Voordelen en mechanismen van polysachariden van Chinese geneeskrachtige kruiden voor therapie tegen osteoporose

Contactpersoon: 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 * Afdeling Geneeskunde, Zhejiang Academie voor Traditionele Chinese Geneeskunde, Hangzhou, Zhejiang 310007, PR China
b * Centrum voor veiligheidsevaluatie, Hangzhou Medical College, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR China
c * Zhejiang University of Technology, Hangzhou, Zhejiang 310014, PR China
d * Zhejiang Chinese Medische Universiteit, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR China;

Abstract

Osteoporose is een systemische metabole botziekte met een toenemende incidentie. Chinese geneeskrachtige kruiden hebben een lange geschiedenis in het behandelen van botziekten. Polysachariden zijn een belangrijke categorie fytochemicaliën in Chinese geneeskrachtige kruiden en hun gezondheidsvoordelen hebben de belangstelling van het publiek vergroot. Talrijke studies hebben aangetoond dat polysachariden anti-osteoporose-effecten vertonen door botresorptie en botvorming in evenwicht te brengen, maar de gedetailleerde effecten en mechanismen zijn niet systematisch samengevat. We hebben een uitgebreide literatuurstudie uitgevoerd om studies voor de periode 2000-2021 te consolideren door elektronische zoekopdrachten uit te voeren in de PubMed-, CNKI-, VIP- en Wanfang-databases. In totaal hebben polysachariden van 19 soorten Chinese geneeskrachtige kruiden in 54 onderzoeken aangetoond dat bothomeostase beschermende eigenschappen heeft. In vivo en in vitro experimenten hebben aangetoond dat polysachariden eigenschappen vertonen bij de behandeling van postmenopauzale osteoporose, seniele osteoporose en door glucocorticoïden geïnduceerde secundaire osteoporose, in het bijzonder postmenopauzale osteoporose. Bovendien worden een aantal signaalroutes, zoals de Wnt/-catenine-signaleringsroute, BMP/SMAD/RUNX2-signaleringsroute, OPG/RANKL/RANK-signaalroute, apoptoseroute en transcriptiefactoren, gereguleerd door polysachariden en nemen ze deel aan de verbetering van de botstructuur. homeostase. Deze beoordeling zal een beter begrip verschaffen van de anti-osteoporotische effecten van polysachariden en de gelijktijdige modulaties van signaalroutes.

trefwoorden:Polysachariden, Chinese geneeskrachtige kruiden, Mechanismen, Bothomeostase

Chinees geneeskrachtig kruid--Cistanche, is goed tegen osteoporose

1. Inleiding

Osteoporose is een systemische metabole botziekte die wordt gekenmerkt door micro-architecturale verslechtering, lage botmassa en een verhoogd risico op fracturen. Volgens de resultaten van het eerste epidemiologische onderzoek naar osteoporose, uitgevoerd door de National Health Commission of China in 2018, bedroeg de prevalentie van osteoporose bij vrouwen ouder dan 50 jaar 32,1 procent, terwijl die bij vrouwen ouder dan 65 jaar 51,6 procent was. Ongeveer 10 miljoen mensen ouder dan 50 jaar in de Verenigde Staten hebben osteoporose en 34 miljoen mensen lopen risico op deze ziekte. In het VK lijdt 50 procent van de vrouwen ouder dan 50 jaar en 20 procent van de mannen aan osteoporotische fracturen [1]. Brosse fracturen veroorzaakt door osteoporose kunnen leiden tot verhoogde morbiditeit en mortaliteit, wat resulteert in een enorme sociale last [2].

Het is bekend dat een disbalans in bothomeostase wordt veroorzaakt door meer osteoclast-gemedieerde botresorptie dan osteoblast-gemedieerde botvorming leidt tot osteoporose. Veel factoren leiden tot bothomeostase, maar het fundamentele mechanisme is een onbalans tussen osteoblasten en osteoclasten, waaronder (i) verminderde osteoblast (OB) differentiatie en activiteit, resulterend in verminderde botafzetting; (ii) verhoogde osteoclast (OC) differentiatie en activiteit, resulterend in overmatige botresorptie; en (iii) ontsteking en oxidatieve status [3]. Bovendien worden de functies van OB en OC gereguleerd door een verscheidenheid aan transcriptiefactoren en signaalroutes.

In China worden al honderden jaren verschillende Chinese geneeskrachtige kruiden gebruikt voor de behandeling van osteoporose, die functies hebben om de gewrichten te verlichten en botten en spieren te versterken. Polysachariden zijn een van de belangrijkste actieve componenten van veel Chinese geneeskrachtige kruiden, zoals Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute, Angelica sinensis (Oliv.) Diels en Morinda Officinalis Hoe. Ondertussen is bewezen dat polysachariden meerdere functies hebben, zoals antioxidant [4], immunomodulatie [5] en antivermoeidheidsfuncties [6]. Tot op heden hebben talrijke studies aangetoond dat polysachariden anti-osteoporose-effecten vertonen door botresorptie en botvorming in evenwicht te brengen, maar de gedetailleerde effecten en mechanismen zijn niet systematisch samengevat.

In deze review verzamelden we in totaal 54 studies van polysachariden op anti-osteoporose van 2000 tot 2021 jaar, en werden polysachariden van 19 soorten Chinese geneeskrachtige kruiden onderzocht. Deze onderzoeken omvatten 25 in vivo experimentele onderzoeken en 40 in vitro experimenten. Het experimentele diermodel omvatte ovariëctomie (OVX) ratten, SAMP6-muizen en glucocorticoïde-geïnduceerde osteoporose (GIOP) zebravissen. MCET3-E1-cellen, BMSC's, dexamethason-geïnduceerde OB en RANK-geïnduceerde BMM-celmodellen zijn veel gebruikt in vitro-experimenten. De mechanismen van ruwe polysachariden of gezuiverde polysachariden op anti-osteoporose waren gericht op OB- of OC-proliferatie, differentiatie, inclusief expressie van transcriptiefactoren, ontstekingsfactoren, signaalroutes zoals Wnt/-catenine-signaleringsroute, BMP/SMAD/RUNX2-signaleringsroute, OPG/RANKL/RANK-signaleringsroute, enz. We hebben de anti-osteoporose-effecten en -mechanismen van polysachariden van 19 soorten Chinese geneeskrachtige kruiden bekeken en samengevat in Tabel 1.

