Benefici e meccanismi dei polisaccaridi delle erbe medicinali cinesi per la terapia anti-osteoporosi

Contatto: 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 * Dipartimento di Medicina, Zhejiang Academy of Traditional Chinese Medicine, Hangzhou, Zhejiang 310007, PR Cina
b * Centro di valutazione della sicurezza, Hangzhou Medical College, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR Cina
c * Zhejiang University of Technology, Hangzhou, Zhejiang 310014, PR Cina
d * Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou, Zhejiang 310053, PR Cina

Astratto

L'osteoporosi è una malattia metabolica ossea sistemica con un tasso di incidenza crescente. Le erbe medicinali cinesi hanno una lunga storia nel trattamento delle malattie delle ossa. I polisaccaridi sono un'importante categoria di sostanze fitochimiche nelle erbe medicinali cinesi e i loro benefici per la salute hanno accresciuto l'interesse del pubblico. Numerosi studi hanno indicato che i polisaccaridi mostrano effetti anti-osteoporosi bilanciando il riassorbimento osseo e la formazione ossea, ma gli effetti e i meccanismi dettagliati non sono stati sistematicamente riassunti. Abbiamo eseguito una revisione completa della letteratura per consolidare gli studi per il periodo 2000-2021 conducendo ricerche elettroniche sui database PubMed, CNKI, VIP e Wanfang. In totale, i polisaccaridi di 19 tipi di erbe medicinali cinesi in 54 studi hanno mostrato proprietà protettive dell'omeostasi ossea. Esperimenti in vivo e in vitro hanno dimostrato che i polisaccaridi presentano proprietà nel trattamento dell'osteoporosi postmenopausale, dell'osteoporosi senile e dell'osteoporosi secondaria indotta da glucocorticoidi, in particolare dell'osteoporosi postmenopausale. Inoltre, un certo numero di vie di segnalazione, come la via di segnalazione Wnt/-catenina, la via di segnalazione BMP/SMAD/RUNX2, la via di segnalazione OPG/RANKL/RANK, la via di apoptosi e fattori di trascrizione, sono regolate dai polisaccaridi e partecipano al miglioramento dell'osso omeostasi. Questa recensione fornirà una migliore comprensione degli effetti anti-osteoporosi dei polisaccaridi e delle modulazioni concomitanti delle vie di segnalazione.

Parole chiave:Polisaccaridi, erbe medicinali cinesi, meccanismi, omeostasi ossea

Erba medicinale cinese--Cistanche, è utile contro l'osteoporosi

1. Introduzione

L'osteoporosi è una malattia ossea metabolica sistemica caratterizzata da deterioramento della microarchitettura, ridotta massa ossea e aumento del rischio di fratture. Secondo i risultati della prima indagine epidemiologica sull'osteoporosi condotta dalla National Health Commission of China nel 2018, il tasso di prevalenza dell'osteoporosi nelle donne di età superiore ai 50 anni ha raggiunto il 32,1%, mentre quello nelle donne di età superiore ai 65 anni era del 51,6%. Circa 10 milioni di persone con più di 50 anni negli Stati Uniti hanno l'osteoporosi e 34 milioni di persone sono a rischio di questa malattia. Nel Regno Unito, il 50% delle donne di età superiore ai 50 anni e il 20% degli uomini soffrono di fratture osteoporotiche [1]. Fratture fragili causate dall'osteoporosi possono portare a un aumento della morbilità e della mortalità, con conseguente enorme onere sociale [2].

È noto che uno squilibrio nell'omeostasi ossea è causato da un maggiore riassorbimento osseo mediato dagli osteoclasti rispetto a quanto la formazione ossea mediata dagli osteoblasti provoca l'osteoporosi. Molti fattori portano all'omeostasi ossea, ma il meccanismo fondamentale è uno squilibrio tra osteoblasti e osteoclasti, incluso (i) una ridotta differenziazione e attività degli osteoblasti (OB), con conseguente riduzione della deposizione ossea; (ii) aumento della differenziazione e dell'attività degli osteoclasti (OC), con conseguente eccessivo riassorbimento osseo; e (iii) infiammazione e stato ossidativo [3]. Inoltre, le funzioni di OB e OC sono regolate da una varietà di fattori di trascrizione e vie di segnalazione.

In Cina, diverse erbe medicinali cinesi che possiedono funzioni per alleviare le articolazioni e rafforzare ossa e muscoli sono state utilizzate per il trattamento dell'osteoporosi per centinaia di anni. I polisaccaridi sono uno dei principali componenti attivi di molte erbe medicinali cinesi, come il Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute, Angelica sinensis (Oliv.) Diels e Morinda Officinalis How. Nel frattempo, è stato dimostrato che i polisaccaridi hanno molteplici funzioni, come antiossidanti [4], immunomodulazione [5] e funzioni anti-fatica [6]. Ad oggi, numerosi studi hanno indicato che i polisaccaridi mostrano effetti anti-osteoporosi bilanciando il riassorbimento osseo e la formazione ossea, ma gli effetti e i meccanismi dettagliati non sono stati sistematicamente riassunti.

In questa recensione, abbiamo raccolto un totale di 54 studi di polisaccaridi sull'anti-osteoporosi da 2000 a 2021 anni e sono stati studiati polisaccaridi da 19 tipi di erbe medicinali cinesi. Questi studi includevano 25 studi sperimentali in vivo e 40 esperimenti in vitro. Il modello animale sperimentale includeva ratti ovariectomizzati (OVX), topi SAMP6 e pesce zebra con osteoporosi indotta da glucocorticoidi (GIOP). Cellule MCET3-E1, BMSC, OB indotto da desametasone e modelli cellulari BMM indotto da RANK sono stati ampiamente utilizzati in esperimenti in vitro. I meccanismi dei polisaccaridi grezzi o dei polisaccaridi purificati sull'anti-osteoporosi si sono concentrati sulla proliferazione e differenziazione di OB o OC, inclusa l'espressione di fattori di trascrizione, fattori infiammatori, vie di segnalazione come la via di segnalazione Wnt/-catenina, la via di segnalazione BMP/SMAD/RUNX2, Via di segnalazione OPG/RANKL/RANK, ecc. Abbiamo esaminato gli effetti e i meccanismi anti-osteoporosi dei polisaccaridi da 19 tipi di erbe medicinali cinesi e li abbiamo riassunti nella Tabella 1.

