Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Dexamethasone ức chế quá trình tiêu xương bằng cách gián tiếp kích thích quá trình chết tế bào của những tế bào hủy xương thông qua tác động của các tế bào tạo xương
Tóm tắt
Mặc dù glucocorticoid (GC) về mặt sinh lý là cần thiết cho quá trình chuyển hóa xương, nhưng người ta thường chấp nhận rằng liều cao của GC gây mất xương thông qua sự kết hợp giữa giảm hình thành xương và tăng tiêu xương. Tuy nhiên, tác động của GC lên các tế bào hủy xương trưởng thành vẫn còn mâu thuẫn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã khảo sát tác động của GC lên hoạt động tiêu xương của tế bào hủy xương và sự apoptosis của tế bào hủy xương, bằng cách sử dụng hai loại tế bào khác nhau, tế bào xương chưa tách chiết của thỏ và tế bào hủy xương trưởng thành đã được làm giàu cao (>95% độ tinh khiết). Dexamethasone (Dex, 10-10–10-7 M) ức chế sự hình thành các hố tiêu xương trên lát ngà răng bởi các tế bào xương chưa tách chiết theo liều lượng và thời gian phụ thuộc. Tuy nhiên, Dex không có tác động lên hoạt động tiêu xương của các tế bào hủy xương trưởng thành đã được tách chiết. Khi các tế bào hủy xương đã được tách chiết được nuôi cấy chung với các tế bào tạo xương của thỏ, quá trình tiêu xương của tế bào hủy xương đã giảm xuống khi tiếp xúc với Dex, phụ thuộc vào số lượng tế bào tạo xương. Giống như tác động lên tiêu xương, Dex kích thích sự apoptosis của tế bào hủy xương trong các môi trường nuôi cấy với các tế bào xương chưa tách chiết, trong khi nó không thúc đẩy quá trình apoptosis của các tế bào hủy xương đã được tách chiết. Một chất ức chế caspase, Z-Asp-CH2-DCB, đã làm giảm cả tác động ức chế lên tiêu xương của tế bào hủy xương và tác động kích thích lên sự apoptosis của tế bào hủy xương. Thêm vào đó, các tế bào tạo xương là cần thiết cho sự apoptosis của tế bào hủy xương do Dex gây ra. Những phát hiện này chỉ ra rằng các tế bào mục tiêu chính của GC là các tế bào không phải tế bào hủy xương như tế bào tạo xương và rằng GC gián tiếp ức chế tiêu xương bằng cách kích thích sự apoptosis của các tế bào hủy xương trưởng thành thông qua tác động của các tế bào không phải tế bào hủy xương. Nghiên cứu này mở rộng kiến thức của chúng tôi về các vai trò đa chức năng của GC trong quá trình chuyển hóa xương.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Adams JS, Wahl TO and Lukert BP (1981) Effects of hydrochlorothiazide and dietary sodium restriction on calcium metabolism in corticosteroid treated patients. Metabolism 30: 217–221.
Altman A, Hochberg Z and Silbermann M (1992) Interactions between growth hormone and dexamethasone in skeletal growth and bone structure of the young mouse. Calcif Tissue Int 51: 298–304.
Akatsu T, Murakami T, Nishikawa M, Ono K, Shinomiya N, Tsuda E, Mochizuki S, Yamaguchi K, Kinosaki M, Higashio K, Yamamoto M, Motoyoshi K and Nagata N (1998) Osteoclastogenesis inhibitory factor suppresses osteoclast survival by interfering in the interaction of stromal cells with osteoclast. Biochem Biophys Res Commun 250: 229–234.
Bellows CG, Heersche JN and Aubin JE (1990) Determination of the capacity for proliferation and differentiation of osteoprogenitor cells in the presence and absence of dexamethasone. Dev Biol 140: 132–138.
Bikle DD, Halloran B, Fong L, Steinbach L and Shellito J (1993) Elevated 1,25-dihydroxyvitamin D levels in patients with chronic obstructive pulmonary disease treated with prednisone. J Clin Endocrinol Metab 76: 456–461.
Dempster DW, Moonga BS, Stein LS, Horbert WR and Antakly T (1997) Glucocorticoids inhibit bone resorption by isolated rat osteoclasts by enhancing apoptosis. J Endocrinol 154: 397–406.
Dietrich JW, Canalis EM, Maina DM and Raisz LG (1979) Effects of glucocorticoids on fetal rat bone collagen synthesis in vitro. Endocrinology 104: 715–721.
Doherty WJ, DeRome ME, McCarthy MB and Gronowicz GA (1995) The effect of glucocorticoids on osteoblast function. The effect of corticosterone on osteoblast expression of beta 1 integrins. J Bone Joint Surg Am 77: 396–404.
