美国埃默里大学医学院血液学和肿瘤学系，1365 C Clifton Road, NE, Atlanta, GA 30322, USA
内政部：10.15761/IFNM.1000101
骨质疏松症伴随骨量的减少是公认的重大公共健康问题。食物和营养因素可能在防止因衰老而导致的骨质流失方面发挥作用。然而，人们对此知之甚少。在海洋藻类中裙带菜、horneri马尾菜、Eisenia bicyclis、Cryptonemia scmitziana、Gelidium amansii和Ulva pertusa它们是季节性采集的马尾藻发现对骨骼有独特的合成代谢作用。铜藻活性成分对成骨细胞骨形成有促进作用，对破骨细胞骨吸收有抑制作用在体外，从而增加骨量。此外，铜藻活性成分抑制骨髓细胞脂肪形成在体外. 摄入铜藻在1型糖尿病动物模型中，活性成分对骨丢失有预防作用铜藻活性成分显示了合成代谢对健康人骨代谢的影响。铜藻活性成分是一种新的成骨因子，可能对改善肥胖糖尿病性骨质疏松症有帮助。
铜藻提取物，成骨细胞骨形成，破骨细胞骨吸收，脂肪形成，肥胖糖尿病，骨质疏松症
骨是一种动态组织，可保存骨骼的大小、形状和结构完整性，并调节矿物质的体内平衡。骨稳态是通过成骨细胞骨形成和破骨细胞骨吸收之间的平衡来维持的。衰老和许多病理过程导致骨形成减少和骨吸收增加，导致骨质疏松症，这是一种破坏性的骨病[1]。骨质疏松症是由骨质流失增加引起的，被广泛认为是一个重大的公共健康问题。这种疾病最显著的表现是股骨近端骨折，随着人口年龄的增长，骨折数量增加[2]。
目前，肥胖和糖尿病是世界范围内的主要健康问题，发病率不断上升。肥胖和糖尿病可诱发多种病理生理状态的继发性疾病，包括心血管疾病、神经紊乱、肾脏疾病、癌症和骨质疏松症。与肥胖和糖尿病相关的骨质疏松症也已引起注意[3-6]。糖尿病在老年人中较为常见，常与骨质疏松并存。近年来，代谢性疾病，包括肥胖和肥胖2型糖尿病的发病率已上升到流行水平[5]。1型和肥胖2型糖尿病与骨折风险增加有关。因此，肥胖、糖尿病和骨质疏松症是密切相关的。其中一个共同特征是成骨细胞和脂肪细胞是由骨髓间充质干细胞中共同的前体细胞分化而来的[7,8]。间充质干细胞向成骨细胞分化与脂肪细胞分化呈反比关系[7,8]。对预防和改善肥胖糖尿病性骨质疏松症具有重要的临床意义。
越来越多的证据表明，营养和食物因素的补充可能对骨质疏松动物模型和人类受试者诱导的骨丢失具有预防作用[9-12]。食物和植物中具有调节骨稳态的功能因子，在维持骨骼健康和防止随着年龄增长的骨质流失方面值得注意[13-15]。海藻对骨骼代谢的影响尚不清楚。裙带菜、horneri马尾菜、Eisenia bicyclis、Cryptonemia scmitziana、Gelidium amansii和Ulva pertusaKjellman被用作食品原料。在这些海藻中，马尾藻被发现对骨骼有独特的合成代谢作用[16]。铜藻提取物被发现对成骨细胞的骨形成有刺激作用，对破骨细胞的骨吸收有抑制作用在体外，从而增加骨量。此外，铜藻发现活性成分对骨髓细胞[17]的脂肪形成有抑制作用。的摄入量铜藻在1型糖尿病动物模型中，活性成分对骨丢失有预防作用[18]。本综述概述了我们最近在1型糖尿病预防作用方面取得的进展铜藻骨质疏松症的活性成分。
骨代谢在维持骨骼结构和调节矿物质平衡方面起着生理作用。骨重建和建模是骨骼系统[19]发育和维持的基础。骨建模负责骨的生长和机械诱导的适应，它需要骨形成和骨去除(再吸收)的过程。骨重塑的过程，使骨骼在器官和组织中独一无二，并增加了许多层次的复杂性，包括通过全身影响(激素)、压力作用(体力活动/负重)、生长因子和细胞因子来自骨细胞或来自骨髓组织附近细胞的因子。维持骨量的骨稳态是通过成骨细胞骨形成和破骨细胞骨吸收之间的微妙平衡巧妙地调节的[20-22]。骨是生长因子的主要储存部位，这些生长因子由成骨细胞产生，弥散成新沉积的骨样，并储存在骨基质中，包括isulin样生长因子(IGF- I和II)、转化生长因子-β1 (TGF-β1)、血小板衍生生长因子(PDGF)或骨形态蛋白(bmp)[23,24]。