Výhody a mechanizmy polysacharidov z čínskych liečivých bylín na terapiu proti osteoporóze

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 * Oddelenie medicíny, Akadémia tradičnej čínskej medicíny Zhejiang, Hangzhou, Zhejiang 310007, PR Čína
b * Centrum hodnotenia bezpečnosti, Hangzhou Medical College, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR Čína
c * Zhejiang University of Technology, Hangzhou, Zhejiang 310014, PR Čína
d * Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR Čína

Abstraktné

Osteoporóza je systémové metabolické ochorenie kostí s narastajúcou incidenciou. Čínske liečivé byliny majú dlhú históriu liečby chorôb kostí. Polysacharidy sú dôležitou kategóriou fytochemikálií v čínskych liečivých bylinách a ich zdravotné prínosy zvýšili záujem verejnosti. Početné štúdie ukázali, že polysacharidy vykazujú účinky proti osteoporóze vyvážením kostnej resorpcie a tvorby kosti, ale podrobné účinky a mechanizmy neboli systematicky zhrnuté. Vykonali sme komplexný prehľad literatúry na konsolidáciu štúdií na obdobie rokov 2000–2021 vykonaním elektronického vyhľadávania v databázach PubMed, CNKI, VIP a Wanfang. Celkovo polysacharidy z 19 druhov čínskych liečivých bylín v 54 štúdiách preukázali ochranné vlastnosti pre homeostázu kostí. Experimenty in vivo a in vitro ukázali, že polysacharidy majú vlastnosti pri liečbe postmenopauzálnej osteoporózy, senilnej osteoporózy a sekundárnej osteoporózy indukovanej glukokortikoidmi, najmä postmenopauzálnej osteoporózy. Okrem toho je množstvo signálnych dráh, ako je signálna dráha Wnt/-katenín, signálna dráha BMP/SMAD/RUNX2, signálna dráha OPG/RANKL/RANK, dráha apoptózy a transkripčné faktory, regulované polysacharidmi a podieľajú sa na zlepšovaní kostí. homeostázy. Tento prehľad poskytne lepšie pochopenie antiosteoporotických účinkov polysacharidov a sprievodných modulácií signálnych dráh.

Kľúčové slová:Polysacharidy, Čínske liečivé byliny, Mechanizmy, Homeostáza kostí

Čínska liečivá bylina--Cistanche je dobrá pri liečbe osteoporózy

1. Úvod

Osteoporóza je systémové metabolické ochorenie kostí charakterizované zhoršením mikroarchitektúry, nízkou kostnou hmotou a zvýšeným rizikom zlomenín. Podľa výsledkov prvého epidemiologického prieskumu osteoporózy, ktorý uskutočnila Čínska národná zdravotnícka komisia v roku 2018, miera prevalencie osteoporózy u žien nad 50 rokov dosiahla 32,1 percenta, zatiaľ čo u žien nad 65 rokov to bolo 51,6 percenta. Približne 10 miliónov ľudí starších ako 50 rokov v Spojených štátoch má osteoporózu a 34 miliónov ľudí je ohrozených touto chorobou. Vo Veľkej Británii trpí osteoporotickými zlomeninami 50 percent žien nad 50 rokov a 20 percent mužov [1]. Krehké zlomeniny spôsobené osteoporózou môžu viesť k zvýšenej chorobnosti a úmrtnosti, čo má za následok obrovskú sociálnu záťaž [2].

Je dobre známe, že nerovnováha v kostnej homeostáze je spôsobená viac osteoklastmi sprostredkovanou kostnou resorpciou ako osteoblastmi sprostredkovaná tvorba kostí, ktorá vedie k osteoporóze. Mnohé faktory vedú k homeostáze kostí, ale základným mechanizmom je nerovnováha medzi osteoblastmi a osteoklastmi, vrátane (i) zníženej diferenciácie a aktivity osteoblastov (OB), čo má za následok znížené ukladanie kostí; (ii) zvýšená diferenciácia a aktivita osteoklastov (OC), čo vedie k nadmernej kostnej resorpcii; a (iii) zápal a oxidačný stav [3]. Okrem toho sú funkcie OB a OC regulované rôznymi transkripčnými faktormi a signálnymi dráhami.

V Číne sa niekoľko čínskych liečivých bylín, ktoré majú funkcie na uvoľnenie kĺbov a posilnenie kostí a svalov, používa na liečbu osteoporózy už stovky rokov. Polysacharidy sú jednou z hlavných aktívnych zložiek mnohých čínskych liečivých bylín, ako je Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute, Angelica sinensis (Oliv.) Diels a Morinda Officinalis How. Medzitým sa preukázalo, že polysacharidy majú viacero funkcií, ako sú antioxidačné [4], imunomodulačné [5] a funkcie proti únave [6]. K dnešnému dňu mnohé štúdie ukázali, že polysacharidy vykazujú účinky proti osteoporóze tým, že vyrovnávajú resorpciu kostí a tvorbu kostí, ale podrobné účinky a mechanizmy neboli systematicky zhrnuté.

V tomto prehľade sme zhromaždili celkovo 54 štúdií polysacharidov o antiosteoporóze od 2000 do 2021 rokov a skúmali sa polysacharidy z 19 druhov čínskych liečivých bylín. Tieto štúdie zahŕňali 25 experimentálnych štúdií in vivo a 40 experimentov in vitro. Experimentálny zvierací model zahŕňal ovariektomizované (OVX) potkany, SAMP6 myši a glukokortikoidmi indukovanú osteoporózu (GIOP) zebrafish. MCET3-E1 bunky, BMSC, dexametazónom indukované OB a RANK indukované BMM bunkové modely boli široko používané in vitro experimenty. Mechanizmy surových polysacharidov alebo purifikovaných polysacharidov na antiosteoporóze boli zamerané na proliferáciu OB alebo OC, diferenciáciu vrátane expresie transkripčných faktorov, zápalové faktory, signálne dráhy ako Wnt/-katenínová signálna dráha, BMP/SMAD/RUNX2 signálna dráha, Signálna dráha OPG/RANKL/RANK atď. Zhodnotili sme antiosteoporózne účinky a mechanizmy polysacharidov z 19 druhov čínskych liečivých bylín a zhrnuli sme ich v tabuľke 1.

