Výhody a mechanismy polysacharidů z čínských léčivých bylin pro antiosteoporózu

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 * Lékařské oddělení, Zhejiang Academy of Traditional Chinese Medicine, Hangzhou, Zhejiang 310007, PR Čína
b * Centrum hodnocení 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

Abstraktní

Osteoporóza je systémové metabolické onemocnění kostí s rostoucí incidencí. Čínské léčivé byliny mají dlouhou historii léčby onemocnění kostí. Polysacharidy jsou důležitou kategorií fytochemikálií v čínských léčivých bylinách a jejich zdravotní přínosy zvýšily zájem veřejnosti. Četné studie ukázaly, že polysacharidy vykazují antiosteoporózní účinky tím, že vyvažují kostní resorpci a tvorbu kosti, ale podrobné účinky a mechanismy nebyly systematicky shrnuty. Provedli jsme komplexní přehled literatury za účelem konsolidace studií za období 2000–2021 pomocí elektronického vyhledávání v databázích PubMed, CNKI, VIP a Wanfang. Celkem polysacharidy z 19 druhů čínských léčivých bylin v 54 studiích prokázaly ochranné vlastnosti pro homeostázu kostí. Experimenty in vivo a in vitro ukázaly, že polysacharidy vykazují vlastnosti při léčbě postmenopauzální osteoporózy, senilní osteoporózy a sekundární osteoporózy indukované glukokortikoidy, zejména postmenopauzální osteoporózy. Navíc řada signálních drah, jako je signální dráha Wnt/-catenin, signální dráha BMP/SMAD/RUNX2, signální dráha OPG/RANKL/RANK, dráha apoptózy a transkripční faktory, jsou regulovány polysacharidy a podílejí se na zlepšování kosti homeostáze. Tento přehled poskytne lepší pochopení antiosteoporotických účinků polysacharidů a doprovodných modulací signálních drah.

klíčová slova:Polysacharidy, čínské léčivé byliny, Mechanismy, Homeostáza kostí

Čínská léčivá bylina--Cistanche je dobrá při léčbě osteoporózy

1. Úvod

Osteoporóza je systémové metabolické onemocnění kostí charakterizované zhoršením mikroarchitektury, nízkou kostní hmotou a zvýšeným rizikem zlomenin. Podle výsledků prvního epidemiologického průzkumu osteoporózy, který provedla Čínská národní zdravotní komise v roce 2018, dosáhla prevalence osteoporózy u žen starších 50 let 32,1 procenta, zatímco u žen starších 65 let 51,6 procenta. Přibližně 10 milionů lidí starších 50 let ve Spojených státech trpí osteoporózou a 34 milionů lidí je touto nemocí ohroženo. Ve Spojeném království trpí osteoporotickými zlomeninami 50 procent žen starších 50 let a 20 procent mužů [1]. Křehká zlomenina způsobená osteoporózou může vést ke zvýšené morbiditě a mortalitě, což má za následek obrovskou sociální zátěž [2].

Je dobře známo, že nerovnováha v kostní homeostáze je způsobena více kostní resorpcí zprostředkovanou osteoklasty než osteoporózou zprostředkovanou tvorbou kostí zprostředkovanou osteoblasty. Ke kostní homeostáze vede mnoho faktorů, ale základním mechanismem je nerovnováha mezi osteoblasty a osteoklasty, včetně (i) ​​snížené diferenciace a aktivity osteoblastů (OB), což vede ke snížení ukládání kostí; (ii) zvýšená diferenciace a aktivita osteoklastů (OC), vedoucí k nadměrné kostní resorpci; a (iii) zánět a oxidační stav [3]. Kromě toho jsou funkce OB a OC regulovány řadou transkripčních faktorů a signálních drah.

V Číně se několik čínských léčivých bylin, které mají funkce pro usnadnění kloubů a posílení kostí a svalů, používá k léčbě osteoporózy po stovky let. Polysacharidy jsou jednou z hlavních aktivních složek mnoha čínských léčivých bylin, jako je Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute, Angelica sinensis (Oliv.) Diels a Morinda Officinalis How. Mezitím bylo prokázáno, že polysacharidy mají více funkcí, jako je antioxidační [4], imunomodulační [5] a funkce proti únavě [6]. Doposud četné studie ukázaly, že polysacharidy vykazují antiosteoporózní účinky tím, že vyvažují kostní resorpci a tvorbu kosti, ale podrobné účinky a mechanismy nebyly systematicky shrnuty.

V tomto přehledu jsme shromáždili celkem 54 studií polysacharidů proti osteoporóze v letech 2000 až 2021 a byly zkoumány polysacharidy z 19 druhů čínských léčivých bylin. Tyto studie zahrnovaly 25 experimentálních studií in vivo a 40 experimentů in vitro. Experimentální zvířecí model zahrnoval ovariektomizované (OVX) krysy, SAMP6 myši a glukokortikoidy indukovanou osteoporózu (GIOP) zebrafish. Buňky MCET3-E1, BMSC, dexametazonem indukované OB a RANK indukované BMM buněčné modely byly široce používány in vitro experimenty. Mechanismy surových polysacharidů nebo purifikovaných polysacharidů na antiosteoporóze byly zaměřeny na proliferaci OB nebo OC, diferenciaci včetně exprese transkripčních faktorů, zánětlivých faktorů, signálních drah jako je Wnt/-catenin signální dráha, BMP/SMAD/RUNX2 signální dráha, Signální dráha OPG/RANKL/RANK atd. Zhodnotili jsme antiosteoporózní účinky a mechanismy polysacharidů z 19 druhů čínských léčivých bylin a shrnuli je v tabulce 1.

