劉廣臣，張紅梅，楊 帆，魯 明，劉振剛，盛 瑜，張伯寅*

1.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 骨科，吉林 長(zhǎng)春 130033

2.吉林大學(xué)第一醫(yī)院 藥學(xué)部，吉林 長(zhǎng)春 130031

3.北華大學(xué)藥學(xué)院，吉林 吉林 132013

骨質(zhì)疏松癥（osteoporosis，OP）是一種常見(jiàn)的進(jìn)行性的全身骨骼疾病，它以伴有微結(jié)構(gòu)破壞的骨密度降低為特點(diǎn)，表現(xiàn)為骨脆性的增加，進(jìn)而導(dǎo)致骨折的危險(xiǎn)性升高[1]。OP是一種與年齡、全身代謝、激素影響、遺傳因素有關(guān)的復(fù)雜疾病，50歲以上的女性人群患病率約為33.3%，男性約為25.0%，雖然女性骨質(zhì)疏松癥的患病率較高，但男性骨折后死亡率較高[2-3]。OP可分為原發(fā)性、繼發(fā)性和特發(fā)性3大類，其中，原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥包括更年期/絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥（I型）、老年骨質(zhì)疏松癥（II型）；繼發(fā)性骨質(zhì)疏松癥指由任何影響骨代謝的疾病和/或藥物及其他明確病因?qū)е碌墓琴|(zhì)疏松，誘發(fā)原因包括性腺功能減退（包括前列腺癌雄激素剝奪治療的男性）、酗酒、糖皮質(zhì)激素過(guò)量（內(nèi)源性或外源性）、吸收不良（包括炎癥性腸病、原發(fā)性膽汁性肝硬化和胃轉(zhuǎn)流術(shù)后），慢性腎臟疾病（相關(guān)繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)）、原發(fā)性甲狀旁腺功能亢進(jìn)、甲狀腺功能亢進(jìn)、系統(tǒng)性疾?。◥盒阅[瘤、多發(fā)性骨髓瘤、肥大細(xì)胞增多）、慢性阻塞性肺疾病、1型和2型糖尿病、人類免疫缺陷病毒感染、炎性風(fēng)濕性疾病以及使用抗驚厥藥和化療藥物等；特發(fā)性骨質(zhì)疏松癥特指70歲以下的男性和青少年患有骨質(zhì)疏松癥[4-5]。隨著人類預(yù)期壽命的增加和人口老齡化的加劇，OP為世界范圍內(nèi)的代謝性骨病，在預(yù)防和治療方面已受到了人們極為廣泛的關(guān)注。

目前，雙膦酸鹽、降鈣素、雌激素和雷洛昔芬是治療骨質(zhì)疏松癥的常用藥物[6]。然而，這些藥物的不良反應(yīng)嚴(yán)重制約了其臨床應(yīng)用，如雌激素等激素相關(guān)療法可以維持骨密度，但會(huì)增加患癌癥、血栓和心臟病的風(fēng)險(xiǎn)；雙膦酸鹽可以抑制骨吸收并促進(jìn)骨形成，但它會(huì)引起食道炎癥和胃潰瘍等胃腸道問(wèn)題[7-8]。因此，需要研發(fā)更多不良反應(yīng)少的藥物來(lái)防治OP。中藥因其具有整體治療效果較好、不良反應(yīng)少、適合長(zhǎng)期使用的特點(diǎn)而逐漸成為OP臨床研究的熱點(diǎn)。

多糖是由10個(gè)或10個(gè)以上的單糖通過(guò)脫水作用而形成的具有α或β糖苷鍵的一類鏈狀高分子聚合物，幾乎存在于所有的生物中[9]，并在中藥材中含量尤為豐富。大量研究表明，中藥多糖及其衍生物具有免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、抗凝血、護(hù)肝、降血糖等藥理活性[10]。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)，中藥多糖對(duì)OP具有較好的防治作用，但缺乏對(duì)其系統(tǒng)性的報(bào)道，因此，本文對(duì)中藥多糖防治OP的作用及機(jī)制等研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，以期推動(dòng)其在相關(guān)的醫(yī)藥領(lǐng)域的深入開發(fā)及應(yīng)用。

1 防治OP的中藥多糖來(lái)源

中醫(yī)藥防治OP歷史悠久，稱其為“骨痹”“骨萎”“骨枯”，病位在骨，實(shí)與肝脾腎三臟相關(guān)，幾千年來(lái)，治療OP多采用補(bǔ)腎填精、健脾、活血化瘀的中藥[11]。目前，已研究具有防治OP功效的中藥多糖，多來(lái)源于藥用植物，以滋補(bǔ)肝腎、強(qiáng)筋骨的中藥材居多，包括巴戟天、牛膝、枸杞、（川）續(xù)斷、淫羊藿、狗脊、鎖陽(yáng)等；同時(shí)，具有健脾、潤(rùn)肺、益腎功效的黃精研究也較為廣泛；此外，其他功效的中藥材研究相對(duì)較為零散，包括黃芪、荷葉、當(dāng)歸、沒(méi)藥、肉蓯蓉、天麻、石菖蒲、鐵皮石斛、防風(fēng)等。除藥用植物外，鹿茸作為動(dòng)物藥材，其多糖也具有一定防治OP的功效。