2. Polysacharidy získané z čínskych liečivých bylín na boj proti osteoporóze

Spomedzi 19 druhov bylín bolo 13/19 z podzemkovej časti, 1/19 z kvetu, 2/19 z listovej časti, 1/19 z plodovej časti a 2/19 z huby. Všetky dôkazy o polysacharidoch z týchto čínskych liečivých bylín na zlepšenie homeostázy kostí a obmedzenie straty kostnej hmoty sú uvedené v nasledujúcich odsekoch.

2.1. Polysacharidy získané z podzemkov čínskych liečivých bylín

Achyranthes bidentata Blume (AC, "Niu xi"), Morinda Officinalis How (MO, "Ba-Ji-Tian"), Curculigo orchioides Gaertn (CO, "Xian Mao"), solárium Cynomorium Rupr. (CY, "Suo yang"), Cistanche deserticola Ma (CD, "Rou Cong Rong") a Cibotium barometz (L.) J. Sm (CB, "Gou Ji") sú čínske liečivé byliny, ktoré "tonizujú obličky a posilňujú kosti“ a používajú sa najmä na liečbu postmenopauzálnej osteoporózy. Uvádza sa, že hlavné aktívne zlúčeniny polysacharidov majú presné priaznivé účinky na antiosteoporózu na modeloch potkanov OVX. Uvádza sa, že surové polysacharidy z AC [7,8], MO [9–11], CO [12], CY [17] a ABPB-3 [13] (purifikovaný polysacharid z AC) zvyšujú kostnú hmotu minerálnej hustoty (BMD), zlepšujú biomechanické indexy stehenných kostí u OVX potkanov a regulujú mikroarchitektúru trabekulárnej kosti po nepretržitom podávaní takmer 3 mesiace. Medzitým by ABPB-3 mohol tiež zvýšiť hladiny sérového osteokalcínu (OCN) [13], kostného glutamátového proteínu (BGP) a deoxypyridinolu v moči (DPD) [15]. V in vitro experimente polysacharidy z CB (CBP) a nový homogénny heteropolysacharid COP70–3 z CO zvýšili aktivitu alkalickej fosfatázy (ALP) a zvýšili rýchlosť mineralizácie [12] [16]. Ďalší purifikovaný polysacharid, COP90–1, z CO podporoval proliferáciu a diferenciáciu primárneho myšacieho OB [17]. Okrem toho dva nové polysacharidy ABW50-1 a ABPB-3 z AC výrazne zvýšili kostnú hmotu v modeloch zebrafish GIOP [18] [13]. Polysacharidy z CD (CDP) pozoruhodne zlepšili histopatologické poškodenie kosti a podporili tvorbu novej kosti u myší SAMP6 [45].

Astragali Radix (AS, "Huang qi"), Angelica sinensis (Oliv.) Diels (AN, "Dang Gui") a Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz. (HP, "Hong qi") sú čínske liečivé byliny, ktoré "dopĺňajú qi a vyživujú krv". Bolo hlásené, že AS polysacharidy (ASP) sú schopné zvrátiť úbytok kostnej hmoty, zvýšiť sérovú ALP a BGP a regulovať biomechanické indexy stehennej kosti u OVX myší a potkanov s osteoporózou vyvolanou a stresom vyvolanou Dex v závislosti od dávky. spôsobom [20,21]. Polysacharidy z AN (ANP) zvýšili počet trabekul a podporili opravu poranenia kostí u potkanov s diabetom 2. typu. Štúdia in vivo 40 mg/l ASP zvýšila počet kalciových uzlín a aktivitu ALP v BMSC indukovaných 25,5 mmol/l glukózy [22]. Zdá sa, že ANP a polysacharidy z HP (HPP) zlepšujú proliferáciu OB a zvyšujú aktivitu ALP v závislosti od dávky [23,24].

Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute (RP, "Huang Jing") a Dendrobium officinale Kimura et Migo (DO, "Tie pi shi hu") sú čínske liečivé byliny, ktoré "vyživujú Yin". Štúdie in vivo preukázali, že polysacharidy z RP (RPP) by mohli významne zvýšiť celkovú BMD a zlepšiť mikroštruktúru kostnej trabekulárnej kosti potkanov OVX po nepretržitom podávaní [25,26] a mohli by tiež zlepšiť symptómy v modeli osteoporotických zlomenín [27]. DO polysacharidy (DOP) zabránili degradácii trabekulárnej mikroštrukturálnej a zlepšili BS/TV, Tb. N a zníženie modelu osteoporózy vyvolanej vekom Tb.Sp [28]. Rovnako denné podávanie polysacharidov z Gastrodia elata Bl. (GA, "Tian ma") a Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (SA, "Fang Feng") tiež zvýšil BMD [29,30] a hladiny Ca2 plus, Mg2 plus a P2 v sére [31] v modeli OVX.

výhody cistanche tubolosa

2.2. Polysacharidy získané z listov čínskych liečivých bylín

Epimedium brevicornum Maxim (EB, "Yin Yang Huo") je veľmi populárny list, ktorý sa v čínskej medicíne po tisíce rokov tradične používa na liečbu ochorení kostí a dysfunkcie pohlavných žliaz. EB by mohla zmierniť postmenopauzálne symptómy a inhibovať osteoporózu a iné ochorenia súvisiace s úbytkom kostnej hmoty. Nedávna in vitro štúdia ukázala, že EB polysacharid (EBP) by mohol stimulovať a zlepšiť proliferáciu a diferenciáciu OB buniek indukovanú dexametazónom [32].