2. Polysacharidy získané z čínských léčivých bylin pro anti-osteoporózu

Mezi 19 druhy bylin bylo 13/19 z oddenkové části, 1/19 z květu, 2/19 z listové části, 1/19 z plodové části a 2/19 z houby. Všechny důkazy o polysacharidech z těchto čínských léčivých bylin pro zlepšení kostní homeostázy a omezení úbytku kostní hmoty jsou uvedeny v následujících odstavcích.

2.1. Polysacharidy získané z oddenků čínských léčivých bylin

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") a Cibotium barometz (L.) J. Sm (CB, "Gou Ji") jsou čínské léčivé byliny, které "tónují ledviny a posilují kosti“ a používají se zejména k léčbě postmenopauzální osteoporózy. Uvádí se, že hlavní aktivní sloučeniny polysacharidů mají přesné příznivé účinky na anti-osteoporózu na modelech potkanů ​​OVX. Bylo popsáno, že surové polysacharidy z AC [7,8], MO [9–11], CO [12], CY [17] a ABPB-3 [13] (čištěný polysacharid z AC) zvyšují kostní hmotu minerální hustota (BMD), zlepšit biomechanické indexy stehenních kostí u OVX potkanů ​​a regulovat mikroarchitekturu trabekulární kosti po nepřetržitém podávání po dobu téměř 3 měsíců. Mezitím by ABPB-3 mohl také zvýšit hladinu sérového osteokalcinu (OCN) [13], kostního glutamátového proteinu (BGP) a deoxypyridinolu v moči (DPD) [15]. V experimentu in vitro polysacharidy z CB (CBP) a nový homogenní heteropolysacharid COP70–3 z CO zvýšily aktivitu alkalické fosfatázy (ALP) a zvýšily rychlost mineralizace [12] [16]. Další purifikovaný polysacharid, COP90–1, z CO podporoval proliferaci a diferenciaci primárního myšího OB [17]. Kromě toho dva nové polysacharidy ABW50-1 a ABPB-3 z AC výrazně zvýšily kostní hmotu v modelech GIOP zebrafish [18] [13]. Polysacharidy z CD (CDP) pozoruhodně zlepšily histopatologické poškození kosti a podpořily tvorbu nové 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") jsou čínské léčivé byliny, které "doplňují qi a vyživují krev". Bylo popsáno, že AS polysacharidy (ASP) jsou schopny zvrátit úbytek kostní hmoty, zvýšit sérové ​​ALP a BGP a regulovat biomechanické indexy femuru u OVX myší a krys s osteoporózou vyvolanou a stresem vyvolanou Dex v závislosti na dávce. způsobem [20,21]. Polysacharidy z AN (ANP) zvýšily počet trabekul a podpořily opravu poranění kostí u potkanů ​​s diabetem 2. typu. Studie in vivo zvýšila 40 mg/l ASP počet kalciových uzlů a aktivitu ALP v BMSC indukovaných 25,5 mmol/l glukózy [22]. Zdá se, že ANP a polysacharidy z HP (HPP) zlepšují proliferaci OB a zvyšují aktivitu ALP v závislosti na dávce [23,24].

Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute (RP, "Huang Jing") a Dendrobium officinale Kimura et Migo (DO, "Tie pi shi hu") jsou čínské léčivé byliny, které "vyživují jin". Studie in vivo prokázaly, že polysacharidy z RP (RPP) by mohly významně zvýšit celkovou BMD a zlepšit mikrostrukturu kostní trabekulární mikrostruktury OVX potkanů ​​po kontinuálním podávání [25,26] a mohly by také zlepšit symptomy u modelu osteoporotické zlomeniny [27]. DO polysacharidy (DOP) zabránily degradaci trabekulární mikrostrukturální a zlepšily BS/TV, Tb. N a snížení modelu osteoporózy vyvolané věkem Tb.Sp [28]. Stejně tak denní podávání polysacharidů z Gastrodia elata Bl. (GA, "Tian ma") a Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (SA, "Fang Feng") také zvýšil BMD [29,30] a sérové ​​hladiny Ca2+, Mg2+ a P2− [31] v modelu OVX.

výhody cistanche tubolosa

2.2. Polysacharidy získané z listů čínských léčivých bylin

Epimedium brevicornum Maxim (EB, "Yin Yang Huo") je velmi oblíbený list, který se v čínské medicíně po tisíce let tradičně používá k léčbě onemocnění kostí a dysfunkce gonád. EB by mohla zmírnit postmenopauzální symptomy a inhibovat osteoporózu a další onemocnění úbytku kostní hmoty. Nedávná studie in vitro ukázala, že EB polysacharid (EBP) by mohl stimulovat a zlepšovat proliferaci a diferenciaci OB buněk indukovanou dexamethasonem [32].

