DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2025.1727705
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41756113
تاريخ النشر: 2026-02-11
المؤلف: Qiyue Yu وآخرون
الموضوع الرئيسي: البوليسكاريدات وجدران خلايا النباتات
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على العبء الصحي الكبير الذي تسببه اضطرابات الجهاز العصبي المركزي (CNS) والقيود المفروضة على العلاجات الدوائية الحالية، مما يبرز الحاجة الملحة لعلاجات أكثر فعالية. ويؤكد على إمكانيات البوليسكاريدات النباتية، التي هي مستقلبات حيوية مشتقة من النباتات الطبية، بسبب أنشطتها البيولوجية المتنوعة وملفات الأمان المواتية. تلخص المراجعة النتائج الحديثة حول التأثيرات العصبية الواقية لهذه البوليسكاريدات، موضحة آليات مثل قمع الالتهاب العصبي، وتقليل الإجهاد التأكسدي، ومنع موت الخلايا العصبية، وتعديل الالتهام الذاتي، والحفاظ على توازن ميكروبيوتا الأمعاء. يشدد المؤلفون على أهمية التصميم التجريبي الصارم في الدراسات قبل السريرية لضمان نتائج موثوقة ومعالجة التحديات في الترجمة السريرية، بما في ذلك التباين الهيكلي وتوافر حيوي محدود.
في الختام، تؤكد المراجعة على التأثير الاجتماعي والاقتصادي للاضطرابات العصبية وضرورة وجود عوامل عصبية واقية آمنة وفعالة. تكشف تحليل منهجي لـ 72 دراسة أن البوليسكاريدات النباتية تظهر باستمرار فعالية علاجية عبر نماذج تجريبية متنوعة، مع أمثلة بارزة تشمل الخصائص المضادة للالتهابات لبوليسكاريدات الأستراجالوس وتأثيرات مضادة للأكسدة ومضادة لموت الخلايا لبوليسكاريدات ليشيوم بارباروم. تدعم هذه النتائج مجتمعة إمكانية التطبيق السريري للبوليسكاريدات النباتية في علاج اضطرابات الجهاز العصبي المركزي، بينما توفر أيضًا أساسًا للبحث الآلي المستقبلي والجهود الترجمة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على العبء العالمي الكبير الذي تسببه اضطرابات الجهاز العصبي المركزي (CNS)، بما في ذلك السكتة الدماغية، ومرض باركنسون (PD)، ومرض الزهايمر (AD)، ومرض هنتنغتون، والتي تعد من الأسباب الرئيسية للإعاقة والوفيات. على الرغم من التقدم في استراتيجيات العلاج، لا تزال فعالية العلاج محدودة بسبب التعقيد في تشريح وآليات عمل الجهاز العصبي المركزي. غالبًا ما تؤدي التدخلات الحالية، مثل التحلل الخثاري للسكتة الدماغية الحادة ومجموعة متنوعة من العوامل الدوائية العصبية الواقية، إلى نتائج دون المستوى المطلوب وتواجه تحديات مثل نوافذ العلاج الضيقة، والآثار الجانبية السلبية، ومقاومة الأدوية.
استجابةً لهذه القيود، اكتسب استكشاف المنتجات الطبيعية، وخاصة البوليسكاريدات النباتية، اهتمامًا كسبيل واعد لتطوير عوامل عصبية واقية جديدة ذات سمية منخفضة. لقد أظهرت البوليسكاريدات النباتية، التي تتميز بتراكيبها الهيكلية المتنوعة وأنشطتها البيولوجية، إمكانيات في تخفيف العجز العصبي المرتبط بحالات مختلفة، بما في ذلك الأمراض التنكسية العصبية والإصابات الإقفارية. تهدف هذه المراجعة إلى تلخيص الأبحاث الحديثة حول التأثيرات العصبية الواقية للبوليسكاريدات النباتية، وتوضيح آليات عملها، ومناقشة علاقات هيكل-نشاطها وتطبيقاتها في أنظمة توصيل الأدوية، مما يمهد الطريق لتطويرات علاجية مستقبلية تستهدف اضطرابات الجهاز العصبي المركزي.