2. Polysachariden afgeleid van Chinese geneeskrachtige kruiden voor anti-osteoporose

Van de 19 soorten kruiden waren 13/19 afkomstig van het wortelstokgedeelte, 1/19 van de bloem, 2/19 van een bladgedeelte, 1/19 van een vruchtgedeelte en 2/19 van schimmel. Al het bewijs van polysachariden uit deze Chinese geneeskrachtige kruiden om de bothomeostase te verbeteren en botverlies te beperken, wordt in de volgende paragrafen vermeld.

2.1. Polysachariden afgeleid van wortelstokken van Chinese geneeskrachtige kruiden

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") en Cibotium barometz (L.) J. Sm (CB, "Gou Ji") zijn Chinese geneeskrachtige kruiden die "de nieren en botversterking" en worden speciaal toegepast voor de behandeling van postmenopauzale osteoporose. Van de belangrijkste actieve verbindingen van polysachariden is gemeld dat ze exacte gunstige effecten hebben voor anti-osteoporose in OVX-rattenmodellen. Van ruwe polysachariden van AC [7,8], MO [9-11], CO [12], CY [17] en ABPB-3 [13] (een gezuiverd polysacharide van AC) is gemeld dat ze het bot verhogen minerale dichtheid (BMD), biomechanische indices van dijbenen bij OVX-ratten verbeteren en de microarchitectuur van trabeculair bot reguleren na continue toediening gedurende bijna 3 maanden. Ondertussen zou ABPB-3 ook de serumosteocalcine (OCN) [13], botglutamaatproteïne (BGP) en urine deoxypyridinol (DPD) niveaus [15] kunnen verhogen. In een in vitro experiment verhoogden polysachariden uit CB (CBP) en een nieuw homogeen heteropolysacharide COP70-3 uit CO de activiteit van alkalische fosfatase (ALP) en verhoogde de mineralisatiesnelheid [12] [16]. Een ander gezuiverd polysacharide, COP90-1, uit CO bevorderde de proliferatie en differentiatie van primaire muizen-OB [17]. Bovendien verhoogden twee nieuwe polysachariden van ABW50-1 en ABPB-3 van AC aanzienlijk de botmassa in GIOP-zebravismodellen [18] [13]. Polysacchariden van CD (CDP) verbeterden opmerkelijk de histopathologische schade aan het bot en bevorderden de vorming van nieuw bot in SAMP6-muizen [45].

Astragali Radix (AS, "Huang qi"), Angelica sinensis (Oliv.) Diels (AN, "Dang Gui"), en Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz. (HP, "Hong qi") zijn Chinese geneeskrachtige kruiden die "qi aanvullen en bloed voeden". Van AS-polysacchariden (ASP) is gemeld dat ze de afname in botmassa kunnen omkeren, serum ALP en BGP kunnen verhogen en biomechanische indices van het dijbeen kunnen reguleren bij OVX-muizen en Dex-geïnduceerde en stress-geïnduceerde osteoporose-ratten in een dosisafhankelijke manier [20,21]. Polysacchariden van AN (ANP) verhoogden het aantal trabeculae en bevorderden het herstel van botletsel bij type 2 diabetische ratten. In vivo onderzoek verhoogde 40 mg/L ASP het aantal calciumknobbeltjes en de ALP-activiteit in BMSC's, geïnduceerd door 25,5 mmol/L glucose [22]. ANP en polysachariden van HP (HPP) lijken de proliferatie van OB te verbeteren en de ALP-activiteit op een dosisafhankelijke manier [23,24].

Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute (RP, "Huang Jing") en Dendrobium officinale Kimura et Migo (DO, "Tie pi shi hu") zijn Chinese geneeskrachtige kruiden die "Yin voeden". In vivo studies hebben aangetoond dat polysachariden van RP (RPP) de gehele BMD significant kunnen verhogen en de bottrabeculaire microstructuur van OVX-ratten kunnen verbeteren na continue toediening [25,26] en ook de symptomen kunnen verbeteren in een osteoporotisch fractuurmodel [27]. DO-polysacchariden (DOP) verhinderden de afbraak van trabeculaire microstructurele en verbeterde BS/TV, Tb. N, en de vermindering van het Tb.Sp leeftijdsgeïnduceerde osteoporosemodel [28]. Evenzo is dagelijkse toediening van polysachariden van Gastrodia elata Bl. (GA, "Tian ma") en Saposhnikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (SA, "Fang Feng") verhoogde ook de BMD [29,30] en serum Ca2 plus, Mg2 plus en P2−-niveaus [31] in het OVX-model.

voordelen van cistanche tubolosa

2.2. Polysachariden afgeleid van de bladeren van Chinese geneeskrachtige kruiden

Epimedium brevicornum Maxim (EB, "Yin Yang Huo") is een zeer populair blad, dat traditioneel al duizenden jaren in de Chinese geneeskunde wordt gebruikt voor de behandeling van botziekten en gonadisfunctie. EB zou postmenopauzale symptomen kunnen verlichten en osteoporose en andere ziekten van botverlies kunnen remmen. Een recent in vitro onderzoek gaf aan dat EB-polysaccharide (EBP) de proliferatie en differentiatie van OB-cellen, geïnduceerd door dexamethason, zou kunnen stimuleren en verbeteren [32].

