中药多糖防治骨质疏松症作用及机制的研究进展

刘广臣，张红梅，杨 帆，鲁 明，刘振刚，盛 瑜，张伯寅*

1.吉林大学中日联谊医院 骨科，吉林 长春 130033

2.吉林大学第一医院 药学部，吉林 长春 130031

3.北华大学药学院，吉林 吉林 132013

骨质疏松症（osteoporosis，OP）是一种常见的进行性的全身骨骼疾病，它以伴有微结构破坏的骨密度降低为特点，表现为骨脆性的增加，进而导致骨折的危险性升高[1]。OP是一种与年龄、全身代谢、激素影响、遗传因素有关的复杂疾病，50岁以上的女性人群患病率约为33.3%，男性约为25.0%，虽然女性骨质疏松症的患病率较高，但男性骨折后死亡率较高[2-3]。OP可分为原发性、继发性和特发性3大类，其中，原发性骨质疏松症包括更年期/绝经后骨质疏松症（I型）、老年骨质疏松症（II型）；继发性骨质疏松症指由任何影响骨代谢的疾病和/或药物及其他明确病因导致的骨质疏松，诱发原因包括性腺功能减退（包括前列腺癌雄激素剥夺治疗的男性）、酗酒、糖皮质激素过量（内源性或外源性）、吸收不良（包括炎症性肠病、原发性胆汁性肝硬化和胃转流术后），慢性肾脏疾病（相关继发性甲状旁腺功能亢进）、原发性甲状旁腺功能亢进、甲状腺功能亢进、系统性疾病（恶性肿瘤、多发性骨髓瘤、肥大细胞增多）、慢性阻塞性肺疾病、1型和2型糖尿病、人类免疫缺陷病毒感染、炎性风湿性疾病以及使用抗惊厥药和化疗药物等；特发性骨质疏松症特指70岁以下的男性和青少年患有骨质疏松症[4-5]。随着人类预期寿命的增加和人口老龄化的加剧，OP为世界范围内的代谢性骨病，在预防和治疗方面已受到了人们极为广泛的关注。

目前，双膦酸盐、降钙素、雌激素和雷洛昔芬是治疗骨质疏松症的常用药物[6]。然而，这些药物的不良反应严重制约了其临床应用，如雌激素等激素相关疗法可以维持骨密度，但会增加患癌症、血栓和心脏病的风险；双膦酸盐可以抑制骨吸收并促进骨形成，但它会引起食道炎症和胃溃疡等胃肠道问题[7-8]。因此，需要研发更多不良反应少的药物来防治OP。中药因其具有整体治疗效果较好、不良反应少、适合长期使用的特点而逐渐成为OP临床研究的热点。

多糖是由10个或10个以上的单糖通过脱水作用而形成的具有α或β糖苷键的一类链状高分子聚合物，几乎存在于所有的生物中[9]，并在中药材中含量尤为丰富。大量研究表明，中药多糖及其衍生物具有免疫调节、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化、抗凝血、护肝、降血糖等药理活性[10]。近年来，研究发现，中药多糖对OP具有较好的防治作用，但缺乏对其系统性的报道，因此，本文对中药多糖防治OP的作用及机制等研究现状进行综述，以期推动其在相关的医药领域的深入开发及应用。

1 防治OP的中药多糖来源

中医药防治OP历史悠久，称其为“骨痹”“骨萎”“骨枯”，病位在骨，实与肝脾肾三脏相关，几千年来，治疗OP多采用补肾填精、健脾、活血化瘀的中药[11]。目前，已研究具有防治OP功效的中药多糖，多来源于药用植物，以滋补肝肾、强筋骨的中药材居多，包括巴戟天、牛膝、枸杞、（川）续断、淫羊藿、狗脊、锁阳等；同时，具有健脾、润肺、益肾功效的黄精研究也较为广泛；此外，其他功效的中药材研究相对较为零散，包括黄芪、荷叶、当归、没药、肉苁蓉、天麻、石菖蒲、铁皮石斛、防风等。除药用植物外，鹿茸作为动物药材，其多糖也具有一定防治OP的功效。

