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“保温杯里放枸杞”—中科院生物物理所揭示枸杞子“坚筋骨”的科学内涵

“保温杯里放枸杞”—中科院生物物理所揭示枸杞子“坚筋骨”的科学内涵

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号

【概要描述】基于表型从中药复方或提取物一步一步筛选到单体活性成分,然后确定活性成分的靶点及相关机制是中药复方或提取物研究的一个好的思路。

“保温杯里放枸杞”—中科院生物物理所揭示枸杞子“坚筋骨”的科学内涵

【概要描述】基于表型从中药复方或提取物一步一步筛选到单体活性成分,然后确定活性成分的靶点及相关机制是中药复方或提取物研究的一个好的思路。

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号
  • 发布时间:2023-06-30 14:16
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枸杞子是我国传统名贵中药,《神农本草经》把它列为上品,历代本草均有记载。作为典型的药食同源中药,《本草纲目》记载枸杞子具有"久服坚筋骨,轻身不老"的功效。然而枸杞子具备上述功效的科学原理仍未得到充分解释。

宁夏枸杞(Lycium barbarum L.)为茄科枸杞属植物宁夏枸杞的果实,是中药枸杞子道地药材。为推动枸杞产业高质量发展,“枸杞功效的重大基础研究及功能产品研发”重大项目2016年获宁夏科技厅批复立项。项目由中国科学院生物物理研究所牵头承担、中国科学院王志珍院士主持,共设7个课题,分别由王志珍、陈凯先、陈润生、苏国辉、仝小林5位院士及王峥涛教授、陈畅研究员负责实施,中国科学院上海药物研究所、中国中医科学院广安门医院、上海中医药大学、暨南大学等多家高校院所参与实施。2022年6月,历时6年系统研究、由多位院士参与的宁夏“十三五”重点研发计划项目“枸杞功效的重大基础研究及功能产品研发”顺利通过专家组验收,中国科学院生物物理研究所研究员陈畅发布自治区重点研发计划项目成果,主要包括枸杞生物活性物质基础研究、枸杞传统功效分子机制研究、枸杞质量标准研究、枸杞功能产品研发等方面的26项成果。项目组全面解析了枸杞久服“坚筋骨、轻身不老、耐寒暑、保肝明目”传统功效的分子机制,首次主导制定了枸杞质量国际标准,同时开发了以枸杞为君药的两种传统中药制剂,并针对不同人群研发出15种基于枸杞功效的功能产品,为枸杞产业高质量发展提供了科学依据。

近日,中科院生物物理所陈畅研究员和中科院上海药物所丁侃研究员发表了两篇研究文章,分别阐明了枸杞子 “坚筋”“坚骨”的作用机制,为枸杞子的进一步产业化提供依据。

|   01、枸杞子“坚骨”功效的科学内涵

2023年6月,该课题组合作在Carbohydrate Polymers(IF=10.723)发表“LBP1C-2 from Lycium barbarum alleviated age-related bone loss by targeting BMPRIA/BMPRII/Noggin”文章,揭示了枸杞子中均一多糖LBP1C-2通过靶向BMPRIA/BMPRII/Noggin而改善衰老性骨流失,解析了枸杞子发挥"坚骨"功效的物质基础、作用机制和作用靶点。

《中国药典》记载枸杞子具有"滋补肝肾"的功效,而中医学存在"肾主骨"之基本理论,为枸杞子改善骨流失提供了理论依据。

研究利用年轻小鼠、自然衰老小鼠和双侧去势小鼠三种模型,研究首先发现枸杞子水提取物(LBE)可以发挥抗骨流失作用,进一步发现提取物(LBE)中的枸杞多糖(LBP)能够发挥抗骨流失作用,再进一步发现枸杞多糖(LBP)中的均一多糖(LBP1C-2)能够发挥抗骨流失作用。体内小鼠实验和体外细胞实验表明,LBE、LBP和LBP1C-2可增加自然衰老小鼠骨密度,改善骨组织显微结构,上调骨形成。进一步通过RNAi、SPR、CETSA和TSA等技术确定了LBP1C-2的直接作用靶点,并阐明了其作用机制:LBP1C-2一方面可直接与BMP受体BMPRIA和BMPRII结合,另一方面LBP1C-2可与BMP的抑制蛋白Noggin结合,两者共同激活BMP/Smads信号通路,从而发挥改善衰老性骨流失的作用。总之,LBP1C-2有望成为一种潜在的治疗衰老性骨流失的先导化合物。

图1 枸杞子改善衰老性骨流失的分子机制

|   02、枸杞子“坚筋”功效的科学内涵

2023年4月,该课题组合作在iScience发表题为“LBP1C-2 from Lycium barbarum maintains skeletal muscle satellite cell pool by interaction with FGFR1”的文章,发现枸杞中的枸杞均一多糖LBP1C-2通过与FGFR1相互作用促进骨骼肌卫星细胞活化和自我更新,从而维持肌肉干细胞库,维持骨骼肌干细胞库发挥"坚筋"功效的的物质基础、作用机制和作用靶点。

衰老对身体最显著的影响之一是骨骼肌质量、力量和功能的丧失,即肌肉萎缩。卫星细胞(Satellite cells,SCs)作为骨骼肌干细胞,在骨骼肌生长、损伤修复和再生过程中发挥重要作用。

研究以成年小鼠和自然衰老小鼠为模型,发现枸杞水提物(L. barbarum extract, LBE)灌胃处理可以增加骨骼肌卫星细胞的数量。在肌肉损伤再生模型中, LBE可以促进干细胞活化和自我更新从而促进肌肉再生。探究LBE中发挥作用的主要成分,发现枸杞多糖(L. barbarum polysaccharide,LBP)作为LBE的主要成分,具有类似的功效。更重要的是,研究者发现从LBP中分离纯化得到的均一多糖LBP1C-2是调控卫星细胞数量和功能的有效成分。SPR、CETSA技术发现LBP1C-2可能与膜受体FGFR1直接相互作用,通过激活p38信号通路促进卫星细胞活化,在卫星细胞活化增值后再通过上调Spry1表达促进卫星细胞自我更新,从而维持肌肉干细胞库的稳定。

图2 枸杞子维持骨骼肌卫星细胞库的分子机制

|   总结与讨论

两项研究思路类似,从枸杞子提取物(LBE)、从枸杞多糖(LBP),最后到枸杞均一多糖(LBP1C-2),依次发现他们的功效,最后聚焦于活性成分—枸杞均一多糖LBP1C-2,发现了LBE中有效成分均一多糖LBP1C-2的作用靶点,阐释了发挥作用的分子机制,将为枸杞子或其有效成分的药用或辅助药用奠定理论基础,为枸杞子“久服坚筋骨,轻身不老”传统功效提供了科学诠释。

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8)天然产物化合物库与功能化合物筛选服务

|   相关文献

【1】Sun C, Chen X, Yang S, Jin C, Ding K, Chen C.LBP1C-2 from Lycium barbarum alleviated age-related bone loss by targeting BMPRIA/BMPRII/Noggin. Carbohydr Polym. 2023 Jun 15;310:120725.

【2】Meng J, Lv Z, Chen X, Sun C, Jin C, Ding K, Chen C.LBP1C-2 from Lycium barbarum maintains skeletal muscle satellite cell pool by interaction with FGFR1. iScience. 2023 Apr 6;26(5):106573.

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