中藥多糖防治骨質疏松癥作用及機制的研究進展

劉廣臣，張紅梅，楊 帆，魯 明，劉振剛，盛 瑜，張伯寅*

1.吉林大學中日聯誼醫院 骨科，吉林 長春 130033

2.吉林大學第一醫院 藥學部，吉林 長春 130031

3.北華大學藥學院，吉林 吉林 132013

骨質疏松癥（osteoporosis，OP）是一種常見的進行性的全身骨骼疾病，它以伴有微結構破壞的骨密度降低為特點，表現為骨脆性的增加，進而導致骨折的危險性升高[1]。OP是一種與年齡、全身代謝、激素影響、遺傳因素有關的復雜疾病，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可分為原發性、繼發性和特發性3大類，其中，原發性骨質疏松癥包括更年期/絕經后骨質疏松癥（I型）、老年骨質疏松癥（II型）；繼發性骨質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導致的骨質疏松，誘發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、糖皮質激素過量（內源性或外源性）、吸收不良（包括炎癥性腸病、原發性膽汁性肝硬化和胃轉流術后），慢性腎臟疾病（相關繼發性甲狀旁腺功能亢進）、原發性甲狀旁腺功能亢進、甲狀腺功能亢進、系統性疾病（惡性腫瘤、多發性骨髓瘤、肥大細胞增多）、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、炎性風濕性疾病以及使用抗驚厥藥和化療藥物等；特發性骨質疏松癥特指70歲以下的男性和青少年患有骨質疏松癥[4-5]。隨著人類預期壽命的增加和人口老齡化的加劇，OP為世界范圍內的代謝性骨病，在預防和治療方面已受到了人們極為廣泛的關注。

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

多糖是由10個或10個以上的單糖通過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節、抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、抗凝血、護肝、降血糖等藥理活性[10]。近年來，研究發現，中藥多糖對OP具有較好的防治作用，但缺乏對其系統性的報道，因此，本文對中藥多糖防治OP的作用及機制等研究現狀進行綜述，以期推動其在相關的醫藥領域的深入開發及應用。

1 防治OP的中藥多糖來源

中醫藥防治OP歷史悠久，稱其為“骨痹”“骨萎”“骨枯”，病位在骨，實與肝脾腎三臟相關，幾千年來，治療OP多采用補腎填精、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，多來源于藥用植物，以滋補肝腎、強筋骨的中藥材居多，包括巴戟天、牛膝、枸杞、（川）續斷、淫羊藿、狗脊、鎖陽等；同時，具有健脾、潤肺、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較為零散，包括黃芪、荷葉、當歸、沒藥、肉蓯蓉、天麻、石菖蒲、鐵皮石斛、防風等。除藥用植物外，鹿茸作為動物藥材，其多糖也具有一定防治OP的功效。

2 中藥多糖防治OP的作用及機制

2.1 具有促進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）、骨小梁數目（trabecular number，Tb.N）和生物力學特性，降低骨小梁分離度（trabecular separation，Tb.Sp），同時，AB50、AB70能夠顯著降低血清中骨成熟標志物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末端交聯肽（C-terminal cross linked peptide，CTX）含量，說明AB50、AB70和ABPB對卵巢切除大鼠骨質疏松有顯著的治療作用[12-14]。在斑馬魚糖皮質激素致骨質疏松（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）以濃度相關性的方式顯著增加顱骨的相對熒光強度，提示ABPB-3和ABW50-1具有促進成骨活性的作用[12,14]。此外，ABW70-1（50 μg/mL）和ABPB-4（0.01 μmol/L）可通過促進小鼠胚胎成骨細胞前體細胞MC3T3-E1細胞增殖、堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性、礦物結節形成及細胞中成骨相關基因鋅指結構轉錄因子（osterix，OSX）、OCN、骨唾液酸蛋白基因（bone sialoprotein，BSP）和骨橋素基因（osteopontin，OPN）表達，促進MC3T3-E1細胞的成骨分化[13,15]。