2 中藥多糖防治OP的作用及機(jī)制

2.1 具有促進(jìn)成骨和抑制破骨雙重作用的中藥多糖

2.1.1 牛膝多糖（Achyranthes bidentatapolysaccharide，ABP） 從牛膝中提取分離出粗多糖AB50、AB70、ABPB及一系列精制多糖ABW50-1、ABW70-1、ABPB-3、ABPB-4等，其中400 mg/(kg·d)粗多糖AB50、AB70和ABPB均能顯著提高卵巢切除大鼠的骨密度、骨礦含量、骨小梁厚度（trabecular bone thickness，Tb.Th）、骨小梁數(shù)目（trabecular number，Tb.N）和生物力學(xué)特性，降低骨小梁分離度（trabecular separation，Tb.Sp），同時(shí)，AB50、AB70能夠顯著降低血清中骨成熟標(biāo)志物I型前膠原氨基端原肽（procollagen IN-terminal propeptide，PINP）、骨鈣素（osteocalcin，OCN）、I型膠原蛋白C末端交聯(lián)肽（C-terminal cross linked peptide，CTX）含量，說(shuō)明AB50、AB70和ABPB對(duì)卵巢切除大鼠骨質(zhì)疏松有顯著的治療作用[12-14]。在斑馬魚糖皮質(zhì)激素致骨質(zhì)疏松（glucocorticoid-induced osteoporosis，GIO）模型中，牛膝多糖ABPB-3（0.032 4～0.518 0 μmol/L）和ABW50-1（2.62～23.82 μmol/L）以濃度相關(guān)性的方式顯著增加顱骨的相對(duì)熒光強(qiáng)度，提示ABPB-3和ABW50-1具有促進(jìn)成骨活性的作用[12,14]。此外，ABW70-1（50 μg/mL）和ABPB-4（0.01 μmol/L）可通過(guò)促進(jìn)小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體細(xì)胞MC3T3-E1細(xì)胞增殖、堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性、礦物結(jié)節(jié)形成及細(xì)胞中成骨相關(guān)基因鋅指結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄因子（osterix，OSX）、OCN、骨唾液酸蛋白基因（bone sialoprotein，BSP）和骨橋素基因（osteopontin，OPN）表達(dá)，促進(jìn)MC3T3-E1細(xì)胞的成骨分化[13,15]。

破骨細(xì)胞的發(fā)生是由核因子-κB受體活化因子配體（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL）和巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophage colonystimulating factor，M-CSF）啟動(dòng)的，RANKL和MCSF分別與破骨細(xì)胞前體表面的受體RANK和巨噬細(xì)胞集落刺激因子受體c-FMS結(jié)合，并激活許多關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子[16]?；罨疶細(xì)胞核因子（nuclear factor-activated T cell 1，NFATc1）是RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞形成所必需的蛋白質(zhì)，以高度磷酸化的形式存在于細(xì)胞質(zhì)中，在RANKL和RANK相互作用引起細(xì)胞內(nèi)鈣水平波動(dòng)后，NFATc1去磷酸化并進(jìn)入細(xì)胞核以刺激破骨細(xì)胞特異性的基因表達(dá)，包括整合素β3（Integrin β3）、人抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrate-resistant acid phosphatase，ACP5/TRACP）和組織蛋白酶K（cathepsin K，CTSK），此外，NFATc1的表達(dá)受原癌基因蛋白c-FOS調(diào)控。絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是由脯氨酸介導(dǎo)的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，傳統(tǒng)的MAPK包括p38、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）1/2、ERK5和c-JUN氨基末端激酶（c-JunN-terminal kinase，JNK）1/2/3 3個(gè)亞家族成員。已經(jīng)證明MAPK通路是破骨細(xì)胞形成的關(guān)鍵途徑，如磷酸化JNK可以誘導(dǎo)激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）活化，從而刺激破骨細(xì)胞前分化、存活、融合和成熟破骨細(xì)胞的激活；p38磷酸化的抑制影響破骨細(xì)胞的生成和骨吸收；ERK途徑可激活c-FOS的轉(zhuǎn)錄以促進(jìn)骨吸收破骨細(xì)胞的分化。Song等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在骨髓單核細(xì)胞/骨髓巨噬細(xì)胞中，牛膝多糖10 μmol/L可以抑制由RANKL誘導(dǎo)的蛋白JNK、ERK、p38的磷酸化以及NFATc1、c-FOS、CTSK、Integrin β3的活化，從而抑制破骨細(xì)胞生成，即ABP可能通過(guò)抑制MAPK和NFATc1信號(hào)通路防治OP。

上述研究中，Yan等[14]將斑馬魚作為體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物模型，避免了多糖研發(fā)過(guò)程中相對(duì)分子質(zhì)量均一成分制備量少與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)耗樣量大之間的矛盾，是多糖研究中揚(yáng)長(zhǎng)避短的典型。