Fuller K, Owens JM, Jagger CJ, Wilson A, Moss R and Chambers TJ (1993) Macrophage colony-stimulating factor stimulates survival and chemotactic behavior in isolated osteoclasts. J ExpMed 178: 1733–1744.
Greenfield EM, Bi Y and Miyauchi A (1999) Regulation of osteoclast activity. Life Sci 65: 1087–1102.
Goulding A and Gold E (1988) Effects of chronic prednisolone treatment on bone resorption and bone composition in intact and ovariectomized rats and in ovariectomized rats receiving beta-estradiol. Endocrinology 122: 482–487.
Gronowicz G, McCarthy MB and Raisz LG (1990) Glucocorticoids stimulate resorption in fetal rat parietal bones in vitro. J Bone Miner Res 5: 1223–1230.
Hakeda Y, Kobayashi Y, Yamaguchi K, Yasuda H, Tsuda E, Higashio K, Miyata T and Kumegawa M (1998) Osteoclastogenesis inhibitory factor (OCIF) directly inhibits bone-resorbing activity of isolated mature osteoclasts. Biochem Biophys Res Commun 251: 796–801.
Hofbauer LC, Gori F, Riggs BL, Lacey DL, Dunstan CR, Spelsberg TC and Khosla S (1999) Stimulation of osteoprotegerin ligand and inhibition of osteoprotegerin production by glucocorticoids in human osteoblastic lineage cells: Potential paracrine mechanisms of glucocorticoid-induced osteoporosis. Endocrinology 140: 4382–4389.
Hughes DE, Wright KR, Uy HL, Sasaki A, Yoneda T, Roodman GD, Mundy GR and Boyce BF (1995) Bisphosphonates promote apoptosis in murine osteoclasts in vitro and in vivo. J Bone Miner Res 10: 1478–487.
Hughes DE, Dai A, Tiffee JC, Li HH, Mundy GR and Boyce BF (1996) Estrogen promotes apoptosis of murine osteoclasts mediated by TGF-β. Nat Med 2: 1132–1136.
Jimi E, Nakamura I, Duong LT, Ikebe T, Takahashi N, Rodan GA and Suda T (1999) Interleukin 1 induces multinucleation and bone-resorbing activity of osteoclasts in the absence of osteoblasts/stromal cells. Exp Cell Res 247: 84–93.
Kakudo S, Miyazawa K, Kameda T, Mano H, Mori Y, Yuasa T, Nakamaru Y, Shiokawa M, Nagahira K, Tokunaga S, Hakeda Y and Kumegawa, M (1996) Isolation of highly enriched rabbit osteoclasts from collagen gels: A new assay system for boneresorbing activity of mature osteoclasts. J Bone Miner Metab 14: 129–136.
Kameda T, Mano H, Yuasa T, Mori Y, Miyazawa K, Shiokawa M, Nakamaru Y, Hiroi E, Hiura K, Kameda A, Yang NN, Hakeda Y and Kumegawa M (1997) Estrogen inhibits bone resorption by directly inducing apoptosis of the bone-resorbing osteoclasts. J Exp Med 186: 489–495.
King CS, Weir EC, Gundberg CW, Fox J and Insogna KL (1996) Effects of continuous glucocorticoid infusion on bone metabolism in the rat. Calcif Tissue Int 59: 184–191.
Koyama S, Kushida K, Takahashi M, Kawana K, Hoshino H, Ishihara C and Inoue T (1998) Estimation of the effects of prednisolone on bone metabolism in rats by biochemical markers. J Bone Miner Metab 16: 162–169.
Kream BE, Petersen DN and Raisz LG (1990) Cortisol enhances the anabolic effects of insulin-like growth factor I on collagen synthesis and procollagen messenger ribonucleic acid levels in cultured 21-day fetal rat calvariae. Endocrinology 126: 1576–1583.
Lacey DL, Timms E, Tan HL, Kelley MJ, Dunstan CR, Burgess T, Elliott R, Colombero A, Elliott G, Scully S, Hsu H, Sullivan J, Hawkins N, Davy E, Capparelli C, Eli A, Qian YX, Kaufman S, Sarosi I, Shalhoub V, Senaldi G, Guo J, Delaney J and Boyle WJ (1998) Osteoprotegerin ligand is a cytokine that regulates osteoclast differentiation and activation. Cell 93: 165–176.
Lukert BP and Kream BE (1996) Clinical and basic aspects of glucocorticoid action in bone. In: Bilezikian JP, Raisz LG and Rodan, GA (eds.) Principles of Bone Biology (pp. 661–671), Academic Press, San Diego, CA.