Hairyvein Agrimonia Herb and Bud (AP, "Xian he cao") patří do Rosaceae a používá se jako čínská medicína k léčbě cukrovky a arytmie. Z AP byl izolován ve vodě rozpustný polysacharid (APP-AW) a tři sulfatované deriváty (S1, S2 a S3) z APP-AW mohly inhibovat apoptózu v modelu OB indukovaném dexametazonem [33].

2.3. Polysacharidy získané z hub a hub čínských léčivých bylin

Čínská medicína Poria cocos (Schw.) Wolf. (PO, "Fu ling") se od starověku v Číně a dalších asijských zemích skvěle používá pro každodenní stravu a medicínu. Jako klasické antioxidační činidlo vykazoval PO v poslední době výhody pro léčbu anginy pectoris, hypertenze a kostního metabolismu. PO polysacharid (POP) je aktivní a primární sloučenina extrahovaná z PO. Studie in vivo ukázala, že léčba POP narušila RANKL-indukovanou tvorbu OC v buňkách RAW264.7 a BMMS způsobem závislým na dávce a zeslabila resorpční aktivitu [34].

Polystictus versicolor (L.) Fr. (TV, "Yun Zhi") je jednou z nejoblíbenějších medicinálních hub z Coriolus Versicolor (L. ex Fr.) Quel díky svým různým biologicky aktivním složkám. Bylo prokázáno, že polysacharopeptidy z TV (TVP) mají imunitní regulační funkce u normálních potkanů ​​a potkanů ​​s diabetes mellitus (DM) typu I. Nedávná studie prokázala, že TVP byla účinná léčba osteoporózy u potkanů ​​s diabetes mellitus. Ve srovnání s modelovou skupinou TVP zmírnil DM-indukované poškození kosti, jak bylo určeno zvýšením objemu kosti proximální tibie, počtu trámčin a pevnosti femorální kosti (11 procent maximálního zatížení, 22 procent tuhosti a 14 procent modulu) a snížení femorální kortikální porozity o 25 procent [35].

2.4. Polysacharidy získané z jiných čínských léčivých bylin

Lycium chinense Miller (LY, "Gou qi"), patřící k Lycium barbarum L., je široce rozšířen v severozápadní Číně a je zaznamenáno, že jeho plody hrají roli při zasahování do postmenopauzálního metabolismu. Modely hlodavců postmenopauzální osteoporózy indukované nedostatkem estrogenu a osteoporózy indukované dexametazonem ukázaly, že LYP by mohl poskytnout účinnou léčbu osteoporózy. Studie in vivo prokázaly, že LY polysacharid (LYP) významně vzrostl

lumbální BMD a suchá hmotnost stehenních kostí u OVX potkanů ​​po léčbě po dobu 12 týdnů, zlepšená struktura trabekulární kosti a snížená lakunální absorpce [24]. Kromě toho LYP také zvýšil krevní vápník, obsah ALP a BMD u glukokortikoidů indukované osteoporózy potkanů ​​[36].

Carthamus Flos (SF, "Hong Hua") z Carthamus tinctorius L. se používá jako čínská medicína k léčbě mrtvice a ischemické choroby srdeční. Moderní farmakologické experimenty také ukázaly, že polysacharidy izolované z SF (SFP) mají potenciální terapeutickou hodnotu pro léčbu nedokonalé osteogeneze a osteoporózy. Studie in vitro ukázaly, že SFP může v závislosti na dávce zvýšit proliferaci primárního OB a mineralizaci a že toto zvýšení bylo doprovázeno zvýšenou aktivitou ALP a expresí syntézy kolagenu [37].

3. Mechanismus, kterým polysacharidy zlepšují kostní homeostázu regulací OB a OC

3.1. Mechanismus, kterým polysacharidy podporují tvorbu kostí zprostředkovanou osteoblasty

OB procházejí čtyřmi stádii tvorby kosti, včetně proliferace osteoblastů, zrání extracelulární matrix, mineralizace extracelulární matrix a apoptózy osteoblastů. Mnoho faktorů, jako jsou signální dráhy a transkripční faktory, může regulovat tato stádia a nakonec regulovat tvorbu kosti. Zde shrnujeme transkripční faktory a signální dráhy, kterými polysacharidy ovlivňují tvorbu kosti u OB. Mechanismy tvorby kosti zprostředkované OB a polysacharidové regulace funkce OB, které se účastní našeho výzkumu, jsou znázorněny na Obr. 1 a 2.