这些骨源性因子可在随后的骨吸收过程中被释放，在骨表面局部微环境中以自分泌、旁分泌或延迟旁分泌方式起作用。骨质疏松症是一种以骨密度和骨强度损失和骨微结构恶化为特征的疾病，导致骨折风险增加。骨质疏松最显著的表现是股骨近端骨折，随着人口年龄的增长，骨折数量增加[2]。 Osteoporosis is a common metabolic disease and generally affects people at an advanced age and suffering from other chronic diseases. It is more common in women and a significant loss of bone mass after menopause begins. Bone mass is dramatically reduced after menopause, which depresses secretion of ovarian hormone (estrogen) in women [1]. Deficiency of estrogen advances osteoclastic bone resorption. This is very important as a primary osteoporosis. Postmenopausal osteoporosis is the archetypal osteoporotic condition in women after menopause. Osteoporosis is a major cause of increased morbidity and mortality affecting the aging population. It has been estimated that osteoporosis affects at least 200 million women worldwide, one third of women aged between 60 and 70 years and two thirds over 80 years [2,25]. In 1995, incidence of osteoporotic fractures in the U.S. was about 1.5 million, of which 750 000 vertebral fractures, 250,000 hip fractures, 250,000 fractures in the wrist fracture and 250 000 other locations. According to a recent World Health Organization report, osteoporosis has become a global health problem with a disease incidence and mortality rate similar to that of cardiovascular diseases, cancer and diabetes [3-6]. Osteoporosisis is widely recognized as a major public health threat.
海洋藻类铜藻[海藻horneri(Turner) C. Agardh]从日本静冈县下田和岩手县宫古县海岸季节性采集，经冻干，动力[16]。采集的新鲜海藻在蒸馏水中均质，在5500 g冷冻离心机中离心10分钟。将5500g上清液混合冷冻干燥。将水溶性提取物的粉末溶解在冰冷的蒸馏水中用于实验。水溶性提取物铜藻通过膜分馏的方法纯化，收集不同分子量的活性组分。
