Prednosti i mehanizmi polisaharida iz kineskih ljekovitih biljaka za terapiju protiv osteoporoze

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Email: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 * Odsjek za medicinu, Zhejiang Akademija tradicionalne kineske medicine, Hangzhou, Zhejiang 310007, PR Kina
b * Centar za procjenu sigurnosti, medicinski koledž Hangzhou, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR Kina
c * Zhejiang University of Technology, Hangzhou, Zhejiang 310014, PR Kina
d * Kineski medicinski univerzitet Zhejiang, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR Kina

Abstract

Osteoporoza je sistemska metabolička bolest kostiju sa sve većom stopom incidencije. Kinesko ljekovito bilje ima dugu povijest liječenja bolesti kostiju. Polisaharidi su važna kategorija fitokemikalija u kineskim ljekovitim biljem, a njihove zdravstvene prednosti su povećale interes javnosti. Brojne studije su pokazale da polisaharidi ispoljavaju anti-osteoporozne efekte balansirajući resorpciju i formiranje kostiju, ali detaljni efekti i mehanizmi nisu sistematski sažeti. Izvršili smo sveobuhvatan pregled literature kako bismo konsolidirali studije za period 2000–2021. provodeći elektronske pretrage u bazama podataka PubMed, CNKI, VIP i Wanfang. Ukupno, polisaharidi iz 19 vrsta kineskih ljekovitih biljaka u 54 studije su pokazali zaštitna svojstva homeostaze kostiju. In vivo i in vitro eksperimenti su pokazali da polisaharidi pokazuju svojstva u liječenju postmenopauzalne osteoporoze, senilne osteoporoze i sekundarne osteoporoze izazvane glukokortikoidima, posebno postmenopauzalne osteoporoze. Štaviše, brojni signalni putevi, kao što su Wnt/-catenin signalni put, BMP/SMAD/RUNX2 signalni put, OPG/RANKL/RANK signalni put, put apoptoze i faktori transkripcije, regulirani su polisaharidima i učestvuju u poboljšanju koštanog tkiva. homeostaza. Ovaj pregled će pružiti bolje razumijevanje anti-osteoporotskih efekata polisaharida i pratećih modulacija signalnih puteva.

Ključne riječi:Polisaharidi, kinesko ljekovito bilje, mehanizmi, homeostaza kostiju

Kineska ljekovita biljka--Cistanche, dobra je za anti-osteoporozu

1. Uvod

Osteoporoza je sistemska metabolička bolest kostiju koju karakterizira propadanje mikroarhitekture, niska koštana masa i povećan rizik od prijeloma. Prema rezultatima prvog epidemiološkog istraživanja osteoporoze koje je provela Nacionalna zdravstvena komisija Kine 2018. godine, stopa prevalencije osteoporoze kod žena starijih od 50 godina dostigla je 32,1 posto, dok je kod žena starijih od 65 godina 51,6 posto. Otprilike 10 miliona ljudi starijih od 50 godina u Sjedinjenim Državama ima osteoporozu, a 34 miliona ljudi je u opasnosti od ove bolesti. U Velikoj Britaniji 50 posto žena starijih od 50 godina i 20 posto muškaraca pati od osteoporotskih prijeloma [1]. Krhki prijelomi uzrokovani osteoporozom mogu dovesti do povećanog morbiditeta i mortaliteta, što rezultira velikim društvenim opterećenjem [2].

Dobro je poznato da je neravnoteža u homeostazi kosti uzrokovana većom resorpcijom kostiju posredovanom osteoklastima nego što formiranje kosti posredovano osteoblastom dovodi do osteoporoze. Mnogi faktori dovode do homeostaze kostiju, ali osnovni mehanizam je neravnoteža između osteoblasta i osteoklasta, uključujući (i) smanjenu diferencijaciju i aktivnost osteoblasta (OB), što rezultira smanjenim taloženjem kostiju; (ii) povećana diferencijacija i aktivnost osteoklasta (OC), što rezultira prekomjernom resorpcijom kosti; i (iii) upala i oksidativni status [3]. Osim toga, funkcije OB i OC regulirane su raznim faktorima transkripcije i signalnim putevima.

U Kini se nekoliko kineskih ljekovitih biljaka koje imaju funkciju olakšavanja zglobova i jačanja kostiju i mišića upotrebljavaju za liječenje osteoporoze stotinama godina. Polisaharidi su jedna od glavnih aktivnih komponenti mnogih kineskih ljekovitih biljaka, kao što je Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute, Angelica sinensis (Oliv.) Diels i Morinda Officinalis How. U međuvremenu, dokazano je da polisaharidi imaju višestruke funkcije, kao što su antioksidans [4], imunomodulacijska [5] i funkcija protiv umora [6]. Do danas, brojne studije su pokazale da polisaharidi ispoljavaju anti-osteoporozne efekte balansirajući resorpciju i formiranje kostiju, ali detaljni efekti i mehanizmi nisu sistematski sažeti.

U ovom pregledu prikupili smo ukupno 54 istraživanja polisaharida na antiosteoporozu od 2000. do 2021. godine, a istraživani su i polisaharidi iz 19 vrsta kineskih ljekovitih biljaka. Ove studije su uključivale 25 in vivo eksperimentalnih studija i 40 in vitro eksperimenata. Eksperimentalni životinjski model uključivao je štakore s ovariektomijom (OVX), SAMP6 miševe i zebricu izazvanu osteoporozom (GIOP) glukokortikoidima. MCET3-E1 ćelije, BMSC, OB inducirani deksametazonom i RANK-inducirani BMM ćelijski modeli su široko korišteni u eksperimentima in vitro. Mehanizmi sirovih polisaharida ili pročišćenih polisaharida na antiosteoporozu bili su fokusirani na OB ili OC proliferaciju, diferencijaciju, uključujući ekspresiju faktora transkripcije, faktore upale, signalne puteve kao što su Wnt/-catenin signalni put, BMP/SMAD/RUNX2 signalni put OPG/RANKL/RANK signalni put, itd. Pregledali smo anti-osteoporozne efekte i mehanizme polisaharida iz 19 vrsta kineskih ljekovitih biljaka i saželi ih u tabeli 1.