2. Polisaccaridi derivati ​​dalle erbe medicinali cinesi per l'anti-osteoporosi

Tra i 19 tipi di erbe, 13/19 provenivano dalla parte del rizoma, 1/19 dal fiore, 2/19 dalla parte della foglia, 1/19 dalla parte del frutto e 2/19 dal fungo. Tutte le prove dei polisaccaridi di queste erbe medicinali cinesi per migliorare l'omeostasi ossea e limitare la perdita ossea sono riportate nei paragrafi seguenti.

2.1. Polisaccaridi derivati ​​dai rizomi delle erbe medicinali cinesi

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") e Cibotium barometz (L.) J. Sm (CB, "Gou Ji") sono erbe medicinali cinesi che "tonificano i reni e rafforzare l'osso" e sono particolarmente utilizzati per il trattamento dell'osteoporosi postmenopausale. È stato riportato che i principali composti attivi dei polisaccaridi hanno effetti benefici esatti per l'anti-osteoporosi nei modelli di ratto OVX. È stato riportato che i polisaccaridi grezzi da AC [7,8], MO [9–11], CO [12], CY [17] e ABPB-3 [13] (un polisaccaride purificato da AC) aumentano l'osso densità minerale (BMD), migliorare gli indici biomeccanici dei femori nei ratti OVX e regolare la microarchitettura dell'osso trabecolare dopo somministrazione continua per quasi 3 mesi. Nel frattempo, ABPB-3 potrebbe anche aumentare i livelli sierici di osteocalcina (OCN) [13], proteina del glutammato osseo (BGP) e deossipiridinolo urinario (DPD) [15]. In un esperimento in vitro, i polisaccaridi da CB (CBP) e un nuovo eteropolisaccaride omogeneo COP70–3 da CO hanno aumentato l'attività della fosfatasi alcalina (ALP) e migliorato il tasso di mineralizzazione [12] [16]. Un altro polisaccaride purificato, COP90–1, da CO ha promosso la proliferazione e la differenziazione dell'OB primario di topo [17]. Inoltre, due nuovi polisaccaridi di ABW50-1 e ABPB-3 da AC hanno notevolmente aumentato la massa ossea nei modelli di pesce zebra GIOP [18] [13]. I polisaccaridi da CD (CDP) hanno notevolmente migliorato il danno istopatologico osseo e promosso la formazione di nuovo osso nei topi SAMP6 [45].

Astragali Radix (AS, "Huang qi"), Angelica sinensis (Oliv.) Diels (AN, "Dang Gui") e Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz. (HP, "Hong qi") sono erbe medicinali cinesi che "integrano il qi e nutrono il sangue". È stato riportato che i polisaccaridi AS (ASP) sono in grado di invertire la diminuzione della massa ossea, aumentare l'ALP e il BGP sierici e regolare gli indici biomeccanici del femore nei topi OVX e nei ratti con osteoporosi indotta da Dex e da stress in una dose dipendente modo [20,21]. I polisaccaridi di AN (ANP) hanno aumentato il numero di trabecole e promosso la riparazione del danno osseo nei ratti diabetici di tipo 2. Studio in vivo, 40 mg/L di ASP hanno aumentato il numero di noduli di calcio e l'attività di ALP nei BMSC indotti da 25,5 mmol/L di glucosio [22]. ANP e polisaccaridi da HP (HPP) sembrano migliorare la proliferazione di OB e potenziare l'attività dell'ALP in modo dose-dipendente [23,24].

Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute (RP, "Huang Jing") e Dendrobium officinale Kimura et Migo (DO, "Tie pi shi hu") sono erbe medicinali cinesi che "nutrono lo Yin". Studi in vivo hanno dimostrato che i polisaccaridi da RP (RPP) potrebbero aumentare significativamente l'intera BMD e migliorare la microstruttura trabecolare ossea dei ratti OVX dopo somministrazione continua [25,26] e potrebbero anche migliorare i sintomi in un modello di frattura osteoporotica [27]. I polisaccaridi DO (DOP) hanno impedito la degradazione della microstruttura trabecolare e migliorato BS/TV, Tb. N e la riduzione del modello di osteoporosi indotta dall'età Tb.Sp [28]. Allo stesso modo, la somministrazione giornaliera di polisaccaridi da Gastrodia elata Bl. (GA, "Tian ma") e Saposhikovia divaricata (Turcz.) Schischk. (SA, "Fang Feng") ha anche aumentato la BMD [29,30] e i livelli sierici di Ca2 plus, Mg2 plus e P2− [31] nel modello OVX.

cistanche tubolosa benefici

2.2. Polisaccaridi derivati ​​dalle foglie delle erbe medicinali cinesi

L'Epimedium brevicornum Maxim (EB, "Yin Yang Huo") è una foglia molto popolare, tradizionalmente usata per curare le malattie delle ossa e la disfunzione delle gonadi nella medicina cinese da migliaia di anni. L'EB potrebbe alleviare i sintomi post-menopausali e inibire l'osteoporosi e altre malattie della perdita ossea. Un recente studio in vitro ha indicato che il polisaccaride EB (EBP) potrebbe stimolare e migliorare la proliferazione e la differenziazione delle cellule OB indotte dal desametasone [32].