Hairyvein Agrimonia Herb and Bud (AP, "Xian he cao") behoort tot Rosaceae en wordt gebruikt als Chinees medicijn voor de behandeling van diabetes en aritmie. Een in water oplosbaar polysacharide (APP-AW) werd geïsoleerd uit AP en drie gesulfateerde derivaten (S1, S2 en S3) uit APP-AW konden apoptose remmen in een door dexamethason geïnduceerd OB-model [33].

2.3. Polysachariden afgeleid van schimmels en paddenstoelen van Chinese geneeskrachtige kruiden

De Chinese geneeskunde van Poria cocos (Schw.) Wolf. (PO, "Fu ling") wordt al sinds de oudheid gebruikt voor dagelijkse voeding en medicijnen in China en andere Aziatische landen. Als een klassiek anti-oxidant middel vertoonde PO meer recentelijk voordelen voor de behandeling van angina pectoris, hypertensie en botmetabolisme. PO-polysaccharide (POP) is een actieve en primaire verbinding die wordt geëxtraheerd uit PO. Een in vivo onderzoek gaf aan dat POP-behandeling de door RANKL geïnduceerde OC-vorming in RAW264.7- en BMMS-cellen op een dosisafhankelijke manier verminderde en de resorptieactiviteit verminderde [34].

Polystictus versicolor (L.) Fr. (TV, "Yun Zhi") is een van de meest populaire medicinale paddenstoelen van Coriolus Versicolor (L. ex Fr.) Quel vanwege de verschillende biologisch actieve componenten. Van polysacharopeptiden van TV (TVP) is aangetoond dat ze immuunregulerende functies hebben bij normale en type I diabetes mellitus (DM) ratten. Een recente studie toonde aan dat TVP een effectieve behandeling was voor osteoporose bij ratten met diabetes mellitus. Vergeleken met de modelgroep, verminderde TVP door DM geïnduceerde botverslechtering, zoals bepaald door het vergroten van het botvolume van de proximale tibia, het trabeculaire aantal en de femorale botsterkte (11 procent maximale belasting, 22 procent stijfheid en 14 procent modulus) en door vermindering van de femorale corticale porositeit met 25 procent [35].

2.4. Polysachariden afgeleid van andere Chinese geneeskrachtige kruiden

Lycium chinense Miller (LY, "Gou qi"), behorend tot Lycium barbarum L., is wijdverbreid in het noordwesten van China, en het is bekend dat de vruchten ervan een rol spelen bij het ingrijpen in het postmenopauzale metabolisme. Knaagdiermodellen van postmenopauzale oestrogeendeficiëntie-geïnduceerde osteoporose en dexamethason-geïnduceerde osteoporose hebben aangetoond dat LYP een effectieve behandeling voor osteoporose zou kunnen bieden. In vivo-onderzoeken hebben aangetoond dat LY-polysacharide (LYP) significant toenam

lumbale BMD en het droge gewicht van de dijbenen bij OVX-ratten na behandeling gedurende 12 weken, verbeterde trabeculaire botstructuur en verminderde lacunaire absorptie [24]. Bovendien verhoogde LYP ook het calciumgehalte in het bloed, het ALP-gehalte en de BMD bij ratten met door glucocorticoïden geïnduceerde osteoporose [36].

Carthamus Flos (SF, "Hong Hua") van Carthamus tinctorius L. is gebruikt als Chinees medicijn voor de behandeling van beroerte en coronaire hartziekte. Moderne farmacologische experimenten hebben ook aangetoond dat polysachariden geïsoleerd uit SF (SFP) potentiële therapeutische waarde hebben voor de behandeling van osteogenesis imperfect en osteoporose. In vitro-onderzoeken toonden aan dat SFP dosisafhankelijk de proliferatie van primaire OB en mineralisatie kon verbeteren en dat deze verbetering gepaard ging met verhoogde ALP-activiteit en collageensynthese-expressie [37].

3. Mechanisme waarmee polysachariden de bothomeostase verbeteren door OB en OC . te reguleren

3.1. Mechanisme waardoor polysachariden osteoblast-gemedieerde botvorming bevorderen

OB ondergaan vier stadia in botvorming, waaronder osteoblastproliferatie, extracellulaire matrixrijping, extracellulaire matrixmineralisatie en osteoblastapoptose. Veel factoren, zoals signaalroutes en transcriptiefactoren, kunnen deze stadia reguleren en uiteindelijk de botvorming reguleren. Hier vatten we de transcriptiefactoren en signaalroutes samen waarmee polysachariden de botvorming in OB beïnvloeden. De mechanismen van OB-gemedieerde botvorming en polysacharideregulatie van OB-functie die bij ons onderzoek betrokken zijn, worden getoond in Fig. 1 en 2.