破骨細胞的發生是由核因子-κB受體活化因子配體（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL）和巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colonystimulating factor，M-CSF）啟動的，RANKL和MCSF分別與破骨細胞前體表面的受體RANK和巨噬細胞集落刺激因子受體c-FMS結合，并激活許多關鍵的轉錄因子[16]。活化T細胞核因子（nuclear factor-activated T cell 1，NFATc1）是RANKL誘導的破骨細胞形成所必需的蛋白質，以高度磷酸化的形式存在于細胞質中，在RANKL和RANK相互作用引起細胞內鈣水平波動后，NFATc1去磷酸化并進入細胞核以刺激破骨細胞特異性的基因表達，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的表達受原癌基因蛋白c-FOS調控。絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是由脯氨酸介導的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，傳統的MAPK包括p38、細胞外調節蛋白激酶（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個亞家族成員。已經證明MAPK通路是破骨細胞形成的關鍵途徑，如磷酸化JNK可以誘導激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）活化，從而刺激破骨細胞前分化、存活、融合和成熟破骨細胞的激活；p38磷酸化的抑制影響破骨細胞的生成和骨吸收；ERK途徑可激活c-FOS的轉錄以促進骨吸收破骨細胞的分化。Song等[17]研究發現，在骨髓單核細胞/骨髓巨噬細胞中，牛膝多糖10 μmol/L可以抑制由RANKL誘導的蛋白JNK、ERK、p38的磷酸化以及NFATc1、c-FOS、CTSK、Integrin β3的活化，從而抑制破骨細胞生成，即ABP可能通過抑制MAPK和NFATc1信號通路防治OP。

上述研究中，Yan等[14]將斑馬魚作為體內實驗的動物模型，避免了多糖研發過程中相對分子質量均一成分制備量少與體內實驗耗樣量大之間的矛盾，是多糖研究中揚長避短的典型。

2.1.2 黃精多糖（Polygonatum sibiricumpolysaccharide，PSP） 經典Wnt信號通路，即Wnt/β-連環蛋白（β-catenin）信號通路與刺激成骨分化、骨形成和預防骨質疏松密切相關，且具有雙向調節作用。細胞外Wnt信號蛋白與質膜受體結合后，β-catenin在細胞質積聚并進入細胞核，隨后通過基因轉導以及T細胞因子/淋巴增強因子轉錄因子誘導Wnt最終作用的目標基因轉錄，從而引起后續的細胞反應的發生。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Wnt信號時，GSK3β能將磷酸基團結合至β-catenin N端的絲氨酸/蘇氨酸殘基上，磷酸化的β-catenin經β-轉錄重復包含蛋白（β-transducin repeat containing protein，β-TRCP）泛素化共價修飾后，被蛋白酶體降解。Wnt/β-catenin信號通路在功能上與蛋白激酶Hippo（Hpo）、I型膜蛋白NOTCH和轉化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等類似，并與發育調控相關的信號通路有著不同程度的交聯。Hpo通路參與成骨分化，其下游核心轉錄共激活因子YAP/TAZ（Yes-associated protein/tafazzin）能與成骨分化的轉錄因子Runt相關轉錄因子2（Runt related transcription factor 2，RUNX2）結合入核，促進成骨相關基因表達，從而促進成骨分化，同時，磷酸化的TAZ能夠直接結合β-catenin蛋白從而促使其滯留細胞質內不能入核，從而抑制了成骨分化。張磊[18]研究發現，在體外實驗中，黃精多糖25 mg/L能夠促進骨髓間充質干細胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）中TAZ、RUNX2、ALP、OCN基因表達，并能通過阻止Hpo信號通路中TAZ蛋白降解從而促進BMSCs的成骨分化，并不影響其細胞增殖，在體內實驗中，黃精多糖800 mg/(kg·d)能阻止去卵巢大鼠的骨密度下降，骨量丟失和骨微結構破壞，發揮骨質疏松癥的防治作用。同時，該團隊研究發現，黃精多糖能通過ERK/GSK3β/β-catenin信號通路在體外促進成骨細胞的分化和礦化[19]。

LIMD1（LIM domain-containing protein 1）參與細胞信號傳導、分化和轉錄調控等，是Hpo信號通路重要的下游信號分子，也是miR-1224調控的重要靶基因。Li等[20]研究發現，在小鼠巨噬細胞樣細胞系RAW264.7細胞中，黃精多糖在抑制破骨細胞生成時，細胞中有27個差異表達的miRNA，其中最顯著的是miR-1224，進一步研究表明，黃精多糖可有效減弱miR-1224進而促進破骨細胞內LIMD1蛋白表達，由此可知，黃精多糖以通過抑制miR-1224來減弱Hpo信號通路對破骨細胞分化的促進作用。