2 中药多糖防治OP的作用及机制

2.1 具有促进成骨和抑制破骨双重作用的中药多糖

2.1.1 牛膝多糖（Achyranthes bidentatapolysaccharide，ABP） 从牛膝中提取分离出粗多糖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均能显著提高卵巢切除大鼠的骨密度、骨矿含量、骨小梁厚度（trabecular bone thickness，Tb.Th）、骨小梁数目（trabecular number，Tb.N）和生物力学特性，降低骨小梁分离度（trabecular separation，Tb.Sp），同时，AB50、AB70能够显著降低血清中骨成熟标志物I型前胶原氨基端原肽（procollagen IN-terminal propeptide，PINP）、骨钙素（osteocalcin，OCN）、I型胶原蛋白C末端交联肽（C-terminal cross linked peptide，CTX）含量，说明AB50、AB70和ABPB对卵巢切除大鼠骨质疏松有显著的治疗作用[12-14]。在斑马鱼糖皮质激素致骨质疏松（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）以浓度相关性的方式显著增加颅骨的相对荧光强度，提示ABPB-3和ABW50-1具有促进成骨活性的作用[12,14]。此外，ABW70-1（50 μg/mL）和ABPB-4（0.01 μmol/L）可通过促进小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1细胞增殖、碱性磷酸酶（alkaline phosphatase，ALP）活性、矿物结节形成及细胞中成骨相关基因锌指结构转录因子（osterix，OSX）、OCN、骨唾液酸蛋白基因（bone sialoprotein，BSP）和骨桥素基因（osteopontin，OPN）表达，促进MC3T3-E1细胞的成骨分化[13,15]。

破骨细胞的发生是由核因子-κB受体活化因子配体（receptor activator of NF-κB ligand，RANKL）和巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colonystimulating factor，M-CSF）启动的，RANKL和MCSF分别与破骨细胞前体表面的受体RANK和巨噬细胞集落刺激因子受体c-FMS结合，并激活许多关键的转录因子[16]。活化T细胞核因子（nuclear factor-activated T cell 1，NFATc1）是RANKL诱导的破骨细胞形成所必需的蛋白质，以高度磷酸化的形式存在于细胞质中，在RANKL和RANK相互作用引起细胞内钙水平波动后，NFATc1去磷酸化并进入细胞核以刺激破骨细胞特异性的基因表达，包括整合素β3（Integrin β3）、人抗酒石酸酸性磷酸酶（tartrate-resistant acid phosphatase，ACP5/TRACP）和组织蛋白酶K（cathepsin K，CTSK），此外，NFATc1的表达受原癌基因蛋白c-FOS调控。丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）是由脯氨酸介导的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，传统的MAPK包括p38、细胞外调节蛋白激酶（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个亚家族成员。已经证明MAPK通路是破骨细胞形成的关键途径，如磷酸化JNK可以诱导激活蛋白-1（activator protein-1，AP-1）活化，从而刺激破骨细胞前分化、存活、融合和成熟破骨细胞的激活；p38磷酸化的抑制影响破骨细胞的生成和骨吸收；ERK途径可激活c-FOS的转录以促进骨吸收破骨细胞的分化。Song等[17]研究发现，在骨髓单核细胞/骨髓巨噬细胞中，牛膝多糖10 μmol/L可以抑制由RANKL诱导的蛋白JNK、ERK、p38的磷酸化以及NFATc1、c-FOS、CTSK、Integrin β3的活化，从而抑制破骨细胞生成，即ABP可能通过抑制MAPK和NFATc1信号通路防治OP。

上述研究中，Yan等[14]将斑马鱼作为体内实验的动物模型，避免了多糖研发过程中相对分子质量均一成分制备量少与体内实验耗样量大之间的矛盾，是多糖研究中扬长避短的典型。