Hairyvein Agrimonia Herb and Bud (AP, "Xian he cao") appartiene alle Rosacee ed è usato come medicina cinese per il trattamento del diabete e dell'aritmia. Un polisaccaride solubile in acqua (APP-AW) è stato isolato da AP e tre derivati ​​solfati (S1, S2 e S3) da APP-AW potrebbero inibire l'apoptosi in un modello OB indotto da desametasone [33].

2.3. Polisaccaridi derivati ​​da funghi e funghi di erbe medicinali cinesi

La medicina cinese di Poria Cocos (Schw.) Wolf. (PO, "Fu ling") è stato notoriamente usato per la dieta e la medicina quotidiana in Cina e in altri paesi asiatici fin dall'antichità. Come agente antiossidante classico, PO ha mostrato più recentemente benefici per il trattamento dell'angina pectoris, dell'ipertensione e del metabolismo osseo. PO polisaccaride (POP) è un composto attivo e primario estratto da PO. Uno studio in vivo ha indicato che il trattamento con POP ha alterato la formazione di OC indotta da RANKL nelle cellule RAW264.7 e BMMS in modo dose-dipendente e ha attenuato l'attività di riassorbimento [34].

Polystictus versicolor (L.) p. (TV, "Yun Zhi") è uno dei funghi medicinali più popolari di Coriolus Versicolor(L. ex Fr.) Quel grazie ai suoi vari componenti biologicamente attivi. È stato dimostrato che i polisaccaropeptidi della TV (TVP) hanno funzioni di immunoregolazione nei ratti normali e con diabete mellito di tipo I (DM). Uno studio recente ha dimostrato che la TVP era un trattamento efficace per l'osteoporosi nei ratti con diabete mellito. Rispetto al gruppo modello, la TVP ha attenuato il deterioramento osseo indotto dal DM, determinato aumentando il volume osseo della tibia prossimale, il numero trabecolare e la forza dell'osso femorale (carico massimo dell'11%, rigidità del 22% e modulo del 14%) e da riducendo del 25% la porosità corticale femorale [35].

2.4. Polisaccaridi derivati ​​da altre erbe medicinali cinesi

Lycium chinense Miller (LY, "Gou qi"), appartenente a Lycium barbarum L., è ampiamente distribuito nella Cina nord-occidentale e si dice che i suoi frutti svolgano un ruolo nell'intervenire nel metabolismo postmenopausale. Modelli di roditori di osteoporosi postmenopausale indotta da carenza di estrogeni e osteoporosi indotta da desametasone hanno dimostrato che la LYP potrebbe fornire un trattamento efficace per l'osteoporosi. Studi in vivo hanno dimostrato che il polisaccaride LY (LYP) aumenta significativamente

BMD lombare e peso secco dei femori nei ratti OVX dopo trattamento per 12 settimane, miglioramento della struttura ossea trabecolare e ridotto assorbimento lacunale [24]. Inoltre, LYP ha anche aumentato il calcio nel sangue, il contenuto di ALP e la BMD nei ratti con osteoporosi indotta da glucocorticoidi [36].

Carthamus Flos (SF, "Hong Hua") di Carthamus tinctorius L. è stato usato come medicina cinese per il trattamento dell'ictus e della malattia coronarica. Moderni esperimenti farmacologici hanno anche dimostrato che i polisaccaridi isolati da SF (SFP) possiedono un potenziale valore terapeutico per il trattamento dell'osteogenesi imperfetta e dell'osteoporosi. Studi in vitro hanno dimostrato che l'SFP potrebbe aumentare in modo dose-dipendente la proliferazione dell'OB primario e la mineralizzazione e che questo miglioramento è stato accompagnato da una maggiore attività dell'ALP e dall'espressione della sintesi del collagene [37].

3. Meccanismo mediante il quale i polisaccaridi migliorano l'omeostasi ossea regolando OB e OC

3.1. Meccanismo mediante il quale i polisaccaridi promuovono la formazione ossea mediata dagli osteoblasti

L'OB subisce quattro fasi nella formazione dell'osso, inclusa la proliferazione degli osteoblasti, la maturazione della matrice extracellulare, la mineralizzazione della matrice extracellulare e l'apoptosi degli osteoblasti. Molti fattori, come le vie di segnalazione e i fattori di trascrizione, possono regolare queste fasi e, in definitiva, regolare la formazione ossea. Qui, riassumiamo i fattori di trascrizione e le vie di segnalazione mediante le quali i polisaccaridi influenzano la formazione ossea in OB. I meccanismi di formazione ossea mediata da OB e la regolazione dei polisaccaridi della funzione OB coinvolti nella nostra ricerca sono mostrati nelle Figg. 1 e 2.