Hairyvein Agrimonia Herb and Bud (AP, "Xian he cao") patrí medzi Rosaceae a používa sa ako čínska medicína na liečbu cukrovky a arytmie. Vo vode rozpustný polysacharid (APP-AW) bol izolovaný z AP a tri sulfátované deriváty (S1, S2 a S3) z APP-AW mohli inhibovať apoptózu v modeli OB indukovanej dexametazónom [33].

2.3. Polysacharidy získané z húb a húb čínskych liečivých bylín

Čínska medicína Poria cocos (Schw.) Wolf. (PO, "Fu ling") sa v Číne a ďalších ázijských krajinách od staroveku používa na každodennú stravu a medicínu. Ako klasické antioxidačné činidlo, PO nedávno vykazoval výhody pri liečbe angíny pectoris, hypertenzie a kostného metabolizmu. PO polysacharid (POP) je aktívna a primárna zlúčenina extrahovaná z PO. Štúdia in vivo ukázala, že liečba POP narušila RANKL-indukovanú tvorbu OC v bunkách RAW264.7 a BMMS spôsobom závislým od dávky a zoslabila resorpčnú aktivitu [34].

Polystictus versicolor (L.) Fr. (TV, "Yun Zhi") je jednou z najpopulárnejších liečivých húb z Coriolus Versicolor (L. ex Fr.) Quel vďaka svojim rôznym biologicky aktívnym zložkám. Ukázalo sa, že polysacharopeptidy z TV (TVP) majú imunoregulačné funkcie u normálnych potkanov a potkanov s diabetes mellitus (DM) typu I. Nedávna štúdia preukázala, že TVP bola účinná liečba osteoporózy u potkanov s diabetes mellitus. V porovnaní s modelovou skupinou, TVP zmiernil DM-indukované poškodenie kosti, čo bolo určené zvýšením objemu kosti proximálnej tibie, trabekulárneho počtu a pevnosti femorálnej kosti (11 percent maximálneho zaťaženia, 22 percent tuhosti a 14 percent modulu) a zníženie kortikálnej pórovitosti femuru o 25 percent [35].

2.4. Polysacharidy získané z iných čínskych liečivých bylín

Lycium chinense Miller (LY, "Gou qi"), patriaci k Lycium barbarum L., je široko rozšírený v severozápadnej Číne a je zaznamenané, že jeho plody zohrávajú úlohu pri zasahovaní do postmenopauzálneho metabolizmu. Modely hlodavcov postmenopauzálnej osteoporózy vyvolanej nedostatkom estrogénu a osteoporózy vyvolanej dexametazónom ukázali, že LYP by mohol poskytnúť účinnú liečbu osteoporózy. In vivo štúdie ukázali, že LY polysacharid (LYP) sa významne zvýšil

lumbálna BMD a suchá hmotnosť stehenných kostí u potkanov OVX po liečbe počas 12 týždňov, zlepšená štruktúra trabekulárnej kosti a znížená lakunálna absorpcia [24]. Okrem toho LYP tiež zvýšil vápnik v krvi, obsah ALP a BMD u potkanov s osteoporózou vyvolanou glukokortikoidmi [36].

Carthamus Flos (SF, "Hong Hua") z Carthamus tinctorius L. sa používa ako čínska medicína na liečbu mŕtvice a koronárnej choroby srdca. Moderné farmakologické experimenty tiež ukázali, že polysacharidy izolované zo SF (SFP) majú potenciálnu terapeutickú hodnotu pri liečbe nedokonalej osteogenézy a osteoporózy. Štúdie in vitro ukázali, že SFP môže v závislosti od dávky zvýšiť proliferáciu primárneho OB a mineralizáciu a že toto zvýšenie bolo sprevádzané zvýšenou aktivitou ALP a expresiou syntézy kolagénu [37].

3. Mechanizmus, ktorým polysacharidy zlepšujú kostnú homeostázu reguláciou OB a OC

3.1. Mechanizmus, ktorým polysacharidy podporujú tvorbu kostí sprostredkovanú osteoblastmi

OB prechádzajú štyrmi štádiami tvorby kosti, vrátane proliferácie osteoblastov, dozrievania extracelulárnej matrice, mineralizácie extracelulárnej matrice a apoptózy osteoblastov. Mnohé faktory, ako sú signálne dráhy a transkripčné faktory, môžu regulovať tieto štádiá a v konečnom dôsledku regulovať tvorbu kostí. Tu sumarizujeme transkripčné faktory a signálne dráhy, ktorými polysacharidy ovplyvňujú tvorbu kostí pri OB. Mechanizmy tvorby kostí sprostredkovanej OB a polysacharidovej regulácie funkcie OB, ktoré sa podieľajú na našom výskume, sú znázornené na obr. 1 a 2.