طرق
في هذه المراجعة، تم إجراء بحث منهجي في الأدبيات عبر PubMed وWeb of Science من يناير 2014 إلى سبتمبر 2025، باستخدام استراتيجية شاملة تضمنت كلمات رئيسية ذات صلة ومصطلحات MeSH المتعلقة بالبوليسكاريدات النباتية ومختلف اضطرابات الجهاز العصبي المركزي (CNS). تضمنت مصطلحات البحث “عصبون”، “مرض الزهايمر”، “مرض باركنسون”، “السكتة الدماغية الإقفارية”، والعديد من المصطلحات الأخرى المرتبطة بالحماية العصبية والآليات الخلوية مثل “NF-κB”، “MAPK”، و”Nrf2”. شمل عملية الاختيار فحص العناوين والملخصات، تلاها استبعاد يدوي للدراسات غير ذات الصلة.
ركزت معايير الإدراج على الدراسات الآلية في المختبر التي استكشفت تأثيرات البوليسكاريدات النباتية على مسارات الإشارة في الجهاز العصبي المركزي، بالإضافة إلى الدراسات قبل السريرية في الجسم الحي التي استخدمت نماذج حيوانية من اضطرابات الجهاز العصبي المركزي. تم تطبيق معايير الاستبعاد بشكل صارم للقضاء على الأبحاث غير الأصلية، والدراسات المتعلقة بالبوليسكاريدات غير المشتقة من النباتات، وتلك التي لا تتعلق بنتائج الجهاز العصبي المركزي. استوفت 72 دراسة المعايير المحددة، مما يضمن تحليلًا قويًا يعتمد على البيانات الأولية. التزمت المراجعة بأربعة أعمدة من أفضل الممارسات لأبحاث الأدوية العرقية، مع تقديم النتائج التفصيلية في الجداول 1 و2 و3.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على المحددات الهيكلية التي تؤثر على النشاط العصبي للبوليسكاريدات، مع التأكيد على خصائصها العصبية الواقية والمعدلة للمناعة. تلعب الخصائص الهيكلية الرئيسية مثل الوزن الجزيئي (Mw)، وتركيب السكريات الأحادية، والروابط الجليكوسيدية، وتعقيد التفرع، والتعديلات الكيميائية أدوارًا حاسمة في تحديد الوظائف البيولوجية للبوليسكاريدات. على سبيل المثال، تظهر البوليسكاريدات التي يتراوح وزنها الجزيئي بين 10-100 كيلودالتون ذوبانًا مثاليًا وانتشارًا في الأنسجة، مما يسهل التفاعلات مع المستقبلات العصبية والمناعية. تشمل الأمثلة المحددة البوليسكاريدات من *Gastrodia elata* و*Lycium barbarum*، التي تظهر تأثيرات عصبية واقية من خلال تعديل الاستجابات الالتهابية والإجهاد التأكسدي.
تتوسع الورقة في كيفية تأثير التغيرات في تركيب السكريات الأحادية والروابط الجليكوسيدية على قدرة البوليسكاريدات على التفاعل مع المستقبلات وتنشيط مسارات الإشارة العصبية. بالإضافة إلى ذلك، يعزز درجة التفرع الذوبان والتفاعلات الوظيفية، مما يساهم في الأنشطة المضادة للالتهابات والعصبية الواقية. تُلاحظ التعديلات الكيميائية، مثل الأسيتيل والت sulfation، لتحسين الذوبان وتفاعل المستقبلات، مما يؤثر على الديناميكا الدوائية والنشاط الحيوي. تؤكد النتائج على أهمية فهم هذه العلاقات بين الهيكل والوظيفة لاستغلال الإمكانات العلاجية للبوليسكاريدات المشتقة من النباتات في علاج اضطرابات الجهاز العصبي المركزي، بشكل أساسي من خلال آليات تتضمن تعديل الالتهاب العصبي والإجهاد التأكسدي.