上述研究主要體現了黃精多糖可通過Hpo信號通路促進成骨細胞分化，抑制破骨細胞分化，不僅證實了黃精多糖防治OP的作用和機制，也間接說明Hpo信號通路在OP防治中具有重要作用，通路蛋白可作為防治OP的相關靶點。

2.1.3 黃芪多糖（Astragaluspolysaccharides，APS） 骨形態發生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）與多種細胞因子形成BMP-2信號通路，可促進成骨細胞分化和骨細胞外基質合成與分泌。BMP-2與靶細胞表面絲氨酸/蘇氨酸受體（BMPR-I、BMPR-II）結合而發揮作用。BMP-2與BMPR-II結合后構成二聚體，BMPR-I與其特異性結合并發生自身磷酸化，激活受體調控因子Smad 1、5、8，再與Smad 4結合并轉移到細胞核中，以介導成骨細胞相關基因的表達。張小鈺等[21]研究發現，黃芪多糖400 mg/(kg·d)可以通過上調卵巢切除大鼠體內的BMP-2、p-Smad 1和p-Smad 5的表達，顯著激活BMP-2/Smads信號通路，促進成骨分化，降低大鼠血清中ALP和破骨細胞水平，增加血鈣含量，增加股骨骨密度、骨體積分數（BV/TV）、表面積體積分數（BS/TV）、Tb.Th、Tb.N，減少Tb.Sp，改善骨微結構，從而發揮防治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。促炎性細胞因子，如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），可促進破骨細胞生成并阻止成骨細胞分化，參與OP的發生。白細胞介素-2（interleukin-2，IL-2）在骨質疏松婦女中顯著升高，并被認為在絕經后OP中起重要作用。ACP5是破骨細胞分化的重要生物標志物。多糖作為生物大分子不能被宿主來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酵底物，并影響機體腸道菌群結構。Liu等[22]研究發現，在GIO大鼠模型中，黃芪多糖可以恢復骨密度和修復骨微結構的損傷，并可使大鼠體內ACP5和促炎細胞因子TNF-α、IL-2顯著降低，同時，顯著改變了大鼠腸道微生物群（如c_Bacteroidia、p_Bacteroidetes、g_Allpprevotella）的結構和功能，這些細菌相對豐度的變化與ACP5和TNF-α水平的降低相關聯，上述結果提示黃芪多糖150 mg/(kg·d)可能通過調節腸道菌群、抑制炎癥，進而抑制破骨細胞的生成改善OP。DNA甲基化是一種表觀遺傳學事件，Liu等[23]通過基于差異甲基化位點的基因集富集分析發現，在GIO大鼠模型中，黃芪多糖150 mg/(kg·d)能夠使OP相關的基因啟動子DNA甲基化發生變化，包括鈣穩態、破骨細胞/成骨細胞平衡、Wnt信號通路和激素相關過程，初步闡明了黃芪多糖改善OP的表觀遺傳學機制。

上述研究中，將微生物腸道菌群、炎癥、基因組學等疾病研究的熱點應用于中藥多糖防治OP的探索中，體現了中藥多糖在疾病治療時多靶點、多維度的作用優勢。

2.1.4 防風多糖（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相關，因此，Ca2+、Mg2+、P2?常作為骨代謝常用檢測指標。ALP與成骨細胞及前成骨細胞活性呈線性相關，成骨細胞活性越高，ALP水平越高。IL-6、TNF-α等免疫調節因子能夠通過作用于NF-κB受體，增強破骨細胞活性，參與OP的發生和發展。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胞形成、成熟或促進成骨細胞分化、增殖，抑制骨吸收。徐俊[24]研究發現，防風多糖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，增加股骨干質量，緩解卵巢切除大鼠的骨吸收狀態，達到治療效果。

