции генов костеобразования. Костный морфогенетический белок II (BMP2), член суперсемейства TGF, высоко экспрессируется в OB и регулирует дифференцировку как in vitro, так и in vivo [50]. BMP связывается с гетеродимерными рецепторами для активации белков SMAD, которые трансактивируют остеокластогенные гены либо напрямую, либо через Runx2 [51]. Runx2 является нижестоящим геном-мишенью механизма передачи сигнала BMP2/Smad и фактором транскрипции, необходимым для остеобластогенеза. Runx2 может объединяться с кор-связывающим фактором с образованием гетерологичной димерной структуры, а затем связываться с ДНК, индуцируя экспрессию генов, связанных с формированием кости, таких как COL-I, BGP и ALP.

Хуанг и др. выделили два новых полисахарида, CBP70-1-1 и CBP70-1-2, из корневищ Cibotium barometz и обнаружили, что они могут способствовать пролиферации OB при низкой концентрации. CBP70-1-1 при 3,93 и 7,86 мкМ и CBP70-1-2 при 1,73 и 6,92 мкМ значительно повышали активность ALP и минерализовали узелки в клетках MC3T3-E1. Более того, CBP70-1-2 увеличивал экспрессию и транскрипционную активность BMP2, а повышенная экспрессия BMP2 впоследствии стимулировала нижестоящий ген Smad1. Фосфорилирование Smad1 увеличивается, что дополнительно стимулирует ген остеогенного маркера Runx2, способствуя формированию кости [50].

Другое исследование показало, что CEP может улучшать информацию о костях за счет усиления экспрессии белков BMP2/Smad1 и Smad5/Runx2 [52]. Чен и др. обнаружили, что Gastrodia elata Bl. полисахарид WSS25 может ингибировать экспрессию путей BMP2/Smad1 и ингибировать дифференцировку остеокластов [29]. RPP способствовал формированию костей у крыс OVX за счет увеличения уровней ALP, OPG и BGP и экспрессии белка BMP2 [26]. APP усиливал активность ALP, способствовал пролиферации и дифференцировке OB и увеличивал маркерные белки дифференцировки OB BMP2, Runx2, Osterix и Osteocalcin. Молекулярный механизм был связан с повышенной экспрессией miR-70 [53] и регуляцией сигнального пути Wnt/-catenin [54].

3.1.4. Пути, опосредованные антиапоптозом

Апоптоз, форма запрограммированной гибели клеток, играет центральную роль в тканевом гомеостазе, а нарушение регуляции апоптоза связано с многочисленными патологическими состояниями [55]. Белки семейства Bcl-2 обладают про- или антиапоптотической активностью и регулируют митохондриальный путь апоптоза, контролируя пермеабилизацию наружной мембраны митохондрий (MOMP). MOMP является ключевым событием во внутреннем пути апоптоза. Bax, участвующий в формировании МОМР, приводит к выбросу содержимого митохондриального межмембранного пространства в цитоплазму. Высвобожденный цитохром с связывается с цитозольным белком, содержащим домен рекрутирования каспазы (CARD), с образованием апоптосомы и впоследствии рекрутированием множества молекул прокаспазы-9, в конечном итоге активируя расположенные ниже по течению каспазы-палачи, такие как каспаза-3. Антиапоптотические белки Bcl-2 блокируют гибель клеток, предотвращая активацию и гомоолигомеризацию Bax [56]. Более того, белок Bax регулируется фосфорилированием Akt-зависимым образом, и это событие фосфорилирования ингибирует эффекты Bax на митохондрии, поддерживая его в цитоплазме [57].

Глюкокортикоиды широко используются для лечения воспалительных заболеваний и приводят примерно к 30-процентному апоптозу OB-клеток у пациентов с остеопорозом, вызванным чрезмерным применением глюкокортикоидов. Водорастворимый полисахарид (APP-AW) был выделен из Agrimonia pilosa, а три сульфатированных производных (S1, S2 и S3) из APP-AW ингибировали апоптоз в модели OB, индуцированной дексаметазоном [33], обращали увеличение Bax , цитохром и каспазу-3, а также снижение экспрессии белков Bcl-2 и c-Myc в клетках MC3T3-E1. Исследование in vitro показало, что MOP ингибирует апоптоз OB, индуцированный полностью транс-ретиноевой кислотой [58]. SFP, по-видимому, защищает OB-клетки от апоптоза, вызванного дексаметазоном, возможно, из-за его эффекта на обращение активации каспазы -3 и расщепление PARP [37]. EBP повышал экспрессию Bcl-xl и Bcl-2 и снижал экспрессию Bax и каспазы-3 через сигнальный путь PI3K/Akt/mTOR при ОБ, индуцированном дексаметазоном [32].