Obr. 1. Súhrnné mechanizmy osteoporózy, ktoré sú zahrnuté v našom výskume. Podporovať (→), brzdiť (⊥). V BMSC väzba Wnt proteínov s membránovo viazanými receptormi frizzles a LRP5/6 koreceptorom iniciuje komplex Axin1, inhibuje ubikvitináciu a degradáciu -katenínu a urýchľuje jeho translokáciu do jadra [38]. Tento jadrový katenín sa viaže a koaktivuje členov rodiny transkripčných faktorov faktora T-buniek/faktorov zosilňujúcich lymfatické uzliny (TCF/LEF), ktoré aktivujú následné cieľové gény, ako sú Runx2 a Osterix (Osx), čo vedie k podpore na diferenciáciu a proliferáciu OB [32]. DKK-1 inhibuje väzbu Wnt na frizzled receptory a LRP5/6, signálna dráha wnt/-katenínu je blokovaná. V OB sa kostné morfogenetické proteíny (BMP) viažu na BMP receptor (BMPR), aktivujú proteíny SMAD1/5/8, ktoré vstupujú do jadra, a potom regulujú expresiu génu RUNX2. Runx2 sa môže kombinovať s väzbovým faktorom jadra, aby vytvoril heterológnu dimérovú štruktúru a potom sa viaže na DNA, čím indukuje expresiu génov súvisiacich s tvorbou kostí, ako je Osx, kostný glutamátový proteín (BGP) a ALP. PIP3 produkovaný aktiváciou PI3K sa viaže na doménu PH na N-konci Akt, premiestňuje Akt do plazmatickej membrány, čo katalyzuje fosforyláciu miest Akt ser473 a Thr308. Po aktivácii Akt podporuje expresiu downstream proapoptotických faktorov bax-2, kaspázy 3 a inhibuje antiapoptotický faktor BCL-2. V pre-OC, IL-1, IL-6 a TNF-aktívny NF-KB, čo zlepšuje translokáciu NF-KB do jadra, čo indukuje diferenciáciu z pre-OC na OC. V OC sa IL-6 viaže na receptor interleukínu 6 (IL-6R), TNF- sa viaže na receptor TNF (TNFR), RANKL sa viaže na RANK a ďalej získava faktory súvisiace s TNFR (TRAF) na spustenie downstream signalizačných kaskád, vrátane fosforylácie NF-KB, fosforylácie p38, JNK a ERK1/ 2. Konečným výsledkom signalizácie RANKL-RANK je aktivácia transkripčných faktorov osteoklastov, ako je NF-KB, aktivačný proteín 1 (AP{ {55}}), protoonkogénny proteín (FOS) a aktivovaný jadrový faktor aktivovaných T-buniek (NFATc1). NFATc1 indukoval expresiu génov špecifických pre osteoklasty, ako je kyslá fosfatáza rezistentná na vínan (TRAP) a katepsín K (Ctsk), čo vedie k diferenciácii a podporuje dozrievanie OC.

Obr. 2. Súhrn polysacharidov a možných mechanizmov, ktoré sa podieľajú na liečbe osteoporózy. ACP: polysacharid z Achyranthes bidentata Blume; ASP: polysacharid z Astragali Radix; ANP: polysacharid z Angelica Sinensis (Oliv.) Diels; APP: polysacharid z Hairyvein Agrimonia Herb and Bud; COP: polysacharid z Curculigo orchioides Gaertn; CYP: polysacharid z Cynomorium songaricum Rupr; CDP: polysacharid z Cistanche deserticola Ma; CBP: polysacharid z Cibotium barometz (L.) J. Sm; DOP: polysacharid z Dendrobium officinale Kimura et Migo; EBP: polysacharid z Epimedium brevicornum Maxim; WSS25: polysacharid z Gastrodia elata Bl.; HPP: polysacharid z Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz.; LYP: polysacharid z Lycium chinense Miller; MOP: polysacharid z Morinda Officinalis How; POP: polysacharid z Poria cocos (Schw.) Wolf.; RPP: polysacharid z Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute; SAP: polysacharid zo Sap oshnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.; SFP: polysacharid od Carthami Flos.; TVP: polysacharid z Polystictus Versicolor (L.) Fr.

3.1.1. Transkripčné faktory

Osteogénna diferenciácia BMSC je regulovaná rôznymi transkripčnými faktormi, ako je napríklad transkripčný faktor 2 súvisiaci s Runtom/jadrový väzbový faktor 1 (Runx2/Cbfa1) a osterix. Cbf 1, tiež známy ako proteín 2A viažuci zosilňovač polyomavírusu (PEBP2 A) alebo faktor 3 akútnej myeloidnej leukémie (AML3), je transkripčný faktor rodiny štrukturálnych génov runt. Osterix, kritický faktor, ktorý riadi downstream ciele pri tvorbe kostí, je dôležitým regulátorom diferenciácie OB a je najskorším a najšpecifickejším markerom diferenciácie OB.

Sérová intervencia BMSC sprostredkovaná MOP počas 14 dní upregulovala expresiu Cbf 1 mRNA a podporila osteogénnu diferenciáciu [39]. Ďalšia štúdia ukázala, že expresia Cbf 1 mRNA u potkanieho kalvariálneho OB bola zvýšená po ošetrení vodným extraktom z Morinda Officinalis a sérom obsahujúcim MOP počas 72 hodín a účinok MOP bol lepší ako účinok vodného extraktu. z Morinda Officinalis [40]. MOP podávaný OVX potkanom s osteoporózou počas 30 dní zvýšil expresiu tibiálnych génov Cbf 1 a DMP1 [10]. Nový inulínfruktán MOW90-1 izolovaný z MO90 up-reguloval expresiu Runx2 a Osterix a podporil proliferáciu, diferenciáciu a mineralizáciu buniek MC3T3-E1 [14].

Nedávna štúdia in vitro hodnotila účinok HPP na osteogénnu diferenciáciu MC3T3-E1 osteoblastických buniek a zistila, že HPP upreguloval aktivitu ALP v závislosti od dávky a zvýšil expresiu a transkripčnú aktivitu Runx2 a Osterix, dva hlavné gény diferenciácie OB [24]. Liao a kol. zistili, že ANP môže výrazne zvýšiť expresiu mRNA CyclinD1, Runx2 a Osterix [22,23]. ASP tiež zvýšila expresiu CyclinD1 a podporila proliferáciu [41].