2.1.5 續斷多糖（Dipsacus asperpolysaccharide，DAP） 在血管生成方面，血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在向骨組織供血中起著至關重要的作用，其缺乏最終會加重OP。磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B，（protein kinase B，Akt）/內皮型NO合酶（endothelial nitric oxide synthases，eNOS）信號通路是VEGF下游分子，VEGF能夠誘導Akt的磷酸化，進而磷酸化下游eNOS底物，誘導隨后的NO生成，最終促進血管生成的發生，因此PI3K/Akt/eNOS信號通路促進血管生成可以改善骨組織的局部血供，從而促進成骨的進程。RANKL與RANK的結合能促進骨重吸收，抑制破骨細胞凋亡。骨保護素（osteoprotegerin，OPG）是成骨細胞成熟的標志物，能抑制前成骨細胞向成熟破骨細胞分化。OPG作為競爭性誘餌受體，能夠阻止RANKL與RANK的結合，有效抑制破骨細胞分化，預防過度骨吸收。因此，OPG、RANKL和RANK是調節成骨細胞和破骨細胞分化的關鍵分子，打破RANKL和OPG的平衡會導致OP。Sun等[25]研究發現，續斷多糖100 mg/(kg·d)可顯著防止卵巢切除引起的大鼠骨丟失、生物力學降低和體質量下降，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，進一步探索發現，DAP誘導的抗OP作用是通過在蛋白和mRNA水平上調VEGF和OPG的表達，下調RANK和RANKL的表達，以及激活PI3K/Akt/eNOS信號通路實現的，由此可知，DAP能促進成骨細胞的增殖和分化，抑制破骨細胞的分化和功能，具有預防和治療絕經后OP的作用。

2.2 具有促進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。研究發現，巴戟天粗多糖400 mg/(kg·d)對卵巢切除引起的大鼠骨丟失和生物力學功能障礙有明顯的保護作用，巴戟天粗多糖組大鼠的骨小梁微結構退化程度減輕，骨轉換標志物［包括CTX、骨特異性堿性磷酸酶（bone specific alkaline phosphatase，BAP）、PINP、HYP］水平降低，體外實驗表明，MOW50-1 50 μg/mL可通過增加ALP活性，從而促進小鼠胚胎成骨細胞前體細胞MC3T3-E1的成骨分化。RUNX 2是RUNT結構域基因家族的成員，是經典Wnt/βcatenin信號通路的重要下游基因，可促進成骨細胞的增殖和分化，RUNX 2與OSX是調控早期成骨細胞分化的關鍵轉錄因子；BSP、OCN和OPN基因參與終末成骨細胞分化和骨礦化。研究發現，MOP70-1 40.1 μmol/L和MOP70-2 32.2、80.4 μmol/L能顯著促進MC3T3-E1細胞的增殖、分化和礦化，其中，化學結構明確的MOP70-2 16.1 μmol/L能夠通過上調成骨分化相關標記基因RUNX 2、OCN、OPN、BSP、OSX等表達，進而促進成骨細胞分化[27]。此外，MOW90-1 50 mg/mL通過在成骨分化的早期上調RUNX 2和OSX基因的表達，晚期上調OCN和OPG基因的表達，從而促進成骨細胞的分化[28]。

上述研究中，以粗多糖進行體內實驗，將純化制備的均一多糖進行體外實驗，體現了多糖藥效學研究的基本思路，與生物大分子多肽不同，相對分子質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的瓶頸。