直接影响铜藻利用骨组织和MC3T3前成骨细胞检测了骨形成和矿化的活性成分在体外(26、27)。成骨前细胞分化为矿化成骨细胞铜藻在矿化培养基中培养21天的活性成分在体外[27]。铜藻活性成分(10 μg/ml和25 μg/ml)均能显著增强MC3T3细胞[27]的矿化作用。的铜藻提取物(25 ~ 100 μg/ml)对[27]培养的MC3T3-E1细胞数量无显著影响。铜藻当细胞在培养期间大量增殖时，活性成分似乎没有直接介导对培养物的毒性作用，并且在实验结束时仍然活着，明显地附着在培养皿上。
骨形态发生蛋白（BMP）如BMP-2是通过Smad信号通路发出信号的合成代谢剂[24]铜藻通过对所有Smad物种[27]响应的Smad 4-荧光素酶报告报告，已经证明了基础和bmp -2诱导的Smad激活。铜藻活性成分对基底Smad的激活没有直接影响。铜藻活性成分(50或100 μg/ml)可增强BMP-2诱导的smad活化。同时,铜藻活性成分（25-100μg/ml）增强了TGF-β1诱导的Smad激活[27]。NF-κB激活是对成骨细胞分化的有效抑制，TNF-α诱导的NF-κB激活导致MC3T3成骨细胞前体中的Smad抑制[28,29]。是否铜藻活性成分能够防止TNF-α诱导的NF-κB活化的MC3T3成骨细胞前体细胞。铜藻活性成分(25 ~ 100 μg/ml)对TNF-α诱导的NF-κB活化有抑制作用铜藻活性组分对基础NF-κB活化无直接影响。因此,铜藻活性成分已被证明能刺激成骨细胞的分化和矿化体外。TGF-β1-和BMP-2诱导的Smad信号激活分别在成骨细胞的早期承诺和分化中发挥重要作用[30]。铜藻活性成分[27]可增强BMP-2-或TGF-β1诱导的Smad激活。铜藻提取物诱导的Smad增强可能是刺激成骨细胞分化和矿化的重要因素。
NF-κB信号已被证明下调成骨细胞分化[28,29]。其中一个主要机制是NF-κB与Smad信号通路[30]的交集。成骨细胞中NF-κ b信号通路通过促进Smad7的产生与Smad信号通路相交并干扰Smad信号通路，Smad7是TGF-β-和bmp诱导的R-Smad激活[30]的抑制剂。TNF-Α通过上调Smad泛素化调节因子1 (Smurf1)进一步拮抗BMP信号，促进骨形态发生信号蛋白[31]的蛋白酶体降解。多种NF-κB激活抑制因子能够挽救TNF-α对BMP-2和/或TGF-β1诱导的Smad激活[28]的抑制作用。铜藻发现活性成分抑制成骨前MC3T3-E1细胞[27]中TNF-Α-induced NF-κB的活化。这一发现提供了一种可能的分子机制铜藻活性成分刺激成骨细胞骨形成。
的合成作用铜藻骨组织中的活性成分在体外已经找到了。大鼠股干骺端组织在含有水溶性提取物（25和50μg/ml）的培养基中培养，该提取物来自pinnatifida, S. horneri, E. bicclis，或C. scmitziana的体外培养(16日,26)。骨钙含量显著升高铜藻活性成分(25、50 μg/ml)。其他海生藻类的提取物未见影响。此外，每天口服一次海藻粉水悬液，连续7天。给药后骨钙含量显著升高pinnatifida, S. horneri, E. bicyclis，或C. scmitziana[16]。此外，骨碱性磷酸酶活性，这是一种钙化酶[32]，显著增强与给药铜藻或g . amansii．因此,铜藻活性成分对骨钙化有独特的合成代谢作用在体外和在活的有机体内[16]。的影响铜藻在股骨-骨干和-干骺端组织中增加钙含量、碱性磷酸酶活性和脱氧核糖核酸(DNA)含量的活性成分在体外在蛋白合成抑制剂环己亚胺[16]的存在下完全消除。合成代谢的影响铜藻活性成分可能来自新合成的蛋白质组分。
铜藻提取物已被证明能抑制破骨细胞的骨吸收。检验…的效果铜藻破骨细胞形成的活性成分，RAW264.7破骨细胞前体在有或无RANKL刺激下分化为成熟破骨细胞铜藻活性成分为中[27]，剂量范围为5 ~ 100 μg/ml。的铜藻活性成分对体外培养的破骨前细胞(RAW267.4细胞)数量无影响。horneri提取物(100 μg/ml)在培养7 d后对前体无毒性作用，抑制其增殖。铜藻活性成分（25–100μg/ml）显著抑制RANKL诱导的破骨细胞形成[27]。