2.1.2 黃精多糖（Polygonatum sibiricumpolysaccharide，PSP） 經(jīng)典Wnt信號(hào)通路，即Wnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）信號(hào)通路與刺激成骨分化、骨形成和預(yù)防骨質(zhì)疏松密切相關(guān)，且具有雙向調(diào)節(jié)作用。細(xì)胞外Wnt信號(hào)蛋白與質(zhì)膜受體結(jié)合后，β-catenin在細(xì)胞質(zhì)積聚并進(jìn)入細(xì)胞核，隨后通過(guò)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)以及T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)Wnt最終作用的目標(biāo)基因轉(zhuǎn)錄，從而引起后續(xù)的細(xì)胞反應(yīng)的發(fā)生。糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，在無(wú)Wnt信號(hào)時(shí)，GSK3β能將磷酸基團(tuán)結(jié)合至β-catenin N端的絲氨酸/蘇氨酸殘基上，磷酸化的β-catenin經(jīng)β-轉(zhuǎn)錄重復(fù)包含蛋白（β-transducin repeat containing protein，β-TRCP）泛素化共價(jià)修飾后，被蛋白酶體降解。Wnt/β-catenin信號(hào)通路在功能上與蛋白激酶Hippo（Hpo）、I型膜蛋白NOTCH和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等類似，并與發(fā)育調(diào)控相關(guān)的信號(hào)通路有著不同程度的交聯(lián)。Hpo通路參與成骨分化，其下游核心轉(zhuǎn)錄共激活因子YAP/TAZ（Yes-associated protein/tafazzin）能與成骨分化的轉(zhuǎn)錄因子Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（Runt related transcription factor 2，RUNX2）結(jié)合入核，促進(jìn)成骨相關(guān)基因表達(dá)，從而促進(jìn)成骨分化，同時(shí)，磷酸化的TAZ能夠直接結(jié)合β-catenin蛋白從而促使其滯留細(xì)胞質(zhì)內(nèi)不能入核，從而抑制了成骨分化。張磊[18]研究發(fā)現(xiàn)，在體外實(shí)驗(yàn)中，黃精多糖25 mg/L能夠促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）中TAZ、RUNX2、ALP、OCN基因表達(dá)，并能通過(guò)阻止Hpo信號(hào)通路中TAZ蛋白降解從而促進(jìn)BMSCs的成骨分化，并不影響其細(xì)胞增殖，在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，黃精多糖800 mg/(kg·d)能阻止去卵巢大鼠的骨密度下降，骨量丟失和骨微結(jié)構(gòu)破壞，發(fā)揮骨質(zhì)疏松癥的防治作用。同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，黃精多糖能通過(guò)ERK/GSK3β/β-catenin信號(hào)通路在體外促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化和礦化[19]。

LIMD1（LIM domain-containing protein 1）參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、分化和轉(zhuǎn)錄調(diào)控等，是Hpo信號(hào)通路重要的下游信號(hào)分子，也是miR-1224調(diào)控的重要靶基因。Li等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞系RAW264.7細(xì)胞中，黃精多糖在抑制破骨細(xì)胞生成時(shí)，細(xì)胞中有27個(gè)差異表達(dá)的miRNA，其中最顯著的是miR-1224，進(jìn)一步研究表明，黃精多糖可有效減弱miR-1224進(jìn)而促進(jìn)破骨細(xì)胞內(nèi)LIMD1蛋白表達(dá)，由此可知，黃精多糖以通過(guò)抑制miR-1224來(lái)減弱Hpo信號(hào)通路對(duì)破骨細(xì)胞分化的促進(jìn)作用。

上述研究主要體現(xiàn)了黃精多糖可通過(guò)Hpo信號(hào)通路促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，抑制破骨細(xì)胞分化，不僅證實(shí)了黃精多糖防治OP的作用和機(jī)制，也間接說(shuō)明Hpo信號(hào)通路在OP防治中具有重要作用，通路蛋白可作為防治OP的相關(guān)靶點(diǎn)。

2.1.3 黃芪多糖（Astragaluspolysaccharides，APS） 骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）與多種細(xì)胞因子形成BMP-2信號(hào)通路，可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化和骨細(xì)胞外基質(zhì)合成與分泌。BMP-2與靶細(xì)胞表面絲氨酸/蘇氨酸受體（BMPR-I、BMPR-II）結(jié)合而發(fā)揮作用。BMP-2與BMPR-II結(jié)合后構(gòu)成二聚體，BMPR-I與其特異性結(jié)合并發(fā)生自身磷酸化，激活受體調(diào)控因子Smad 1、5、8，再與Smad 4結(jié)合并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，以介導(dǎo)成骨細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)。張小鈺等[21]研究發(fā)現(xiàn)，黃芪多糖400 mg/(kg·d)可以通過(guò)上調(diào)卵巢切除大鼠體內(nèi)的BMP-2、p-Smad 1和p-Smad 5的表達(dá)，顯著激活BMP-2/Smads信號(hào)通路，促進(jìn)成骨分化，降低大鼠血清中ALP和破骨細(xì)胞水平，增加血鈣含量，增加股骨骨密度、骨體積分?jǐn)?shù)（BV/TV）、表面積體積分?jǐn)?shù)（BS/TV）、Tb.Th、Tb.N，減少Tb.Sp，改善骨微結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮防治OP的作用。