2. Polisaharidi dobiveni iz kineskih ljekovitih biljaka za anti-osteoporozu

Od 19 vrsta bilja, 13/19 je bilo iz dijela rizoma, 1/19 iz cvijeta, 2/19 iz dijela lista, 1/19 iz dijela ploda, a 2/19 iz dijela gljive. Svi dokazi da polisaharidi iz ovih kineskih ljekovitih biljaka poboljšavaju homeostazu kostiju i ograničavaju gubitak koštane mase prikazani su u sljedećim paragrafima.

2.1. Polisaharidi dobiveni iz rizoma kineskog ljekovitog bilja

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") i Cibotium barometz (L.) J. Sm (CB, "Gou Ji") su kineske ljekovite biljke koje "toniziraju bubrege i jačaju kost“ i posebno se primjenjuju u liječenju postmenopauzalne osteoporoze. Prijavljeno je da glavna aktivna jedinjenja polisaharida imaju tačno korisne efekte na anti-osteoporozu na OVX modelima pacova. Prijavljeno je da sirovi polisaharidi iz AC [7,8], MO [9–11], CO [12], CY [17] i ABPB-3 [13] (pročišćeni polisaharid iz AC) povećavaju kosti mineralnu gustinu (BMD), poboljšavaju biomehaničke indekse femura kod OVX pacova i regulišu mikroarhitekturu trabekularne kosti nakon kontinuirane primjene skoro 3 mjeseca. U međuvremenu, ABPB-3 također može povećati nivoe osteokalcina u serumu (OCN) [13], koštanog glutamatnog proteina (BGP) i deoksipiridinola u urinu (DPD) [15]. U in vitro eksperimentu, polisaharidi iz CB (CBP) i novi homogeni heteropolisaharid COP70–3 iz CO povećali su aktivnost alkalne fosfataze (ALP) i povećali brzinu mineralizacije [12] [16]. Drugi pročišćeni polisaharid, COP90-1, iz CO je promovirao proliferaciju i diferencijaciju primarnog mišjeg OB [17]. Nadalje, dva nova polisaharida ABW50-1 i ABPB-3 iz AC značajno su povećala koštanu masu u GIOP modelima zebrice [18] [13]. Polisaharidi iz CD-a (CDP) značajno su poboljšali histopatološka oštećenja kosti i potaknuli formiranje nove kosti kod SAMP6 miševa [45].

Astragali Radix (AS, "Huang qi"), Angelica sinensis (Oliv.), Diels (AN, "Dang Gui"), i Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz. (HP, "Hong qi") su kineske ljekovite biljke koje "dopunjuju qi i njeguju krv". Prijavljeno je da AS polisaharidi (ASP) mogu preokrenuti smanjenje koštane mase, povećati ALP i BGP u serumu i regulirati biomehaničke indekse femura kod OVX miševa i Dex-induciranih i stresom izazvanih štakora s osteoporozom u dozi ovisnoj način [20,21]. Polisaharidi iz AN (ANP) povećali su broj trabekula i promovirali popravak ozljeda kostiju kod pacova sa dijabetesom tipa 2. In vivo studija, 40 mg/L ASP je povećala broj kalcijumskih čvorića i aktivnost ALP u BMSC induciranim sa 25,5 mmol/L glukoze [22]. Čini se da ANP i polisaharidi iz HP (HPP) poboljšavaju proliferaciju OB i povećavaju aktivnost ALP na način ovisan o dozi [23,24].

Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute (RP, "Huang Jing") i Dendrobium officinale Kimura et Migo (DO, "Tie pi shi hu") su kineske ljekovite biljke koje "njeguju Jin". In vivo studije su pokazale da polisaharidi iz RP (RPP) mogu značajno povećati cjelokupnu BMD i poboljšati koštanu trabekularnu mikrostrukturu OVX pacova nakon kontinuirane primjene [25,26], a također mogu poboljšati simptome u modelu osteoporotične frakture [27]. DO polisaharidi (DOP) spriječili su degradaciju trabekularne mikrostrukture i poboljšali BS/TV, Tb. N, i smanjenje Tb.Sp modela osteoporoze izazvane starenjem [28]. Isto tako, svakodnevna primjena polisaharida iz Gastrodia elata Bl. (GA, "Tian ma") i Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (SA, "Fang Feng") je takođe povećao BMD [29,30] i nivoe Ca2 plus, Mg2 plus i P2- u serumu [31] u OVX modelu.

prednosti cistanche tubolosa

2.2. Polisaharidi koji se dobijaju iz listova kineskog lekovitog bilja

Epimedium brevicornum Maxim (EB, "Yin Yang Huo") je vrlo popularan list, koji se tradicionalno koristi za liječenje bolesti kostiju i disfunkcije gonada u kineskoj medicini hiljadama godina. EB bi mogao ublažiti simptome nakon menopauze i inhibirati osteoporozu i druge bolesti gubitka koštane mase. Nedavna in vitro studija pokazala je da EB polisaharid (EBP) može stimulirati i poboljšati proliferaciju i diferencijaciju OB stanica izazvanih deksametazonom [32].