NF-κB信号转导通路是破骨细胞生成的重要途径[20,21]。的影响铜藻我们检测了破骨细胞前体中RANKL激活NF-κB的活性成分。在RAW 264.7细胞中转染NF-κB报告基因，在存在或不存在的情况下用RANKL刺激NF-κB活性铜藻有效成分(5-100 μg/ml)[27]。铜藻活性成分对基础NF-κB活性没有显著影响[27]。然而，RANKL诱导的NF-κB活性的增加在细胞凋亡中显著减弱铜藻活性成分[27]。
图1。的参与铜藻骨稳态和脂肪生成中的活性成分。RANKL由成骨细胞中的骨吸收因子（PTH、PGE2和其他）产生，并结合RANK激活破骨细胞生成。骨保护素（OPG），RANKL的天然拮抗剂，抑制RANKL与RANK的结合。巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）刺激干细胞形成干细胞前成纤维细胞。铜藻活性成分刺激成骨细胞骨形成，抑制破骨细胞骨吸收，从而增加骨量。铜藻活性成分增强成骨细胞中骨生长因子（TGF-β1和BMP-2）诱导的Smad激活，并抑制成骨细胞和破骨细胞中TNF-Α-和RANKL增强的NF-κB激活，这可能是铜藻活性成分。骨髓间充质干细胞可分化为脂肪细胞铜藻活性成分抑制骨髓间质干细胞的脂肪生成，提示其参与预防肥胖及其相关的骨丢失。
铜藻有剂量依赖性的活性成分，没有细胞毒性，被发现对rankl刺激的破骨细胞生成[27]有抑制作用。RANKL是一种关键的破骨细胞因子，通过NF-κB信号传导，对破骨细胞(骨吸收细胞)的形成起着关键作用[20,21]。铜藻活性成分抑制破骨细胞前体细胞中RANKL诱导的NF-κB活化[27]。这一发现与以下观察结果一致：铜藻提取物可抑制rankl诱导的破骨细胞形成[27]。铜藻活性成分可能通过抑制NF-κB活化而抑制破骨细胞的生成。
的影响铜藻在10 μg/ml[27]浓度下观察MC3T3-E1细胞培养21 d的矿化活性成分。然而，其影响铜藻在25 μg/ml[27]浓度下观察MC3T3-E1细胞Smad活性和RAW 264.7细胞NF-κB活性。的影响铜藻在培养6天的原始264.7细胞中，在25μg/ml浓度下，也发现了破骨细胞生成的活性成分[27]铜藻低剂量、长时间培养可观察到成骨细胞和破骨细胞形成的活性成分。
抑制的影响铜藻[33]对体外股骨组织骨吸收的活性成分已被证实。已知甲状旁腺素(PTH)和前列腺素E2 (PGE2)可诱导破骨性骨吸收[34]。PTH-和pge2诱导的骨钙含量下降被抑制铜藻活性成分(10、25、50 μg/ml)[33]。同时,铜藻活性成分抑制PTH-或PGE2诱导的中等葡萄糖消耗和骨组织产生的乳酸的增加[33]。此外铜藻活性成分阻断了PTH诱导的骨干和干骺端组织酸性磷酸酶活性的增加[33]。这些发现表明铜藻活性成分对体外组织培养的骨吸收有直接抑制作用。
铜藻活性成分具有强大的Smad激活和抗nf -κB活性，可能有希望发展成为一种抗骨质疏松材料，能够促进新骨形成，同时减少骨吸收。铜藻活性成分可作为预防各种病理生理状态下骨溶解的工具。
铜藻活性成分已被发现显示抑制脂肪生成的作用，这涉及肥胖[17]。小鼠骨髓细胞在含地塞米松和3-异丁基-1-甲基黄嘌呤的分化培养基中，分别用载体和载体培养3 d铜藻活性成分(5、10、25、50 μg/ml /每孔)培养48小时，然后在有胰岛素或胰岛素的情况下培养细胞铜藻活性成分(每孔5、10、25和50 μg/ml培养基)补充4天[17]。用含胰岛素[17]培养基培养后，脂肪形成明显增强。这种增强明显被抑制在铜藻有效成分(10-50 μg/ml培养基)[17]。因此,铜藻在体外骨髓培养中发现了抑制脂肪生成的活性成分。文化与铜藻在骨髓细胞向脂肪细胞分化的早期加入活性成分(10 ~ 50 μg/ml)对体外骨髓培养[17]中脂肪的形成也有明显的抑制作用。由此可见，horneri活性成分可抑制骨髓间充质干细胞向前脂肪细胞和由前脂肪细胞向成熟脂肪细胞的分化过程。铜藻活性成分抑制脂肪生成，可能导致肥胖的预防。摄入铜藻活性成分可能是预防和治疗肥胖和肥胖诱导的2型糖尿病的有用工具。