炎癥除了在許多慢性疾病中扮演重要角色外，也是OP的高危因素。促炎性細(xì)胞因子，如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），可促進(jìn)破骨細(xì)胞生成并阻止成骨細(xì)胞分化，參與OP的發(fā)生。白細(xì)胞介素-2（interleukin-2，IL-2）在骨質(zhì)疏松婦女中顯著升高，并被認(rèn)為在絕經(jīng)后OP中起重要作用。ACP5是破骨細(xì)胞分化的重要生物標(biāo)志物。多糖作為生物大分子不能被宿主來(lái)源的酶降解為胃和小腸中可吸收的單糖，因此它們大部分流入大腸，成為腸道微生物的發(fā)酵底物，并影響機(jī)體腸道菌群結(jié)構(gòu)。Liu等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在GIO大鼠模型中，黃芪多糖可以恢復(fù)骨密度和修復(fù)骨微結(jié)構(gòu)的損傷，并可使大鼠體內(nèi)ACP5和促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-2顯著降低，同時(shí)，顯著改變了大鼠腸道微生物群（如c_Bacteroidia、p_Bacteroidetes、g_Allpprevotella）的結(jié)構(gòu)和功能，這些細(xì)菌相對(duì)豐度的變化與ACP5和TNF-α水平的降低相關(guān)聯(lián)，上述結(jié)果提示黃芪多糖150 mg/(kg·d)可能通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群、抑制炎癥，進(jìn)而抑制破骨細(xì)胞的生成改善OP。DNA甲基化是一種表觀遺傳學(xué)事件，Liu等[23]通過(guò)基于差異甲基化位點(diǎn)的基因集富集分析發(fā)現(xiàn)，在GIO大鼠模型中，黃芪多糖150 mg/(kg·d)能夠使OP相關(guān)的基因啟動(dòng)子DNA甲基化發(fā)生變化，包括鈣穩(wěn)態(tài)、破骨細(xì)胞/成骨細(xì)胞平衡、Wnt信號(hào)通路和激素相關(guān)過(guò)程，初步闡明了黃芪多糖改善OP的表觀遺傳學(xué)機(jī)制。

上述研究中，將微生物腸道菌群、炎癥、基因組學(xué)等疾病研究的熱點(diǎn)應(yīng)用于中藥多糖防治OP的探索中，體現(xiàn)了中藥多糖在疾病治療時(shí)多靶點(diǎn)、多維度的作用優(yōu)勢(shì)。

2.1.4 防風(fēng)多糖（Saposhnikovia divaricatapolysaccharide，SPS） OP患者血清中Ca2+、Mg2+濃度大幅增，P2?通常與兩者濃度呈負(fù)相關(guān)，因此，Ca2+、Mg2+、P2?常作為骨代謝常用檢測(cè)指標(biāo)。ALP與成骨細(xì)胞及前成骨細(xì)胞活性呈線性相關(guān)，成骨細(xì)胞活性越高，ALP水平越高。IL-6、TNF-α等免疫調(diào)節(jié)因子能夠通過(guò)作用于NF-κB受體，增強(qiáng)破骨細(xì)胞活性，參與OP的發(fā)生和發(fā)展。TGF-β1、一氧化氮（nitric oxide，NO）、一氧化氮合酶（NO synthase，NOS）等因子能夠抑制破骨細(xì)胞形成、成熟或促進(jìn)成骨細(xì)胞分化、增殖，抑制骨吸收。徐俊[24]研究發(fā)現(xiàn)，防風(fēng)多糖500 mg/(kg·d)作用于卵巢切除大鼠，能夠有效降低其血清中Ca2+、Mg2+、ALP和IL-6、TNF-α的濃度，提高P2?、TGF-β1、NO、NOS的濃度，增加股骨干質(zhì)量，緩解卵巢切除大鼠的骨吸收狀態(tài)，達(dá)到治療效果。

2.1.5 續(xù)斷多糖（Dipsacus asperpolysaccharide，DAP） 在血管生成方面，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在向骨組織供血中起著至關(guān)重要的作用，其缺乏最終會(huì)加重OP。磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B，（protein kinase B，Akt）/內(nèi)皮型NO合酶（endothelial nitric oxide synthases，eNOS）信號(hào)通路是VEGF下游分子，VEGF能夠誘導(dǎo)Akt的磷酸化，進(jìn)而磷酸化下游eNOS底物，誘導(dǎo)隨后的NO生成，最終促進(jìn)血管生成的發(fā)生，因此PI3K/Akt/eNOS信號(hào)通路促進(jìn)血管生成可以改善骨組織的局部血供，從而促進(jìn)成骨的進(jìn)程。RANKL與RANK的結(jié)合能促進(jìn)骨重吸收，抑制破骨細(xì)胞凋亡。骨保護(hù)素（osteoprotegerin，OPG）是成骨細(xì)胞成熟的標(biāo)志物，能抑制前成骨細(xì)胞向成熟破骨細(xì)胞分化。OPG作為競(jìng)爭(zhēng)性誘餌受體，能夠阻止RANKL與RANK的結(jié)合，有效抑制破骨細(xì)胞分化，預(yù)防過(guò)度骨吸收。因此，OPG、RANKL和RANK是調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞分化的關(guān)鍵分子，打破RANKL和OPG的平衡會(huì)導(dǎo)致OP。Sun等[25]研究發(fā)現(xiàn)，續(xù)斷多糖100 mg/(kg·d)可顯著防止卵巢切除引起的大鼠骨丟失、生物力學(xué)降低和體質(zhì)量下降，以及提高U-Ca/Cr、U-P/Cr、ALP、甲狀腺受體輔助蛋白（triiodothyronine receptor auxiliary protein，TRAP）水平，進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)，DAP誘導(dǎo)的抗OP作用是通過(guò)在蛋白和mRNA水平上調(diào)VEGF和OPG的表達(dá)，下調(diào)RANK和RANKL的表達(dá)，以及激活PI3K/Akt/eNOS信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的，由此可知，DAP能促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和分化，抑制破骨細(xì)胞的分化和功能，具有預(yù)防和治療絕經(jīng)后OP的作用。