Hairyvein Agrimonia Herb and Bud (AP, "Xian he cao") pripada Rosaceae i koristi se kao kineska medicina za liječenje dijabetesa i aritmije. Polisaharid rastvorljiv u vodi (APP-AW) je izolovan iz AP, a tri sulfatna derivata (S1, S2 i S3) iz APP-AW mogu inhibirati apoptozu u modelu OB izazvanog deksametazonom [33].

2.3. Polisaharidi dobiveni iz gljiva i gljiva kineskog ljekovitog bilja

Kineska medicina Poria cocos (Schw.) Wolf. (PO, "Fu ling") se od davnih godina koristi za svakodnevnu ishranu i medicinu u Kini i drugim azijskim zemljama. Kao klasično antioksidativno sredstvo, PO je nedavno pokazao prednosti u liječenju angine pektoris, hipertenzije i metabolizma kostiju. PO polisaharid (POP) je aktivno i primarno jedinjenje ekstrahovano iz PO. In vivo studija je pokazala da POP tretman narušava formiranje OC izazvano RANKL u RAW264.7 i BMMS ćelijama na način ovisan o dozi i oslabi resorpcionu aktivnost [34].

Polystictus versicolor (L.) Fr. (TV, "Yun Zhi") jedna je od najpopularnijih ljekovitih gljiva iz Coriolus Versicolor(L. ex Fr.) Quel zbog različitih biološki aktivnih komponenti. Pokazalo se da polisaharopeptidi iz TV-a (TVP) imaju imunološke regulacijske funkcije kod normalnih štakora sa dijabetesom melitusom i tipa I (DM). Nedavna studija je pokazala da je TVP bio efikasan tretman za osteoporozu kod pacova sa dijabetes melitusom. U poređenju sa modelnom grupom, TVP je ublažio propadanje kosti izazvano DM, što je određeno povećanjem volumena kosti proksimalne tibije, trabekularnog broja i snage femoralne kosti (11 posto maksimalnog opterećenja, 22 posto krutosti i 14 posto modula) i smanjenje kortikalne poroznosti femura za 25 posto [35].

2.4. Polisaharidi dobiveni iz drugih kineskih ljekovitih biljaka

Lycium chinense Miller (LY, "Gou qi"), koji pripada Lycium barbarum L., široko je rasprostranjen u sjeverozapadnoj Kini, a zabilježeno je da njegovi plodovi igraju ulogu u interveniranju u postmenopauzalnom metabolizmu. Modeli glodara postmenopauzalne osteoporoze izazvane nedostatkom estrogena i osteoporoze izazvane deksametazonom pokazali su da LYP može pružiti efikasan tretman za osteoporozu. In vivo studije su pokazale da je LY polisaharid (LYP) značajno povećan

lumbalni BMD i suha težina femura kod OVX pacova nakon tretmana u trajanju od 12 sedmica, poboljšana struktura trabekularne kosti i smanjena lacunalna apsorpcija [24]. Štaviše, LYP je također povećao kalcij u krvi, sadržaj ALP i BMD kod pacova s ​​osteoporozom izazvanom glukokortikoidima [36].

Carthamus Flos (SF, "Hong Hua") od Carthamus tinctorius L. koristi se kao kineska medicina za liječenje moždanog udara i koronarne bolesti srca. Moderni farmakološki eksperimenti su također pokazali da polisaharidi izolirani iz SF (SFP) posjeduju potencijalnu terapeutsku vrijednost za liječenje nesavršene osteogeneze i osteoporoze. In vitro studije su pokazale da SFP može ovisno o dozi povećati proliferaciju primarnog OB i mineralizaciju i da je ovo poboljšanje praćeno povećanom aktivnošću ALP i ekspresijom sinteze kolagena [37].

3. Mehanizam kojim polisaharidi poboljšavaju homeostazu kostiju regulacijom OB i OC

3.1. Mehanizam kojim polisaharidi potiču formiranje kosti posredovano osteoblastom

OB prolazi kroz četiri faze u formiranju kosti, uključujući proliferaciju osteoblasta, sazrijevanje ekstracelularnog matriksa, mineralizaciju ekstracelularnog matriksa i apoptozu osteoblasta. Mnogi faktori, kao što su signalni putevi i faktori transkripcije, mogu regulisati ove faze i na kraju regulisati formiranje kostiju. Ovdje sumiramo faktore transkripcije i signalne puteve pomoću kojih polisaharidi utiču na formiranje kosti u OB. Mehanizmi OB-posredovanog formiranja kosti i polisaharidne regulacije OB funkcije koji su uključeni u naše istraživanje prikazani su na Sl. 1 i 2.

