海参糖蛋白的成骨活性通过调节BMP-2/Smad5和MAPK信号通路缓解骨质疏松症并加速骨再生

《Food Bioscience》：Osteogenic Activity of Sea Cucumber Glycoprotein Mitigating Osteoporosis via Regulating BMP-2/Smad5 and MAPK Pathways to Accelerate Bone Regeneration

　　

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  SGP改善了小鼠的2型糖尿病性骨质疏松和葡萄糖代谢。
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  SGP通过BMP-2/Smad5、MAPK和OPG/RANKL信号通路促进骨形成。
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  SGP-2在高糖条件下直接刺激成骨细胞分化。

引言

全球2型糖尿病（T2DM）的患病率正在迅速攀升，长期高血糖常会诱发2型糖尿病性骨质疏松（DOP II），这是一种严重并发症，影响着近半数T2DM患者（AI-Maatouq等，2004）。根据国际糖尿病联合会的统计数据，预计到2030年患者人数将达到4.39亿，其中超过90%为2型糖尿病患者（Vinod和Vinu，2024）。DOP II的发病机制主要由骨重塑失衡驱动，高糖环境严重抑制成骨细胞的增殖和分化。这一损害与关键成骨信号通路的失调密切相关，包括BMP-2/Smad5、OPG/RANK/RANKL和MAPK通路，这些通路共同调控关键成骨基因的表达（Greco等，2023；Zhao等，2019；Zheng等，2024）。因此，靶向这些受损通路被认为是减轻骨脆弱性和恢复骨稳态的关键策略。

目前，糖尿病和骨质疏松的药物治疗常伴随不良反应和毒副作用，包括肾脏和血液系统疾病（Liu等，2025）。因此，迫切需要寻找安全的食物来源干预措施。近年来，蛋白质及其衍生生物活性成分因其多样的健康促进特性（包括抗氧化、抗炎和抗糖尿病作用）而备受关注。当前发展趋势有力支持了生产生物活性肽和功能蛋白的重要性和必要性。例如，近期研究表明，来自食物的蛋白质（如酪蛋白）具有强大的抗糖尿病潜力，其治疗效果可与二甲双胍等药物相媲美（Aziz等，2025）。此外，从多种海洋来源中发现的新型生物活性肽，如Pyropia vietnamensis（越南紫菜）蛋白质，已显示出显著的生物活性，凸显了海洋大分子巨大的潜力（Basri等，2025）。此外，现代食品处理策略，如利用特定益生菌菌株，已被证明能有效调控生物活性蛋白的释放，并改善食品基质的感官和功能特性（Iqbal等，2025）。

虽然简单蛋白质已被广泛研究，但复杂的共轭蛋白质如糖蛋白——肽链与糖链通过共价键结合——仍未得到充分利用（Liu, Nomura, Abe和Kajihara，2023）。通常，糖蛋白中蛋白质含量大于糖类含量。糖蛋白中肽链与糖链之间的这种特殊共价键结构赋予了糖蛋白丰富的生物活性，包括抗炎和抗氧化作用（Liu等，2023）。海参富含此类功能成分，其独特的共价结构使其天然具有优异的抗炎和抗氧化活性（Senadheera等，2023）。然而，当前研究面临的问题是海参糖蛋白（SGP）的具体成骨活性仍未得到充分探索。具体而言，SGP在高糖微环境中如何与关键成骨通路相互作用仍不明确，这限制了其潜在的治疗应用。

因此，本研究旨在提取和纯化SGP，并全面评估其成骨再生效果。在本研究中，采用链脲佐菌素（STZ）建立了2型糖尿病性骨质疏松小鼠模型，并通过ELISA和Western blot分析了血清水平及通路相关蛋白的变化。体外实验中，建立了高糖MC3T3-E1细胞模型，并利用RT-PCR分析了纯化后SGP介导的成骨相关基因表达。本研究将为揭示DOP II的潜在机制提供指导。

章节摘要

从Stichopus japonicus中提取粗提糖蛋白

取体重130 ± 10 g、体长12 ± 3 cm的海参（Stichopus japonicus），购自中国大连刘家桥市场。去除新鲜S. japonicus的内脏后，充分清洗体壁，随后进行冻干处理。向30 g冻干体壁粉末中加入0.5 M NaOH溶液（1:20，质量/体积比），在60°C下搅拌5小时。然后加入6 M HCl将溶液调节至pH 7.0。将溶液在8000转/分下离心15分钟以收集

SGP的特性表征

测定了SGP的分子量、蛋白质含量、总糖含量、硫酸多糖含量和糖醛酸含量。SGP的分子量为213.9 kDa，蛋白质含量为23.64%，总糖含量为17.45%。此外，SGP中的硫酸多糖和糖醛酸含量分别为10.92%和1.94%。这些结果与糖蛋白的特征一致，即蛋白质含量高于碳水化合物含量（Guo等，2021）。由于

讨论

2型糖尿病性骨质疏松（DOP II）是糖尿病最严重的并发症之一，其病理特征包括骨密度降低、骨微结构破坏和骨脆性增加（Chen等，2024）。研究表明，当胰腺和胰岛β细胞功能受损时，可诱发2型糖尿病（Li等，2025）。这导致血糖排泄能力增加，进而影响身体的

结论

在本研究中，成功从Stichopus japonicus中提取并表征了一种新型O-连接糖蛋白（SGP）及其纯化组分（SGP-2）。研究发现，SGP可有效改善2型糖尿病性骨质疏松。口服SGP显著减轻了DOP II小鼠的炎症反应，从而为骨重塑提供了有利的代谢环境。体外证据表明，SGP-2显著改善了成骨细胞的增殖、迁移和

CRediT作者贡献声明

Jian Lou：研究方法论。Seyed Vali Hosseini：研究方法论。Zhaojun Ban：验证、调查。Jinghe Sun：初稿撰写、形式分析、数据管理、概念化。Jingfeng Yang：审阅与编辑、指导、调查、经费获取。Lingling Liu：形式分析、概念化。Yizhou Gao：验证。Yiming Li：可视化、软件、数据管理。Shiwen Cheng：软件、数据管理

未引用参考文献

Chawla等，2025；Huang等，2022；Sun等，2025；Wang等，2023；Wang等，2024；Zeng等，2023。

伦理声明

本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告规范）指南进行。本研究已获大连工业大学动物伦理委员会批准。（批准编号：DLPU2023019）

利益冲突声明

作者声明不存在已知可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（32372399）的资助。

Jinghe Sun|Yiming Li|Shiwen Cheng|Lingling Liu|Yizhou Gao|Jian Lou|Seyed Vali Hosseini|Zhaojun Ban|Jingfeng Yang