2.2 具有促進(jìn)成骨作用的中藥多糖

2.2.1 巴戟天多糖（Morinda officinalispolysaccharide，MOP） Zhang等[26]從巴戟天中提取分離出粗多糖以及一系列精制多糖MO50、MOW50-1、MOP50-2、MO70、MOP70-1、MOP70-2、MO90、MOW90-1等。研究發(fā)現(xiàn)，巴戟天粗多糖400 mg/(kg·d)對(duì)卵巢切除引起的大鼠骨丟失和生物力學(xué)功能障礙有明顯的保護(hù)作用，巴戟天粗多糖組大鼠的骨小梁微結(jié)構(gòu)退化程度減輕，骨轉(zhuǎn)換標(biāo)志物［包括CTX、骨特異性堿性磷酸酶（bone specific alkaline phosphatase，BAP）、PINP、HYP］水平降低，體外實(shí)驗(yàn)表明，MOW50-1 50 μg/mL可通過(guò)增加ALP活性，從而促進(jìn)小鼠胚胎成骨細(xì)胞前體細(xì)胞MC3T3-E1的成骨分化。RUNX 2是RUNT結(jié)構(gòu)域基因家族的成員，是經(jīng)典Wnt/βcatenin信號(hào)通路的重要下游基因，可促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖和分化，RUNX 2與OSX是調(diào)控早期成骨細(xì)胞分化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子；BSP、OCN和OPN基因參與終末成骨細(xì)胞分化和骨礦化。研究發(fā)現(xiàn)，MOP70-1 40.1 μmol/L和MOP70-2 32.2、80.4 μmol/L能顯著促進(jìn)MC3T3-E1細(xì)胞的增殖、分化和礦化，其中，化學(xué)結(jié)構(gòu)明確的MOP70-2 16.1 μmol/L能夠通過(guò)上調(diào)成骨分化相關(guān)標(biāo)記基因RUNX 2、OCN、OPN、BSP、OSX等表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)成骨細(xì)胞分化[27]。此外，MOW90-1 50 mg/mL通過(guò)在成骨分化的早期上調(diào)RUNX 2和OSX基因的表達(dá)，晚期上調(diào)OCN和OPG基因的表達(dá)，從而促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化[28]。

上述研究中，以粗多糖進(jìn)行體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，將純化制備的均一多糖進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了多糖藥效學(xué)研究的基本思路，與生物大分子多肽不同，相對(duì)分子質(zhì)量均一的多糖人工合成能力有限，這在一定程度上成為了多糖研發(fā)的瓶頸。

2.2.2 枸杞多糖（Lycium barbarumpolysaccharide，LBP） 細(xì)胞凋亡是為了保持機(jī)體內(nèi)平衡由基因調(diào)控的細(xì)胞程序性死亡。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endoplasmic reticulum stress，ERS）參與細(xì)胞凋亡。葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（glucose regulated protein 78，GRP78）在ERS中能通過(guò)抑制蛋白質(zhì)合成和增加蛋白質(zhì)降解保護(hù)細(xì)胞，在發(fā)生ERS時(shí)，GRP78的表達(dá)量顯著增高，是ERS的標(biāo)志性蛋白分子。持續(xù)的、過(guò)量或異常的ERS能夠通過(guò)CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白（CCAAT/enhancer binding protein homologous protein，CHOP）信號(hào)通路、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-12（cysteinyl aspartate specific proteinase-12，Caspase-12）信號(hào)通路和JNK信號(hào)通路導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。Jing等[29]研究發(fā)現(xiàn)，棕櫚酸鹽能夠通過(guò)引起ERS，提高細(xì)胞內(nèi)GRP78、CHOP、Caspase-12以及p-JNK的表達(dá)，最終導(dǎo)致MC3T3-E1細(xì)胞凋亡。枸杞多糖800 μg/mL預(yù)處理上述細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞中GRP78、CHOP、Caspase-12以及p-JNK的表達(dá)相對(duì)降低，并以劑量相關(guān)的方式有效抑制成骨細(xì)胞凋亡。由此可知，枸杞多糖可能通過(guò)抑制ERS相關(guān)信號(hào)通路的激活，逆轉(zhuǎn)棕櫚酸鹽誘導(dǎo)的MC3T3-E1細(xì)胞凋亡，具有防治OP的作用。成骨細(xì)胞的發(fā)育和成熟受大量旁分泌、自分泌和內(nèi)分泌因子影響，其中包括BMP。miRNAs是長(zhǎng)度為20～24個(gè)核苷酸單鏈非編碼RNA分子，通過(guò)內(nèi)源性基因編碼。miRNA可調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和凋亡，在生物體的生長(zhǎng)發(fā)育以及疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。TargetScan數(shù)據(jù)庫(kù)中顯示，BMP拮抗劑腱蛋白樣蛋白1（chordin like protein 1，CHRDL1）是miR-200b-3p靶基因，參與破骨細(xì)胞分化。過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferatorsactivated receptors γ，PPARγ）是前脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中的一個(gè)重要調(diào)控因子，其激活可加速脂肪細(xì)胞分化，從而加重患者的肥胖。Jing等[30]經(jīng)生物信息學(xué)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)CHRDL1與PPARγ共表達(dá)，推測(cè)miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ軸與肥胖性O(shè)P相關(guān)，并認(rèn)為具有改善肥胖和抑制成骨細(xì)胞凋亡的LBP可通過(guò)該軸發(fā)揮作用。實(shí)驗(yàn)證明，枸杞多糖400 μg/mL顯著增加了由棕櫚酸鹽介導(dǎo)引起的CHRDL1mRNA降低，并抑制了由棕櫚酸鹽介導(dǎo)引起的miR-200b-3p和PPARγmRNA增加，提示在棕櫚酸鹽處理細(xì)胞中，枸杞多糖可通過(guò)調(diào)節(jié) miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ軸發(fā)揮一系列功能。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，miR-200b-3p轉(zhuǎn)染MC3T3-E1細(xì)胞可加重棕櫚酸鹽介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，并增加PPARγ蛋白表達(dá)、降低CHRDL1蛋白表達(dá)，枸杞多糖400 μg/mL孵育細(xì)胞后可以減輕上述現(xiàn)象的發(fā)生，但當(dāng)si CHRDL1和抑制劑共轉(zhuǎn)染細(xì)胞時(shí)，LBP 400 μg/mL對(duì)棕櫚酸鹽誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的抑制作用也被部分抑制。由此可知，LBP主要通過(guò)抑制miR-200b-3p上調(diào)CHRDL1而抑制棕櫚酸鹽誘導(dǎo)的MC3T3-E1細(xì)胞凋亡，miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ軸不是LBP保護(hù)成骨細(xì)胞免受棕櫚酸鹽損傷的唯一機(jī)制。TGF-β1可經(jīng)多種途徑促進(jìn)人類成骨細(xì)胞的骨形成。骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞和/或破骨細(xì)胞內(nèi)的NOS酶能夠促進(jìn)合成NO，NO-環(huán)磷酸鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）通路與成骨細(xì)胞的凋亡活性相關(guān)，刺激NOcGMP通路可發(fā)揮骨重建的作用。任小軍等[31]研究發(fā)現(xiàn)，枸杞多糖40 mg/(kg·d)可提高卵巢切除大鼠血清中NOS和TGF-β1的水平，進(jìn)而通過(guò)NO和TGFβ1介導(dǎo)的分子機(jī)制通路發(fā)揮其調(diào)節(jié)骨重建代謝的作用。