Slika 1. Rezime mehanizama osteoporoze koji su uključeni u naše istraživanje. Promovirati (→), inhibirati (⊥). U BMSC-ima, vezivanje Wnt proteina sa membranskim receptorima za kovrčavost i LRP5/6 ko-receptorom inicira kompleks Axin1 inhibira ubikvitinaciju i degradaciju -katenina i ubrzava njegovu translokaciju u jezgro [38]. Ovaj nuklearni katenin se veže i koaktivira članove familije faktora T-ćelija/faktora za povećanje limfoida (TCF/LEF) koji aktiviraju nizvodne ciljne gene, kao što su Runx2 i Osterix (Osx), što dovodi do promocije za diferencijaciju i proliferaciju OB [32]. DKK-1 inhibira vezivanje Wnt za iskrivljene receptore i LRP5/6, signalni put wnt/-catenin je blokiran. U OB, koštani morfogenetski proteini (BMP) se vezuju za BMP receptor (BMPR), aktiviraju SMAD1/5/8 proteine ​​koji ulaze u jezgro, zatim regulišu ekspresiju gena RUNX2. Runx2 se može kombinovati sa faktorom koji veže jezgro da bi formirao heterolognu strukturu dimera, a zatim se vezao za DNK, izazivajući ekspresiju gena povezanih sa formiranjem kostiju, kao što su Osx, koštani glutamat protein (BGP) i ALP. PIP3 proizveden aktivacijom PI3K vezuje se za PH domen na N-kraju Akt, translocira Akt na plazma membranu, koja katalizira fosforilaciju Akt ser473 i Thr308 mjesta. Nakon Akt aktivacije, promoviše ekspresiju nizvodnih pro-apoptotičkih faktora bax-2, kaspaze 3 i inhibira anti-apoptotički faktor BCL-2. U pre-OC, IL-1, IL-6 i TNF-aktivan NF-κB, koji poboljšava translokaciju NF-κB u jezgro, što indukuje diferencijaciju od pre-OC do OC. U OC, IL-6 se vezuje za interleukin 6 receptor (IL-6R), TNF- se vezuje za TNF- receptor (TNFR), RANKL se vezuje za RANK i dalje regrutuje faktore vezane za TNFR (TRAF) za pokretanje nizvodnih signalnih kaskada, uključujući fosforilaciju NF-κB, fosforilaciju p38, JNK i ERK1/2. Konačni rezultat RANKL-RANK signalizacije je aktivacija faktora transkripcije osteoklasta, kao što je NF-κB, protein aktivator 1 (AP{ {55}}), protoonkogeni protein (FOS) i aktivirani nuklearni faktor aktiviranih T-ćelija (NFATc1). NFATc1 je inducirao ekspresiju gena specifičnih za osteoklaste, kao što su kisela fosfataza otporna na tartrat (TRAP) i katepsin K (Ctsk), što dovodi do diferencijacije i potiče sazrijevanje OC.

Slika 2. Sažetak polisaharida i mogućih mehanizama koji su uključeni u liječenje osteoporoze. ACP: polisaharid iz Achyranthes bidentata Blume; ASP: polisaharid iz Astragali Radixa; ANP: polisaharid iz Angelica Sinensis (Oliv.) Diels; APP: polisaharid iz biljke Hairyvein Agrimonia Herb and Bud; COP: polisaharid iz Curculigo orchioides Gaertn; CYP: polisaharid iz Cynomorium songaricum Rupr; CDP: polisaharid iz Cistanche deserticola Ma; CBP: polisaharid iz Cibotium barometz (L.) J. Sm; DOP: polisaharid iz Dendrobium officinale Kimura et Migo; EBP: polisaharid iz Epimedium brevicornum Maxim; WSS25: polisaharid iz Gastrodia elata Bl.; HPP: polisaharid iz Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz.; LYP: polisaharid iz Lycium chinense Miller; MOP: polisaharid iz Morinda Officinalis How; POP: polisaharid iz Poria cocos (Schw.) Wolf.; RPP: polisaharid iz Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute; SAP: polisaharid iz Sap oshnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.; SFP: polisaharid iz Carthami Flos.; TVP: polisaharid iz Polystictus Versicolor (L.) Fr.

3.1.1. Transkripcijski faktori

Osteogenu diferencijaciju BMSC regulišu različiti faktori transkripcije, kao što su Runt-related transkripcijski faktor 2/core vezujući faktor 1 (Runx2/Cbfa1) i osterix. Cbf 1, također poznat kao protein 2 A koji se vezuje za pojačivač polioma virusa (PEBP2 A) ili faktor 3 akutne mijeloične leukemije (AML3), je faktor transkripcije iz porodice strukturnih gena runt. Osterix, kritični faktor koji kontroliše nizvodno ciljeve u formiranju kosti, važan je regulator diferencijacije OB i najraniji i najspecifičniji marker diferencijacije OB.

MOP posredovana serumska intervencija BMSC-a tokom 14 dana povećala je ekspresiju Cbf 1 mRNA i promovirala osteogenu diferencijaciju [39]. Druga studija je pokazala da je ekspresija Cbf 1 mRNA u OB kalvarije štakora bila pojačana nakon tretmana vodenim ekstraktom Morinda Officinalis i serumom koji sadrži MOP u trajanju od 72 sata, a učinak MOP-a bio je bolji od učinka vodenog ekstrakta. Morinda Officinalis [40]. MOP davan OVX pacovima sa osteoporozom tokom 30 dana povećao je ekspresiju tibijalnih gena Cbf 1 i DMP1 [10]. Novi inulin fruktan MOW{13}} izolovan iz MO90 povećao je ekspresiju Runx2 i Osterixa i promovirao proliferaciju, diferencijaciju i mineralizaciju MC3T3-E1 ćelija [14].

Nedavna in vitro studija procijenila je učinak HPP-a na osteogenu diferencijaciju MC3T3-E1 osteoblastičnih stanica i otkrila da HPP povećava aktivnost ALP-a na način ovisan o dozi i povećava ekspresiju i transkripcijsku aktivnost Runx2 i Osterixa, dva glavna gena diferencijacije OB [24]. Liao i saradnici su otkrili da ANP može značajno povećati ekspresiju mRNA CyclinD1, Runx2 i Osterixa [22,23]. ASP je također povećao ekspresiju CyclinD1 i promovirao proliferaciju [41].

3.1.2. Wnt/-catenin signalni put

Wnt/-catenin signalni put igra važnu ulogu u samoobnavljanju, usmjerenoj diferencijaciji, proliferaciji preosteoblasta, formiranju OB i apoptozi BMSC. U procesu promoviranja diferencijacije OB, Wnt kontrolira gene diferencijacije OB regulacijom nivoa -katenina u BMSC. Aktivirana Wnt signalizacija bi mogla promovirati agregaciju -katenina, što rezultira diferencijacijom OB i formiranjem kosti. Ekspresija Wnt3a i Wnt10b u BMSC-ima može aktivirati Wnt/-catenin signalni put i promovirati proliferaciju BMSC-a [42]. DKK-1 je inhibitor Wnt signalnog puta, inhibira formiranje kostiju i dovodi do osteoporoze, dok antagoniziranje DKK-1 može povećati koštanu masu [43].