2.1.2 黄精多糖（Polygonatum sibiricumpolysaccharide，PSP） 经典Wnt信号通路，即Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）信号通路与刺激成骨分化、骨形成和预防骨质疏松密切相关，且具有双向调节作用。细胞外Wnt信号蛋白与质膜受体结合后，β-catenin在细胞质积聚并进入细胞核，随后通过基因转导以及T细胞因子/淋巴增强因子转录因子诱导Wnt最终作用的目标基因转录，从而引起后续的细胞反应的发生。糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在无Wnt信号时，GSK3β能将磷酸基团结合至β-catenin N端的丝氨酸/苏氨酸残基上，磷酸化的β-catenin经β-转录重复包含蛋白（β-transducin repeat containing protein，β-TRCP）泛素化共价修饰后，被蛋白酶体降解。Wnt/β-catenin信号通路在功能上与蛋白激酶Hippo（Hpo）、I型膜蛋白NOTCH和转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）等类似，并与发育调控相关的信号通路有着不同程度的交联。Hpo通路参与成骨分化，其下游核心转录共激活因子YAP/TAZ（Yes-associated protein/tafazzin）能与成骨分化的转录因子Runt相关转录因子2（Runt related transcription factor 2，RUNX2）结合入核，促进成骨相关基因表达，从而促进成骨分化，同时，磷酸化的TAZ能够直接结合β-catenin蛋白从而促使其滞留细胞质内不能入核，从而抑制了成骨分化。张磊[18]研究发现，在体外实验中，黄精多糖25 mg/L能够促进骨髓间充质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSCs）中TAZ、RUNX2、ALP、OCN基因表达，并能通过阻止Hpo信号通路中TAZ蛋白降解从而促进BMSCs的成骨分化，并不影响其细胞增殖，在体内实验中，黄精多糖800 mg/(kg·d)能阻止去卵巢大鼠的骨密度下降，骨量丢失和骨微结构破坏，发挥骨质疏松症的防治作用。同时，该团队研究发现，黄精多糖能通过ERK/GSK3β/β-catenin信号通路在体外促进成骨细胞的分化和矿化[19]。

LIMD1（LIM domain-containing protein 1）参与细胞信号传导、分化和转录调控等，是Hpo信号通路重要的下游信号分子，也是miR-1224调控的重要靶基因。Li等[20]研究发现，在小鼠巨噬细胞样细胞系RAW264.7细胞中，黄精多糖在抑制破骨细胞生成时，细胞中有27个差异表达的miRNA，其中最显著的是miR-1224，进一步研究表明，黄精多糖可有效减弱miR-1224进而促进破骨细胞内LIMD1蛋白表达，由此可知，黄精多糖以通过抑制miR-1224来减弱Hpo信号通路对破骨细胞分化的促进作用。

上述研究主要体现了黄精多糖可通过Hpo信号通路促进成骨细胞分化，抑制破骨细胞分化，不仅证实了黄精多糖防治OP的作用和机制，也间接说明Hpo信号通路在OP防治中具有重要作用，通路蛋白可作为防治OP的相关靶点。

2.1.3 黄芪多糖（Astragaluspolysaccharides，APS） 骨形态发生蛋白-2（bone morphogenetic protein-2，BMP-2）与多种细胞因子形成BMP-2信号通路，可促进成骨细胞分化和骨细胞外基质合成与分泌。BMP-2与靶细胞表面丝氨酸/苏氨酸受体（BMPR-I、BMPR-II）结合而发挥作用。BMP-2与BMPR-II结合后构成二聚体，BMPR-I与其特异性结合并发生自身磷酸化，激活受体调控因子Smad 1、5、8，再与Smad 4结合并转移到细胞核中，以介导成骨细胞相关基因的表达。张小钰等[21]研究发现，黄芪多糖400 mg/(kg·d)可以通过上调卵巢切除大鼠体内的BMP-2、p-Smad 1和p-Smad 5的表达，显著激活BMP-2/Smads信号通路，促进成骨分化，降低大鼠血清中ALP和破骨细胞水平，增加血钙含量，增加股骨骨密度、骨体积分数（BV/TV）、表面积体积分数（BS/TV）、Tb.Th、Tb.N，减少Tb.Sp，改善骨微结构，从而发挥防治OP的作用。