2.2.3 淫羊藿多糖（Epimedium brevicornumpolysaccharide，EBP） GIO中細(xì)胞凋亡的確切機(jī)制尚不清楚，但Caspase-3可能在本病的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，Bcl-2家族蛋白（促凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2）也通常參與GIO細(xì)胞凋亡。此外，PI3K/Akt/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號(hào)通路是細(xì)胞凋亡過(guò)程中重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。Zheng等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在地塞米松誘導(dǎo)的原代成骨細(xì)胞凋亡模型中，淫羊藿多糖100 μg/mL預(yù)處理可完全逆轉(zhuǎn)模型中Caspase-3和Bax的表達(dá)增加，Bcl-2的表達(dá)減少以及PI3K、Akt和mTOR蛋白的磷酸化，并可顯著上調(diào)低密度脂蛋白相關(guān)蛋白-5（low density lipoprotein receptor related protein-5，LRP-5）、βcatenin、RUNX 2和OSX的蛋白表達(dá)，由此可知，淫羊藿多糖預(yù)處理對(duì)成骨細(xì)胞的抗凋亡作用部分是通過(guò)調(diào)節(jié)Caspase-3、Bax和Bcl-2蛋白的表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并主要依賴于抑制PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路，同時(shí)，可通過(guò)激活成骨細(xì)胞中的Wnt/β-catenin信號(hào)通路誘導(dǎo)成骨細(xì)胞的形成。

2.2.4 當(dāng)歸多糖（Angelica sinensispolysaccharide，AP） 細(xì)胞周期中DNA合成前期（G1期）是細(xì)胞周期啟動(dòng)點(diǎn)，調(diào)控G1期的細(xì)胞周期蛋白為細(xì)胞周期素D1蛋白（Cyclin D1），它可以與相應(yīng)的細(xì)胞周期蛋白依賴激酶形成復(fù)合物，啟動(dòng)下游驅(qū)動(dòng)基因，使細(xì)胞進(jìn)入S期，進(jìn)而使細(xì)胞增殖。因此，Cyclin D1是細(xì)胞增殖的關(guān)鍵蛋白。Bcl-2/Bax值的變化與成骨細(xì)胞凋亡相關(guān)。陳超群[11]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)歸多糖0.5 mg/mL能夠促進(jìn)人成骨細(xì)胞處于S期，誘導(dǎo)其增殖，并減少其凋亡，能夠在RNA和蛋白水平，上調(diào)Cyclin D1的表達(dá)，并不影響B(tài)cl-2/Bax值變化，由此可知，在一定濃度范圍的當(dāng)歸多糖能夠促進(jìn)體外人成骨細(xì)胞增殖，可能與促進(jìn)Cyclin D1表達(dá)來(lái)進(jìn)一步使得細(xì)胞向S期分布這一機(jī)制相關(guān)。H19作為一種重要的長(zhǎng)鏈非編碼RNA，參與多種細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程的調(diào)控，它可促進(jìn)成骨細(xì)胞分化，并通過(guò)作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA激活Wnt信號(hào)通路，另外，它能通過(guò)NOTCH信號(hào)通路調(diào)節(jié)BMP-9誘導(dǎo)的BMSCs成骨分化，在協(xié)調(diào)成骨中具有重要作用。Xie等[33]研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中當(dāng)歸多糖400 mg/(kg·d)能夠提高卵巢切除大鼠的骨密度、骨礦含量、股骨灰分和干質(zhì)量，體外實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)歸多糖300 μg/mL能夠提高BMSCs的細(xì)胞活力，上調(diào)Cyclin D1、RUNX 2、OCN、ALP和BMP-2的蛋白水平，并顯著激活BMSCs中PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信號(hào)通路，H19基因敲除后，逆轉(zhuǎn)了當(dāng)歸多糖對(duì)細(xì)胞增殖和成骨細(xì)胞分化的促進(jìn)作用，由此可知，當(dāng)歸多糖可以通過(guò)調(diào)節(jié)H19促進(jìn)BMSCs增殖和成骨細(xì)胞分化。