MOP je povećao stopu proliferacije OB in vitro, povećao aktivnost ALP i smanjio ekspresiju proteina DKK-1 [44]. Dalje in vivo istraživanje molekularnih mehanizama koji stoje iza anti-osteoporoznog efekta CDP-a ukazuje na to da je slabljenje degeneracije kostiju povezano sa aktiviranjem Wnt/-katenin signalnog puta [45]. RPP intervencija je poboljšala ALP aktivnost BMSC-a na način ovisan o dozi, značajno poboljšala sposobnost mineralizacije ćelija, značajno povećala ekspresiju gena ALP, Runx2 i Osteocalcin u BMSC, značajno povećala ekspresiju -katenina i promovirala visoka ekspresija TCF veznih mjesta. Mehanizam može biti povezan sa aktiviranjem Wnt/-catenin signalnog puta i promocijom diferencijacije BMSC u OB [46], ali RPP nije imao efekta na BMP put. Nalazi su također pokazali da je RPP promovirao diferencijaciju i mineralizaciju OB regulacijom signalnog puta ERK/GSK-3/-catenin [47]. Li et al. otkrili da je BMP9 direktna meta miR-152, a ASP bi mogao smanjiti miR- 152 ekspresije i promovirati BMP9 up-regulaciju, čime se aktivira signalizacija PI3K/AKT i Wnt/-catenin puta u BMSC [ 41]. ASP je ublažio osteoporozu izazvanu oksidativnim stresom regulacijom FoxO3a/Wnt2/-catenin signalnog puta [48]. LYP-posredovani serum aktivira ekspresiju proteina vezanih za Wnt signalni put - katenin, a Wnt10b promovira diferencijaciju BMSC u OB i povećava mineralizirane nodule [49].

Ekstrakt cistanche tubolosa: liječi dijabetičke bolesti

3.1.3. BMP/SMAD/RUNX2 signalni put

BMP/SMAD signalni put igra važnu ulogu u aktiviranju transkripcije gena za formiranje kosti. Bone morphogenetic protein II (BMP2), član TGF-superfamilije, visoko je eksprimiran u OB i reguliše diferencijaciju i in vitro i in vivo [50]. BMP vezuje heterodimerne receptore kako bi aktivirao SMAD proteine, koji transaktiviraju osteoklastogene gene direktno ili putem Runx2 [51]. Runx2 je nizvodni ciljni gen mehanizma transdukcije signala BMP2/Smad i transkripcijski faktor potreban za osteoblastogenezu. Runx2 se može kombinovati sa faktorom vezivanja jezgra da bi formirao heterolognu strukturu dimera, a zatim se vezao za DNK, izazivajući ekspresiju gena povezanih sa formiranjem kosti, kao što su COL-Í, BGP i ALP.

Huang i saradnici su izolovali dva nova polisaharida, CBP70-1-1 i CBP70-1-2, iz rizoma Cibotium barometz i otkrili da oni mogu promovirati OB proliferaciju pri niskoj koncentraciji. CBP70-1-1 na 3,93 i 7.86 μM i CBP70–1-2 na 1,73 i 6,92 μM značajno povećavaju aktivnost ALP i mineralizirane nodule u MC3T3-E1 ćelijama. Štaviše, CBP70-1-2 je povećao ekspresiju i transkripcionu aktivnost BMP2, a povećana ekspresija BMP2 je naknadno stimulirala nizvodni gen Smad1. Povećana je fosforilacija Smad1, što dalje stimulira osteogeni marker gen Runx2 da promovira formiranje kosti [50].

Druga studija je pokazala da CEP može poboljšati informacije o kostima povećanjem ekspresije proteina BMP2/Smad1 i Smad5/Runx2 [52]. Chen i saradnici su otkrili da Gastrodia elata Bl. polisaharid WSS25 mogao bi inhibirati ekspresiju BMP2/Smad1 puteva i inhibirati osteoklastičnu diferencijaciju [29]. RPP je podsticao formiranje kostiju kod OVX pacova povećanjem nivoa ALP, OPG i BGP i ekspresije proteina BMP2 [26]. APP je pojačao ALP aktivnost, promovirao proliferaciju i diferencijaciju OB i povećao proteine ​​markera OB diferencijacije BMP2, Runx2, Osterix i Osteocalcin. Molekularni mehanizam je povezan sa pojačanom ekspresijom miR-70 [53] i regulacijom Wnt/-katenin signalnog puta [54].

3.1.4. Putevi posredovani antiapoptozom

Apoptoza, oblik programirane ćelijske smrti, igra centralnu ulogu u homeostazi tkiva, a deregulacija apoptoze je implicirana u brojnim patološkim stanjima [55]. Proteini iz porodice Bcl-2 imaju pro- ili antiapoptotičke aktivnosti i regulišu mitohondrijski put apoptoze kontroliranjem permeabilizacije vanjske membrane mitohondrija (MOMP). MOMP je ključni događaj u intrinzičnom apoptotičkom putu. Bax, koji sudjeluje u formiranju MOMP-a, dovodi do oslobađanja sadržaja mitohondrijalnog intermembranskog prostora u citoplazmu. Oslobođeni citokrom c se vezuje za citosolni protein koji sadrži domen za regrutaciju kaspaze (CARD) kako bi formirao apoptozom i nakon toga regrutirao više molekula prokapaze-9, konačno aktivirajući kaspaze dželata kao što je kaspaza-3. Anti-apoptotički proteini Bcl-2 blokiraju ćelijsku smrt sprečavajući aktivaciju i homo-oligomerizaciju Baxa [56]. Štaviše, Bax protein je reguliran fosforilacijom na način ovisan o Akt, a ovaj događaj fosforilacije inhibira efekte Baxa na mitohondrije održavajući ga u citoplazmi [57].