Fig. 1. Meccanismi di sintesi dell'osteoporosi coinvolti nella nostra ricerca. Promuovere (→), inibire (⊥). Nei BMSC, il legame delle proteine ​​Wnt con i recettori frizzles legati alla membrana e il corecettore LRP5/6 avvia il complesso Axin1 inibisce l'ubiquitinazione e la degradazione della -catenina e ne accelera la traslocazione nel nucleo [38]. Questa catenina nucleare si lega e co-attiva i membri della famiglia dei fattori di trascrizione del fattore linfoide/fattore di potenziamento dei linfoidi (TCF/LEF) attivando i geni bersaglio a valle, come Runx2 e Osterix (Osx), portando così a una promozione per la differenziazione e la proliferazione di OB [32]. DKK-1 inibisce il legame Wnt ai recettori frizzled e LRP5/6, la via di segnalazione wnt/-catenina è bloccata. Nell'OB, le proteine ​​morfogenetiche ossee (BMP) si legano al recettore BMP (BMPR), attivano le proteine ​​SMAD1/5/8 che entrano nel nucleo, quindi regolano l'espressione del gene RUNX2. Runx2 può combinarsi con il fattore di legame del nucleo per formare una struttura dimero eterologa e quindi legarsi al DNA, inducendo l'espressione di geni correlati alla formazione ossea, come Osx, proteina del glutammato osseo (BGP) e ALP. PIP3 prodotto dall'attivazione di PI3K si lega al dominio PH all'estremità N di Akt, trasloca Akt sulla membrana plasmatica, che catalizza la fosforilazione dei siti Akt ser473 e Thr308. Dopo l'attivazione di Akt, promuove l'espressione dei fattori pro-apoptotici a valle di bax-2, caspasi 3 e inibisce il fattore anti-apoptotico di BCL-2. Nel pre-OC, IL-1, IL-6 e TNF-attivo NF-κB, che migliora la traslocazione di NF-κB nel nucleo, che induce la differenziazione da pre-OC a OC. Nell'OC, IL-6 si lega al recettore dell'interleuchina 6 (IL{44}}R), il TNF- si lega al recettore del TNF (TNFR), RANKL si lega al RANK e recluta ulteriormente fattori correlati al TNFR (TRAF) per avviare cascate di segnalazione a valle, tra cui fosforilazione di NF-κB, fosforilazione di p38, JNK ed ERK1/2. Il risultato finale della segnalazione di RANKL-RANK è l'attivazione di fattori di trascrizione degli osteoclasti, come NF-κB, proteina attivatrice 1 (AP{ {55}}), proteina proto-oncogene (FOS) e fattore nucleare attivato delle cellule T attivate (NFATc1). NFATc1 ha indotto l'espressione di geni specifici degli osteoclasti come la fosfatasi acida tartrato-resistente (TRAP) e la catepsina K (Ctsk), che porta alla differenziazione e promuove la maturazione dell'OC.

Fig. 2. Riassunto dei polisaccaridi e dei possibili meccanismi coinvolti nel trattamento dell'osteoporosi. ACP: polisaccaride da Achyranthes bidentata Blume; ASP: polisaccaride da Astragali Radix; ANP: polisaccaride da Angelica Sinensis (Oliv.) Diels; APP: polisaccaride da Hairyvein Agrimonia Herb and Bud; COP: polisaccaride di Curculigo orchioides Gaertn; CYP: polisaccaride da Cynomorium songaricum Rupr; CDP: polisaccaride da Cistanche deserticola Ma; CBP: polisaccaride da Cibotium barometz (L.) J. Sm; DOP: polisaccaride da Dendrobium officinale Kimura et Migo; EBP: polisaccaride da Epimedium brevicornum Maxim; WSS25: polisaccaride da Gastrodia elata Bl.; HPP: polisaccaride da Hedysarum Polyporus Hand.-Mazz.; LYP: polisaccaride da Lycium chinense Miller; MOP: polisaccaride da Morinda Officinalis How; POP: polisaccaride di Poria Cocos (Schw.) Wolf.; RPP: polisaccaride da Polygonatum sibiricum Delar. ex Redoute; SAP: polisaccaride di Sap oshnikovia divaricata (Turcz.) Schischk.; SFP: polisaccaride di Carthami Flos.; TVP: polisaccaride da Polystictus Versicolor (L.) Fr.

3.1.1. Fattori di trascrizione

La differenziazione osteogenica dei BMSC è regolata da vari fattori di trascrizione, come il fattore di trascrizione correlato a Runt 2/fattore di legame 1 (Runx2/Cbfa1) e osterix. Cbf 1, noto anche come proteina 2 A (PEBP2 A) o fattore 3 di leucemia mieloide acuta (AML3), è un fattore di trascrizione della famiglia dei geni strutturali runt. Osterix, un fattore critico che controlla gli obiettivi a valle nella formazione ossea, è un importante regolatore della differenziazione OB ed è il primo e più specifico marcatore della differenziazione OB.

L'intervento sul siero mediato da MOP di BMSC per 14 giorni ha sovraregolato l'espressione di Cbf 1 mRNA e promosso la differenziazione osteogenica [39]. Un altro studio ha mostrato che l'espressione dell'mRNA di Cbf 1 nell'OB del calvario di ratto era sovraregolata dopo il trattamento con un estratto acquoso di Morinda Officinalis e siero contenente MOP per 72 ore e l'effetto del MOP era migliore dell'effetto di un estratto acquoso di Morinda Officinalis [40]. Il MOP somministrato a ratti con osteoporosi OVX per 30 giorni ha aumentato l'espressione dei geni tibiali Cbf 1 e DMP1 [10]. Un nuovo inulina fructan MOW90-1 isolato da MO90 ha sovraregolato l'espressione di Runx2 e Osterix e ha promosso la proliferazione, la differenziazione e la mineralizzazione delle cellule MC3T3-E1 [14].

Un recente studio in vitro ha valutato l'effetto dell'HPP sulla differenziazione osteogenica delle cellule osteoblastiche MC3T3-E1 e ha scoperto che l'HPP sovraregola l'attività dell'ALP in modo dose-dipendente e aumenta l'espressione e l'attività trascrizionale di Runx2 e Osterix, il due geni principali della differenziazione OB [24]. Liao et al hanno scoperto che l'ANP potrebbe aumentare notevolmente l'espressione dell'mRNA di CyclinD1, Runx2 e Osterix [22,23]. L'ASP ha anche aumentato l'espressione di CyclinD1 e ha promosso la proliferazione [41].

3.1.2. Via di segnalazione Wnt/ -catenina

La via di segnalazione Wnt/-catenina gioca un ruolo importante nell'auto-rinnovamento, nella differenziazione direzionale, nella proliferazione dei preosteoblasti, nella formazione di OB e nell'apoptosi dei BMSC. Nel processo di promozione della differenziazione OB, Wnt controlla i geni di differenziazione OB regolando il livello di -catenina nei BMSC. La segnalazione Wnt attivata potrebbe promuovere l'aggregazione della catenina, con conseguente differenziazione OB e formazione ossea. L'espressione di Wnt3a e Wnt10b nei BMSC può attivare la via di segnalazione Wnt/-catenina e promuovere la proliferazione dei BMSC [42]. DKK-1 è un inibitore della via di segnalazione Wnt, inibisce la formazione ossea e porta all'osteoporosi, mentre l'antagonismo del DKK-1 può aumentare la massa ossea [43].