3.1.2. Wnt/ -katenínová signálna dráha

Signálna dráha Wnt/-katenínu hrá dôležitú úlohu pri samoobnove, smerovej diferenciácii, proliferácii preosteoblastov, tvorbe OB a apoptóze BMSC. V procese podpory diferenciácie OB kontroluje Wnt gény diferenciácie OB reguláciou hladiny -katenínu v BMSC. Aktivovaná signalizácia Wnt by mohla podporovať agregáciu katenínu, čo vedie k diferenciácii OB a tvorbe kostí. Expresia Wnt3a a Wnt10b v BMSC môže aktivovať signálnu dráhu Wnt/-katenínu a podporovať proliferáciu BMSC [42]. DKK-1 je inhibítorom signálnej dráhy Wnt, inhibuje tvorbu kostí a vedie k osteoporóze, zatiaľ čo antagonizácia DKK-1 môže zvýšiť kostnú hmotu [43].

MOP zvýšil rýchlosť proliferácie OB in vitro, zvýšil aktivitu ALP a znížil expresiu proteínu DKK-1 [44]. Ďalšie in vivo skúmanie molekulárnych mechanizmov za antiosteoporóznym účinkom CDP ukazuje, že oslabenie kostnej degenerácie je spojené s aktiváciou Wnt/-katenínovej signálnej dráhy [45]. Intervencia RPP zlepšila aktivitu ALP BMSC v závislosti od dávky, významne zvýšila schopnosť mineralizácie buniek, významne zvýšila expresiu génov ALP, Runx2 a osteokalcínu v BMSC, významne zvýšila expresiu -katenínu a podporila vysoká expresia väzbových miest TCF. Mechanizmus môže súvisieť s aktiváciou signálnej dráhy Wnt/-katenínu a podporou diferenciácie BMSC na OB [46], ale RPP nemal žiadny vplyv na dráhu BMP. Zistenia tiež ukázali, že RPP podporoval diferenciáciu a mineralizáciu OB reguláciou ERK/GSK-3/-katenínovej signálnej dráhy [47]. Li a spol. zistili, že BMP9 je priamym cieľom miR-152 a ASP by mohla znižovať expresiu miR{18}} a podporovať vzostupnú reguláciu BMP9, čím sa aktivuje signalizácia PI3K/AKT a Wnt/-katenín v BMSC [ 41]. ASP zmierňovala osteoporózu vyvolanú oxidačným stresom reguláciou FoxO3a/Wnt2/-katenínovej signálnej dráhy [48]. Sérum sprostredkované LYP aktivuje expresiu proteínov súvisiacich so signálnou dráhou Wnt – katenínu a Wnt10b podporuje diferenciáciu BMSC na OB a zvyšuje mineralizované uzliny [49].

extrakt z cistanche tubolosa: liečba diabetických ochorení

3.1.3. Signálna dráha BMP/SMAD/RUNX2

Signálna dráha BMP/SMAD hrá dôležitú úlohu pri aktivácii transkripcie génu tvorby kostí. Kostný morfogenetický proteín II (BMP2), člen superrodiny TGF, je vysoko exprimovaný v OB a reguluje diferenciáciu in vitro aj in vivo [50]. BMP viaže heterodimérne receptory na aktiváciu proteínov SMAD, ktoré transaktivujú osteoklastogénne gény buď priamo, alebo prostredníctvom Runx2 [51]. Runx2 je downstream cieľový gén mechanizmu transdukcie signálu BMP2/Smad a transkripčný faktor potrebný na osteoblastogenézu. Runx2 sa môže skombinovať s faktorom viažucim jadro za vzniku heterológnej dimérovej štruktúry a potom sa viazať na DNA, čo indukuje expresiu génov súvisiacich s tvorbou kostí, ako sú COL-І, BGP a ALP.

Huang et al izolovali dva nové polysacharidy, CBP{0}} a CBP{1}} z odnoží Cibotium barometz a zistili, že môžu podporovať proliferáciu OB pri nízkej koncentrácii. CBP70-1-1 pri 3,93 a 7.86 μM a CBP70–1-2 pri 1,73 a 6,92 μM významne zvýšili aktivitu ALP a mineralizovali uzliny v bunkách MC3T3-E1. Okrem toho CBP70-1-2 zvýšil expresiu a transkripčnú aktivitu BMP2 a zvýšená expresia BMP2 následne stimulovala downstream gén Smad1. Fosforylácia Smad1 je zvýšená, čo ďalej stimuluje osteogénny markerový gén Runx2 na podporu tvorby kostí [50].

Ďalšia štúdia preukázala, že CEP môže zlepšiť kostnú informáciu zvýšením regulácie proteínovej expresie BMP2/Smad1 a Smad5/Runx2 [52]. Chen a kol. zistili, že Gastrodia elata Bl. polysacharid WSS25 by mohol inhibovať expresiu BMP2/Smad1 dráh a inhibovať osteoklastickú diferenciáciu [29]. RPP podporoval tvorbu kostí u OVX potkanov zvýšením hladín ALP, OPG a BGP a proteínovej expresie BMP2 [26]. APP zvýšil aktivitu ALP, podporil proliferáciu a diferenciáciu OB a zvýšil OB diferenciačné markerové proteíny BMP2, Runx2, Osterix a Osteokalcin. Molekulárny mechanizmus súvisel so zvýšenou expresiou miR-70 [53] a reguláciou signálnej dráhy Wnt/-katenínu [54].