Glukokortikoidi se široko koriste za liječenje upalnih bolesti i dovode do otprilike 30 posto apoptoze OB stanica kod pacijenata s osteoporozom uzrokovanom prekomjernom primjenom glukokortikoida. Polisaharid rastvorljiv u vodi (APP-AW) izolovan je iz Agrimonia pilosa, a tri sulfatna derivata (S1, S2 i S3) iz APP-AW inhibirala su apoptozu u modelu OB izazvanog deksametazonom [33], preokrenuvši povećanje Bax , citokrom i kaspaza-3 i smanjena ekspresija proteina Bcl-2 i c-Myc u MC3T3-E1 ćelijama. In vitro studija je pokazala da MOP inhibira OB apoptozu indukovanu potpuno trans retinoinskom kiselinom [58]. Čini se da SFP štiti OB ćelije od apoptoze izazvane deksametazonom, vjerovatno zbog njegovog efekta na poništavanje aktivacije kaspaze-3 i cijepanja PARP-a [37]. EBP je povećao ekspresiju Bcl-xl i Bcl-2 i smanjio ekspresiju Bax i kaspaze-3 putem signalnog puta PI3K/ Akt/mTOR u OB izazvanom deksametazonom [32].

3.1.5. Putevi posredovani oksidativnim stresom

Jačanje reakcije na oksidativni stres tokom starenja može biti važan faktor koji uzrokuje osteoporozu. Oksidativni stres je patološko stanje koje podrazumijeva prekomjernu proizvodnju reaktivnih vrsta kisika (ROS) u uvjetima kada je njihova eliminacija smanjena. Kao indikator i regulator oksidativnog oštećenja, put je povezan s nuklearnim faktorom eritroidom 2- faktorom 2 (Nrf2)/heme oksigenazom 1 (HO-1), koji štiti od oksidativnog oštećenja i smrti stanice. primarni fokus istraživanja dugi niz godina. In vivo studija je pokazala da DOP može spasiti H2O2- indukovanu promjenu sudbine diferencijacije BMSC i povećati ekspresiju Nrf2, HO-1 i Nqo1 [28].

3.1.6. Promoviše matriks specifičan za kosti i mineralizaciju kostiju

Koštani sijaloprotein (BSP), osteopontin i osteokalcin su fenotipski markeri za zreli OB i važni markeri mineralizacije matriksa. Osteopontin luči OB i učestvuje u mineralizaciji koštanog matriksa, koji se može kombinovati sa hidroksiapatitom kroz region bogat asparaginskom kiselinom i učestvuje u mineralizaciji koštanog matriksa. BSP, glavni ekstracelularni nekolagenski matriksni protein u koštanom tkivu lokaliziran na mineralizirani matriks, može promovirati nukleaciju mineralizacije hidroksiapatita in vitro i povećati inkorporaciju kalcija i formiranje čvorova. Osteokalcin, koji proizvodi i luči gotovo isključivo OB, vezuje se za Ca2 plus i odgovoran je za mineralizaciju koštanog matriksa [59].

MOP (50 ug⋅mL-1) je promovirao proliferaciju MC3T3-E1 ćelija, promovirao lučenje kolagena tipa 1 (COL-Í) i osteokalcina, te poboljšao aktivnost ALP [60]. RPP je poboljšao biomehanička svojstva i BMD frakture osteoporoze kod pacova smanjenjem sadržaja koštanog ALP, TRAPa i TNF-a u osteoporozi štakora [25] i povećanjem nivoa ALP, OPG i BGP i ekspresije proteina BMP2 [ 26]. Prečišćeni polisaharid ABW70-1, izolovan iz radix achyranthis bidentatae, promovirao je proliferaciju MC3T3-E1 ćelija, povećanu aktivnost ALP, formiranje mineralnih nodula i ekspresiju gena Osterixa, Osteocalcin i BSP, i promovirao osteogene diferencijacije [8].

Cistanche tubulosa pogoduje kostima

3.2. Mehanizam kojim polisaharidi inhibiraju resorpciju kostiju posredovanu osteoklastima

Resorpcija kosti je rezultat interakcije između aktiviranog OC i koštanog matriksa. Uloga OC u resorpciji kosti uključuje uglavnom četiri faze: adheziju i polarizaciju osteoklasta, acidifikaciju mikrookruženja resorpcije kostiju, degradaciju koštanog matriksa i transport endocitoze. U procesu adhezije i polarizacije osteoklasta, prekursori osteoklasta se regrutuju na površinu kosti pod dejstvom -integrina i diferenciraju se u OC stimulisan M-CSF, RANKL i citokinima. U ovom procesu, faktori transkripcije i citokini kao što su IL-1 i IL-6 također mogu promovirati diferencijaciju. Nakon toga, OC stvara kiselo mikrookruženje između ćelije i površine kosti [61], a zreli OC luče razne enzime, uključujući protein kinazu K, matriks metaloproteinaze (MMP) i kiselu fosfatazu otpornu na tartrat [62] za razgradnju. koštani matriks. Mehanizmi osteoklasti posredovane resorpcije kosti i polisaharidne regulacije OC funkcije koji su uključeni u naše istraživanje prikazani su na Sl. 1 i 2.