Obr. 1. Souhrnné mechanismy osteoporózy, které se účastní našeho výzkumu. Podporovat (→), bránit (⊥). V BMSC iniciuje vazba proteinů Wnt s receptory frizzles vázanými na membránu a koreceptorem LRP5/6 komplex Axin1, který inhibuje ubikvitinaci a degradaci -cateninu a urychluje jeho translokaci do jádra [38]. Tento jaderný katenin se váže a koaktivuje členy rodiny transkripčních faktorů faktoru T-buněk/faktoru zesilujícího lymfatické uzliny (TCF/LEF), aktivují následné cílové geny, jako je Runx2 a Osterix (Osx), což vede k podpoře pro diferenciaci a proliferaci OB [32]. DKK-1 inhibuje vazbu Wnt na frizzled receptory a LRP5/6, signální dráha wnt/-catenin je blokována. V OB se kostní morfogenetické proteiny (BMP) vážou na BMP receptor (BMPR), aktivují proteiny SMAD1/5/8, které vstupují do jádra, a poté regulují expresi genu RUNX2. Runx2 se může kombinovat s faktorem vázajícím jádro za vzniku heterologní dimerní struktury a poté se vázat na DNA, což indukuje expresi genů souvisejících s tvorbou kosti, jako je Osx, Bone glutamate protein (BGP) a ALP. PIP3 produkovaný aktivací PI3K se váže na doménu PH na N-konci Akt, translokuje Akt do plazmatické membrány, což katalyzuje fosforylaci míst Akt ser473 a Thr308. Po aktivaci Akt podporuje expresi downstream proapoptotických faktorů bax-2, kaspázy 3 a inhibuje antiapoptotický faktor BCL-2. V pre-OC, IL-1, IL-6 a TNF-aktivní NF-κB, což zlepšuje translokaci NF-κB do jádra, což indukuje diferenciaci z pre-OC na OC. V OC se IL-6 váže na receptor interleukinu 6 (IL-6R), TNF- se váže na receptor TNF- (TNFR), RANKL se váže na RANK a dále rekrutuje faktory související s TNFR (TRAF) iniciovat downstream signální kaskády, včetně fosforylace NF-κB, fosforylace p38, JNK a ERK1/ 2. Konečným výsledkem signalizace RANKL-RANK je aktivace transkripčních faktorů osteoklastů, jako je NF-KB, aktivátor proteinu 1 (AP{ {55}}), protoonkogenový protein (FOS) a aktivovaný jaderný faktor aktivovaných T-buněk (NFATc1). NFATc1 indukoval expresi genů specifických pro osteoklasty, jako je tartrát-rezistentní kyselá fosfatáza (TRAP) a katepsin K (Ctsk), což vede k diferenciaci a podporuje zrání OC.

Obr. 2. Přehled polysacharidů a možných mechanismů, které se podílejí na léčbě 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 ze Sap oshnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.; SFP: polysacharid od Carthami Flos.; TVP: polysacharid z Polystictus Versicolor (L.) Fr.

3.1.1. Transkripční faktory

Osteogenní diferenciace BMSC je regulována různými transkripčními faktory, jako je Runt-příbuzný transkripční faktor 2/jádrový vazebný faktor 1 (Runx2/Cbfa1) a osterix. Cbf 1, také známý jako polyomavirus enhancer-binding protein 2 A (PEBP2 A) nebo akutní myeloidní leukemický faktor 3 (AML3), je transkripční faktor rodiny strukturálních genů runt. Osterix, kritický faktor, který řídí downstream cíle při tvorbě kosti, je důležitým regulátorem diferenciace OB a je nejstarším a nejspecifičtějším markerem diferenciace OB.

Sérová intervence BMSC zprostředkovaná MOP po dobu 14 dnů upregulovala expresi Cbf 1 mRNA a podpořila osteogenní diferenciaci [39]. Další studie ukázala, že exprese Cbf 1 mRNA u potkaního kalvariálního OB byla zvýšena po ošetření vodním extraktem z Morinda Officinalis a sérem obsahujícím MOP po dobu 72 hodin a účinek MOP byl lepší než účinek vodního extraktu z Morinda Officinalis [40]. MOP podávaný potkanům s osteoporózou OVX po dobu 30 dnů zvýšil expresi tibiálních genů Cbf 1 a DMP1 [10]. Nový inulin fruktan MOW90-1 izolovaný z MO90 up-reguloval expresi Runx2 a Osterix a podpořil proliferaci, diferenciaci a mineralizaci buněk MC3T3-E1 [14].

Nedávná studie in vitro hodnotila účinek HPP na osteogenní diferenciaci MC3T3-E1 osteoblastických buněk a zjistila, že HPP upreguloval aktivitu ALP v závislosti na dávce a zvýšil expresi a transkripční aktivitu Runx2 a Osterix, dva hlavní geny diferenciace OB [24]. Liao et al zjistili, že ANP může výrazně up-regulovat expresi mRNA CyclinD1, Runx2 a Osterix [22,23]. ASP také zvýšila expresi CyclinD1 a podpořila proliferaci [41].

3.1.2. Wnt/ -catenin signální dráha

Signální dráha Wnt/-catenin hraje důležitou roli v sebeobnovení, směrové diferenciaci, proliferaci preosteoblastů, tvorbě OB a apoptóze BMSC. V procesu podpory diferenciace OB kontroluje Wnt geny diferenciace OB regulací hladiny -kateninu v BMSC. Aktivovaná signalizace Wnt by mohla podporovat agregaci -cateninu, což vede k diferenciaci OB a tvorbě kosti. Exprese Wnt3a a Wnt10b v BMSC může aktivovat signální dráhu Wnt/-catenin a podporovat proliferaci BMSC [42]. DKK-1 je inhibitorem signální dráhy Wnt, inhibuje tvorbu kosti a vede k osteoporóze, zatímco antagonizace DKK-1 může zvýšit kostní hmotu [43].