炎症除了在许多慢性疾病中扮演重要角色外，也是OP的高危因素。促炎性细胞因子，如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），可促进破骨细胞生成并阻止成骨细胞分化，参与OP的发生。白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）在骨质疏松妇女中显著升高，并被认为在绝经后OP中起重要作用。ACP5是破骨细胞分化的重要生物标志物。多糖作为生物大分子不能被宿主来源的酶降解为胃和小肠中可吸收的单糖，因此它们大部分流入大肠，成为肠道微生物的发酵底物，并影响机体肠道菌群结构。Liu等[22]研究发现，在GIO大鼠模型中，黄芪多糖可以恢复骨密度和修复骨微结构的损伤，并可使大鼠体内ACP5和促炎细胞因子TNF-α、IL-2显著降低，同时，显著改变了大鼠肠道微生物群（如c_Bacteroidia、p_Bacteroidetes、g_Allpprevotella）的结构和功能，这些细菌相对丰度的变化与ACP5和TNF-α水平的降低相关联，上述结果提示黄芪多糖150 mg/(kg·d)可能通过调节肠道菌群、抑制炎症，进而抑制破骨细胞的生成改善OP。DNA甲基化是一种表观遗传学事件，Liu等[23]通过基于差异甲基化位点的基因集富集分析发现，在GIO大鼠模型中，黄芪多糖150 mg/(kg·d)能够使OP相关的基因启动子DNA甲基化发生变化，包括钙稳态、破骨细胞/成骨细胞平衡、Wnt信号通路和激素相关过程，初步阐明了黄芪多糖改善OP的表观遗传学机制。

上述研究中，将微生物肠道菌群、炎症、基因组学等疾病研究的热点应用于中药多糖防治OP的探索中，体现了中药多糖在疾病治疗时多靶点、多维度的作用优势。

2.1.4 防风多糖（Saposhnikovia divaricatapolysaccharide，SPS） OP患者血清中Ca2+、Mg2+浓度大幅增，P2−通常与两者浓度呈负相关，因此，Ca2+、Mg2+、P2−常作为骨代谢常用检测指标。ALP与成骨细胞及前成骨细胞活性呈线性相关，成骨细胞活性越高，ALP水平越高。IL-6、TNF-α等免疫调节因子能够通过作用于NF-κB受体，增强破骨细胞活性，参与OP的发生和发展。TGF-β1、一氧化氮（nitric oxide，NO）、一氧化氮合酶（NO synthase，NOS）等因子能够抑制破骨细胞形成、成熟或促进成骨细胞分化、增殖，抑制骨吸收。徐俊[24]研究发现，防风多糖500 mg/(kg·d)作用于卵巢切除大鼠，能够有效降低其血清中Ca2+、Mg2+、ALP和IL-6、TNF-α的浓度，提高P2−、TGF-β1、NO、NOS的浓度，增加股骨干质量，缓解卵巢切除大鼠的骨吸收状态，达到治疗效果。

2.1.5 续断多糖（Dipsacus asperpolysaccharide，DAP） 在血管生成方面，血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）在向骨组织供血中起着至关重要的作用，其缺乏最终会加重OP。磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B，（protein kinase B，Akt）/内皮型NO合酶（endothelial nitric oxide synthases，eNOS）信号通路是VEGF下游分子，VEGF能够诱导Akt的磷酸化，进而磷酸化下游eNOS底物，诱导随后的NO生成，最终促进血管生成的发生，因此PI3K/Akt/eNOS信号通路促进血管生成可以改善骨组织的局部血供，从而促进成骨的进程。RANKL与RANK的结合能促进骨重吸收，抑制破骨细胞凋亡。骨保护素（osteoprotegerin，OPG）是成骨细胞成熟的标志物，能抑制前成骨细胞向成熟破骨细胞分化。OPG作为竞争性诱饵受体，能够阻止RANKL与RANK的结合，有效抑制破骨细胞分化，预防过度骨吸收。因此，OPG、RANKL和RANK是调节成骨细胞和破骨细胞分化的关键分子，打破RANKL和OPG的平衡会导致OP。Sun等[25]研究发现，续断多糖100 mg/(kg·d)可显著防止卵巢切除引起的大鼠骨丢失、生物力学降低和体质量下降，以及提高U-Ca/Cr、U-P/Cr、ALP、甲状腺受体辅助蛋白（triiodothyronine receptor auxiliary protein，TRAP）水平，进一步探索发现，DAP诱导的抗OP作用是通过在蛋白和mRNA水平上调VEGF和OPG的表达，下调RANK和RANKL的表达，以及激活PI3K/Akt/eNOS信号通路实现的，由此可知，DAP能促进成骨细胞的增殖和分化，抑制破骨细胞的分化和功能，具有预防和治疗绝经后OP的作用。