2.2.5 鐵皮石斛多糖（Dendrobium officinalepolysaccharide，DOP） 過(guò)度的氧化應(yīng)激和抗氧化防御能力的減弱可能會(huì)導(dǎo)致與年齡相關(guān)的組織損傷和各種疾病，包括OP。核因子E2相關(guān)因子2（nuclear factor NF-E2-related factor 2，Nrf2）是調(diào)控細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)的重要轉(zhuǎn)錄因子，其轉(zhuǎn)錄活性的損傷會(huì)引起氧化應(yīng)激。Nrf2過(guò)度表達(dá)可提高BMSCs分化為成骨細(xì)胞系的潛能，降低其分化為成脂肪細(xì)胞系的潛能。小鼠體內(nèi)Nrf2的缺失會(huì)導(dǎo)致骨量和骨微結(jié)構(gòu)的降低。Peng等[34]研究發(fā)現(xiàn)，給予衰老小鼠服用DOP mg/(kg·d)可顯著增加Tb.V、Tb.N，降低Tb.Sp，減緩骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的氧化應(yīng)激，增加骨髓中的成骨細(xì)胞數(shù)量，同時(shí)減少骨髓中的脂肪細(xì)胞數(shù)量。體外實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)BMSCs暴露于氧化應(yīng)激中，DOP 200 μg/mL可提高細(xì)胞中Nrf2及其下游蛋白血紅素氧合酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）和醌氧化還原酶1（quinone oxidoreductase 1，NQO1）的表達(dá)，提高成骨細(xì)胞標(biāo)志性物OSX和RUNX 2mRNA水平的表達(dá)，促進(jìn)成骨分化，同時(shí)降低脂肪細(xì)胞標(biāo)志物PPARγ和脂肪酸結(jié)合蛋白4的表達(dá)，抑制脂肪細(xì)胞分化。此外，氧化應(yīng)激模型細(xì)胞給予Nrf2 siRNA后，DOP對(duì)BMSCs的效應(yīng)被消除。由此可知，DOP可以通過(guò)Nrf2抗氧化信號(hào)通路減輕骨丟失和提高骨密度。

2.2.6 狗脊多糖（Cibotium barometzpolysaccharide，CBB） 張夢(mèng)柳[35]從狗脊中提取獲得去蛋白多糖CBB，精制后制備出一系列多糖CBB-1、CBB-2、CBB-3。體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，CBB-1 25 μg/mL可促進(jìn)MC3T3-E1細(xì)胞的增殖，此外，CBB-1 50 μg/mL不僅可提高M(jìn)C3T3-E1細(xì)胞中ALP活性，同時(shí)可提高該細(xì)胞的礦化率。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CBB-1 100 μg/mL能夠顯著上調(diào)MC3T3-E1細(xì)胞中OST、RUNX2基因及細(xì)胞分化中后期關(guān)鍵基因BSP和OCN的表達(dá)水平。黃冬[36]在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中研究發(fā)現(xiàn)，CBB能夠顯著增加卵巢切除大鼠股骨Tb.N、Tb.Th，降低Tb.Sp，改善結(jié)構(gòu)模型指數(shù)使其結(jié)構(gòu)由棒狀向板狀轉(zhuǎn)變，說(shuō)明CBB具有顯著的抗骨質(zhì)疏松活性。

2.2.7 鹿茸多糖（Pilose antlerpolysaccharide，PAP）Ren等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在卵巢切除大鼠體內(nèi)，鹿茸多糖可通過(guò)激活BMP-2/Smad 1和Smad 5/RUNX 2信號(hào)通路，調(diào)節(jié)骨代謝，增加骨密度。

