骨骼是一种动态组织，通过重塑过程不断更新自身，以保持其机械特性和钙稳态。植物来源的多糖可以通过促进成骨细胞的分化和成熟或抑制破骨细胞形成来改善骨形成和吸收的动态平衡。本篇综述总结了植物源多糖及其对破骨细胞和成骨细胞的调节机制，为骨质疏松症治疗的发展提供了依据。
该综述以“A review: the mechanism of plant-derived polysaccharides on osteoblasts and osteoclasts”为题发表于Journal of Future Foods杂志。
1. Introduction
破骨细胞和成骨细胞分别在骨吸收和骨形成中起着至关重要的作用。对于一个健康成人的骨骼，再吸收的骨量通常等于形成的新骨量，从而保持骨骼的完整性和健康。然而，异常的骨重塑，即骨吸收和骨形成之间的失衡，可能导致代谢性骨疾病，如骨质疏松症（Fig. 1）。有许多风险因素导致骨重塑过程异常，如药物、内分泌紊乱、女性更年期、年龄增加、炎症性关节病、遗传因素等。骨质疏松症常规治疗药物的长期使用所导致的副作用已成为困扰患者的主要问题。因此，从植物中寻找安全可靠的活性成分已成为研究重点。
本文综述了大量具有抗骨质疏松活性的植物源多糖及其相关机制，为治疗骨质疏松症和开发多种活性天然产品提供了依据。
Fig. 1 Bone remodeling process. Activation of bone resorption: partially differentiated mononuclear osteoclasts migrate to the bone surface and form multinucleated osteoclasts that decompose and resorb mineralized bone matrix; transition from catabolism to anabolism; bone formation: osteoblasts consist of multipotent mesenchymal stem cells that differentiate from osteoprogenitor cells, transform into the pre-osteoblasts, produce bone matrix at the bone surface, and form new bone after mature mineralization.
2. 骨重塑过程
2. 1成骨细胞
成骨细胞介导骨重塑过程中的骨形成。成骨细胞分化受转录因子调控，包括Runt相关转录因子2（Runx2）、β-连环蛋白、osterix（Osx）、激活蛋白-1（AP-1）和激活转录因子4（ATF4）等。此外，SMAD1/5/8、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin信号通路也是调节成骨细胞分化的重要信号通路。各种转录因子和信号通路参与调节成骨细胞活性的途径如Fig. 2所示。
Fig. 2 Various transcription factors and signaling pathways are involved in the regulation of osteoblast activity.
2. 2破骨细胞
破骨细胞是一种大的多核细胞，通过骨表面的孔洞附着在骨上，具有骨吸收功能，并将钙释放到血液中。破骨细胞是唯一能够分解矿化骨的细胞，这对骨重塑和钙稳态非常重要。调节机制如Fig. 3所示。破骨细胞主要通过刺激巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）、激活RANK或其配体RANKL以及分化造血干细胞（HSC）获得。RANKL由成骨细胞分泌，是破骨细胞分化的关键调节因子。该配体可以与其受体RANK结合，在细胞质中释放肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF-6），从而激活MAPK、PI3K/AKT和经典NF-κB信号通路。
Fig. 3 Various signaling factors and pathways involved in the regulation of osteoclast formation.
3. 具有抗骨质疏松作用的植物源多糖
如Table 1所示，为本文所综述的具有抗骨质疏松作用的植物源多糖。
3. 1 促进成骨作用的植物源多糖
金毛蕨
金毛蕨根茎中提取的粗多糖CB70可以缓解卵巢切除（OVX）大鼠的骨丢失，并显著改善骨生物学特性。CBP70-1-2可以通过增加p-SMAD1/SMAD1的比例来增加BMP2的表达和转录活性，介导成骨标记基因（包括Runx2、Osx、OCN和OPN）的mRNA和蛋白表达的刺激，从而促进骨形成。
牛膝
牛膝多糖ABPB-4通过显著增加体外Runx2、Osx、Bsp、Ocn和Opn的mRNA表达，促进成骨细胞的增殖、分化和矿化，并发挥抗骨质疏松作用。同时，牛膝粗多糖AB70可以改善骨小梁微结构，降低血浆中骨转换的生物标志物包括Ⅰ型前胶原N末端前肽（PINP）、OCN、CTX-I和TRAP，与激素抗骨质疏松药物雌二醇的骨保护作用相似。
仙茅