2.2 具有促进成骨作用的中药多糖

2.2.1 巴戟天多糖（Morinda officinalispolysaccharide，MOP） Zhang等[26]从巴戟天中提取分离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。研究发现，巴戟天粗多糖400 mg/(kg·d)对卵巢切除引起的大鼠骨丢失和生物力学功能障碍有明显的保护作用，巴戟天粗多糖组大鼠的骨小梁微结构退化程度减轻，骨转换标志物［包括CTX、骨特异性碱性磷酸酶（bone specific alkaline phosphatase，BAP）、PINP、HYP］水平降低，体外实验表明，MOW50-1 50 μg/mL可通过增加ALP活性，从而促进小鼠胚胎成骨细胞前体细胞MC3T3-E1的成骨分化。RUNX 2是RUNT结构域基因家族的成员，是经典Wnt/βcatenin信号通路的重要下游基因，可促进成骨细胞的增殖和分化，RUNX 2与OSX是调控早期成骨细胞分化的关键转录因子；BSP、OCN和OPN基因参与终末成骨细胞分化和骨矿化。研究发现，MOP70-1 40.1 μmol/L和MOP70-2 32.2、80.4 μmol/L能显著促进MC3T3-E1细胞的增殖、分化和矿化，其中，化学结构明确的MOP70-2 16.1 μmol/L能够通过上调成骨分化相关标记基因RUNX 2、OCN、OPN、BSP、OSX等表达，进而促进成骨细胞分化[27]。此外，MOW90-1 50 mg/mL通过在成骨分化的早期上调RUNX 2和OSX基因的表达，晚期上调OCN和OPG基因的表达，从而促进成骨细胞的分化[28]。

上述研究中，以粗多糖进行体内实验，将纯化制备的均一多糖进行体外实验，体现了多糖药效学研究的基本思路，与生物大分子多肽不同，相对分子质量均一的多糖人工合成能力有限，这在一定程度上成为了多糖研发的瓶颈。

2.2.2 枸杞多糖（Lycium barbarumpolysaccharide，LBP） 细胞凋亡是为了保持机体内平衡由基因调控的细胞程序性死亡。内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）参与细胞凋亡。葡萄糖调节蛋白78（glucose regulated protein 78，GRP78）在ERS中能通过抑制蛋白质合成和增加蛋白质降解保护细胞，在发生ERS时，GRP78的表达量显着增高，是ERS的标志性蛋白分子。持续的、过量或异常的ERS能够通过CCAAT增强子结合蛋白同源蛋白（CCAAT/enhancer binding protein homologous protein，CHOP）信号通路、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-12（cysteinyl aspartate specific proteinase-12，Caspase-12）信号通路和JNK信号通路导致细胞凋亡。Jing等[29]研究发现，棕榈酸盐能够通过引起ERS，提高细胞内GRP78、CHOP、Caspase-12以及p-JNK的表达，最终导致MC3T3-E1细胞凋亡。枸杞多糖800 µg/mL预处理上述细胞时，细胞中GRP78、CHOP、Caspase-12以及p-JNK的表达相对降低，并以剂量相关的方式有效抑制成骨细胞凋亡。由此可知，枸杞多糖可能通过抑制ERS相关信号通路的激活，逆转棕榈酸盐诱导的MC3T3-E1细胞凋亡，具有防治OP的作用。成骨细胞的发育和成熟受大量旁分泌、自分泌和内分泌因子影响，其中包括BMP。miRNAs是长度为20～24个核苷酸单链非编码RNA分子，通过内源性基因编码。miRNA可调节细胞生长、分化和凋亡，在生物体的生长发育以及疾病的发生和发展中发挥重要作用。TargetScan数据库中显示，BMP拮抗剂腱蛋白样蛋白1（chordin like protein 1，CHRDL1）是miR-200b-3p靶基因，参与破骨细胞分化。过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferatorsactivated receptors γ，PPARγ）是前脂肪细胞分化过程中的一个重要调控因子，其激活可加速脂肪细胞分化，从而加重患者的肥胖。Jing等[30]经生物信息学统计发现CHRDL1与PPARγ共表达，推测miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ轴与肥胖性OP相关，并认为具有改善肥胖和抑制成骨细胞凋亡的LBP可通过该轴发挥作用。实验证明，枸杞多糖400 µg/mL显著增加了由棕榈酸盐介导引起的CHRDL1mRNA降低，并抑制了由棕榈酸盐介导引起的miR-200b-3p和PPARγmRNA增加，提示在棕榈酸盐处理细胞中，枸杞多糖可通过调节 miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ轴发挥一系列功能。进一步实验发现，miR-200b-3p转染MC3T3-E1细胞可加重棕榈酸盐介导的细胞凋亡，并增加PPARγ蛋白表达、降低CHRDL1蛋白表达，枸杞多糖400 µg/mL孵育细胞后可以减轻上述现象的发生，但当si CHRDL1和抑制剂共转染细胞时，LBP 400 µg/mL对棕榈酸盐诱导的细胞凋亡的抑制作用也被部分抑制。由此可知，LBP主要通过抑制miR-200b-3p上调CHRDL1而抑制棕榈酸盐诱导的MC3T3-E1细胞凋亡，miR-200b-3p/CHRDL1/PPARγ轴不是LBP保护成骨细胞免受棕榈酸盐损伤的唯一机制。TGF-β1可经多种途径促进人类成骨细胞的骨形成。骨细胞、成骨细胞和/或破骨细胞内的NOS酶能够促进合成NO，NO-环磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophosphate，cGMP）通路与成骨细胞的凋亡活性相关，刺激NOcGMP通路可发挥骨重建的作用。任小军等[31]研究发现，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，进而通过NO和TGFβ1介导的分子机制通路发挥其调节骨重建代谢的作用。