Fig. 1. Samenvatting mechanismen van osteoporose die betrokken zijn bij ons onderzoek. Bevorderen (→), remmen (⊥). In de BMSC's remt de binding van Wnt-eiwitten met membraangebonden frizzles-receptoren en LRP5/6-co-receptor die het Axin1-complex initieert de ubiquitinatie en afbraak van -catenine en versnelt de translocatie ervan naar de kern [38]. Dit nucleaire catenine bindt aan en activeert leden van de T-celfactor/lymfoïde-versterkende factorfamilie van transcriptiefactoren (TCF/LEF) en activeert stroomafwaartse doelgenen, zoals Runx2 en Osterix (Osx), wat leidt tot een promotie voor differentiatie en proliferatie van OB's [32]. DKK-1 remt Wnt-binding aan frizzled-receptoren en LRP5/6, de wnt/-catenine-signaleringsroute wordt geblokkeerd. In de OB binden botmorfogenetische eiwitten (BMP) aan de BMP-receptor (BMPR), activeren ze SMAD1/5/8-eiwitten die de kern binnendringen en reguleren vervolgens de RUNX2-genexpressie. Runx2 kan worden gecombineerd met een kernbindende factor om een ​​heterologe dimeerstructuur te vormen en vervolgens aan DNA te binden, waardoor de expressie van aan botvorming gerelateerde genen, zoals Osx, Bone glutamaat-eiwit (BGP) en ALP, wordt geïnduceerd. PIP3 geproduceerd door PI3K-activering bindt aan het PH-domein aan het N-uiteinde van Akt, verplaatst Akt naar het plasmamembraan, dat de fosforylering van Akt-ser473- en Thr308-plaatsen katalyseert. Na Akt-activering bevordert het de expressie van stroomafwaartse pro-apoptotische factoren van bax-2, caspase 3 en remt het de anti-apoptotische factor van BCL-2. In de pre-OC, IL-1, IL-6 en TNF-actieve NF-KB, die de translocatie van NF-KB naar de kern verbetert, wat differentiatie van pre-OC naar OC induceert. In de OC bindt IL-6 aan de interleukine-6-receptor (IL-6R), bindt TNF- aan de TNF-receptor (TNFR), bindt RANKL aan RANK en werft het verder TNFR-gerelateerde factoren (TRAF's) om stroomafwaartse signaalcascades te initiëren, waaronder NF-KB-fosforylering, p38-fosforylering, JNK en ERK1/ 2. Het uiteindelijke resultaat van RANKL-RANK-signalering is de activering van osteoclasttranscriptiefactoren, zoals NF-KB, activatorproteïne 1 (AP{ {55}}), proto-oncogeen eiwit (FOS) en geactiveerde nucleaire factor van geactiveerde T-cellen (NFATc1). NFATc1 induceerde de expressie van osteoclast-specifieke genen zoals tartraatresistente zure fosfatase (TRAP) en cathepsine K (Ctsk), wat leidt tot differentiatie en OC-rijping bevordert.

Fig. 2. Samenvatting van polysachariden en mogelijke mechanismen die betrokken zijn bij de behandeling van osteoporose. ACP: polysacharide van Achyranthes bidentata Blume; ASP: polysacharide van Astragali Radix; ANP: polysacharide van Angelica Sinensis (Oliv.) Diels; APP: polysacharide van Hairyvein Agrimonia Herb and Bud; COP: polysacharide van Curculigo orchioides Gaertn; CYP: polysacharide van Cynomorium songaricum Rupr; CDP: polysacharide van Cistanche deserticola Ma; CBP: polysacharide van Cibotium barometz (L.) J. Sm; DOP: polysacharide van Dendrobium officinale Kimura et Migo; EBP: polysacharide van Epimedium brevicornum Maxim; WSS25: polysacharide van Gastrodia elata Bl.; HPP: polysacharide van Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz.; LYP: polysacharide van Lycium chinense Miller; MOP: polysacharide van Morinda Officinalis Hoe; POP: polysacharide van Poria cocos (Schw.) Wolf.; RPP: polysacharide van Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute; SAP: polysacharide van Sap oshnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.; SFP: polysacharide van Carthami Flos.; TVP: polysacharide van Polystictus Versicolor (L.) Fr.

3.1.1. Transcriptiefactoren

Osteogene differentiatie van BMSC's wordt gereguleerd door verschillende transcriptiefactoren, zoals Runt-gerelateerde transcriptiefactor 2/core bindende factor 1 (Runx2/Cbfa1) en osterix. Cbf 1, ook bekend als polyomavirus-enhancer-bindend eiwit 2 A (PEBP2 A) of acute myeloïde leukemie Factor 3 (AML3), is een transcriptiefactor van de runt-structurele genfamilie. Osterix, een kritische factor die stroomafwaartse doelen in botvorming regelt, is een belangrijke regulator van OB-differentiatie en is de vroegste en meest specifieke marker van OB-differentiatie.

MOP-gemedieerde seruminterventie van BMSC's gedurende 14 dagen reguleerde de expressie van Cbfl-mRNA op en bevorderde osteogene differentiatie [39]. Een andere studie toonde aan dat de expressie van Cbf-1-mRNA in calvarial OB van ratten werd opgereguleerd na 72 uur behandeling met een waterextract van Morinda Officinalis en MOP-bevattend serum, en het effect van MOP was beter dan het effect van een waterextract van Morinda Officinalis [40]. MOP toegediend aan OVX osteoporose ratten gedurende 30 dagen verhoogde de expressie van de tibiale genen Cbf 1 en DMP1 [10]. Een nieuwe inuline-fructaan MOW90-1 geïsoleerd uit MO90 reguleerde de expressie van Runx2 en Osterix opwaarts en bevorderde de proliferatie, differentiatie en mineralisatie van MC3T3-E1-cellen [14].

Een recent in vitro onderzoek evalueerde het effect van HPP op de osteogene differentiatie van MC3T3-E1 osteoblastische cellen en vond dat HPP de ALP-activiteit op een dosisafhankelijke manier opreguleerde en de expressie en transcriptionele activiteit van Runx2 en Osterix verhoogde, de twee hoofdgenen van OB-differentiatie [24]. Liao et al vonden dat ANP de mRNA-expressie van CyclinD1, Runx2 en Osterix met name kon opreguleren [22,23]. ASP verhoogde ook de expressie van CyclinD1 en bevorderde proliferatie [41].

3.1.2. Wnt/ -catenine-signaleringsroute

De Wnt/-catenine-signaleringsroute speelt een belangrijke rol bij de zelfvernieuwing, directionele differentiatie, preosteoblastproliferatie, OB-vorming en apoptose van BMSC's. In het proces van het bevorderen van OB-differentiatie, controleert Wnt OB-differentiatiegenen door het niveau van -catenine in BMSC's te reguleren. Geactiveerde Wnt-signalering zou de aggregatie van -catenine kunnen bevorderen, wat resulteert in OB-differentiatie en botvorming. De expressie van Wnt3a en Wnt10b in BMSC's kan de Wnt/-catenine-signaleringsroute activeren en de proliferatie van BMSC's bevorderen [42]. DKK-1 is een remmer van de Wnt-signaleringsroute, remt botvorming en leidt tot osteoporose, terwijl het tegenwerken van DKK-1 de botmassa kan verhogen [43].