Il MOP ha aumentato il tasso di proliferazione degli OB in vitro, ha aumentato l'attività dell'ALP e ha sottoregolato l'espressione proteica di DKK-1 [44]. Ulteriori indagini in vivo sui meccanismi molecolari alla base dell'effetto anti-osteoporosi della CDP indicano che l'attenuazione della degenerazione ossea è associata all'attivazione della via di segnalazione Wnt/-catenina [45]. L'intervento RPP ha migliorato l'attività ALP dei BMSC in modo dose-dipendente, ha migliorato significativamente la capacità di mineralizzazione delle cellule, ha aumentato significativamente l'espressione dei geni ALP, Runx2 e Osteocalcina nei BMSC, ha aumentato significativamente l'espressione di -catenina e ha promosso l'alta espressione dei siti di legame TCF. Il meccanismo può essere correlato all'attivazione della via di segnalazione Wnt/-catenina e alla promozione della differenziazione dei BMSC in OB [46], ma RPP non ha avuto alcun effetto sulla via BMP. I risultati hanno anche dimostrato che RPP promuoveva la differenziazione e la mineralizzazione degli OB regolando la via di segnalazione ERK/GSK-3/-catenina [47]. Li et al. scoperto che BMP9 è l'obiettivo diretto di miR-152 e ASP potrebbe down-regolare le espressioni di miR- 152 e promuovere la sovraregolazione di BMP9, attivando così la segnalazione del pathway PI3K/AKT e Wnt/-catenina nei BMSC [ 41]. L'ASP ha alleviato l'osteoporosi indotta da stress ossidativo regolando la via di segnalazione FoxO3a/Wnt2/-catenina [48]. Il siero mediato da LYP attiva l'espressione delle proteine ​​​​correlate alla via di segnalazione Wnt -catenina e Wnt10b promuove la differenziazione dei BMSC in OB e aumenta i noduli mineralizzati [49].

estratto di cistanche tubolosa: cura le malattie diabetiche

3.1.3. Via di segnalazione BMP/SMAD/RUNX2

La via di segnalazione BMP/SMAD svolge un ruolo importante nell'attivazione della trascrizione del gene della formazione ossea. La proteina morfogenetica dell'osso II (BMP2), un membro della superfamiglia del TGF, è altamente espressa in OB e regola la differenziazione sia in vitro che in vivo [50]. BMP lega i recettori eterodimerici per attivare le proteine ​​SMAD, che transattivano i geni osteoclastogenici direttamente o tramite Runx2 [51]. Runx2 è il gene bersaglio a valle del meccanismo di trasduzione del segnale BMP2/Smad e un fattore di trascrizione richiesto per l'osteoblastogenesi. Runx2 può combinarsi con il fattore di legame del nucleo per formare una struttura dimero eterologa e quindi legarsi al DNA, inducendo l'espressione di geni correlati alla formazione ossea, come COL-І, BGP e ALP.

Huang et al hanno isolato due nuovi polisaccaridi, CBP70-1-1 e CBP70-1-2, dai rizomi di Cibotium barometz e hanno scoperto che potevano promuovere la proliferazione di OB a bassa concentrazione. CBP70-1-1 a 3,93 e 7.86 μM e CBP70–1-2 a 1,73 e 6,92 μM hanno aumentato significativamente l'attività ALP e i noduli mineralizzati nelle cellule MC3T3-E1. Inoltre, CBP70-1-2 ha aumentato l'espressione e l'attività trascrizionale di BMP2 e l'aumentata espressione di BMP2 ha successivamente stimolato il gene a valle Smad1. La fosforilazione di Smad1 è aumentata, il che stimola ulteriormente il gene marcatore osteogenico Runx2 a promuovere la formazione ossea [50].

Un altro studio ha dimostrato che la CEP potrebbe migliorare le informazioni ossee sovraregolando l'espressione proteica di BMP2/Smad1 e Smad5/Runx2 [52]. Chen et al hanno scoperto che Gastrodia elata Bl. il polisaccaride WSS25 potrebbe inibire l'espressione delle vie BMP2/Smad1 e inibire la differenziazione osteoclastica [29]. RPP ha promosso la formazione ossea nei ratti OVX aumentando i livelli di ALP, OPG e BGP e l'espressione proteica di BMP2 [26]. L'APP ha potenziato l'attività ALP, ha promosso la proliferazione e la differenziazione di OB e ha aumentato le proteine ​​​​marcatori di differenziazione OB BMP2, Runx2, Osterix e Osteocalcin. Il meccanismo molecolare era correlato alla maggiore espressione di miR-70 [53] e alla regolazione della via di segnalazione Wnt/-catenina [54].

3.1.4. Vie mediate dall'antiapoptosi

L'apoptosi, una forma di morte cellulare programmata, gioca un ruolo centrale nell'omeostasi dei tessuti e la deregolazione dell'apoptosi è stata implicata in numerose condizioni patologiche [55]. Le proteine ​​della famiglia Bcl-2 hanno attività pro o antiapoptotiche e regolano la via mitocondriale dell'apoptosi controllando la permeabilizzazione della membrana esterna mitocondriale (MOMP). MOMP è l'evento cardine nella via apoptotica intrinseca. Bax, che partecipa alla formazione dei MOMP, porta al rilascio del contenuto dello spazio intermembrana mitocondriale nel citoplasma. Il citocromo c rilasciato si lega a una proteina citosolica contenente un dominio di reclutamento della caspasi (CARD) per formare l'apoptosoma e successivamente per reclutare più molecole di procaspasi-9, attivando infine le caspasi del boia a valle come la caspasi-3. Le proteine ​​anti-apoptotiche di Bcl-2 bloccano la morte cellulare prevenendo l'attivazione e l'omo-oligomerizzazione di Bax [56]. Inoltre, la proteina Bax è regolata dalla fosforilazione in modo dipendente da Akt e questo evento di fosforilazione inibisce gli effetti di Bax sui mitocondri mantenendolo nel citoplasma [57].