2.2.2 枸杞多糖（Lycium barbarumpolysaccharide，LBP） 細胞凋亡是為了保持機體內平衡由基因調控的細胞程序性死亡。內質網應激（endoplasmic reticulum stress，ERS）參與細胞凋亡。葡萄糖調節蛋白78（glucose regulated protein 78，GRP78）在ERS中能通過抑制蛋白質合成和增加蛋白質降解保護細胞，在發生ERS時，GRP78的表達量顯著增高，是ERS的標志性蛋白分子。持續的、過量或異常的ERS能夠通過CCAAT增強子結合蛋白同源蛋白（CCAAT/enhancer binding protein homologous protein，CHOP）信號通路、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-12（cysteinyl aspartate specific proteinase-12，Caspase-12）信號通路和JNK信號通路導致細胞凋亡。Jing等[29]研究發現，棕櫚酸鹽能夠通過引起ERS，提高細胞內GRP78、CHOP、Caspase-12以及p-JNK的表達，最終導致MC3T3-E1細胞凋亡。枸杞多糖800 μg/mL預處理上述細胞時，細胞中GRP78、CHOP、Caspase-12以及p-JNK的表達相對降低，并以劑量相關的方式有效抑制成骨細胞凋亡。由此可知，枸杞多糖可能通過抑制ERS相關信號通路的激活，逆轉棕櫚酸鹽誘導的MC3T3-E1細胞凋亡，具有防治OP的作用。成骨細胞的發育和成熟受大量旁分泌、自分泌和內分泌因子影響，其中包括BMP。miRNAs是長度為20～24個核苷酸單鏈非編碼RNA分子，通過內源性基因編碼。miRNA可調節細胞生長、分化和凋亡，在生物體的生長發育以及疾病的發生和發展中發揮重要作用。TargetScan數據庫中顯示，BMP拮抗劑腱蛋白樣蛋白1（chordin like protein 1，CHRDL1）是miR-200b-3p靶基因，參與破骨細胞分化。過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferatorsactivated receptors γ，PPARγ）是前脂肪細胞分化過程中的一個重要調控因子，其激活可加速脂肪細胞分化，從而加重患者的肥胖。Jing等[30]經生物信息學統計發現CHRDL1與PPARγ共表達，推測miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ軸與肥胖性OP相關，并認為具有改善肥胖和抑制成骨細胞凋亡的LBP可通過該軸發揮作用。實驗證明，枸杞多糖400 μg/mL顯著增加了由棕櫚酸鹽介導引起的CHRDL1mRNA降低，并抑制了由棕櫚酸鹽介導引起的miR-200b-3p和PPARγmRNA增加，提示在棕櫚酸鹽處理細胞中，枸杞多糖可通過調節 miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ軸發揮一系列功能。進一步實驗發現，miR-200b-3p轉染MC3T3-E1細胞可加重棕櫚酸鹽介導的細胞凋亡，并增加PPARγ蛋白表達、降低CHRDL1蛋白表達，枸杞多糖400 μg/mL孵育細胞后可以減輕上述現象的發生，但當si CHRDL1和抑制劑共轉染細胞時，LBP 400 μg/mL對棕櫚酸鹽誘導的細胞凋亡的抑制作用也被部分抑制。由此可知，LBP主要通過抑制miR-200b-3p上調CHRDL1而抑制棕櫚酸鹽誘導的MC3T3-E1細胞凋亡，miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ軸不是LBP保護成骨細胞免受棕櫚酸鹽損傷的唯一機制。TGF-β1可經多種途徑促進人類成骨細胞的骨形成。骨細胞、成骨細胞和/或破骨細胞內的NOS酶能夠促進合成NO，NO-環磷酸鳥苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）通路與成骨細胞的凋亡活性相關，刺激NOcGMP通路可發揮骨重建的作用。任小軍等[31]研究發現，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，進而通過NO和TGFβ1介導的分子機制通路發揮其調節骨重建代謝的作用。

2.2.3 淫羊藿多糖（Epimedium brevicornumpolysaccharide，EBP） GIO中細胞凋亡的確切機制尚不清楚，但Caspase-3可能在本病的發生發展中起著關鍵作用，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細胞凋亡。此外，PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信號通路是細胞凋亡過程中重要的信號轉導機制。Zheng等[32]研究發現，在地塞米松誘導的原代成骨細胞凋亡模型中，淫羊藿多糖100 μg/mL預處理可完全逆轉模型中Caspase-3和Bax的表達增加，Bcl-2的表達減少以及PI3K、Akt和mTOR蛋白的磷酸化，并可顯著上調低密度脂蛋白相關蛋白-5（low density lipoprotein receptor related protein-5，LRP-5）、βcatenin、RUNX 2和OSX的蛋白表達，由此可知，淫羊藿多糖預處理對成骨細胞的抗凋亡作用部分是通過調節Caspase-3、Bax和Bcl-2蛋白的表達來實現的，并主要依賴于抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路，同時，可通過激活成骨細胞中的Wnt/β-catenin信號通路誘導成骨細胞的形成。