3.1.4. Antiapoptózou sprostredkované dráhy

Apoptóza, forma programovanej bunkovej smrti, hrá ústrednú úlohu v homeostáze tkaniva a deregulácia apoptózy sa podieľa na mnohých patologických stavoch [55]. Proteíny z rodiny Bcl{1}} majú buď pro- alebo antiapoptotické aktivity a regulujú mitochondriálnu dráhu apoptózy riadením mitochondriálnej permeabilizácie vonkajšej membrány (MOMP). MOMP je kľúčovou udalosťou vo vnútornej apoptotickej dráhe. Bax, ktorý sa podieľa na tvorbe MOMP, vedie k uvoľneniu obsahu mitochondriálneho medzimembránového priestoru do cytoplazmy. Uvoľnený cytochróm c sa viaže na cytosolický proteín obsahujúci doménu náboru kaspázy (CARD), čím sa vytvorí apoptozóm a následne sa získa viacero molekúl prokaspázy-9, čím sa nakoniec aktivujú následné vykonávacie kaspázy, ako je kaspáza-3. Antiapoptotické proteíny Bcl-2 blokujú bunkovú smrť tým, že bránia aktivácii a homo-oligomerizácii Bax [56]. Okrem toho je proteín Bax regulovaný fosforyláciou spôsobom závislým od Akt a táto fosforylačná udalosť inhibuje účinky Bax na mitochondrie tým, že ho udržiava v cytoplazme [57].

Glukokortikoidy sa široko používajú na liečbu zápalových ochorení a majú za následok približne 30 percent apoptózy OB buniek u pacientov s osteoporózou spôsobenou nadmernou aplikáciou glukokortikoidov. Vo vode rozpustný polysacharid (APP-AW) bol izolovaný z Agrimonia pilosa a tri sulfátované deriváty (S1, S2 a S3) z APP-AW inhibovali apoptózu v modeli OB indukovanej dexametazónom [33], zvrátili zvýšenie Bax , cytochróm a kaspáza-3 a znížená expresia proteínov Bcl{10}} a c-Myc v bunkách MC3T3-E1. Štúdia in vitro ukázala, že MOP inhiboval apoptózu OB indukovanú kyselinou all-trans retinovou [58]. Zdá sa, že SFP chráni OB bunky pred apoptózou vyvolanou dexametazónom, pravdepodobne kvôli jeho účinku na zvrátenie aktivácie kaspázy-3 a štiepenie PARP [37]. EBP zvýšil expresiu Bcl-xl a Bcl-2 a znížil expresiu Bax a kaspázy-3 prostredníctvom signálnej dráhy PI3K/Akt/mTOR v OB indukovanom dexametazónom [32].

3.1.5. Dráhy sprostredkované oxidačným stresom

Posilnenie reakcie na oxidačný stres počas starnutia môže byť dôležitým faktorom spôsobujúcim osteoporózu. Oxidačný stres je patologický stav, ktorý implikuje nadprodukciu reaktívnych foriem kyslíka (ROS) v podmienkach, keď je znížená ich eliminácia. Ako indikátor a regulátor oxidačného poškodenia je dráha jadrového faktora erytroidný 2- súvisiaci faktor 2 (Nrf2)/hemooxygenáza 1 (HO-1), ktorý chráni pred oxidačným poškodením a bunkovou smrťou. hlavným zameraním výskumu už mnoho rokov. Štúdia in vivo ukázala, že DOP môže zachrániť H2O2- indukovanú zmenu osudu diferenciácie BMSC a zvýšiť expresiu Nrf2, HO-1 a Nqo1 [28].

3.1.6. Podporuje kostnú špecifickú matricu a kostnú mineralizáciu

Kostný sialoproteín (BSP), osteopontín a osteokalcín sú fenotypové markery pre zrelý OB a dôležité markery mineralizácie matrice. Osteopontín je vylučovaný OB a podieľa sa na mineralizácii kostnej matrice, ktorá sa môže spájať s hydroxyapatitom cez oblasť bohatú na kyselinu asparágovú a podieľa sa na mineralizácii kostnej matrice. BSP, hlavný proteín extracelulárnej nekolagénovej matrice v kostnom tkanive lokalizovanom v mineralizovanej matrici, môže podporovať nukleáciu mineralizácie hydroxyapatitu in vitro a zvýšiť inkorporáciu vápnika a tvorbu uzlín. Osteokalcín, produkovaný a vylučovaný takmer výlučne OB, sa viaže na Ca2 plus a je zodpovedný za mineralizáciu kostnej matrice [59].

MOP (50 ug⋅mL-1) podporoval proliferáciu buniek MC3T3-E1, podporoval sekréciu kolagénu typu 1 (COL-І) a osteokalcínu a zvyšoval aktivitu ALP [60]. RPP zlepšil biomechanické vlastnosti a BMD zlomeniny pri osteoporóze u potkanov znížením obsahu kostných ALP, TRAPa a TNF- pri osteoporóze potkanov [25] a zvýšením hladín ALP, OPG a BGP a proteínovej expresie BMP2 [ 26]. Purifikovaný polysacharid ABW70-1 izolovaný z radix achyranthis bidentatae podporoval proliferáciu buniek MC3T3-E1, zvyšoval aktivitu ALP, tvorbu minerálnych uzlín a génovú expresiu Osterix, Osteokalcin a BSP a podporoval osteogénna diferenciácia [8].

Cistanche tubulosa prospieva kostiam

3.2. Mechanizmus, ktorým polysacharidy inhibujú resorpciu kostí sprostredkovanú osteoklastmi

Kostná resorpcia je výsledkom interakcie medzi aktivovanou OC a kostnou matricou. Úloha OC v kostnej resorpcii zahŕňa hlavne štyri štádiá: adhéziu a polarizáciu osteoklastov, acidifikáciu mikroprostredia resorpcie kosti, degradáciu kostnej matrice a transport endocytózy. V procese adhézie a polarizácie osteoklastov sa prekurzory osteoklastov regrutujú na povrch kosti pôsobením -integrínu a diferencujú sa na OC stimulované M-CSF, RANKL a cytokínmi. V tomto procese môžu transkripčné faktory a cytokíny ako IL-1 a IL-6 tiež podporovať diferenciáciu. Následne OC generuje kyslé mikroprostredie medzi bunkou a povrchom kosti [61] a zrelé OC secernujú rôzne enzýmy, vrátane proteínkinázy K, matrixových metaloproteináz (MMP) a kyslej fosfatázy rezistentnej na tartrát [62] na degradáciu. kostnej matrice. Mechanizmy osteoklastmi sprostredkovanej kostnej resorpcie a polysacharidovej regulácie funkcie OC, ktoré sa podieľajú na našom výskume, sú znázornené na obr. 1 a 2.