القيود
تتعدد قيود الأبحاث الحالية حول الإمكانات العصبية الواقية للبوليسكاريدات النباتية، وتنبع أساسًا من عدم كفاية التوصيف الهيكلي، والضعف المنهجي في الدراسات الدوائية، ونقص الأدلة السريرية. تعتبر مشكلة كبيرة هي الفهم غير المكتمل للهياكل الدقيقة للبوليسكاريدات، بما في ذلك المعايير مثل تركيب السكريات الأحادية وتوزيع الوزن الجزيئي. إن عدم وجود توضيح هيكلي صارم لا يعقد فقط إنشاء علاقات هيكل-نشاط موثوقة، بل يساهم أيضًا في التباين عبر الدراسات، مما يقوض القابلية للتكرار ويعقد التفسيرات الآلية.
علاوة على ذلك، تستخدم العديد من الدراسات الدوائية أنظمة جرعات عالية مفردة دون إنشاء علاقات جرعة-استجابة، مما يحد من تقييم الفعالية العلاجية والسلامة. إن الاعتماد على نماذج المختبر التبسيطية لا يلتقط تعقيدات علم الأمراض العصبية البشرية، خاصة فيما يتعلق بحاجز الدم في الدماغ والطبيعة الديناميكية للاستجابات في الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك، تستمر الشكوك بشأن التوافر الحيوي والتعرض للجهاز العصبي المركزي (CNS) للبوليسكاريدات، حيث تعيق طبيعتها المحبة للماء وحجمها الجزيئي الكبير الامتصاص المعوي واختراق حاجز الدم في الدماغ. إن ندرة الأدلة المباشرة التي تثبت أن البوليسكاريدات السليمة تصل إلى الجهاز العصبي المركزي بتركيزات فعالة تعقد فهم آلياتها العصبية الواقية. أخيرًا، يعيق غياب التجارب السريرية الكبيرة من المرحلة الثالثة والتحديات التي تطرحها الطبيعة متعددة الأهداف للبوليسكاريدات ترجمة النتائج قبل السريرية إلى الممارسة السريرية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2025.1727705
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41756113
Publication Date: 2026-02-11
Author(s): Qiyue Yu et al.
Primary Topic: Polysaccharides and Plant Cell Walls
Overview
The section provides an overview of the significant health burden posed by central nervous system (CNS) disorders and the limitations of current pharmacotherapies, highlighting the urgent need for more effective treatments. It emphasizes the potential of plant polysaccharides, which are bioactive metabolites derived from medicinal plants, due to their diverse biological activities and favorable safety profiles. The review summarizes recent findings on the neuroprotective effects of these polysaccharides, detailing mechanisms such as the suppression of neuroinflammation, reduction of oxidative stress, inhibition of neuronal apoptosis, modulation of autophagy, and maintenance of gut microbiota homeostasis. The authors stress the importance of rigorous experimental design in preclinical studies to ensure reliable results and address challenges in clinical translation, including structural heterogeneity and limited bioavailability.
In the conclusion, the review underscores the socioeconomic impact of neurological disorders and the necessity for safe and effective neuroprotective agents. A systematic analysis of 72 studies reveals that plant polysaccharides consistently exhibit therapeutic efficacy across various experimental models, with notable examples including the anti-inflammatory properties of Astragalus polysaccharides and the antioxidant and anti-apoptotic effects of Lycium barbarum polysaccharides. These findings collectively support the potential for clinical application of plant polysaccharides in treating CNS disorders, while also providing a foundation for future mechanistic research and translational efforts.
Introduction
The introduction highlights the significant global burden posed by central nervous system (CNS) disorders, including stroke, Parkinson’s disease (PD), Alzheimer’s disease (AD), and Huntington’s disease, which are leading causes of disability and mortality. Despite advancements in therapeutic strategies, treatment efficacy remains limited due to the complex anatomy and functional mechanisms of the CNS. Current interventions, such as thrombolysis for acute stroke and various neuroprotective pharmacological agents, often yield suboptimal outcomes and face challenges like narrow treatment windows, adverse side effects, and drug resistance.