3.2.1. Transkripcijski faktori

Diferencijaciju OC reguliraju različiti faktori transkripcije. Tokom osteoklastogeneze, NFATc1, koji pripada superfamiliji transkripcije NFAT, općenito je prihvaćen kao esencijalni transkripcijski faktor koji reguliše ekspresiju osteoklastogenog gena izazvanu RANKL [63]. NFATc1 je uzvodni faktor nuklearne transkripcije koji igra ključnu ulogu u regulaciji ekspresije mnogih gena specifičnih za osteoklaste [64], kao što su kisela fosfataza otporna na tartrat (TRAP), 3- integrin, katepsin K (Ctsk), i MMP-9, koji su uključeni u regulaciju diferencijacije, fuzije i aktivacije osteoklasta. U međuvremenu, Ctsk i MMP-9 degradiraju organski koštani matriks i doprinose resorptivnoj aktivnosti kosti [65].

In vivo studija je pokazala da WSS25 (GAP) može inhibirati osteoklastičku diferencijaciju u ranoj fazi i inhibirati ekspresiju gena specifičnih za formiranje osteoklasta TRAP, NFATc1, MMP-9 i CtsK u stanicama RAW264.7 izazvanim RANKL na način ovisan o dozi [29]. Dalja istraživanja su otkrila da je molekularni mehanizam WSS25 u formiranju osteoklasta bio kroz inhibiciju ekspresije BMP2/Smad1 puta [29]. RPP je smanjio osteoklastičnu aktivnost na način ovisan o dozi, uključujući smanjenu ekspresiju TRAP, MMP-9, CtsK i NFATc1 u ćelijama RAW264.7 izazvanim RANKL [66]. Pored toga, RPP je smanjio miR-1224 ekspresiju i ključni ciljani molekul Limd1 u signalnom putu nilskog konja u makrofagima koji potiču iz koštane srži (BMM) [67]. Dodatno, in vitro istraživanje je pokazalo da je CDP inhibirao RANKL-induciranu diferencijaciju osteoklasta od BMM i potisnuo fuziju osteoklasta inhibirajući aktivnost resorpcije hidroksiapatita i snižavajući nivoe mRNA markera osteoklasta NFATC1, MMP9, Ctsk i TRAP [19]. Druga studija je objavila da je RPP takođe smanjio ekspresiju specifičnih gena, uključujući TRAP, MMP-9, CtsK i NFATc1, tokom formiranja OC [66].

3.3.2. OPG/RANKL/RANK signalni put

Sistem osovine OPG/RANKL/RANK je ključni faktor u regulaciji diferencijacije osteoklasta i resorpcije kosti [68]. Rank, također poznat kao član TNFR superfamilije 11a, igra ključnu ulogu u osteoklastogenezi. RANKL se vezuje za rang i dalje regrutuje faktore vezane za TNFR kako bi pokrenuo nizvodne signalne kaskade, uključujući p38, JNK i ERK. Konačni rezultat RANKL-RANK signalizacije je aktivacija faktora transkripcije osteoklasta kao što su NF-κB, aktivatorski protein 1 (AP- 1), ciklički adenozin monofosfatni odgovor element-vezujući protein (CREB) i aktivirani t-nuklearni faktor-1 (NFATc1), od kojih svi indukuju ekspresiju markera osteoklasta, kao što su TRAP, 3 integrin i CtsK [69]. OPG je član superfamilije TNF receptora i također je poznat kao faktor inhibitora osteoklastogeneze (OCIF), koji može kompetitivno antagonizirati RANKL, čime inhibira diferencijaciju OC [70].

ACP ovisno o dozi povećao je markere formiranja kosti u serumu OC i BAP i smanjio markere resorpcije kosti serumskih TPACP5b, NTX i CTX u OVX štakora, a mehanizam može biti povezan s povećanjem ekspresije OPG i RANK proteina u tkivu koštane srži i smanjenje ekspresije RANKL, što rezultira inhibicijom resorpcije kosti [7]. Štaviše, ACP je inhibirao RANKL-indukovanu fosforilaciju MAPK puta [71]. CYP [15] je povećao nivo OPG u serumu i smanjio RANKL i omjer RANKL/OPG kod OVX modelnih štakora s osteoporozom. ASP je povećao nivo OPG-a u serumu, smanjio RANKL i omjer RANKL/OPG, te značajno smanjio nivoe TNF- i IL-2, što je rezultiralo inhibicijom aktivnosti diferencijacije osteoklasta [20,21].

3.3.3. ERK/JNK signalni put

ERK/JNK signalni put je uključen u proliferaciju i diferencijaciju stanica, a ERK1/2 aktiviran fosforilacijom se translocira iz citoplazme u jezgro, što posreduje u transkripcijskoj aktivaciji AP-1, c-Fos i c-Jun i promoviše proliferaciju i diferencijaciju OC. Regulacija naniže p38, ERK i JNK inhibirala je ekspresiju NFAcT1 i c-Fos u osteoklastogenezi izazvanoj RANKL. Tretman inhibitorima ERK ili JNK značajno je smanjio broj proizvodnje OC i IL-6 [72]. Potencijalni mehanizmi POP u osteoklastogenezi su usklađeni sa JNK i ERK signalnim putevima (supresirana ERK1/2 fosforilacija, STAT3 i JNK1/2 ekspresija) [34]. Da bi se potvrdio efikasan tretman osteoporoze, neophodna su dalja istraživanja in vivo.