I glucocorticoidi sono ampiamente usati per trattare le malattie infiammatorie e provocano circa il 30% di apoptosi delle cellule OB nei pazienti con osteoporosi causata da un'applicazione eccessiva di glucocorticoidi. Un polisaccaride solubile in acqua (APP-AW) è stato isolato da Agrimonia pilosa e tre derivati ​​solfati (S1, S2 e S3) da APP-AW hanno inibito l'apoptosi in un modello OB indotto da desametasone [33], invertendo l'aumento di Bax , citocromo e caspasi-3 e una diminuzione dell'espressione della proteina Bcl-2 e c-Myc nelle cellule MC3T3-E1. Uno studio in vitro ha mostrato che il MOP inibisce l'apoptosi OB indotta dall'acido all trans retinoico [58]. La SFP sembra proteggere le cellule OB dall'apoptosi indotta dal desametasone, probabilmente a causa del suo effetto sull'inversione dell'attivazione della caspasi-3 e della scissione di PARP [37]. L'EBP ha sovraregolato l'espressione di Bcl-xl e Bcl-2 e ha ridotto l'espressione di Bax e caspasi-3 tramite la via di segnalazione PI3K/Akt/mTOR nell'OB indotto da desametasone [32].

3.1.5. Percorsi ossidativi mediati dallo stress

Il miglioramento della risposta allo stress ossidativo durante l'invecchiamento può essere un fattore importante che causa l'osteoporosi. Lo stress ossidativo è una condizione patologica che implica la sovrapproduzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) in condizioni in cui la loro eliminazione è ridotta. Come indicatore e regolatore del danno ossidativo, la via del fattore nucleare eritroide 2- correlato al fattore 2 (Nrf2)/eme ossigenasi 1 (HO-1), che protegge dal danno ossidativo e dalla morte cellulare, è stata la obiettivo primario della ricerca per molti anni. Uno studio in vivo ha dimostrato che il DOP potrebbe salvare l'interruttore indotto da H2O2- del destino della differenziazione BMSC e aumentare l'espressione di Nrf2, H2O-1 e Nqo1 [28].

3.1.6. Promuove la matrice ossea specifica e la mineralizzazione ossea

La sialoproteina ossea (BSP), l'osteopontina e l'osteocalcina sono marcatori fenotipici dell'OB maturo e importanti marcatori della mineralizzazione della matrice. L'osteopontina è secreta da OB e partecipa alla mineralizzazione della matrice ossea, che può combinarsi con l'idrossiapatite attraverso una regione ricca di acido aspartico e partecipa alla mineralizzazione della matrice ossea. BSP, una delle principali proteine ​​della matrice extracellulare non collagene nel tessuto osseo localizzato nella matrice mineralizzata, può promuovere la nucleazione della mineralizzazione dell'idrossiapatite in vitro e aumentare l'incorporazione del calcio e la formazione di noduli. L'osteocalcina, prodotta e secreta quasi esclusivamente da OB, si lega al Ca2 plus ed è responsabile della mineralizzazione della matrice ossea [59].

MOP (50 ug⋅mL-1) ha promosso la proliferazione delle cellule MC3T3-E1, ha promosso la secrezione di collagene di tipo 1 (COL-І) e osteocalcina e ha potenziato l'attività dell'ALP [60]. RPP ha migliorato le proprietà biomeccaniche e la BMD della frattura da osteoporosi nei ratti riducendo il contenuto di ALP, TRAPa e TNF- nelle ossa nell'osteoporosi dei ratti [25] e aumentando i livelli di ALP, OPG e BGP e l'espressione proteica di BMP2 [25] 26]. Un polisaccaride purificato ABW70-1, isolato da radix achyranthis bidentatae, ha promosso la proliferazione delle cellule MC3T3-E1, ha aumentato l'attività ALP, la formazione di noduli minerali e l'espressione genica di Osterix, Osteocalcin e BSP e ha promosso differenziazione osteogenica [8].

Cistanche tubulosa avvantaggia le ossa

3.2. Meccanismo mediante il quale i polisaccaridi inibiscono il riassorbimento osseo mediato dagli osteoclasti

Il riassorbimento osseo è il risultato dell'interazione tra OC attivato e la matrice ossea. Il ruolo dell'OC nel riassorbimento osseo comprende principalmente quattro fasi: adesione e polarizzazione degli osteoclasti, acidificazione del microambiente del riassorbimento osseo, degradazione della matrice ossea e trasporto dell'endocitosi. Nel processo di adesione e polarizzazione degli osteoclasti, i precursori degli osteoclasti vengono reclutati sulla superficie dell'osso sotto l'azione dell'integrina e si differenziano in OC stimolati da M-CSF, RANKL e citochine. In questo processo, anche i fattori di trascrizione e le citochine come IL-1 e IL{3}} possono promuovere la differenziazione. Successivamente, l'OC genera un microambiente acido tra la cellula e la superficie dell'osso [61] e gli OC maturi secernono una varietà di enzimi, tra cui la protein chinasi K, le metalloproteinasi della matrice (MMP) e la fosfatasi acida tartrato-resistente [62] per degradarsi la matrice ossea. I meccanismi del riassorbimento osseo mediato dagli osteoclasti e della regolazione dei polisaccaridi della funzione OC coinvolti nella nostra ricerca sono mostrati nelle Figg. 1 e 2.