3.1.5. Пути, опосредованные окислительным стрессом

Усиление реакции на окислительный стресс при старении может быть важным фактором, вызывающим остеопороз. Окислительный стресс — это патологическое состояние, которое подразумевает перепроизводство активных форм кислорода (АФК) в условиях, когда их элиминация снижена. Ядерный фактор, связанный с эритроидным 2- фактором 2 (Nrf2)/гемоксигеназой 1 (HO-1) в качестве индикатора и регулятора окислительного повреждения, защищает от окислительного повреждения и гибели клеток. основной объект исследований на протяжении многих лет. Исследования in vivo показали, что DOP может восстанавливать вызванное H2O2- переключение судьбы дифференцировки СККМ и повышать экспрессию Nrf2, HO-1 и Nqo1 [28].

3.1.6. Способствует костно-специфической матрице и минерализации кости

Костный сиалопротеин (BSP), остеопонтин и остеокальцин являются фенотипическими маркерами зрелого OB и важными маркерами минерализации матрикса. Остеопонтин секретируется ОБ и участвует в минерализации костного матрикса, который может соединяться с гидроксиапатитом через область, богатую аспарагиновой кислотой, и участвует в минерализации костного матрикса. BSP, основной белок внеклеточного неколлагенового матрикса в костной ткани, локализованный в минерализованном матриксе, может способствовать зарождению минерализации гидроксиапатита in vitro и увеличивать включение кальция и образование узелков. Остеокальцин, продуцируемый и секретируемый почти исключительно OB, связывается с Ca2 plus и отвечает за минерализацию костного матрикса [59].

MOP (50 мкг⋅мл-1) способствовал пролиферации клеток MC3T3-E1, стимулировал секрецию коллагена типа 1 (COL-I) и остеокальцина и повышал активность ЩФ [60]. RPP улучшал биомеханические свойства и МПК переломов при остеопорозе у крыс за счет снижения содержания костной ALP, TRAPa и TNF- при остеопорозе крыс [25] и повышения уровней ALP, OPG и BGP и экспрессии белка BMP2 [25]. 26]. Очищенный полисахарид ABW70-1, выделенный из radix achyranthis bidentatae, способствовал пролиферации клеток MC3T3-E1, повышению активности ALP, образованию минеральных узелков и экспрессии генов Osterix, Osteocalcin и BSP, а также стимулировал остеогенная дифференцировка [8].

Цистанхе трубчатая полезна для костей

3.2. Механизм, с помощью которого полисахариды ингибируют резорбцию кости, опосредованную остеокластами

Резорбция кости является результатом взаимодействия активированного ОК с костным матриксом. Роль ОК в костной резорбции включает в основном четыре стадии: адгезию и поляризацию остеокластов, закисление микроокружения костной резорбции, деградацию костного матрикса и эндоцитозный транспорт. В процессе адгезии и поляризации остеокластов предшественники остеокластов рекрутируются на поверхность кости под действием -интегрина и дифференцируются в РЯ, стимулируемые M-CSF, RANKL и цитокинами. В этом процессе факторы транскрипции и цитокины, такие как IL-1 и IL-6, также могут способствовать дифференцировке. Впоследствии ОК создает кислую микросреду между клеткой и поверхностью кости [61], а зрелые ОК секретируют различные ферменты, в том числе протеинкиназу К, матриксные металлопротеиназы (ММП) и устойчивую к тартрату кислую фосфатазу [62] для деградации костный матрикс. Механизмы остеокласт-опосредованной резорбции кости и полисахаридной регуляции функции ОК, задействованные в нашем исследовании, показаны на рис. 1 и 2.

3.2.1. Факторы транскрипции

Дифференцировка РЯ регулируется различными транскрипционными факторами. Во время остеокластогенеза NFATc1, принадлежащий к суперсемейству транскрипции NFAT, обычно считается важным фактором транскрипции, который регулирует RANKL-индуцированную экспрессию остеокластогенного гена [63]. NFATc1 является восходящим ядерным фактором транскрипции, который играет ключевую роль в регуляции экспрессии многих генов, специфичных для остеокластов [64], таких как тартрат-резистентная кислая фосфатаза (TRAP), 3- интегрин, катепсин K (Ctsk), и MMP-9, которые участвуют в регуляции дифференцировки, слияния и активации остеокластов. Между тем Ctsk и MMP-9 разрушают органический костный матрикс и способствуют резорбтивной активности кости [65].