3.2.1. Transkripčné faktory

Diferenciácia OC je regulovaná rôznymi transkripčnými faktormi. Počas osteoklastogenézy je NFATc1, ktorý patrí do transkripčnej superrodiny NFAT, všeobecne akceptovaný ako základný transkripčný faktor, ktorý reguluje expresiu osteoklastogénneho génu indukovanú RANKL [63]. NFATc1 je upstream jadrový transkripčný faktor, ktorý hrá kľúčovú úlohu pri regulácii expresie mnohých génov špecifických pre osteoklasty [64], ako je kyslá fosfatáza rezistentná na tartrát (TRAP), 3- integrín, katepsín K (Ctsk), a MMP-9, ktoré sa podieľajú na regulácii diferenciácie, fúzie a aktivácie osteoklastov. Medzitým Ctsk a MMP-9 degradujú organickú kostnú matricu a prispievajú k resorpčnej aktivite kosti [65].

Štúdia in vivo preukázala, že WSS25 (GAP) môže inhibovať osteoklastickú diferenciáciu v ranom štádiu a inhibovať expresiu génov TRAP, NFATc1, MMP-9 a CtsK v bunkách RAW264.7 indukovaných RANKL. v závislosti od dávky [29]. Ďalší výskum zistil, že molekulárny mechanizmus WSS25 pri tvorbe osteoklastov spočíval v inhibícii expresie BMP2/Smad1 dráhy [29]. RPP down-reguloval osteoklastickú aktivitu spôsobom závislým od dávky, vrátane zníženej expresie TRAP, MMP-9, CtsK a NFATc1 v RANKL-indukovaných bunkách RAW264.7 [66]. Okrem toho RPP down-reguloval expresiu miR-1224 a kľúčovú cieľovú molekulu Limd1 v Hippo signálnej dráhe v makrofágoch odvodených od kostnej drene (BMM) [67]. Okrem toho výskum in vitro ukázal, že CDP inhiboval RANKL-indukovanú diferenciáciu osteoklastov od BMM a potláčal fúziu osteoklastov inhibíciou aktivity resorpcie hydroxyapatitu a znížením hladín mRNA osteoklastových markerov NFATC1, MMP9, Ctsk a TRAP [19]. Iná štúdia uvádza, že RPP tiež down-reguloval expresiu špecifických génov, vrátane TRAP, MMP-9, CtsK a NFATc1, počas tvorby OC [66].

3.3.2. OPG/RANKL/RANK signálna dráha

Systém osi OPG/RANKL/RANK je kľúčovým faktorom pri regulácii diferenciácie osteoklastov a kostnej resorpcie [68]. Rank, tiež známy ako člen superrodiny TNFR 11a, hrá kľúčovú úlohu v osteoklastogenéze. RANKL sa viaže na poradie a ďalej získava faktory súvisiace s TNFR, aby iniciovali downstream signálne kaskády, vrátane p38, JNK a ERK. Konečným výsledkom signalizácie RANKL-RANK je aktivácia transkripčných faktorov osteoklastov, ako sú NF-κB, aktivátorový proteín 1 (AP- 1), cyklický adenozínmonofosfátový reakčný element viažuci proteín (CREB) a aktivovaný t-jadrový faktor -1 (NFATc1), z ktorých všetky indukujú expresiu osteoklastových markerov, ako sú TRAP, integrín 3 a CtsK [69]. OPG je členom superrodiny TNF receptorov a je tiež známy ako inhibičný faktor osteoklastogenézy (OCIF), ktorý môže kompetitívne antagonizovať RANKL, a tak inhibovať diferenciáciu OC [70].

ACP v závislosti od dávky zvyšoval markery tvorby kostí sérových OC a BAP a znižoval markery kostnej resorpcie sérových TPACP5b, NTX a CTX u potkanov OVX a mechanizmus môže súvisieť so zvýšením expresie proteínu OPG a RANK v tkanive kostnej drene a zníženie expresie RANKL, čo vedie k inhibícii kostnej resorpcie [7]. Navyše ACP inhiboval RANKL-indukovanú fosforyláciu MAPK dráhy [71]. CYP [15] zvýšil sérovú hladinu OPG a znížil RANKL a pomer RANKL/OPG u potkanov s modelom osteoporózy OVX. ASP zvýšila sérovú hladinu OPG, znížila RANKL a pomer RANKL/OPG a významne znížila hladiny TNF- a IL-2, čo viedlo k inhibícii diferenciačnej aktivity osteoklastov [20,21].

3.3.3. Signálna dráha ERK/JNK

Signálna dráha ERK/JNK sa podieľa na bunkovej proliferácii a diferenciácii a fosforyláciou aktivovaná ERK1/2 sa translokuje z cytoplazmy do jadra, čo sprostredkuje transkripčnú aktiváciu AP-1, c-Fos a c-Jun a podporuje proliferáciu a diferenciáciu OC. Down-regulácia p38, ERK a JNK inhibovala expresiu NFAcT1 a c-Fos v RANKL-indukovanej osteoklastogenéze. Liečba inhibítormi ERK alebo JNK významne znížila počet produkcie OC a IL-6 [72]. Potenciálne mechanizmy POP v osteoklastogenéze boli zhodné so signálnymi dráhami JNK a ERK (potlačená fosforylácia ERK1/2, expresia STAT3 a JNK1/2) [34]. Na potvrdenie účinnej liečby osteoporózy je potrebný ďalší výskum in vivo.