铜藻活性成分，含分子量小于3000，已被证明在克隆骨细胞中刺激成骨细胞的形成和抑制破骨细胞的骨吸收，但骨髓细胞[27]没有作用。铜藻活性成分分子量小于3000，可抑制骨髓间充质干细胞向脂肪细胞分化，从而抑制脂肪形成。铜藻活性成分可能是预防和治疗肥胖和促进脂肪生成的有效工具。
铜藻已发现活性成分可刺激成骨细胞骨形成并抑制破骨细胞骨吸收。已发现这些活性成分存在于铜藻从日本(下田和岩手)和中国不同海岸提取[35]。活性成分铜藻在促进骨钙化方面，已发现提取物的分子量接近3000[27]。同时，活性成分铜藻提取物抑制破骨细胞形成的作用小于MW 3000，大于MW 50000[23,33]。这些组分在热处理后是稳定的。推测促进骨钙化的活性成分可能是化学成分而不是肽，抑制骨吸收的分子量超过MW - 50000的成分可能是多糖。从岩手(日本)海岸或中国海岸提取的活性成分具有相同的分子量。活性成分，刺激成骨细胞发生和抑制破骨细胞发生，被发现存在于小于MW 3000的成分中铜藻使用前成骨细胞和RAW267.4细胞提取在体外[27]。刺激成骨细胞骨形成和抑制破骨细胞骨吸收的活性成分可能是相同的。
我们发现有四种化学物质铜藻使用液相色谱-质谱分光光度法系统（LCMS-IT-TOF；日本京都岛津）分析的活性成分（小于MW 3000）。
这些化合物分别为1,3,5-三(氧杂兰-2-甲基)-1,3,5-三嗪烷(MW 339)、5-苯基-2-[2-(5-苯基四唑-2-基)乙基]四唑(MW 318)、3-(十六胺基)丙烷-1,2-二醇(MW 316)和2-(2-羟乙基-三烷基氨基)乙醇(MW 288)。这些化学物质可能对成骨细胞和/或破骨细胞发生有影响。这是可能的，这些化合物的组合揭示了一个潜在的合成代谢作用的骨头。
合成代谢作用铜藻青年和老年大鼠股骨组织中骨成分的活性成分在活的有机体内已经被证明是[36]。青壮年雄性(4周龄)大鼠股骨-骨干和-骨干组织中钙含量、碱性磷酸酶活性和DNA含量增加铜藻活性成分(25、50、100 mg/kg)连续使用7天。此外，给药后，50周龄雌性大鼠股骨-骨干和-骨干组织中的骨成分增加铜藻活性成分（100 mg/kg）持续14天，表明随着年龄的增长对骨质流失有预防作用[36]。
的摄入量铜藻活性成分已被证明对糖尿病状态下的骨质流失具有预防作用[18]。糖尿病已被证明会导致骨质流失[4,37,38]。链脲佐菌素（STZ）诱导胰腺细胞胰岛素分泌减少并导致1型糖尿病。口服铜藻活性成分(100 mg/kg体重)到STZ (60 mg/kg体重)对糖尿病大鼠有预防骨质流失的作用在活的有机体内[18]。这一发现表明铜藻活性成分对糖尿病状态的骨质流失有预防作用。stz -糖尿病大鼠股组织在含铜藻活性成分、股骨钙含量和碱性磷酸酶活性在体外增加[18]。碱性磷酸酶与骨钙化有关[32]。铜藻活性成分对骨形成有促进作用[16,27]，对体外骨吸收有抑制作用[27,33]。因此，抑制作用铜藻糖尿病引起的骨丢失的活性成分可能是由于对骨形成的刺激作用和对骨吸收的抑制作用。
有趣的是，口服铜藻发现STZ糖尿病大鼠的活性成分（100 mg/kg体重）对糖尿病状态下引起的体重下降、血糖和甘油三酯水平升高具有预防作用[18]。这是第一次发现。摄入铜藻活性成分对糖尿病患者血清生化指标有恢复作用在活的有机体内．
因此,摄入铜藻活性成分被证明对1型糖尿病患者的骨丢失、高血糖和高脂血症具有预防作用[18]。铜藻预防糖尿病引起的骨丢失的活性成分可能与预防糖尿病引起的血糖和甘油三酯水平升高的成分相同。这一点尚待阐明。