MOP verhoogde de proliferatiesnelheid van OB's in vitro, verhoogde ALP-activiteit en verlaagde de eiwitexpressie van DKK-1 [44]. Verder in vivo onderzoek van de moleculaire mechanismen achter het anti-osteoporose-effect van CDP geeft aan dat de verzwakking van botdegeneratie geassocieerd is met het activeren van de Wnt/-catenine-signaleringsroute [45]. RPP-interventie verbeterde de ALP-activiteit van BMSC's op een dosisafhankelijke manier, verbeterde het mineralisatievermogen van cellen aanzienlijk, verhoogde de expressie van ALP-, Runx2- en Osteocalcine-genen in BMSC's aanzienlijk, verhoogde de expressie van -catenine aanzienlijk en bevorderde de hoge expressie van TCF-bindingsplaatsen. Het mechanisme kan verband houden met het activeren van de Wnt/-catenine-signaleringsroute en het bevorderen van de differentiatie van BMSC's tot OB's [46], maar RPP had geen effect op de BMP-route. Bevindingen toonden ook aan dat RPP OB-differentiatie en mineralisatie bevorderde door de ERK/GSK-3 / -catenine-signaleringsroute [47] te reguleren. Li et al. ontdekte dat BMP9 het directe doelwit is van miR-152, en ASP zou miR- 152-expressies kunnen neerwaarts reguleren en de opwaartse regulatie van BMP9 kunnen bevorderen, waardoor PI3K/AKT- en Wnt/-catenine-routesignalering in BMSC's wordt geactiveerd [ 41]. ASP verlichtte door oxidatieve stress geïnduceerde osteoporose door de FoxO3a/Wnt2/-catenine-signaleringsroute te reguleren [48]. LYP-gemedieerd serum activeert de expressie van Wnt-signaleringsroute-gerelateerde eiwitten - catenine en Wnt10b bevordert de differentiatie van BMSC's in OB en verhoogt gemineraliseerde knobbeltjes [49].

cistanche tubolosa-extract: behandel diabetische ziekten

3.1.3. BMP/SMAD/RUNX2 signaalroute

De BMP/SMAD-signaleringsroute speelt een belangrijke rol bij het activeren van gentranscriptie voor botvorming. Botmorfogenetisch eiwit II (BMP2), een lid van de TGF-superfamilie, wordt sterk tot expressie gebracht in OB en reguleert differentiatie zowel in vitro als in vivo [50]. BMP bindt heterodimere receptoren om SMAD-eiwitten te activeren, die osteoclastogene genen direct of via Runx2 transactiveren [51]. Runx2 is het stroomafwaartse doelgen van het BMP2/Smad-signaaltransductiemechanisme en een transcriptiefactor die nodig is voor osteoblastogenese. Runx2 kan worden gecombineerd met een kernbindende factor om een ​​heterologe dimeerstructuur te vormen en vervolgens aan DNA te binden, waardoor de expressie van aan botvorming gerelateerde genen, zoals COL-І, BGP en ALP, wordt geïnduceerd.

Huang et al. isoleerden twee nieuwe polysachariden, CBP70-1-1 en CBP70-1-2, uit wortelstokken van Cibotium barometz en ontdekten dat ze de proliferatie van OB bij een lage concentratie konden bevorderen. CBP70-1-1 bij 3,93 en 7,86 M en CBP70-1-2 bij 1,73 en 6,92 M verhoogden significant de ALP-activiteit en gemineraliseerde knobbeltjes in MC3T3-E1-cellen. Bovendien verhoogde CBP70-1-2 de expressie en transcriptionele activiteit van BMP2, en de verhoogde expressie van BMP2 stimuleerde vervolgens het stroomafwaartse gen Smad1. De fosforylering van Smad1 wordt verhoogd, wat het osteogene markergen Runx2 verder stimuleert om botvorming te bevorderen [50].

Een andere studie toonde aan dat CEP de botinformatie zou kunnen verbeteren door de eiwitexpressie van BMP2/Smad1 en Smad5/Runx2 te verhogen [52]. Chen et al vonden dat Gastrodia elata Bl. polysacharide WSS25 zou de expressie van BMP2/Smad1-routes kunnen remmen en osteoclastische differentiatie kunnen remmen [29]. RPP bevorderde de botvorming bij OVX-ratten door de niveaus van ALP, OPG en BGP en de eiwitexpressie van BMP2 te verhogen [26]. APP verbeterde ALP-activiteit, bevorderde proliferatie en differentiatie van OB en verhoogde OB-differentiatiemarkereiwitten BMP2, Runx2, Osterix en Osteocalcin. Het moleculaire mechanisme was gerelateerd aan de verbeterde miR-70-expressie [53] en regulatie van de Wnt/-catenine-signaleringsroute [54].

3.1.4. Door anti-apoptose gemedieerde routes

Apoptose, een vorm van geprogrammeerde celdood, speelt een centrale rol in weefselhomeostase, en deregulering van apoptose is betrokken bij tal van pathologische aandoeningen [55]. Eiwitten van de Bcl-2-familie hebben pro- of anti-apoptotische activiteiten en reguleren de mitochondriale route van apoptose door de mitochondriale buitenmembraanpermeabilisatie (MOMP) te regelen. MOMP is de centrale gebeurtenis in de intrinsieke apoptotische route. Bax, dat deelneemt aan de vorming van MOMP's, leidt tot het vrijkomen van de inhoud van de mitochondriale intermembraanruimte in het cytoplasma. Het vrijgekomen cytochroom c bindt aan een cytosolisch eiwit dat een caspase-rekruteringsdomein (CARD) bevat om het apoptosoom te vormen en vervolgens om meerdere procaspase-9-moleculen te rekruteren, waardoor uiteindelijk stroomafwaartse beulcaspases zoals caspase-3 worden geactiveerd. Anti-apoptotische eiwitten van Bcl-2 blokkeren celdood door de activering en homo-oligomerisatie van Bax te voorkomen [56]. Bovendien wordt Bax-eiwit gereguleerd door fosforylering op een Akt-afhankelijke manier, en deze fosforyleringsgebeurtenis remt de effecten van Bax op mitochondriën door het in het cytoplasma te houden [57].