Исследование in vivo продемонстрировало, что WSS25 (GAP) может ингибировать дифференцировку остеокластов на ранней стадии и ингибировать экспрессию генов TRAP, NFATc1, MMP-9 и CtsK, специфичных для образования остеокластов, и CtsK в RANKL-индуцированных клетках RAW264.7. дозозависимым образом [29]. Дальнейшие исследования показали, что молекулярный механизм WSS25 в формировании остеокластов заключается в ингибировании экспрессии пути BMP2/Smad1 [29]. RPP снижал активность остеокластов дозозависимым образом, включая снижение экспрессии TRAP, MMP-9, CtsK и NFATc1 в RANKL-индуцированных клетках RAW264.7 [66]. Кроме того, RPP снижает экспрессию miR-1224 и ключевую молекулу-мишень Limd1 в сигнальном пути Hippo в макрофагах, происходящих из костного мозга (BMMs) [67]. Кроме того, исследование in vitro показало, что CDP ингибирует RANKL-индуцированную дифференцировку остеокластов из BMM и подавляет слияние остеокластов путем ингибирования резорбционной активности гидроксиапатита и снижения уровней мРНК маркеров остеокластов NFATC1, MMP9, Ctsk и TRAP [19]. В другом исследовании сообщалось, что RPP также снижает экспрессию специфических генов, включая TRAP, MMP-9, CtsK и NFATc1, во время формирования OC [66].

3.3.2. Сигнальный путь OPG/RANKL/RANK

Система осей OPG/RANKL/RANK является ключевым фактором в регуляции дифференцировки остеокластов и резорбции кости [68]. Rank, также известный как член суперсемейства TNFR 11a, играет решающую роль в остеокластогенезе. RANKL связывается с rank и дополнительно рекрутирует факторы, связанные с TNFR, для инициации нижестоящих сигнальных каскадов, включая p38, JNK и ERK. Конечным результатом передачи сигналов RANKL-RANK является активация факторов транскрипции остеокластов, таких как NF-κB, белок-активатор 1 (AP- 1), циклический аденозинмонофосфатный ответный элемент, связывающий белок (CREB) и активированный t-ядерный белок. фактор -1 (NFATc1), все из которых индуцируют экспрессию маркеров остеокластов, таких как TRAP, интегрин-3 и CtsK [69]. OPG является членом надсемейства рецепторов TNF и также известен как фактор, ингибирующий остеокластогенез (OCIF), который может конкурентно противодействовать RANKL, тем самым ингибируя дифференцировку OC [70].

АСР дозозависимо увеличивал маркеры костеобразования в сыворотке OC и BAP и снижал маркеры резорбции кости в сыворотке TPACP5b, NTX и CTX у крыс OVX, и этот механизм может быть связан с увеличением экспрессии белков OPG и RANK в ткани костного мозга и снижение экспрессии RANKL, что приводит к ингибированию резорбции кости [7]. Кроме того, ACP ингибирует RANKL-индуцированное фосфорилирование пути MAPK [71]. CYP [15] повышал уровень OPG в сыворотке и снижал RANKL и соотношение RANKL/OPG у крыс с моделью остеопороза OVX. АСП увеличивал сывороточный уровень OPG, снижал RANKL и соотношение RANKL/OPG и значительно снижал уровни TNF- и IL-2, что приводило к ингибированию активности дифференцировки остеокластов [20,21].

3.3.3. Сигнальный путь ERK/JNK

Сигнальный путь ERK/JNK участвует в пролиферации и дифференцировке клеток, а активированная фосфорилированием ERK1/2 перемещается из цитоплазмы в ядро, что опосредует транскрипционную активацию AP-1, c-Fos и c-Jun. и способствует пролиферации и дифференцировке OC. Понижающая регуляция p38, ERK и JNK ингибировала экспрессию NFAcT1 и c-Fos при RANKL-индуцированном остеокластогенезе. Лечение ингибиторами ERK или JNK значительно снижало количество OC и продукцию IL-6 [72]. Потенциальные механизмы POP в остеокластогенезе были сопоставлены с сигнальными путями JNK и ERK (подавленное фосфорилирование ERK1/2, экспрессия STAT3 и JNK1/2) [34]. Для подтверждения эффективности лечения остеопороза необходимы дальнейшие исследования in vivo.

3.3.4. Регулируемые воспалительные факторы

Многие воспалительные факторы способствуют дифференцировке РЯ, опосредуя экспрессию RANKL [73]. TNF- является мощным индуктором резорбции кости и играет важную роль в костном метаболизме, что может непосредственно индуцировать образование OC из предшественников OC в присутствии M-CSF или в отсутствие RANKL путем активации передачи сигналов NF-κB [74] и индуцировать экспрессию RANK в предшественниках ОС [75]. Провоспалительный цитокин IL-1 является мощным стимулятором дифференцировки РЯ и резорбции кости, индуцируя экспрессию RANKL [76]. IL-6 индуцирует остеокластогенез и активацию OC посредством индукции экспрессии RANKL в OB и стромальных клетках [77].