3.3.4. Regulisani inflamatorni faktori

Mnogi inflamatorni faktori potiču diferencijaciju OC posredovanjem ekspresije RANKL [73]. TNF- je moćan induktor resorpcije kostiju i igra važnu ulogu u metabolizmu kosti, koji može direktno inducirati stvaranje OC iz prekursora OC u prisustvu M-CSF ili odsustva RANKL aktivacijom NF-κB signalizacije [74] i indukuju ekspresiju RANK u OC prekursorima [75]. Proinflamatorni citokin IL-1 je moćan stimulator diferencijacije OC i resorpcije kosti indukcijom ekspresije RANKL [76]. IL-6 inducira osteoklastogenezu i aktivaciju OC putem indukcije ekspresije RANKL u OB i stromalnim stanicama [77].

Zhu et al. otkrili su da MOP smanjuje nivoe ekspresije IL-6 i TNF-a u serumu [10]. Ren et al. pokazalo je da primjena LYP-a tokom 90 dana značajno smanjuje sadržaj IL-6 u serumu [78]. ASP ima zaštitni učinak na gubitak koštane mase kod OVX miševa tako što značajno smanjuje koncentraciju TNF-a i inhibira osteoklastogenezu [20]. Nakon tretmana sa ASP, povećani nivoi TNF- i IL-2 su značajno smanjeni u modelu deksametazonom izazvane osteoporoze pacova, a protuupalni efekat je bio povezan sa regulacijom crijevne flore [21]. Primena SA polisaharida (SAP) tokom 70 dana značajno je smanjila serumske nivoe IL-6 i TNF- [30,31]. Drugi su izvijestili da RPP može inhibirati resorpciju kostiju smanjenjem sadržaja TRAPa i serumskih IL-1, IL-6 i TNF-a kod osteoporotičnih pacova [25,27].

Cistanche tubulosa protiv osteoporoze

4. Zaključak

Zaključno, in vivo i in vitro eksperimenti su pokazali da polisaharidi pokazuju svojstva za liječenje postmenopauzalne osteoporoze, senilne osteoporoze i sekundarne osteoporoze izazvane glukokortikoidima, posebno postmenopauzalne osteoporoze, promicanjem diferencijacije i aktivnosti OB i smanjenjem diferencijacije i aktivnosti OC. Mehanizmi pomoću kojih polisaharidi poboljšavaju homeostazu kostiju uglavnom uključuju Wnt/-catenin signalni put, BMP/SMAD/RUNX2 signalni put, OPG/RANKL/RANK signalni put, ERK/JNK signalni put, put apoptoze i faktore transkripcije. Ovaj pregled će pružiti bolje razumijevanje anti-osteoporotskih efekata polisaharida i modulacije signalnih puteva, što je korisno za pružanje teorijske osnove polisaharida za kliničku primjenu.

5. Budući izgledi

Nekoliko studija je nedvosmisleno pokazalo korisne efekte polisaharida na osteoporozu in vitro i in vivo eksperimentima. Trenutno, iako nema prijavljenih kliničkih istraživanja o liječenju osteoporoze polisaharidima iz kineskih ljekovitih biljaka, istraženo je i procijenjeno mnogo kliničkih primjena polisaharida u liječenju drugih bolesti, kao što su tumor [79], tip 2. Dijabetes [80]. Među njima, polisaharid kokosa Poria, polisaharid Astragali Radix i polisaharid Lycium chinense Miller odobreni su od strane CFDA kao sirovine. Kinesko ljekovito bilje koje je sažeto u ovom radu ima dugu povijest u kliničkom liječenju bolesti kostiju, a in vitro i in vivo eksperimenti također pokazuju da polisaharidi ekstrahirani iz ovih biljaka imaju učinak na pacijente s osteoporozom. Stoga smatramo da će daljnja klinička istraživanja koja će potvrditi njihov anti-osteoporozni učinak pomoći u promicanju razvoja polisaharida kineskog ljekovitog bilja u funkcionalnu hranu ili lijekove.

Međutim, u procesu razvoja polisaharida iz kineskih ljekovitih biljaka, postoji nekoliko točaka koje treba razmotriti i dalje proučavati. Prvo, polisaharidi posjeduju karakteristike velike molekularne težine i složene strukture, potrebno je dalje proučavanje kako bi se istražila veza između bioloških aktivnosti polisaharida i hemijskih struktura.

Osim toga, više pažnje treba posvetiti učinku polisaharida na crijevnu floru gastrointestinalnog trakta. Polisaharide predstavlja njihova niska bioraspoloživost, koja zavisi od razgradnje koja se dešava na nivou metabolizma prvog prolaska i apsorpcije iz gastrointestinalnog trakta [81]. Brojne studije su otkrile da je gastrointestinalni trakt uključen u nastanak i razvoj osteoporoze [82–84]. Još uvijek nije jasno da li i kako polisaharidi učestvuju u metabolizmu kostiju regulacijom crijevne flore i mogu predstavljati novu polisaharidnu strategiju za liječenje osteoporoze.

Priznanja

Istraživački rad je finansijski podržala Nacionalna naučna fondacija Kine (br. 82003977, 81803760, 82004022), projekat tradicionalne kineske medicine Fonda za izvrsne mlade talente provincije Zhejiang (br. 2020ZQ011) i Traditional Chinese Medici Projects Provincija Zhejiang (2018ZY003), Program osnovnih istraživanja javne dobrobiti provincije Zhejiang (LGF20H060006), Program medicinske i zdravstvene nauke i tehnologije provincije Zhejiang (2020KY507).

Kineska ljekovita biljka--Cistanche, dobra je za anti-osteoporozu

Iz: 'Koristi i mehanizmi polisaharida iz kineskog ljekovitog bilja za terapiju protiv osteoporoze'Shan shan Lei a, et al.

---Međunarodni časopis za biološke makromolekule 193 (2021) 1996–2005