Glucocorticoïden worden veel gebruikt om ontstekingsziekten te behandelen en resulteren in ongeveer 30 procent OB-celapoptose bij patiënten met osteoporose veroorzaakt door overmatige toediening van glucocorticoïden. Een in water oplosbaar polysacharide (APP-AW) werd geïsoleerd uit Agrimonia pilosa, en drie gesulfateerde derivaten (S1, S2 en S3) uit APP-AW remden apoptose in een dexamethason-geïnduceerd OB-model [33], keerden de toename van Bax om. , cytochroom en caspase-3 en verminderde Bcl-2- en c-Myc-eiwitexpressie in MC3T3-E1-cellen. Een in vitro onderzoek toonde aan dat MOP OB-apoptose, geïnduceerd door all-trans-retinoïnezuur, remde [58]. SFP lijkt OB-cellen te beschermen tegen door dexamethason geïnduceerde apoptose, mogelijk vanwege het effect ervan op het omkeren van de activering van caspase-3 en splitsing van PARP [37]. EBP heeft de expressie van Bcl-xl en Bcl-2 verhoogd en de expressie van Bax en caspase-3 verlaagd via de PI3K/Akt/mTOR-signaleringsroute in dexamethason-geïnduceerde OB [32].

3.1.5. Door oxidatieve stress gemedieerde routes

Verbetering van de oxidatieve stressrespons tijdens veroudering kan een belangrijke factor zijn die osteoporose veroorzaakt. Oxidatieve stress is een pathologische aandoening die overproductie van reactieve zuurstofsoorten (ROS) impliceert onder omstandigheden waarin hun eliminatie wordt verminderd. Als indicator en regulator van oxidatieve schade, is de nucleaire factor erytroïde 2--gerelateerde factor 2 (Nrf2)/Heme Oxygenase 1 (HO-1) route, die beschermt tegen oxidatieve schade en celdood, de jarenlang de belangrijkste focus van onderzoek. Een in vivo onderzoek toonde aan dat DOP de door H2O2- geïnduceerde omschakeling van het lot van BMSC-differentiatie kon redden en de expressie van Nrf2, HO-1 en Nqo1 [28] kon verhogen.

3.1.6. Bevordert botspecifieke matrix en botmineralisatie

Bone sialoproteïne (BSP), osteopontine en osteocalcine zijn fenotypische markers voor volwassen OB en belangrijke markers van matrixmineralisatie. Osteopontine wordt uitgescheiden door OB en neemt deel aan de mineralisatie van de botmatrix, die kan worden gecombineerd met hydroxyapatiet via een gebied dat rijk is aan asparaginezuur en neemt deel aan de mineralisatie van de botmatrix. BSP, een belangrijk extracellulair niet-collageneus matrixeiwit in botweefsel gelokaliseerd in de gemineraliseerde matrix, kan de kiemvorming van hydroxyapatietmineralisatie in vitro bevorderen en de calciumopname en de vorming van knobbeltjes verhogen. Osteocalcine, bijna uitsluitend geproduceerd en uitgescheiden door OB, bindt aan Ca2 plus en is verantwoordelijk voor de mineralisatie van de botmatrix [59].

MOP (50 ug⋅mL-1) bevorderde de proliferatie van MC3T3-E1-cellen, bevorderde de afscheiding van collageen type 1 (COL-І) en osteocalcine en verbeterde ALP-activiteit [60]. RPP verbeterde de biomechanische eigenschappen en BMD van osteoporosefracturen bij ratten door het gehalte aan bot ALP, TRAPa en TNF- bij osteoporose van ratten te verminderen [25] en het verhogen van de niveaus van ALP, OPG en BGP en de eiwitexpressie van BMP2 [ 26]. Een gezuiverd polysacharide ABW70-1, geïsoleerd uit radix achyranthis bidentatae, bevorderde de proliferatie van MC3T3-E1-cellen, verhoogde ALP-activiteit, vorming van minerale knobbeltjes en genexpressie van Osterix, Osteocalcin en BSP, en bevorderde osteogene differentiatie [8].

Cistanche tubulosa is goed voor botten

3.2. Mechanisme waardoor polysachariden door osteoclasten gemedieerde botresorptie remmen

Botresorptie is het resultaat van de interactie tussen geactiveerde OC en de botmatrix. De rol van OC bij botresorptie omvat hoofdzakelijk vier stadia: osteoclastadhesie en polarisatie, botresorptie, micro-omgevingsverzuring, botmatrixafbraak en endocytosetransport. In het proces van osteoclastadhesie en polarisatie worden osteoclastprecursoren gerekruteerd naar het oppervlak van het bot onder de werking van -integrine en differentiëren ze in OC gestimuleerd door M-CSF, RANKL en cytokinen. In dit proces kunnen transcriptiefactoren en cytokinen zoals IL-1 en IL-6 ook differentiatie bevorderen. Vervolgens genereert OC een zure micro-omgeving tussen de cel en het oppervlak van het bot [61] en rijpe OC's scheiden een verscheidenheid aan enzymen af, waaronder proteïnekinase K, matrixmetalloproteïnasen (MMP's) en tartraatresistente zure fosfatase [62] om af te breken. de botmatrix. De mechanismen van osteoclast-gemedieerde botresorptie en polysacharideregulatie van de OC-functie die bij ons onderzoek betrokken zijn, worden getoond in Fig. 1 en 2.