补充摄入铜藻已经证明，活性成分对人体受试者的骨代谢具有合成代谢作用[39]。本研究旨在确定补充摄入维生素C的效果铜藻健康人循环骨代谢标志物活性成分[39]36名志愿者，年龄在20-60岁之间(16名男性和20名女性)。志愿者被分为三组;安慰剂的平板电脑没有铜藻活性成分(男5例，女7例)，片剂含铜藻活性成分为每日300毫克(6男7女)或每日900毫克(5男6女)[39]。安慰剂或铜藻活性成分片每天服用一次，持续4或8周。饮食的摄入铜藻持续8周的活性成分（900 mg/天）在器官代谢功能的其他生化标记物中没有显著变化，表明摄入该物质对人体没有毒性作用[39]。
骨特异性碱性磷酸酶[40]和γ-羧化骨钙素[41]是骨形成的血清骨标志物，骨抗酒石酸酸性磷酸酶(TRACP)[42]和I型胶原[43]的n端肽是骨吸收的标志物。血清骨特异性碱性磷酸酶或γ-羧化骨钙素浓度无明显变化铜藻活性成分(300或900毫克/天)持续4或8周[39]。血清骨TRACP活性明显降低铜藻活性成分(300或900毫克/天)持续8周[39]。血清I型胶原n端肽浓度明显降低铜藻有效成分(900毫克/天)持续8周[39]。同时，血清钙、无机磷等生化指标均未发生变化铜藻活性成分(300或900毫克/天)持续4或8周[39]。因此，长时间的摄入铜藻活性成分对人体骨吸收有抑制作用。
铜藻发现活性成分对成骨细胞骨形成有刺激作用，对破骨细胞骨吸收有抑制作用。补充摄入铜藻活性成分显示对骨吸收的抑制作用，随后可能显示对人类骨形成的刺激作用，从而增加骨量。补充摄入铜藻随着年龄的增长和绝经后妇女的增加，其活性成分可能具有预防和恢复骨质疏松的作用。
随着年龄的增长，以及心血管疾病、神经紊乱、肾脏疾病、炎症状态和癌症等多种病理过程导致骨质疏松，导致骨质疏松。目前，肥胖糖尿病引起的骨质疏松已被广泛认为是一个重大的公共卫生问题。功能性食物因子可能揭示改善各种病理状态的骨丢失的潜在作用。在各种用于食物的海藻中，铜藻通过抑制脂肪生成、破骨细胞骨吸收和刺激成骨细胞骨形成，发现活性成分对骨量具有独特的合成代谢作用。补充摄入铜藻活性成分可能有助于预防和改善包括肥胖糖尿病在内的各种病理状态下的骨丢失。这种功能性食品生物材料在临床应用中具有广阔的前景。
作者没有利益冲突。
音)山口
埃默里大学医学院
评论文章
收稿日期:2014年8月14日;
录用日期:2014年8月16日;
出版日期：2014年8月19日
铜藻活性成分由Masaaki Yokoyama, MS和Toru Matsumoto, MS，生物材料部，Maruhachi Muramatsu, Inc, Yaizu，日本静冈县。
©2014山口。这是一篇开放获取的文章，在知识共享署名许可协议的条款下发布，该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。
Yamaguchi M(2014)海藻海藻horneri有效成分:预防肥胖糖尿病骨质流失。中国。食物。减轻。金属底座。， 1: doi: 10.15761/IFNM.1000101
美国埃默里大学医学院血液学和肿瘤学系，1365 C Clifton Road, NE, Atlanta, GA 30322, USA
图1。的参与铜藻骨稳态和脂肪生成中的活性成分。RANKL由成骨细胞中的骨吸收因子（PTH、PGE2和其他）产生，并结合RANK激活破骨细胞生成。骨保护素（OPG），RANKL的天然拮抗剂，抑制RANKL与RANK的结合。巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）刺激干细胞形成干细胞前成纤维细胞。铜藻活性成分刺激成骨细胞骨形成，抑制破骨细胞骨吸收，从而增加骨量。铜藻活性成分增强成骨细胞中骨生长因子（TGF-β1和BMP-2）诱导的Smad激活，并抑制成骨细胞和破骨细胞中TNF-Α-和RANKL增强的NF-κB激活，这可能是铜藻活性成分。骨髓间充质干细胞可分化为脂肪细胞铜藻活性成分抑制骨髓间质干细胞的脂肪生成，提示其参与预防肥胖及其相关的骨丢失。