2.2.4 當歸多糖（Angelica sinensispolysaccharide，AP） 細胞周期中DNA合成前期（G1期）是細胞周期啟動點，調控G1期的細胞周期蛋白為細胞周期素D1蛋白（Cyclin D1），它可以與相應的細胞周期蛋白依賴激酶形成復合物，啟動下游驅動基因，使細胞進入S期，進而使細胞增殖。因此，Cyclin D1是細胞增殖的關鍵蛋白。Bcl-2/Bax值的變化與成骨細胞凋亡相關。陳超群[11]研究發現，當歸多糖0.5 mg/mL能夠促進人成骨細胞處于S期，誘導其增殖，并減少其凋亡，能夠在RNA和蛋白水平，上調Cyclin D1的表達，并不影響Bcl-2/Bax值變化，由此可知，在一定濃度范圍的當歸多糖能夠促進體外人成骨細胞增殖，可能與促進Cyclin D1表達來進一步使得細胞向S期分布這一機制相關。H19作為一種重要的長鏈非編碼RNA，參與多種細胞生物學過程的調控，它可促進成骨細胞分化，并通過作為競爭性內源性RNA激活Wnt信號通路，另外，它能通過NOTCH信號通路調節BMP-9誘導的BMSCs成骨分化，在協調成骨中具有重要作用。Xie等[33]研究發現，體內實驗中當歸多糖400 mg/(kg·d)能夠提高卵巢切除大鼠的骨密度、骨礦含量、股骨灰分和干質量，體外實驗中，當歸多糖300 μg/mL能夠提高BMSCs的細胞活力，上調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信號通路，H19基因敲除后，逆轉了當歸多糖對細胞增殖和成骨細胞分化的促進作用，由此可知，當歸多糖可以通過調節H19促進BMSCs增殖和成骨細胞分化。

2.2.5 鐵皮石斛多糖（Dendrobium officinalepolysaccharide，DOP） 過度的氧化應激和抗氧化防御能力的減弱可能會導致與年齡相關的組織損傷和各種疾病，包括OP。核因子E2相關因子2（nuclear factor NF-E2-related factor 2，Nrf2）是調控細胞氧化應激反應的重要轉錄因子，其轉錄活性的損傷會引起氧化應激。Nrf2過度表達可提高BMSCs分化為成骨細胞系的潛能，降低其分化為成脂肪細胞系的潛能。小鼠體內Nrf2的缺失會導致骨量和骨微結構的降低。Peng等[34]研究發現，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，減緩骨髓間充質干細胞的氧化應激，增加骨髓中的成骨細胞數量，同時減少骨髓中的脂肪細胞數量。體外實驗中，當BMSCs暴露于氧化應激中，DOP 200 μg/mL可提高細胞中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，提高成骨細胞標志性物OSX和RUNX 2mRNA水平的表達，促進成骨分化，同時降低脂肪細胞標志物PPARγ和脂肪酸結合蛋白4的表達，抑制脂肪細胞分化。此外，氧化應激模型細胞給予Nrf2 siRNA后，DOP對BMSCs的效應被消除。由此可知，DOP可以通過Nrf2抗氧化信號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。體外實驗研究發現，CBB-1 25 μg/mL可促進MC3T3-E1細胞的增殖，此外，CBB-1 50 μg/mL不僅可提高MC3T3-E1細胞中ALP活性，同時可提高該細胞的礦化率。進一步研究發現，CBB-1 100 μg/mL能夠顯著上調MC3T3-E1細胞中OST、RUNX2基因及細胞分化中后期關鍵基因BSP和OCN的表達水平。黃冬[36]在體內實驗中研究發現，CBB能夠顯著增加卵巢切除大鼠股骨Tb.N、Tb.Th，降低Tb.Sp，改善結構模型指數使其結構由棒狀向板狀轉變，說明CBB具有顯著的抗骨質疏松活性。

2.2.7 鹿茸多糖（Pilose antlerpolysaccharide，PAP）Ren等[37]研究發現，在卵巢切除大鼠體內，鹿茸多糖可通過激活BMP-2/Smad 1和Smad 5/RUNX 2信號通路，調節骨代謝，增加骨密度。