3.3.4. Regulované zápalové faktory

Mnoho zápalových faktorov podporuje diferenciáciu OC sprostredkovaním expresie RANKL [73]. TNF- je silný induktor kostnej resorpcie a hrá dôležitú úlohu v metabolizme kostí, ktorý môže priamo indukovať tvorbu OC z prekurzorov OC v prítomnosti M-CSF alebo neprítomnosti RANKL aktiváciou signalizácie NF-κB [74] a indukujú expresiu RANK v prekurzoroch OC [75]. Prozápalový cytokín IL-1 je silným stimulátorom diferenciácie OC a kostnej resorpcie indukciou expresie RANKL [76]. IL-6 indukuje osteoklastogenézu a aktiváciu OC prostredníctvom indukcie expresie RANKL v OB a stromálnych bunkách [77].

Zhu a kol. zistili, že MOP znižuje hladiny expresie IL{0}} a TNF v sére [10]. Ren a kol. ukázali, že podávanie LYP počas 90 dní významne znížilo obsah IL-6 v sére [78]. ASP má ochranný účinok na stratu kostnej hmoty u OVX myší tým, že významne znižuje koncentrácie TNF- a inhibuje osteoklastogenézu [20]. Po liečbe ASP boli zvýšené hladiny TNF- a IL-2 významne znížené v modeli potkanov s osteoporózou vyvolanou dexametazónom a protizápalový účinok súvisel s reguláciou črevnej flóry [21]. Podávanie SA polysacharidu (SAP) počas 70 dní významne znížilo sérové ​​hladiny IL-6 a TNF- [30,31]. Iní uviedli, že RPP môže inhibovať kostnú resorpciu znížením obsahu TRAPa a sérového IL-1, IL-6 a TNF- u osteoporotických potkanov [25,27].

Cistanche tubulosa proti osteoporóze

4. Závery

Na záver, experimenty in vivo a in vitro ukázali, že polysacharidy majú vlastnosti na liečbu postmenopauzálnej osteoporózy, senilnej osteoporózy a sekundárnej osteoporózy indukovanej glukokortikoidmi, najmä postmenopauzálnej osteoporózy, a to podporou diferenciácie a aktivity OB a znížením diferenciácie a aktivity OC. Mechanizmy, ktorými polysacharidy zlepšujú kostnú homeostázu, zahŕňajú najmä signálnu dráhu Wnt/-katenínu, signálnu dráhu BMP/SMAD/RUNX2, signálnu dráhu OPG/RANKL/RANK, signálnu dráhu ERK/JNK, dráhu apoptózy a transkripčné faktory. Tento prehľad poskytne lepšie pochopenie antiosteoporotických účinkov polysacharidov a modulácie signálnych dráh, čo je užitočné na poskytnutie teoretického základu polysacharidov na klinické použitie.

5. Vyhliadky do budúcnosti

Niekoľko štúdií jednoznačne preukázalo priaznivé účinky polysacharidov na osteoporózu in vitro a in vivo experimenty. V súčasnosti, hoci neexistujú žiadne klinické výskumy o liečbe osteoporózy pomocou polysacharidov z čínskych liečivých bylín, bolo preskúmaných a vyhodnotených veľa klinických aplikácií polysacharidov pri liečbe iných ochorení, ako je nádor [79], typ 2. Diabetes [80]. Spomedzi nich boli CFDA schválené ako suroviny kokosový polysacharid Poria, polysacharid Astragali Radix a polysacharid Lycium chinense Miller. Čínske liečivé byliny zhrnuté v tomto článku majú dlhú históriu v klinickej liečbe ochorení kostí, experimenty in vitro a in vivo tiež ukazujú, že polysacharidy extrahované z týchto bylín majú vplyv na pacientov s osteoporózou. Preto sa domnievame, že ďalší klinický výskum na potvrdenie ich antiosteoporózneho účinku pomôže podporiť vývoj polysacharidov z bylín čínskej medicíny na funkčné potraviny alebo lieky.

V procese vývoja polysacharidov z čínskych liečivých bylín však existuje niekoľko bodov, ktoré je potrebné zvážiť a ďalej študovať. Po prvé, polysacharidy majú charakteristiky veľkej molekulovej hmotnosti a komplexnej štruktúry, je potrebná ďalšia štúdia na preskúmanie vzťahu medzi biologickými aktivitami polysacharidov a chemickými štruktúrami.

Okrem toho by sa mala venovať väčšia pozornosť účinku polysacharidov na črevnú flóru gastrointestinálneho traktu. Polysacharidy sú reprezentované ich nízkou biologickou dostupnosťou, ktorá závisí od degradácie prebiehajúcej na úrovni first-pass metabolizmu a absorpcie z gastrointestinálneho traktu [81]. Početné štúdie zistili, že gastrointestinálny trakt sa podieľa na výskyte a rozvoji osteoporózy [82–84]. Či a ako sa polysacharidy podieľajú na metabolizme kostí reguláciou črevnej flóry, je stále nejasné a môže predstavovať novú polysacharidovú stratégiu na liečbu osteoporózy.

Poďakovanie

Výskumnú prácu finančne podporila Národná vedecká nadácia Číny (č. 82003977, 81803760, 82004022), projekt Fondu vynikajúcich mladých talentov v provincii Zhejiang tradičnej čínskej medicíny (č. 2020ZQ011) a Hlavné projekty tradičnej čínskej medicíny v r. Provincia Zhejiang (2018ZY003), Program základného výskumu verejného blahobytu provincie Zhejiang (LGF20H060006), Program lekárskej a zdravotníckej vedy a techniky v provincii Zhejiang (2020KY507).

Čínska liečivá bylina--Cistanche je dobrá pri liečbe osteoporózy

Z: „Výhody a mechanizmy polysacharidov z čínskych liečivých bylín na terapiu proti osteoporóze“ odShan shan Lei a, a kol.

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