2.3 具有抑制破骨細(xì)胞作用的中藥多糖

目前，關(guān)于僅具有抑制破骨細(xì)胞生成和功能的中藥多糖的報(bào)道相對(duì)較少，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)多針對(duì)OP的骨丟失癥狀，體外實(shí)驗(yàn)多針對(duì)破骨細(xì)胞的生成及其特異性基因的表達(dá)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，鎖陽(yáng)多糖（Cynomorium songaricumpolysaccharide，CSP）[38]、天麻多糖WSS25[39]、荷葉多糖（polysaccharides from lotus leaves，LLEP）[40]、石菖蒲多糖（Acorus calamuspolysaccharides，ACP）[41]可改善卵巢切除或脂多糖誘導(dǎo)的大/小鼠骨丟失癥狀，其中CSP能夠提高大鼠體內(nèi)OPG蛋白表達(dá)，降低RANKL蛋白表達(dá)，升高OPG/RANKL值，其改善OP癥狀的機(jī)制與激活OPG/RANK/RANKL信號(hào)通路有關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，天麻多糖WSS25 10 μg/mL、沒(méi)藥多糖（Commiphora myrrhapolysaccharide，WCM-PE）200 μg/mL[42]、LLEP 100 μg/mL、肉蓯蓉多糖（Cistanche deserticolapolysaccharide，CDP）10 μmol/L[43]、石菖蒲多糖125 μg/mL均能夠明顯抑制由RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞生成和破骨細(xì)胞特異性基因的表達(dá)，但它們發(fā)揮作用的機(jī)制略有不同，其中WCM-PE、LLEP主要通過(guò)下調(diào)c-FOS和NFATc1蛋白的表達(dá)而發(fā)揮作用；天麻多糖通過(guò)阻斷BMP-2/SMAD/分化蛋白抑制物1（inhibitor of differentiation 1，ID1）信號(hào)通路，肉蓯蓉多糖通過(guò)抑制MARK信號(hào)通路，石菖蒲多糖通過(guò)抑制磷脂酶Cγ2（phospholipase Cγ2，PLCγ2）/鈣離子（Ca2+）/蛋白磷酸酶2B-Aα，（protein phosphatase，2B-Aα）信號(hào)通路而抑制破骨細(xì)胞的生成。

3 結(jié)語(yǔ)

OP的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，與內(nèi)分泌、免疫、遺傳、衰老、營(yíng)養(yǎng)狀況、運(yùn)動(dòng)、外部環(huán)境等因素相關(guān)，其發(fā)病是涉及多個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜病理過(guò)程，多條信號(hào)通路在該過(guò)程中起重要的調(diào)控作用[44]。骨穩(wěn)態(tài)是通過(guò)維持骨形成和骨吸收之間的動(dòng)態(tài)平衡得以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)骨吸收大于骨形成時(shí)，該平衡被打破，導(dǎo)致骨密度下降，繼而引起OP的發(fā)生。在該平衡過(guò)程中，具有骨形成功能的成骨細(xì)胞和具有骨吸收功能破骨細(xì)胞起著至關(guān)重要的作用，因此，目前中藥多糖防治OP主要通過(guò)多條信號(hào)通路調(diào)控成骨細(xì)胞與破骨細(xì)胞之間的動(dòng)態(tài)平衡，以實(shí)現(xiàn)維持骨穩(wěn)態(tài)最佳狀態(tài)的目的[45-46]。

本文從基因、信號(hào)通路、成/破骨細(xì)胞、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)（骨代謝、生物力學(xué)、腸道菌群）等多維度的研究展示了中藥多糖防治OP的作用及機(jī)制（表1）。中藥多糖能夠通過(guò)對(duì)Wnt、PI3K/Akt、MAPKs、NFATc1、ERS、OPG/RANK/RANKL、Hpo、ERK/GSK3β/β-catenin、BMP-2/Smads、Cyclin D1、Nrf2等多種信號(hào)通路進(jìn)行調(diào)控（圖1），抑制或活化通路中相關(guān)因子的磷酸化，進(jìn)而調(diào)節(jié)成骨細(xì)胞或破骨細(xì)胞的增殖、分化、成熟、活化或凋亡，以達(dá)到維持骨穩(wěn)態(tài)，發(fā)揮抗OP的目的。由此可見(jiàn)，中藥多糖因具有多靶點(diǎn)、多層面、多效應(yīng)，不良反應(yīng)小、來(lái)源廣泛等優(yōu)勢(shì)，為OP的預(yù)防和治療帶來(lái)了更多的可能性。

圖1 中藥多糖對(duì)前成骨細(xì)胞和前破骨細(xì)胞的作用機(jī)制Fig.1 Mechanism of Chinese medicine polysaccharides on pre-osteoblasts and pre-osteoclasts

表1 中藥多糖防治OP的作用及機(jī)制Table 1 Effects and mechanisms of traditional Chinese medicine polysaccharides in prevention and treatment of osteoporosis

此外，目前關(guān)于中藥多糖防治OP的研究仍存在一定的局限性：多糖的提取純化工藝較為復(fù)雜，粗多糖的得率相對(duì)較高，但精制多糖的得率低，在進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，往往制備的結(jié)構(gòu)明確的精制多糖的量不足以支撐體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，所以，現(xiàn)有關(guān)于中藥多糖防治OP的研究，多選用粗多糖進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究功效，精制多糖進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)探索機(jī)制。隨著動(dòng)物模型研究的發(fā)展，斑馬魚因樣品用量少等優(yōu)勢(shì)被逐漸應(yīng)用于OP模型的建立，斑馬魚模型應(yīng)用的普及有望打破多糖研究的制約，促進(jìn)中藥多糖防治OP取得更大的突破[47]。與此同時(shí)，Zhu等[48]基于金催化“俞氏”糖苷化反應(yīng)成功人工合成了迄今線性最長(zhǎng)的128聚糖，也為多糖在藥物研究方面帶來(lái)了希望。

綜上所述，中藥多糖能夠有效預(yù)防和治療OP，進(jìn)一步探尋高活性的中藥多糖，明確其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及作用特點(diǎn)和機(jī)制，可為中藥防治OP開辟新的領(lǐng)域，中藥多糖在醫(yī)藥和保健品的研發(fā)方面蘊(yùn)含巨大的潛力。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突