MOP zvýšil rychlost proliferace OBs in vitro, zvýšil aktivitu ALP a snížil expresi proteinu DKK-1 [44]. Další in vivo zkoumání molekulárních mechanismů za antiosteoporózním účinkem CDP ukazuje, že útlum kostní degenerace je spojen s aktivací Wnt/-kateninové signální dráhy [45]. Intervence RPP zlepšila aktivitu ALP BMSC v závislosti na dávce, významně zvýšila mineralizační schopnost buněk, významně zvýšila expresi genů ALP, Runx2 a osteokalcinu v BMSC, významně zvýšila expresi -cateninu a podpořila vysoká exprese vazebných míst TCF. Mechanismus může souviset s aktivací signální dráhy Wnt/-catenin a podporou diferenciace BMSC na OB [46], ale RPP neměl žádný vliv na dráhu BMP. Zjištění také prokázala, že RPP podporuje diferenciaci a mineralizaci OB regulací signální dráhy ERK/GSK-3/-catenin [47]. Li a kol. zjistili, že BMP9 je přímým cílem miR-152 a ASP může snížit expresi miR{18}} a podporovat vzestupnou regulaci BMP9, čímž aktivuje signalizaci PI3K/AKT a Wnt/-catenin v BMSC [ 41]. ASP zmírnil osteoporózu vyvolanou oxidačním stresem regulací FoxO3a/Wnt2/-catenin signální dráhy [48]. Sérum zprostředkované LYP aktivuje expresi proteinů souvisejících se signální dráhou Wnt – kateninu a Wnt10b podporuje diferenciaci BMSC na OB a zvyšuje mineralizované uzliny [49].

extrakt z cistanche tubolosa: léčba diabetických onemocnění

3.1.3. Signální dráha BMP/SMAD/RUNX2

Signální dráha BMP/SMAD hraje důležitou roli v aktivaci transkripce genu pro tvorbu kostí. Kostní morfogenetický protein II (BMP2), člen superrodiny TGF, je vysoce exprimován v OB a reguluje diferenciaci jak in vitro, tak in vivo [50]. BMP váže heterodimerní receptory za účelem aktivace proteinů SMAD, které transaktivují osteoklastogenní geny buď přímo, nebo prostřednictvím Runx2 [51]. Runx2 je downstream cílový gen mechanismu přenosu signálu BMP2/Smad a transkripční faktor nezbytný pro osteoblastogenezi. Runx2 se může kombinovat s faktorem vázajícím jádro za vzniku heterologní dimerní struktury a poté se vázat na DNA, což indukuje expresi genů souvisejících s tvorbou kosti, jako jsou COL-І, BGP a ALP.

Huang et al izolovali dva nové polysacharidy, CBP{0}} a CBP{1}}, z oddenků Cibotium barometz a zjistili, že mohou podporovat proliferaci OB při nízké koncentraci. CBP70-1-1 při 3,93 a 7.86 μM a CBP70–1-2 při 1,73 a 6,92 μM významně zvýšily aktivitu ALP a mineralizovaly uzliny v buňkách MC3T3-E1. Navíc CBP70-1-2 zvýšil expresi a transkripční aktivitu BMP2 a zvýšená exprese BMP2 následně stimulovala downstream gen Smad1. Fosforylace Smad1 je zvýšena, což dále stimuluje osteogenní markerový gen Runx2 k podpoře tvorby kosti [50].

Jiná studie prokázala, že CEP může zlepšit kostní informaci upregulací proteinové exprese BMP2/Smad1 a Smad5/Runx2 [52]. Chen a kol. zjistili, že Gastrodia elata Bl. polysacharid WSS25 by mohl inhibovat expresi BMP2/Smad1 drah a inhibovat osteoklastickou diferenciaci [29]. RPP podporoval tvorbu kosti u OVX potkanů ​​zvýšením hladin ALP, OPG a BGP a proteinové exprese BMP2 [26]. APP zvýšil aktivitu ALP, podpořil proliferaci a diferenciaci OB a zvýšil OB diferenciační markerové proteiny BMP2, Runx2, Osterix a Osteokalcin. Molekulární mechanismus souvisel se zvýšenou expresí miR-70 [53] a regulací signální dráhy Wnt/-catenin [54].

3.1.4. Antiapoptózou zprostředkované dráhy

Apoptóza, forma programované buněčné smrti, hraje ústřední roli v homeostáze tkání a deregulace apoptózy se podílí na řadě patologických stavů [55]. Proteiny rodiny Bcl{1}} mají buď pro- nebo antiapoptotické aktivity a regulují mitochondriální dráhu apoptózy řízením mitochondriální permeabilizace vnější membrány (MOMP). MOMP je klíčovou událostí ve vnitřní apoptotické dráze. Bax, který se podílí na tvorbě MOMP, vede k uvolnění obsahu mitochondriálního mezimembránového prostoru do cytoplazmy. Uvolněný cytochrom c se váže na cytosolový protein obsahující kaspázovou náborovou doménu (CARD) za vzniku apoptozomu a následně rekrutování více prokaspázových-9 molekul, což nakonec aktivuje následné popravčí kaspázy, jako je kaspáza{5}}. Antiapoptotické proteiny Bcl-2 blokují buněčnou smrt tím, že brání aktivaci a homooligomerizaci Bax [56]. Kromě toho je protein Bax regulován fosforylací v závislosti na Akt a tato fosforylace inhibuje účinky Bax na mitochondrie tím, že jej udržuje v cytoplazmě [57].