3.2.1. Transcriptiefactoren

De differentiatie van OC wordt gereguleerd door verschillende transcriptiefactoren. Tijdens osteoclastogenese wordt NFATc1, dat behoort tot de NFAT-transcriptiesuperfamilie, algemeen aanvaard als een essentiële transcriptiefactor die RANKL-geïnduceerde osteoclastogene genexpressie reguleert [63]. NFATc1 is een stroomopwaartse nucleaire transcriptiefactor die een sleutelrol speelt bij het reguleren van de expressie van veel osteoclast-specifieke genen [64], zoals tartraatresistente zure fosfatase (TRAP), 3- integrine, cathepsine K (Ctsk), en MMP-9, die betrokken zijn bij de regulatie van osteoclastdifferentiatie, fusie en activering. Ondertussen breken Ctsk en MMP-9 de organische botmatrix af en dragen ze bij aan de botresorptieactiviteit [65].

Een in vivo onderzoek toonde aan dat WSS25 (GAP) osteoclastische differentiatie in een vroeg stadium kon remmen en de expressie van de osteoclastvorming-specifieke genen TRAP, NFATc1, MMP-9 en CtsK in RANKL-geïnduceerde RAW264.7-cellen kon remmen. op een dosisafhankelijke manier [29]. Verder onderzoek wees uit dat het moleculaire mechanisme van WSS25 bij de vorming van osteoclasten berust op remming van de expressie van de BMP2/Smad1-route [29]. RPP verlaagde de osteoclastische activiteit op een dosisafhankelijke manier, inclusief verminderde expressie van TRAP, MMP-9, CtsK en NFATc1 in RANKL-geïnduceerde RAW264.7-cellen [66]. Bovendien verlaagde RPP de miR-1224-expressie en het belangrijkste targetingmolecuul Limd1 in de Hippo-signaleringsroute in beenmerg-afgeleide macrofagen (BMM's) [67]. Bovendien toonde een in vitro onderzoek aan dat CDP de door RANKL geïnduceerde differentiatie van osteoclasten van BMM's remde en osteoclastfusie onderdrukte door de resorptieactiviteit van hydroxyapatiet te remmen en de mRNA-niveaus van osteoclastmarkers van NFATC1, MMP9, Ctsk en TRAP te verlagen [19]. Een andere studie meldde dat RPP ook de expressie van specifieke genen, waaronder TRAP, MMP-9, CtsK en NFATc1, neerwaarts reguleerde tijdens OC-vorming [66].

3.3.2. OPG/RANKL/RANK-signaleringsroute

Het OPG/RANKL/RANK-assysteem is een sleutelfactor bij het reguleren van osteoclastdifferentiatie en botresorptie [68]. Rank, ook bekend als TNFR-superfamilielid 11a, speelt een cruciale rol bij osteoclastogenese. RANKL bindt zich aan rangorde en rekruteert verder TNFR-gerelateerde factoren om stroomafwaartse signaalcascades te initiëren, waaronder p38, JNK en ERK. Het uiteindelijke resultaat van RANKL-RANK-signalering is de activering van osteoclasttranscriptiefactoren zoals NF-KB, activatorproteïne 1 (AP- 1), cyclisch adenosinemonofosfaatresponselement-bindend eiwit (CREB) en geactiveerde t-nucleaire factor-1 (NFATc1), die allemaal de expressie van osteoclastmarkers induceren, zoals TRAP, 3-integrine en CtsK [69]. OPG is een lid van de superfamilie van de TNF-receptor en is ook bekend als osteoclastogenese-remmende factor (OCIF), die RANKL competitief kan antagoneren, waardoor de differentiatie van OC wordt geremd [70].

ACP verhoogde dosisafhankelijke markers voor botvorming van serum OC en BAP en verlaagde markers voor botresorptie van serum TPACP5b, NTX en CTX bij OVX-ratten, en het mechanisme kan verband houden met de toename van OPG- en RANK-eiwitexpressie in beenmergweefsel en de afname van RANKL-expressie, wat resulteert in remming van botresorptie [7]. Bovendien remde ACP de door RANKL geïnduceerde fosforylering van de MAPK-route [71]. CYP [15] verhoogde de serumspiegel van OPG en verlaagde RANKL en de verhouding van RANKL/OPG in OVX osteoporose-modelratten. ASP verhoogde de serumspiegel van OPG, verlaagde RANKL en de verhouding van RANKL/OPG, en verlaagde significant de niveaus van TNF- en IL-2, resulterend in de remming van osteoclastdifferentiatie-activiteit [20,21].

3.3.3. ERK/JNK-signaleringsroute

De ERK/JNK-signaleringsroute is betrokken bij celproliferatie en differentiatie, en door fosforylering geactiveerde ERK1/2 verplaatst zich van het cytoplasma naar de kern, wat de transcriptionele activering van AP-1, c-Fos en c-Jun bemiddelt en bevordert de proliferatie en differentiatie van OC. Neerwaartse regulatie van p38, ERK en JNK remde de expressie van NFAcT1 en c-Fos in door RANKL geïnduceerde osteoclastogenese. Behandeling met ERK- of JNK-remmers verminderde significant het aantal OC- en IL-6-productie [72]. Potentiële mechanismen van POP bij osteoclastogenese werden gematcht met JNK- en ERK-signaleringsroutes (onderdrukte ERK1/2-fosforylering, STAT3- en JNK1/2-expressie) [34]. Om de effectieve behandeling van osteoporose te bevestigen, is verder in vivo onderzoek nodig.