2.2.3 淫羊藿多糖（Epimedium brevicornumpolysaccharide，EBP） GIO中细胞凋亡的确切机制尚不清楚，但Caspase-3可能在本病的发生发展中起着关键作用，Bcl-2家族蛋白（促凋亡蛋白Bax和抗凋亡蛋白Bcl-2）也通常参与GIO细胞凋亡。此外，PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）信号通路是细胞凋亡过程中重要的信号转导机制。Zheng等[32]研究发现，在地塞米松诱导的原代成骨细胞凋亡模型中，淫羊藿多糖100 μg/mL预处理可完全逆转模型中Caspase-3和Bax的表达增加，Bcl-2的表达减少以及PI3K、Akt和mTOR蛋白的磷酸化，并可显著上调低密度脂蛋白相关蛋白-5（low density lipoprotein receptor related protein-5，LRP-5）、βcatenin、RUNX 2和OSX的蛋白表达，由此可知，淫羊藿多糖预处理对成骨细胞的抗凋亡作用部分是通过调节Caspase-3、Bax和Bcl-2蛋白的表达来实现的，并主要依赖于抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路，同时，可通过激活成骨细胞中的Wnt/β-catenin信号通路诱导成骨细胞的形成。

2.2.4 当归多糖（Angelica sinensispolysaccharide，AP） 细胞周期中DNA合成前期（G1期）是细胞周期启动点，调控G1期的细胞周期蛋白为细胞周期素D1蛋白（Cyclin D1），它可以与相应的细胞周期蛋白依赖激酶形成复合物，启动下游驱动基因，使细胞进入S期，进而使细胞增殖。因此，Cyclin D1是细胞增殖的关键蛋白。Bcl-2/Bax值的变化与成骨细胞凋亡相关。陈超群[11]研究发现，当归多糖0.5 mg/mL能够促进人成骨细胞处于S期，诱导其增殖，并减少其凋亡，能够在RNA和蛋白水平，上调Cyclin D1的表达，并不影响Bcl-2/Bax值变化，由此可知，在一定浓度范围的当归多糖能够促进体外人成骨细胞增殖，可能与促进Cyclin D1表达来进一步使得细胞向S期分布这一机制相关。H19作为一种重要的长链非编码RNA，参与多种细胞生物学过程的调控，它可促进成骨细胞分化，并通过作为竞争性内源性RNA激活Wnt信号通路，另外，它能通过NOTCH信号通路调节BMP-9诱导的BMSCs成骨分化，在协调成骨中具有重要作用。Xie等[33]研究发现，体内实验中当归多糖400 mg/(kg·d)能够提高卵巢切除大鼠的骨密度、骨矿含量、股骨灰分和干质量，体外实验中，当归多糖300 μg/mL能够提高BMSCs的细胞活力，上调Cyclin D1、RUNX 2、OCN、ALP和BMP-2的蛋白水平，并显著激活BMSCs中PI3K/Akt和Wnt/β-catenin信号通路，H19基因敲除后，逆转了当归多糖对细胞增殖和成骨细胞分化的促进作用，由此可知，当归多糖可以通过调节H19促进BMSCs增殖和成骨细胞分化。