Glukokortikoidy jsou široce používány k léčbě zánětlivých onemocnění a vedou k přibližně 30% apoptóze OB buněk u pacientů s osteoporózou způsobenou nadměrnou aplikací glukokortikoidů. Ve vodě rozpustný polysacharid (APP-AW) byl izolován z Agrimonia pilosa a tři sulfatované deriváty (S1, S2 a S3) z APP-AW inhibovaly apoptózu v modelu OB indukovaném dexametazonem [33], zvrátily zvýšení Bax , cytochrom a kaspáza-3 a snížená exprese proteinu Bcl-2 a c-Myc v buňkách MC3T3-E1. Studie in vitro ukázala, že MOP inhibuje apoptózu OB indukovanou kyselinou all-trans retinovou [58]. Zdá se, že SFP chrání OB buňky před apoptózou indukovanou dexametazonem, pravděpodobně díky svému účinku na zvrácení aktivace kaspázy-3 a štěpení PARP [37]. EBP up-reguloval expresi Bcl-xl a Bcl-2 a snížil expresi Bax a kaspázy-3 prostřednictvím signální dráhy PI3K/Akt/mTOR u OB indukovaných dexametazonem [32].

3.1.5. Dráhy zprostředkované oxidačním stresem

Posílení reakce na oxidační stres během stárnutí může být důležitým faktorem způsobujícím osteoporózu. Oxidační stres je patologický stav, který implikuje nadprodukci reaktivních forem kyslíku (ROS) za podmínek, kdy je snížena jejich eliminace. Jako indikátor a regulátor oxidačního poškození je dráha jaderného faktoru erytroidního 2- souvisejícího faktoru 2 (Nrf2)/hemoxygenázy 1 (HO-1), která chrání před oxidačním poškozením a buněčnou smrtí. hlavní zaměření výzkumu po mnoho let. Studie in vivo ukázala, že DOP by mohl zachránit H2O2- indukovanou změnu osudu diferenciace BMSC a zvýšit expresi Nrf2, HO-1 a Nqo1 [28].

3.1.6. Podporuje kostně specifickou matrici a kostní mineralizaci

Kostní sialoprotein (BSP), osteopontin a osteokalcin jsou fenotypové markery pro zralý OB a důležité markery mineralizace matrix. Osteopontin je vylučován OB a podílí se na mineralizaci kostní matrice, která se může spojovat s hydroxyapatitem prostřednictvím oblasti bohaté na kyselinu asparagovou a podílí se na mineralizaci kostní matrice. BSP, hlavní protein extracelulární nekolagenní matrice v kostní tkáni lokalizované v mineralizované matrici, může podporovat nukleaci mineralizace hydroxyapatitu in vitro a zvýšit začlenění vápníku a tvorbu uzlů. Osteokalcin, produkovaný a vylučovaný téměř výhradně OB, se váže na Ca2 plus a je zodpovědný za mineralizaci kostní matrix [59].

MOP (50 ug⋅mL-1) podporoval proliferaci buněk MC3T3-E1, podporoval sekreci kolagenu typu 1 (COL-І) a osteokalcinu a zvyšoval aktivitu ALP [60]. RPP zlepšil biomechanické vlastnosti a BMD zlomeniny osteoporózy u potkanů ​​snížením obsahu kostních ALP, TRAPa a TNF- při osteoporóze potkanů ​​[25] a zvýšením hladin ALP, OPG a BGP a proteinové exprese BMP2 [ 26]. Purifikovaný polysacharid ABW70-1, izolovaný z radix achyranthis bidentatae, podporoval proliferaci buněk MC3T3-E1, zvýšenou aktivitu ALP, tvorbu minerálních nodulů a genovou expresi Osterix, Osteokalcin a BSP a podporoval osteogenní diferenciace [8].

Cistanche tubulosa prospívá kostem

3.2. Mechanismus, kterým polysacharidy inhibují kostní resorpci zprostředkovanou osteoklasty

Kostní resorpce je výsledkem interakce mezi aktivovanou OC a kostní matrix. Úloha OC v kostní resorpci zahrnuje především čtyři stadia: adhezi a polarizaci osteoklastů, acidifikaci mikroprostředí resorpce kosti, degradaci kostní matrix a transport endocytózy. V procesu adheze a polarizace osteoklastů se prekurzory osteoklastů rekrutují na povrch kosti působením -integrinu a diferencují se na OC stimulované M-CSF, RANKL a cytokiny. V tomto procesu mohou transkripční faktory a cytokiny jako IL-1 a IL-6 také podporovat diferenciaci. Následně OC vytváří kyselé mikroprostředí mezi buňkou a povrchem kosti [61] a zralé OC secernují řadu enzymů, včetně proteinkinázy K, matrix metaloproteináz (MMP) a kyselé fosfatázy rezistentní na tartrát [62], které degradují kostní matrix. Mechanismy osteoklasty zprostředkované kostní resorpce a polysacharidové regulace funkce OC, které se účastní našeho výzkumu, jsou znázorněny na Obr. 1 a 2.