In response to these limitations, the exploration of natural products, particularly plant polysaccharides, has gained attention as a promising avenue for developing novel, low-toxicity neuroprotective agents. Plant polysaccharides, characterized by their diverse structural compositions and biological activities, have demonstrated potential in alleviating neurological deficits associated with various conditions, including neurodegenerative diseases and ischemic injuries. This review aims to summarize recent research on the neuroprotective effects of plant polysaccharides, elucidate their mechanisms of action, and discuss their structure-activity relationships and applications in drug delivery systems, thereby laying the groundwork for future therapeutic developments targeting CNS disorders.
Methods
In this review, a systematic literature search was conducted across PubMed and Web of Science from January 2014 to September 2025, utilizing a comprehensive strategy that incorporated relevant keywords and MeSH terms related to plant polysaccharides and various central nervous system (CNS) disorders. The search terms included “neuron,” “Alzheimer’s disease,” “Parkinson’s disease,” “ischemic stroke,” and several others associated with neuroprotection and cellular mechanisms such as “NF-κB,” “MAPK,” and “Nrf2.” The selection process involved screening titles and abstracts, followed by manual exclusion of irrelevant studies.
The inclusion criteria focused on in vitro mechanistic studies that explored the effects of plant polysaccharides on CNS signaling pathways, as well as in vivo preclinical studies utilizing animal models of CNS disorders. Exclusion criteria were strictly applied to eliminate non-original research, studies on non-plant-derived polysaccharides, and those not relevant to CNS outcomes. A total of 72 studies met the established criteria, ensuring a robust analysis based on primary data. The review adhered to the Four Pillars of Best Practice for Ethnopharmacology Research, with detailed findings presented in Tables 1, 2, and 3.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the structural determinants that influence the neuroactivity of polysaccharides, emphasizing their neuroprotective and immunomodulatory properties. Key structural characteristics such as molecular weight (Mw), monosaccharide composition, glycosidic linkages, branching complexity, and chemical modifications play crucial roles in determining the biological functions of polysaccharides. For instance, polysaccharides with Mw between 10-100 kDa demonstrate optimal solubility and tissue diffusion, facilitating interactions with neural and immune receptors. Specific examples include polysaccharides from *Gastrodia elata* and *Lycium barbarum*, which exhibit neuroprotective effects by modulating inflammatory responses and oxidative stress.
The paper further elaborates on how variations in monosaccharide composition and glycosidic linkages affect the polysaccharides’ ability to engage with receptors and activate neurotrophic signaling pathways. Additionally, the degree of branching enhances solubility and functional interactions, contributing to anti-inflammatory and neuroprotective activities. Chemical modifications, such as acetylation and sulfation, are noted to improve solubility and receptor engagement, thereby influencing pharmacokinetics and bioactivity. The findings underscore the importance of understanding these structure-function relationships to harness the therapeutic potential of plant-derived polysaccharides in treating central nervous system disorders, primarily through mechanisms involving the modulation of neuroinflammation and oxidative stress.
Limitations
The limitations of current research on the neuroprotective potential of plant polysaccharides are multifaceted, primarily stemming from insufficient structural characterization, methodological weaknesses in pharmacological studies, and a lack of clinical evidence. A significant issue is the incomplete understanding of the fine structures of polysaccharides, including parameters such as monosaccharide composition and molecular weight distribution. This lack of rigorous structural elucidation not only complicates the establishment of reliable structure-activity relationships but also contributes to variability across studies, undermining reproducibility and complicating mechanistic interpretations.
Furthermore, many pharmacological studies employ single high-dose regimens without establishing dose-response relationships, limiting the evaluation of therapeutic efficacy and safety. The reliance on reductionist in vitro models fails to capture the complexities of human neuropathology, particularly regarding the blood-brain barrier and the dynamic nature of in vivo responses. Additionally, uncertainties regarding the bioavailability and central nervous system (CNS) exposure of polysaccharides persist, as their hydrophilic nature and large molecular size hinder gastrointestinal absorption and blood-brain barrier penetration. The scarcity of direct evidence demonstrating that intact polysaccharides reach the CNS at effective concentrations complicates the understanding of their neuroprotective mechanisms. Finally, the absence of large-scale Phase III clinical trials and the challenges posed by the multi-target nature of polysaccharides further impede the translation of preclinical findings into clinical practice.