3.2.1. Fattori di trascrizione

La differenziazione di OC è regolata da vari fattori di trascrizione. Durante l'osteoclastogenesi, NFATc1, che appartiene alla superfamiglia di trascrizione NFAT, è generalmente accettato come un fattore di trascrizione essenziale che regola l'espressione genica osteoclastogenica indotta da RANKL [63]. NFATc1 è un fattore di trascrizione nucleare a monte che svolge un ruolo chiave nella regolazione dell'espressione di molti geni specifici degli osteoclasti [64], come la fosfatasi acida tartrato-resistente (TRAP), l'integrina 3-, la catepsina K (Ctsk), e MMP-9, che sono coinvolti nella regolazione della differenziazione, fusione e attivazione degli osteoclasti. Nel frattempo, Ctsk e MMP-9 degradano la matrice ossea organica e contribuiscono all'attività di riassorbimento osseo [65].

Uno studio in vivo ha dimostrato che WSS25 (GAP) potrebbe inibire la differenziazione osteoclastica nella fase iniziale e inibire l'espressione dei geni specifici della formazione degli osteoclasti TRAP, NFATc1, MMP-9 e CtsK nelle cellule RAW264.7 indotte da RANKL in modo dose-dipendente [29]. Ulteriori ricerche hanno scoperto che il meccanismo molecolare di WSS25 nella formazione degli osteoclasti avveniva attraverso l'inibizione dell'espressione della via BMP2/Smad1 [29]. RPP ha ridotto l'attività osteoclastica in modo dose-dipendente, inclusa una ridotta espressione di TRAP, MMP-9, CtsK e NFATc1 nelle cellule RAW264.7 indotte da RANKL [66]. Inoltre, l'espressione miR-1224 down-regolata da RPP e la molecola chiave di targeting Limd1 nella via di segnalazione dell'ippopotamo nei macrofagi derivati ​​dal midollo osseo (BMM) [67]. Inoltre, un'indagine in vitro ha mostrato che il CDP ha inibito la differenziazione degli osteoclasti indotta da RANKL dai BMM e ha soppresso la fusione degli osteoclasti inibendo l'attività di riassorbimento dell'idrossiapatite e sottoregolando i livelli di mRNA del marker degli osteoclasti di NFATC1, MMP9, Ctsk e TRAP [19]. Un altro studio ha riportato che RPP ha anche sottoregolato l'espressione di geni specifici, inclusi TRAP, MMP-9, CtsK e NFATc1, durante la formazione di OC [66].

3.3.2. Via di segnalazione OPG/RANKL/RANK

Il sistema di assi OPG/RANKL/RANK è un fattore chiave nella regolazione della differenziazione degli osteoclasti e del riassorbimento osseo [68]. Il rango, noto anche come membro della superfamiglia TNFR 11a, svolge un ruolo cruciale nell'osteoclastogenesi. RANKL si lega al rango e recluta ulteriormente fattori correlati al TNFR per avviare cascate di segnalazione a valle, inclusi p38, JNK ed ERK. Il risultato finale della segnalazione RANKL-RANK è l'attivazione di fattori di trascrizione degli osteoclasti come NF-κB, proteina attivatrice 1 (AP- 1), proteina legante l'elemento di risposta dell'adenosina monofosfato ciclico (CREB) e t-nucleare attivato fattore-1 (NFATc1), che inducono tutti l'espressione di marcatori osteoclastici, come TRAP, 3 integrina e CtsK [69]. L'OPG è un membro della superfamiglia del recettore del TNF ed è anche noto come fattore inibitorio dell'osteoclastogenesi (OCIF), che può antagonizzare in modo competitivo RANKL, inibendo così la differenziazione dell'OC [70].

ACP dose-dipendente aumento dei marcatori di formazione ossea di OC e BAP sierici e diminuzione dei marcatori di riassorbimento osseo di TPACP5b, NTX e CTX sierici nei ratti OVX e il meccanismo può essere correlato all'aumento dell'espressione della proteina OPG e RANK nel tessuto del midollo osseo e la diminuzione dell'espressione di RANKL, con conseguente inibizione del riassorbimento osseo [7]. Inoltre, l'ACP ha inibito la fosforilazione indotta da RANKL della via MAPK [71]. Il CYP [15] ha aumentato il livello sierico di OPG e ha ridotto RANKL e il rapporto RANKL/OPG nei ratti modello con osteoporosi OVX. L'ASP ha aumentato il livello sierico di OPG, ha ridotto RANKL e il rapporto RANKL/OPG e ha ridotto significativamente i livelli di TNF- e IL-2, con conseguente inibizione dell'attività di differenziazione degli osteoclasti [20,21].

3.3.3. Via di segnalazione ERK/JNK

La via di segnalazione ERK/JNK è coinvolta nella proliferazione e differenziazione cellulare e ERK1/2 attivato dalla fosforilazione si trasloca dal citoplasma al nucleo, che media l'attivazione trascrizionale di AP-1, c-Fos e c-Jun e promuove la proliferazione e la differenziazione di OC. La down-regulation di p38, ERK e JNK ha inibito l'espressione di NFAcT1 e c-Fos nell'osteoclastogenesi indotta da RANKL. Il trattamento con inibitori di ERK o JNK ha ridotto significativamente il numero di produzione di OC e IL-6 [72]. I potenziali meccanismi di POP nell'osteoclastogenesi sono stati abbinati alle vie di segnalazione di JNK ed ERK (fosforilazione soppressa di ERK1/2, STAT3 e espressione di JNK1/2) [34]. Per confermare l'efficacia del trattamento per l'osteoporosi, sono necessarie ulteriori ricerche in vivo.