2.2.5 铁皮石斛多糖（Dendrobium officinalepolysaccharide，DOP） 过度的氧化应激和抗氧化防御能力的减弱可能会导致与年龄相关的组织损伤和各种疾病，包括OP。核因子E2相关因子2（nuclear factor NF-E2-related factor 2，Nrf2）是调控细胞氧化应激反应的重要转录因子，其转录活性的损伤会引起氧化应激。Nrf2过度表达可提高BMSCs分化为成骨细胞系的潜能，降低其分化为成脂肪细胞系的潜能。小鼠体内Nrf2的缺失会导致骨量和骨微结构的降低。Peng等[34]研究发现，给予衰老小鼠服用DOP mg/(kg·d)可显著增加Tb.V、Tb.N，降低Tb.Sp，减缓骨髓间充质干细胞的氧化应激，增加骨髓中的成骨细胞数量，同时减少骨髓中的脂肪细胞数量。体外实验中，当BMSCs暴露于氧化应激中，DOP 200 μg/mL可提高细胞中Nrf2及其下游蛋白血红素氧合酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）和醌氧化还原酶1（quinone oxidoreductase 1，NQO1）的表达，提高成骨细胞标志性物OSX和RUNX 2mRNA水平的表达，促进成骨分化，同时降低脂肪细胞标志物PPARγ和脂肪酸结合蛋白4的表达，抑制脂肪细胞分化。此外，氧化应激模型细胞给予Nrf2 siRNA后，DOP对BMSCs的效应被消除。由此可知，DOP可以通过Nrf2抗氧化信号通路减轻骨丢失和提高骨密度。

2.2.6 狗脊多糖（Cibotium barometzpolysaccharide，CBB） 张梦柳[35]从狗脊中提取获得去蛋白多糖CBB，精制后制备出一系列多糖CBB-1、CBB-2、CBB-3。体外实验研究发现，CBB-1 25 μg/mL可促进MC3T3-E1细胞的增殖，此外，CBB-1 50 μg/mL不仅可提高MC3T3-E1细胞中ALP活性，同时可提高该细胞的矿化率。进一步研究发现，CBB-1 100 μg/mL能够显著上调MC3T3-E1细胞中OST、RUNX2基因及细胞分化中后期关键基因BSP和OCN的表达水平。黄冬[36]在体内实验中研究发现，CBB能够显著增加卵巢切除大鼠股骨Tb.N、Tb.Th，降低Tb.Sp，改善结构模型指数使其结构由棒状向板状转变，说明CBB具有显著的抗骨质疏松活性。

2.2.7 鹿茸多糖（Pilose antlerpolysaccharide，PAP）Ren等[37]研究发现，在卵巢切除大鼠体内，鹿茸多糖可通过激活BMP-2/Smad 1和Smad 5/RUNX 2信号通路，调节骨代谢，增加骨密度。