Чжу и др. обнаружили, что MOP снижает уровни экспрессии IL-6 и TNF в сыворотке [10]. Рен и др. показали, что введение LYP в течение 90 дней значительно снижало содержание IL-6 в сыворотке крови [78]. ASP оказывает защитное действие на потерю костной массы у мышей OVX за счет значительного снижения концентрации TNF- и ингибирования остеокластогенеза [20]. После лечения ASP повышенные уровни TNF- и IL -2 были значительно снижены в модели крыс с остеопорозом, вызванным дексаметазоном, а противовоспалительный эффект был связан с регуляцией кишечной флоры [21]. Введение полисахаридов SA (SAP) в течение 70 дней значительно снижало сывороточные уровни IL-6 и TNF- [30,31]. Другие сообщили, что RPP может ингибировать резорбцию кости за счет снижения содержания TRAPa и сывороточного IL-1, IL-6 и TNF- у крыс с остеопорозом [25,27].

Цистанхе тубулоза против остеопороза

4. Выводы

В заключение, эксперименты in vivo и in vitro продемонстрировали, что полисахариды проявляют свойства для лечения постменопаузального остеопороза, сенильного остеопороза и вторичного остеопороза, вызванного глюкокортикоидами, особенно постменопаузального остеопороза, способствуя дифференцировке и активности OB и снижая дифференцировку и активность OC. Механизмы, с помощью которых полисахариды улучшают гомеостаз костей, включают, главным образом, сигнальный путь Wnt/-catenin, сигнальный путь BMP/SMAD/RUNX2, сигнальный путь OPG/RANKL/RANK, сигнальный путь ERK/JNK, путь апоптоза и факторы транскрипции. Этот обзор обеспечит лучшее понимание антиостеопоротических эффектов полисахаридов и модуляции сигнальных путей, что полезно для обеспечения теоретической основы полисахаридов для клинического применения.

5. Будущие перспективы

Несколько исследований однозначно продемонстрировали благотворное влияние полисахаридов на остеопороз в экспериментах in vitro и in vivo. В настоящее время, хотя нет сообщений о клинических исследованиях лечения остеопороза полисахаридами из китайских лекарственных трав, было изучено и оценено множество клинических применений полисахаридов при лечении других заболеваний, таких как опухоли [79], Тип 2 Диабет [80]. Среди них полисахарид Poria cocos, полисахарид Astragali Radix и полисахарид Lycium chinense Miller были одобрены CFDA в качестве сырья. Китайские лекарственные травы, описанные в этой статье, имеют долгую историю клинического лечения заболеваний костей, эксперименты in vitro и in vivo также показывают, что полисахариды, извлеченные из этих трав, оказывают влияние на пациентов с остеопорозом. Поэтому мы считаем, что дальнейшие клинические исследования, подтверждающие их антиостеопорозный эффект, помогут способствовать развитию полисахаридов трав китайской медицины в функциональных пищевых продуктах или лекарствах.

Однако в процессе выработки полисахаридов из китайских лекарственных трав есть несколько моментов, которые необходимо учитывать и изучать в дальнейшем. Во-первых, полисахариды обладают характеристиками большой молекулярной массы и сложной структуры, необходимы дальнейшие исследования для изучения взаимосвязи между биологической активностью полисахаридов и химической структурой.

Кроме того, следует уделить больше внимания влиянию полисахаридов на кишечную флору желудочно-кишечного тракта. Полисахариды представлены своей низкой биодоступностью, которая зависит от деградации, происходящей на уровне метаболизма первого прохождения и всасывания из желудочно-кишечного тракта [81]. Многочисленными исследованиями установлено участие желудочно-кишечного тракта в возникновении и развитии остеопороза [82–84]. До сих пор неясно, участвуют ли полисахариды в костном метаболизме, регулируя кишечную флору, и каким образом, это может представлять собой новую стратегию полисахаридов для лечения остеопороза.

Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке Национального научного фонда Китая (№ 82003977, 81803760, 82004022), Проекта Фонда выдающихся молодых талантов провинции Чжэцзян по традиционной китайской медицине (№ 2020ZQ011) и Крупных проектов традиционной китайской медицины в Провинция Чжэцзян (2018ZY003), Программа фундаментальных исследований в области общественного благосостояния провинции Чжэцзян (LGF20H060006), Программа медицинских и медицинских наук и технологий провинции Чжэцзян (2020KY507).

Китайское лекарственное растение--Cistanche хорошо помогает при остеопорозе.

Из: «Преимущества и механизмы полисахаридов из китайских лекарственных трав для терапии остеопороза» авторстваShan shan Lei a, et al.

---Международный журнал биологических макромолекул 193 (2021) 1996–2005 гг.