3.3.4. Gereguleerde ontstekingsfactoren

Veel ontstekingsfactoren bevorderen OC-differentiatie door RANKL-expressie te mediëren [73]. TNF- is een krachtige inductor van botresorptie en speelt een belangrijke rol in het botmetabolisme, dat direct de vorming van OC uit OC-voorlopers kan induceren in de aanwezigheid van M-CSF of de afwezigheid van RANKL door NF-KB-signalering te activeren [74] en induceren RANK-expressie in OC-precursoren [75]. Het pro-inflammatoire cytokine IL-1 is een krachtige stimulator van OC-differentiatie en botresorptie door RANKL-expressie te induceren [76]. IL-6 induceert osteoclastogenese en OC-activering via inductie van RANKL-expressie in OB- en stromale cellen [77].

Zhu et al. vond dat MOP serum IL-6 en TNF-expressieniveaus verlaagde [10]. Ren et al. gaf aan dat LYP-toediening gedurende 90 dagen het IL-6-gehalte in serum aanzienlijk verminderde [78]. ASP heeft een beschermend effect op botverlies bij OVX-muizen door de TNF-concentraties significant te verlagen en osteoclastogenese te remmen [20]. Na behandeling met ASP waren de verhoogde niveaus van TNF- en IL-2 significant verlaagd in een dexamethason-geïnduceerd osteoporose ratmodel, en het ontstekingsremmende effect was gerelateerd aan de regulatie van de darmflora [21]. Toediening van SA Polysaccharide (SAP) gedurende 70 dagen verminderde de serumspiegels van IL-6 en TNF- [30,31] significant. Anderen meldden dat RPP botresorptie kon remmen door het gehalte aan TRAPa en serum IL-1, IL-6 en TNF- in osteoporotische ratten [25,27].

Cistanche tubulosa anti-osteoporose

4. Conclusies

Concluderend hebben in vivo en in vitro experimenten aangetoond dat polysachariden eigenschappen vertonen voor de behandeling van postmenopauzale osteoporose, seniele osteoporose en door glucocorticoïden geïnduceerde secundaire osteoporose, met name postmenopauzale osteoporose, door OB-differentiatie en activiteit te bevorderen en OC-differentiatie en activiteit te verminderen. De mechanismen waarmee polysachariden de bothomeostase verbeteren, omvatten voornamelijk de Wnt/-catenine-signaleringsroute, BMP/SMAD/RUNX2-signaleringsroute, OPG/RANKL/RANK-signaleringsroute, ERK/JNK-signaleringsroute, apoptose-route en transcriptiefactoren. Deze review zal een beter begrip verschaffen van de anti-osteoporotische effecten van polysachariden en de modulatie van signaalroutes, wat nuttig is voor het verschaffen van een theoretische basis van polysachariden voor klinische toepassing.

5. Toekomstperspectieven

Verschillende onderzoeken hadden ondubbelzinnig de gunstige effecten van polysachariden op osteoporose in vitro en in vivo experimenten aangetoond. Op dit moment, hoewel er geen klinische onderzoeken zijn gerapporteerd over de behandeling van osteoporose met polysachariden uit Chinese geneeskrachtige kruiden, zijn er veel klinische toepassingen van polysachariden onderzocht en geëvalueerd bij de behandeling van andere ziekten, zoals tumor [79], Type 2 Suikerziekte [80]. Onder hen zijn Poria cocos-polysaccharide, Astragali Radix-polysaccharide en Lycium chinense Miller-polysaccharide door CFDA goedgekeurd als grondstoffen. De Chinese geneeskrachtige kruiden die in dit artikel worden samengevat, hebben een lange geschiedenis in de klinische behandeling van botziekten, in vitro en in vivo experimenten tonen ook aan dat de polysachariden die uit deze kruiden worden geëxtraheerd een effect hebben op osteoporosepatiënten. Daarom zijn we van mening dat verder klinisch onderzoek om hun anti-osteoporose-effect te bevestigen, zal helpen om de ontwikkeling van polysacchariden van Chinese geneeskrachtige kruiden tot functionele voedingsmiddelen of medicijnen te bevorderen.

In het proces van de ontwikkeling van polysachariden uit Chinese geneeskrachtige kruiden zijn er echter verschillende punten die nader moeten worden overwogen en bestudeerd. Ten eerste hebben polysachariden de kenmerken van een groot molecuulgewicht en een complexe structuur, verder onderzoek om de relatie tussen de biologische activiteiten van polysachariden en chemische structuren te onderzoeken is nodig.

Daarnaast zou meer aandacht moeten worden besteed aan het effect van polysachariden op de darmflora van het maagdarmkanaal. Polysachariden worden weergegeven door hun lage biologische beschikbaarheid, die afhangt van afbraak die optreedt op het niveau van first-pass metabolisme en absorptie uit het maagdarmkanaal [81]. Talrijke studies hebben aangetoond dat het maagdarmkanaal betrokken is bij het optreden en de ontwikkeling van osteoporose [82-84]. Of en hoe polysachariden deelnemen aan het botmetabolisme door de darmflora te reguleren, is nog steeds onduidelijk en kan een nieuwe polysacharidestrategie opleveren voor de behandeling van osteoporose.

Dankbetuigingen

Het onderzoekswerk werd financieel ondersteund door de National Science Foundation of China (Nr. 82003977, 81803760, 82004022), het Excellent Young Talents Fund Project of Traditional Chinese Medicine in de provincie Zhejiang (Nr. 2020ZQ011) en de Major Projects of Traditional Chinese Medicine in Provincie Zhejiang (2018ZY003), Basisonderzoeksprogramma voor openbaar welzijn van de provincie Zhejiang (LGF20H060006), programma voor medische en gezondheidswetenschappen en technologie van de provincie Zhejiang (2020KY507).

Chinees geneeskrachtig kruid--Cistanche, is goed tegen osteoporose

Uit:' Voordelen en mechanismen van polysachariden uit Chinese geneeskrachtige kruiden voor anti-osteoporose therapie' doorShan Shan Lei, et al.

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