2.3 具有抑制破骨细胞作用的中药多糖

目前，关于仅具有抑制破骨细胞生成和功能的中药多糖的报道相对较少，体内实验多针对OP的骨丢失症状，体外实验多针对破骨细胞的生成及其特异性基因的表达。体内实验研究发现，锁阳多糖（Cynomorium songaricumpolysaccharide，CSP）[38]、天麻多糖WSS25[39]、荷叶多糖（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诱导的大/小鼠骨丢失症状，其中CSP能够提高大鼠体内OPG蛋白表达，降低RANKL蛋白表达，升高OPG/RANKL值，其改善OP症状的机制与激活OPG/RANK/RANKL信号通路有关。体外实验研究发现，天麻多糖WSS25 10 μg/mL、没药多糖（Commiphora myrrhapolysaccharide，WCM-PE）200 μg/mL[42]、LLEP 100 μg/mL、肉苁蓉多糖（Cistanche deserticolapolysaccharide，CDP）10 μmol/L[43]、石菖蒲多糖125 μg/mL均能够明显抑制由RANKL诱导的破骨细胞生成和破骨细胞特异性基因的表达，但它们发挥作用的机制略有不同，其中WCM-PE、LLEP主要通过下调c-FOS和NFATc1蛋白的表达而发挥作用；天麻多糖通过阻断BMP-2/SMAD/分化蛋白抑制物1（inhibitor of differentiation 1，ID1）信号通路，肉苁蓉多糖通过抑制MARK信号通路，石菖蒲多糖通过抑制磷脂酶Cγ2（phospholipase Cγ2，PLCγ2）/钙离子（Ca2+）/蛋白磷酸酶2B-Aα，（protein phosphatase，2B-Aα）信号通路而抑制破骨细胞的生成。

3 结语

OP的发病机制较为复杂，与内分泌、免疫、遗传、衰老、营养状况、运动、外部环境等因素相关，其发病是涉及多个系统的复杂病理过程，多条信号通路在该过程中起重要的调控作用[44]。骨稳态是通过维持骨形成和骨吸收之间的动态平衡得以实现，当骨吸收大于骨形成时，该平衡被打破，导致骨密度下降，继而引起OP的发生。在该平衡过程中，具有骨形成功能的成骨细胞和具有骨吸收功能破骨细胞起着至关重要的作用，因此，目前中药多糖防治OP主要通过多条信号通路调控成骨细胞与破骨细胞之间的动态平衡，以实现维持骨稳态最佳状态的目的[45-46]。

本文从基因、信号通路、成/破骨细胞、动物实验（骨代谢、生物力学、肠道菌群）等多维度的研究展示了中药多糖防治OP的作用及机制（表1）。中药多糖能够通过对Wnt、PI3K/Akt、MAPKs、NFATc1、ERS、OPG/RANK/RANKL、Hpo、ERK/GSK3β/β-catenin、BMP-2/Smads、Cyclin D1、Nrf2等多种信号通路进行调控（图1），抑制或活化通路中相关因子的磷酸化，进而调节成骨细胞或破骨细胞的增殖、分化、成熟、活化或凋亡，以达到维持骨稳态，发挥抗OP的目的。由此可见，中药多糖因具有多靶点、多层面、多效应，不良反应小、来源广泛等优势，为OP的预防和治疗带来了更多的可能性。

图1 中药多糖对前成骨细胞和前破骨细胞的作用机制Fig.1 Mechanism of Chinese medicine polysaccharides on pre-osteoblasts and pre-osteoclasts

表1 中药多糖防治OP的作用及机制Table 1 Effects and mechanisms of traditional Chinese medicine polysaccharides in prevention and treatment of osteoporosis

此外，目前关于中药多糖防治OP的研究仍存在一定的局限性：多糖的提取纯化工艺较为复杂，粗多糖的得率相对较高，但精制多糖的得率低，在进行动物实验研究时，往往制备的结构明确的精制多糖的量不足以支撑体内实验，所以，现有关于中药多糖防治OP的研究，多选用粗多糖进行动物实验研究功效，精制多糖进行细胞实验探索机制。随着动物模型研究的发展，斑马鱼因样品用量少等优势被逐渐应用于OP模型的建立，斑马鱼模型应用的普及有望打破多糖研究的制约，促进中药多糖防治OP取得更大的突破[47]。与此同时，Zhu等[48]基于金催化“俞氏”糖苷化反应成功人工合成了迄今线性最长的128聚糖，也为多糖在药物研究方面带来了希望。

综上所述，中药多糖能够有效预防和治疗OP，进一步探寻高活性的中药多糖，明确其结构、性质及作用特点和机制，可为中药防治OP开辟新的领域，中药多糖在医药和保健品的研发方面蕴含巨大的潜力。

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