2.3 具有抑制破骨細胞作用的中藥多糖

目前，關于僅具有抑制破骨細胞生成和功能的中藥多糖的報道相對較少，體內實驗多針對OP的骨丟失癥狀，體外實驗多針對破骨細胞的生成及其特異性基因的表達。體內實驗研究發現，鎖陽多糖（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的大/小鼠骨丟失癥狀，其中CSP能夠提高大鼠體內OPG蛋白表達，降低RANKL蛋白表達，升高OPG/RANKL值，其改善OP癥狀的機制與激活OPG/RANK/RANKL信號通路有關。體外實驗研究發現，天麻多糖WSS25 10 μg/mL、沒藥多糖（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誘導的破骨細胞生成和破骨細胞特異性基因的表達，但它們發揮作用的機制略有不同，其中WCM-PE、LLEP主要通過下調c-FOS和NFATc1蛋白的表達而發揮作用；天麻多糖通過阻斷BMP-2/SMAD/分化蛋白抑制物1（inhibitor of differentiation 1，ID1）信號通路，肉蓯蓉多糖通過抑制MARK信號通路，石菖蒲多糖通過抑制磷脂酶Cγ2（phospholipase Cγ2，PLCγ2）/鈣離子（Ca2+）/蛋白磷酸酶2B-Aα，（protein phosphatase，2B-Aα）信號通路而抑制破骨細胞的生成。

3 結語

OP的發病機制較為復雜，與內分泌、免疫、遺傳、衰老、營養狀況、運動、外部環境等因素相關，其發病是涉及多個系統的復雜病理過程，多條信號通路在該過程中起重要的調控作用[44]。骨穩態是通過維持骨形成和骨吸收之間的動態平衡得以實現，當骨吸收大于骨形成時，該平衡被打破，導致骨密度下降，繼而引起OP的發生。在該平衡過程中，具有骨形成功能的成骨細胞和具有骨吸收功能破骨細胞起著至關重要的作用，因此，目前中藥多糖防治OP主要通過多條信號通路調控成骨細胞與破骨細胞之間的動態平衡，以實現維持骨穩態最佳狀態的目的[45-46]。

本文從基因、信號通路、成/破骨細胞、動物實驗（骨代謝、生物力學、腸道菌群）等多維度的研究展示了中藥多糖防治OP的作用及機制（表1）。中藥多糖能夠通過對Wnt、PI3K/Akt、MAPKs、NFATc1、ERS、OPG/RANK/RANKL、Hpo、ERK/GSK3β/β-catenin、BMP-2/Smads、Cyclin D1、Nrf2等多種信號通路進行調控（圖1），抑制或活化通路中相關因子的磷酸化，進而調節成骨細胞或破骨細胞的增殖、分化、成熟、活化或凋亡，以達到維持骨穩態，發揮抗OP的目的。由此可見，中藥多糖因具有多靶點、多層面、多效應，不良反應小、來源廣泛等優勢，為OP的預防和治療帶來了更多的可能性。

圖1 中藥多糖對前成骨細胞和前破骨細胞的作用機制Fig.1 Mechanism of Chinese medicine polysaccharides on pre-osteoblasts and pre-osteoclasts

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

此外，目前關于中藥多糖防治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雜，粗多糖的得率相對較高，但精制多糖的得率低，在進行動物實驗研究時，往往制備的結構明確的精制多糖的量不足以支撐體內實驗，所以，現有關于中藥多糖防治OP的研究，多選用粗多糖進行動物實驗研究功效，精制多糖進行細胞實驗探索機制。隨著動物模型研究的發展，斑馬魚因樣品用量少等優勢被逐漸應用于OP模型的建立，斑馬魚模型應用的普及有望打破多糖研究的制約，促進中藥多糖防治OP取得更大的突破[47]。與此同時，Zhu等[48]基于金催化“俞氏”糖苷化反應成功人工合成了迄今線性最長的128聚糖，也為多糖在藥物研究方面帶來了希望。

綜上所述，中藥多糖能夠有效預防和治療OP，進一步探尋高活性的中藥多糖，明確其結構、性質及作用特點和機制，可為中藥防治OP開辟新的領域，中藥多糖在醫藥和保健品的研發方面蘊含巨大的潛力。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突