3.2.1. Transkripční faktory

Diferenciace OC je regulována různými transkripčními faktory. Během osteoklastogeneze je NFATc1, který patří do transkripční superrodiny NFAT, obecně přijímán jako základní transkripční faktor, který reguluje expresi osteoklastogenního genu indukovanou RANKL [63]. NFATc1 je upstream jaderný transkripční faktor, který hraje klíčovou roli v regulaci exprese mnoha genů specifických pro osteoklasty [64], jako je tartrát-rezistentní kyselá fosfatáza (TRAP), 3- integrin, katepsin K (Ctsk), a MMP-9, které se podílejí na regulaci diferenciace, fúze a aktivace osteoklastů. Mezitím Ctsk a MMP-9 degradují organickou kostní matrici a přispívají k resorpční aktivitě kosti [65].

Studie in vivo prokázala, že WSS25 (GAP) by mohl inhibovat osteoklastickou diferenciaci v raném stádiu a inhibovat expresi genů TRAP, NFATc1, MMP-9 a CtsK v buňkách RAW264.7 indukovaných RANKL. způsobem závislým na dávce [29]. Další výzkum zjistil, že molekulární mechanismus WSS25 při tvorbě osteoklastů spočívá v inhibici exprese BMP2/Smad1 dráhy [29]. RPP down-reguloval osteoklastickou aktivitu způsobem závislým na dávce, včetně snížené exprese TRAP, MMP-9, CtsK a NFATc1 v RANKL-indukovaných buňkách RAW264.7 [66]. Kromě toho RPP down-reguloval expresi miR-1224 a klíčovou cílící molekulu Limd1 v Hippo signalizační dráze v makrofázích odvozených od kostní dřeně (BMM) [67]. Kromě toho výzkum in vitro ukázal, že CDP inhibuje RANKL-indukovanou diferenciaci osteoklastů od BMM a potlačuje fúzi osteoklastů inhibicí aktivity resorpce hydroxyapatitu a downregulací hladin mRNA osteoklastových markerů NFATC1, MMP9, Ctsk a TRAP [19]. Jiná studie uvádí, že RPP také down-reguloval expresi specifických genů, včetně TRAP, MMP-9, CtsK a NFATc1, během tvorby OC [66].

3.3.2. Signální dráha OPG/RANKL/RANK

Osový systém OPG/RANKL/RANK je klíčovým faktorem v regulaci diferenciace osteoklastů a kostní resorpce [68]. Rank, také známý jako člen superrodiny TNFR 11a, hraje klíčovou roli v osteoklastogenezi. RANKL se váže na pořadí a dále rekrutuje faktory související s TNFR, aby iniciovaly downstream signální kaskády, včetně p38, JNK a ERK. Konečným výsledkem signalizace RANKL-RANK je aktivace transkripčních faktorů osteoklastů, jako je NF-κB, aktivátorový protein 1 (AP- 1), cyklický adenosinmonofosfátový responzivní element-vazebný protein (CREB) a aktivovaný t-nukleární faktor-1 (NFATc1), z nichž všechny indukují expresi osteoklastových markerů, jako je TRAP, 3 integrin a CtsK [69]. OPG je členem superrodiny receptorů TNF a je také znám jako inhibiční faktor osteoklastogeneze (OCIF), který může kompetitivně antagonizovat RANKL, a tak inhibovat diferenciaci OC [70].

ACP v závislosti na dávce zvyšoval markery kostní tvorby sérových OC a BAP a snižoval markery kostní resorpce sérových TPACP5b, NTX a CTX u OVX potkanů ​​a mechanismus může souviset se zvýšením exprese OPG a RANK proteinu v tkáni kostní dřeně a snížení exprese RANKL, což vede k inhibici kostní resorpce [7]. Navíc ACP inhiboval RANKL-indukovanou fosforylaci MAPK dráhy [71]. CYP [15] zvýšil sérovou hladinu OPG a snížil RANKL a poměr RANKL/OPG u OVX modelu osteoporózy potkanů. ASP zvýšila sérovou hladinu OPG, snížila RANKL a poměr RANKL/OPG a významně snížila hladiny TNF- a IL-2, což vedlo k inhibici diferenciační aktivity osteoklastů [20,21].

3.3.3. Signální dráha ERK/JNK

Signální dráha ERK/JNK se podílí na buněčné proliferaci a diferenciaci a fosforylací aktivovaná ERK1/2 se translokuje z cytoplazmy do jádra, které zprostředkovává transkripční aktivaci AP-1, c-Fos a c-Jun a podporuje proliferaci a diferenciaci OC. Down-regulace p38, ERK a JNK inhibovala expresi NFAcT1 a c-Fos v RANKL-indukované osteoklastogenezi. Léčba inhibitory ERK nebo JNK významně snížila počet produkce OC a IL-6 [72]. Potenciální mechanismy POP v osteoklastogenezi byly přizpůsobeny signálním drahám JNK a ERK (potlačena fosforylace ERK1/2, STAT3 a exprese JNK1/2) [34]. K potvrzení účinné léčby osteoporózy je nezbytný další výzkum in vivo.