3.3.4. Fattori infiammatori regolati

Molti fattori infiammatori promuovono la differenziazione di OC mediando l'espressione di RANKL [73]. Il TNF- è un potente induttore del riassorbimento osseo e svolge un ruolo importante nel metabolismo osseo, che può indurre direttamente la formazione di OC dai precursori OC in presenza di M-CSF o in assenza di RANKL attivando la segnalazione di NF-κB [74] e indurre l'espressione RANK nei precursori di OC [75]. La citochina pro-infiammatoria IL-1 è un potente stimolatore della differenziazione di OC e del riassorbimento osseo inducendo l'espressione di RANKL [76]. IL-6 induce l'osteoclastogenesi e l'attivazione di OC attraverso l'induzione dell'espressione di RANKL in OB e cellule stromali [77].

Zhu et al. hanno scoperto che il MOP riduce i livelli di espressione di IL{0}} e TNF nel siero [10]. Ren et al. ha indicato che la somministrazione di LYP per 90 giorni ha ridotto significativamente il contenuto di IL-6 nel siero [78]. L'ASP ha un effetto protettivo sulla perdita ossea nei topi OVX riducendo significativamente le concentrazioni di TNF- e inibendo l'osteoclastogenesi [20]. Dopo il trattamento con ASP, i livelli aumentati di TNF- e IL-2 erano significativamente ridotti in un modello di ratto con osteoporosi indotta da desametasone e l'effetto antinfiammatorio era correlato alla regolazione della flora intestinale [21]. La somministrazione di SA Polysaccharide (SAP) per 70 giorni ha ridotto significativamente i livelli sierici di IL-6 e TNF- [30,31]. Altri hanno riferito che la RPP potrebbe inibire il riassorbimento osseo riducendo il contenuto di TRAPa e IL-1, IL-6 e TNF- sierico nei ratti osteoporotici [25,27].

Cistanche tubulosa anti-osteoporosi

4. Conclusioni

In conclusione, esperimenti in vivo e in vitro hanno dimostrato che i polisaccaridi presentano proprietà per il trattamento dell'osteoporosi postmenopausale, dell'osteoporosi senile e dell'osteoporosi secondaria indotta da glucocorticoidi, in particolare dell'osteoporosi postmenopausale, promuovendo la differenziazione e l'attività degli OB e diminuendo la differenziazione e l'attività degli OC. I meccanismi attraverso i quali i polisaccaridi migliorano l'omeostasi ossea includono principalmente la via di segnalazione Wnt/-catenina, la via di segnalazione BMP/SMAD/RUNX2, la via di segnalazione OPG/RANKL/RANK, la via di segnalazione ERK/JNK, la via di apoptosi e fattori di trascrizione. Questa recensione fornirà una migliore comprensione degli effetti anti-osteoporosi dei polisaccaridi e della modulazione delle vie di segnalazione, utile per fornire una base teorica dei polisaccaridi per l'applicazione clinica.

5. Prospettive future

Diversi studi avevano dimostrato inequivocabilmente gli effetti benefici dei polisaccaridi sull'osteoporosi in esperimenti in vitro e in vivo. Allo stato attuale, sebbene non ci siano ricerche cliniche riportate sul trattamento dell'osteoporosi con polisaccaridi di erbe medicinali cinesi, molte applicazioni cliniche dei polisaccaridi sono state esplorate e valutate nel trattamento di altre malattie, come il tumore [79], Tipo 2 Diabete [80]. Tra questi, il polisaccaride Poria cocos, il polisaccaride Astragali Radix e il polisaccaride Lycium chinense Miller sono stati approvati dal CFDA come materie prime. Le erbe medicinali cinesi riassunte in questo articolo hanno una lunga storia nel trattamento clinico delle malattie ossee, esperimenti in vitro e in vivo mostrano anche che i polisaccaridi estratti da queste erbe hanno un effetto sui pazienti con osteoporosi. Pertanto, riteniamo che ulteriori ricerche cliniche per confermare il loro effetto anti-osteoporosi contribuiranno a promuovere lo sviluppo dei polisaccaridi delle erbe della medicina cinese in alimenti o farmaci funzionali.

Tuttavia, nel processo di sviluppo dei polisaccaridi dalle erbe medicinali cinesi, ci sono diversi punti che devono essere considerati e studiati ulteriormente. In primo luogo, i polisaccaridi possiedono le caratteristiche di un grande peso molecolare e di una struttura complessa, sono necessari ulteriori studi per esplorare la relazione tra le attività biologiche dei polisaccaridi e le strutture chimiche.

Inoltre, dovrebbe essere prestata maggiore attenzione all'effetto dei polisaccaridi sulla flora intestinale del tratto gastrointestinale. I polisaccaridi sono rappresentati dalla loro bassa biodisponibilità, che dipende dalla degradazione che avviene a livello del metabolismo di primo passaggio e dall'assorbimento dal tratto gastrointestinale [81]. Numerosi studi hanno scoperto che il tratto gastrointestinale è coinvolto nell'insorgenza e nello sviluppo dell'osteoporosi [82-84]. Non è ancora chiaro se e come i polisaccaridi partecipino al metabolismo osseo regolando la flora intestinale e potrebbero presentare una nuova strategia per i polisaccaridi per il trattamento dell'osteoporosi.

Ringraziamenti

Il lavoro di ricerca è stato sostenuto finanziariamente dalla National Science Foundation of China (n. 82003977, 81803760, 82004022), dal Progetto del Fondo per i giovani talenti eccellenti della provincia di Zhejiang (n. 2020ZQ011) e dai Grandi progetti di medicina tradizionale cinese in Provincia di Zhejiang (2018ZY003), Programma di ricerca sul benessere pubblico di base della provincia di Zhejiang (LGF20H060006), Programma di scienza e tecnologia medica e sanitaria della provincia di Zhejiang (2020KY507).

Erba medicinale cinese--Cistanche, è utile contro l'osteoporosi

Da:' Benefici e meccanismi dei polisaccaridi delle erbe medicinali cinesi per la terapia anti-osteoporosi' diShan shan Lei a, et al.

---Giornale internazionale di macromolecole biologiche 193 (2021) 1996–2005