仙茅粗多糖CO90在体内表现出明显的抗骨质疏松作用。均质多糖CO90-1可能是粗多糖CO90的活性成分，因为它可以有效地促进体外原代成骨细胞的增殖和分化。然而，仙茅多糖保护骨骼的潜在机制需要进一步探索和研究。
淫羊藿
淫羊藿多糖EBP在20和100μg/mL的剂量下显著增加体外ALP活性和骨钙含量。此外，EBP治疗显著上调了成骨细胞特异性转录因子的表达，包括LRP-5、β-catenin、Runx2和Osx。
当归
当归多糖AP增强了体外间充质干细胞（MSCs）的细胞活力，上调了MSCs的Cyclin D1、Runx2、OCN、ALP和BMP-2，并促进了成骨细胞分化。同时，AP激活了MSCs中PI3K/AKT和Wnt/β-catenin的信号通路，它们是细胞增殖和分化的重要调节因子。
黄精
黄精多糖PSP通过显著上调ALP、OC、PINP和BMP-2的表达，促进了体外骨髓间充质干细胞（BMSCs）的增殖和存活。研究表明PSP显著增加了体外β-catenin的表达，并通过Wnt/β-连环素信号通路促进成骨细胞分化。
铁皮石斛
多糖DOP是铁皮石斛的主要成分。DOP显著增加了BMSCs向成骨细胞的分化，并抑制了脂肪生成分化。此外，DOP的体内治疗可以显著增加老年小鼠的骨量，减少骨髓脂肪组织（MAT），并降低BMSCs的氧化应激。
巴戟天
巴戟天粗多糖MOP可部分缓解OVX引起的骨质疏松症状。研究发现，MOP可以通过抑制OVX大鼠增加的骨吸收标记物（DPD、HYP、TRAP）和骨形成标记物（OCN和PINP），显著提高BMD，并恢复骨吸收和骨形成之间的平衡，这有利于减少OVX诱导的骨丢失。从MOP中进一步分离出的均质多糖MOW90-1可通过上调Runx2、Osx、OPN和OCN的表达，促进MC3T3-E1细胞的增殖、分化和矿化。
3. 2 抑制破骨作用的植物源多糖
普洱茶
研究表明，长期喝茶可以增加骨密度。茶多糖（TPS）在破骨细胞形成过程中显著抑制NFATc1、c-Fos、c-Src和CTSK的表达，调节OVX大鼠的钙、ACP、IL-1β和IL-6水平。TPS可以剂量依赖性方式显著减少TRAP阳性多核破骨细胞的形成。TPS虽然显著改善了OVX大鼠的骨显微结构，但在实验期间对股骨长度和BMD没有影响。因此，推测TPS主要通过抑制RANKL诱导的破骨细胞生成来防止OVX大鼠的骨丢失。
荷叶
荷叶多糖LLEP减轻了OVX大鼠的骨微结构损伤，并抑制了雌激素缺乏导致的骨丢失。LLEP（3.13-200μg/mL）在体外显著降低了破骨细胞分化过程中NFATc1和c-Fos的mRNA表达以及相应的蛋白质水平，并进一步下调了破骨细胞特异性基因的转录表达。
柿叶
柿叶多糖PLE0主要由中性糖组成，包括半乳糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖等。PLE0通过抑制MAPK途径下调NFATc1、c-Fos表达，并抑制破骨细胞分化，从而发挥潜在的抗骨质疏松活性。
大麦叶
体外研究表明，大麦叶粗多糖BLE0通过调节MAPK/NF-κB/NFATc1途径抑制破骨细胞分化并减缓骨丢失。
肉苁蓉
肉苁蓉多糖（CDP）通过增加抗氧化酶的表达并抑制NFATc1和MAPK的活化，从而抑制破骨细胞的活性，从而减弱体外破骨细胞中RANKL介导的ROS产生。
没药
没药多糖（WCM-PE）减少了体内雌激素减少导致的骨小梁损失和脂质积累。此外，WCM-PE通过抑制RANKL诱导的c-Fos和NFATc1的过度表达以及下调破骨细胞特异性基因（Atp6v0d2、DC-STAMP和CTSK）的表达，在体外发挥抗骨质疏松作用。
3. 3 促进成骨和抑制破骨细胞的双重作用
菟丝子
从菟丝子种子中提取的总多糖CSP在体内可改善雌激素缺乏导致的体重增加和骨质流失。进一步研究表明，CSP处理抑制TRAP活性和破骨细胞特异性基因表达（TRAP、NFATc1、c-Fos和CTSK），并降低CTX水平。相反，CSP治疗恢复了IGF和TGF-β水平，增加了Osx、BMP-2、Smad5和Runx2的表达水平，表明CSP可以通过同时抑制骨吸收和促进骨形成来改善骨代谢。
骨碎补
骨碎补多糖DFPW抑制雌激素缺乏导致的OVX大鼠脂肪沉积，并恢复受损的骨微结构、BMD和BMC（Ca、P和Mg）。此外，DFPW降低了OVX大鼠的ALP活性和DPD浓度。
续断
DAP（200 mg/kg和50 mg/kg）可显著降低OVX大鼠雌激素缺乏引起的体重增加，同时DAP（200 mg/kg）能够较好的恢复骨小梁面积和结构。DAP治疗抑制OVX大鼠RANKL和RANK的表达，升高OPG和VEGF的表达，显著促进PI3K、AKT和e-NOS蛋白的磷酸化表达诱导激活PI3K/AKT/eNOS信号通路，参与DAP对成骨的促进作用并改善了血管生成。
4. Conclusion
通过总结多种具有抗骨质疏松作用的植物源多糖，发现植物源多糖可以调节ERK/JNK/p38、PI3K/AKT、Wnt/β-catenin、BMP2/SMAD1等多条信号通路及相关因子（Fig. 4），促进成骨细胞的增殖、分化和矿化或抑制破骨细胞的生成，恢复骨吸收和骨形成的动态平衡，达到防治骨质疏松的目的。
Fig. 4 Schematic diagram of the anti-osteoporosis activity of various plant polysaccharides.