3.3.4. Regulované zánětlivé faktory

Mnoho zánětlivých faktorů podporuje diferenciaci OC zprostředkováním exprese RANKL [73]. TNF- je silným induktorem kostní resorpce a hraje důležitou roli v kostním metabolismu, který může přímo indukovat tvorbu OC z prekurzorů OC v přítomnosti M-CSF nebo nepřítomnosti RANKL aktivací signalizace NF-κB [74] a indukují expresi RANK v prekurzorech OC [75]. Prozánětlivý cytokin IL-1 je silným stimulátorem diferenciace OC a kostní resorpce indukcí exprese RANKL [76]. IL-6 indukuje osteoklastogenezi a aktivaci OC prostřednictvím indukce exprese RANKL v OB a stromálních buňkách [77].

Zhu a kol. zjistili, že MOP snižuje hladiny exprese IL{0}} a TNF [10]. Ren a kol. ukázaly, že podávání LYP po dobu 90 dnů významně snížilo obsah IL-6 v séru [78]. ASP má ochranný účinek na ztrátu kostní hmoty u OVX myší tím, že významně snižuje koncentrace TNF- a inhibuje osteoklastogenezi [20]. Po léčbě ASP byly zvýšené hladiny TNF- a IL-2 signifikantně sníženy u dexamethasonem indukované osteoporózy potkaního modelu a protizánětlivý účinek souvisel s regulací střevní flóry [21]. Podávání SA polysacharidu (SAP) po dobu 70 dnů významně snížilo sérové ​​hladiny IL-6 a TNF- [30,31]. Jiní uvedli, že RPP může inhibovat kostní resorpci snížením obsahu TRAPa a sérového IL-1, IL-6 a TNF- u osteoporotických potkanů ​​[25,27].

Cistanche tubulosa proti osteoporóze

4. závěr

Závěrem lze říci, že experimenty in vivo a in vitro prokázaly, že polysacharidy mají vlastnosti pro léčbu postmenopauzální osteoporózy, senilní osteoporózy a sekundární osteoporózy indukované glukokortikoidy, zejména postmenopauzální osteoporózy, podporou diferenciace a aktivity OB a snížením diferenciace a aktivity OC. Mezi mechanismy, kterými polysacharidy zlepšují kostní homeostázu, patří především signální dráha Wnt/ -catenin, signální dráha BMP/SMAD/RUNX2, signální dráha OPG/RANKL/RANK, signální dráha ERK/JNK, dráha apoptózy a transkripční faktory. Tento přehled poskytne lepší pochopení antiosteoporotických účinků polysacharidů a modulace signálních drah, což je užitečné pro poskytnutí teoretického základu polysacharidů pro klinické použití.

5. Vyhlídky do budoucna

Několik studií jednoznačně prokázalo příznivé účinky polysacharidů na osteoporózu in vitro a in vivo experimenty. V současné době, i když neexistují žádné klinické výzkumy týkající se léčby osteoporózy pomocí polysacharidů z čínských léčivých bylin, bylo prozkoumáno a hodnoceno mnoho klinických aplikací polysacharidů při léčbě jiných onemocnění, jako je nádor [79], typ 2 Diabetes [80]. Mezi nimi polysacharid Poria cocos, polysacharid Astragali Radix a polysacharid Lycium chinense Miller byly schváleny CFDA jako suroviny. Čínské léčivé byliny shrnuté v tomto článku mají dlouhou historii v klinické léčbě onemocnění kostí, experimenty in vitro a in vivo také ukazují, že polysacharidy extrahované z těchto bylin mají účinek na pacienty s osteoporózou. Domníváme se proto, že další klinický výzkum k potvrzení jejich antiosteoporózního účinku pomůže podpořit vývoj polysacharidů z bylin čínské medicíny na funkční potraviny nebo léky.

V procesu vývoje polysacharidů z čínských léčivých bylin však existuje několik bodů, které je třeba zvážit a dále studovat. Za prvé, polysacharidy mají vlastnosti velké molekulové hmotnosti a složité struktury, je zapotřebí další studie, která by prozkoumala vztah mezi biologickými aktivitami polysacharidů a chemickými strukturami.

Kromě toho by měla být věnována větší pozornost vlivu polysacharidů na střevní flóru gastrointestinálního traktu. Polysacharidy se vyznačují nízkou biologickou dostupností, která závisí na degradaci probíhající na úrovni first-pass metabolismu a absorpci z gastrointestinálního traktu [81]. Četné studie zjistily, že na vzniku a rozvoji osteoporózy se podílí gastrointestinální trakt [82–84]. Zda a jak se polysacharidy podílejí na metabolismu kostí regulací střevní flóry, je stále nejasné a může představovat novou polysacharidovou strategii pro léčbu osteoporózy.

Poděkování

Výzkumná práce byla finančně podpořena Čínskou národní vědeckou nadací (č. 82003977, 81803760, 82004022), projektem Fondu vynikajících mladých talentů provincie Zhejiang tradiční čínské medicíny (č. 2020ZQ011) a hlavními projekty tradiční čínské medicíny v r. Provincie Zhejiang (2018ZY003), Program základního výzkumu veřejného blaha provincie Zhejiang (LGF20H060006), Program lékařské a zdravotnické vědy a technologie provincie Zhejiang (2020KY507).

Čínská léčivá bylina--Cistanche je dobrá při léčbě osteoporózy

Z:"Přínosy a mechanismy polysacharidů z čínských léčivých bylin pro léčbu osteoporózy" odShan shan Lei a, et al.

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