McCarthy TL, Centrella M and Canalis E (1990) Cortisol inhibits the synthesis of insulin-like growth factor-I in skeletal cells. Endocrinology 126: 1569–1575.
Murakami T, Yamamoto M, Ono K, Nishikawa M, Nagata N, Motoyoshi K and Akatsu T (1998) Transforming growth factorbeta1 increases mRNA levels of osteoclastogenesis inhibitory factor in osteoblastic/stromal cells and inhibits the survival of murine osteoclast-like cells. Biochem Biophys Res Commun 252: 747–752.
Nakamura YS, Hakeda Y, Takakura N, Kameda T, Hamaguchi I, Miyamoto T, Kakudo S, Nakano T, Kumegawa M and Suda T (1998) Tyro 3 receptor tyrosine kinase and its ligand, Gas6, stimulate the function of osteoclasts. Stem Cells 16: 229–238.
Ng KW, Manji SS, Young MF and Findlay DM (1989) Opposing influences of glucocorticoid and retinoic acid on transcriptional control in preosteoblasts. Mol Endocrinol 3: 2079–2085.
Quarles LD (1992) Prednisone-induced osteopenia in beagles: Variable effects mediated by differential suppression of bone formation. Am J Physiol 263: E136–141.
Raisz LG, Trummel CL, Wener JA and Simmons H (1972) Effect of glucocorticoids on bone resorption in tissue culture. Endocrinology 90: 961–967.
Reid DM, Nicoll JJ, Smith MA, Higgins B, Tothill P and Nuki G (1986) Corticosteroids and bone mass in asthma: comparisons with rheumatoid arthritis and polymyalgia rheumatica. Br Med J 293: 1463–1466.
Schmidt M, Pauels HG, Lugering N, Lugering A, Domschke Wand Kucharzik T (1999) Glucocorticoids induce apoptosis in human monocytes: potential role of IL-1β. J Immunol 163: 3484–3490.
Shalhoub V, Conlon D, Tassinari M, Quinn C, Partridge N, Stein GS and Lian JB (1992) Glucocorticoids promote development of the osteoblast phenotype by selectively modulating expression of cell growth and differentiation associated genes. J Cell Biochem 50: 425–440.
Shuto T, Kukita T, Hirata M, Jimi E and Koga T (1994) Dexamethasone stimulates osteoclast-like cell formation by inhibiting granulocyte-macrophage colony-stimulating factor production in mouse bone marrow cultures. Endocrinology 134: 1121–1126.
Simonet WS, Lacey DL, Dunstan CR, Kelley M, Chang MS, Luthy R, Nguyen HQ, Wooden S, Bennett L, Boone T, Shimamoto G, DeRose M, Elliott R, Colombero A, Tan HL, Trail G, Sullivan J, Davy E, Bucay N, Renshaw-Gegg L, Hughes TM, Hill D, Pattison W, Campbell P, Sander S, Van G, Tarpley J, Derby P, Lee R, Amgen EST Programn and Boyle WJ (1997) Osteoprotegerin: A novel secreted protein involved in the regulation of bone density. Cell 89: 309–319.
Stoetzer O, Pogrebniak A, Scholz M, Pelka-Fleischer R, Gullis E, Darsow M, Nussler V and Wilmanns W (1999) Drug-induced apoptosis in chronic lymphocytic leukemia. Leukemia 13: 1873–1880.
Suda T, Udagawa N and Takahashi N (1996) Cells of bone: Osteoclast generation. In: Bilezikian JP, Raisz LG and Rodan, GA (eds.) Principles of Bone Biology (pp. 661–671) Academic Press, San Diego, CA.
Suda T, Takahashi N, Udagawa N, Jimi E, Gillespie MT and Martin TJ (1999) Modulation of osteoclast differentiation and function by the new members of the tumor necrosis factor receptor and ligand families. Endocr Rev 20: 345–357.
Takada Y, Kusuda M, Hiura K, Sato T, Mochizuki H, Nagao Y, Tomura M, Yahiro M, Hakeda Y, Kawashima H and Kumegawa M (1992) A simple method to assess osteoclast-mediated bone resorption using unfractionated bone cells. Bone Miner 17: 347–359.
Takai H, Kanematsu M, Yano K, Tsuda E, Higashio K, Ikeda K, Watanabe K and Yamada Y (1998) Transforming growth factor-beta stimulates the production of osteoprotegerin/ osteoclastogenesis inhibitory factor by bone marrow stromal cells. J Biol Chem 273: 27091–27096.
Tobias J and Chambers TJ (1989) Glucocorticoids impair bone resorptive activity and viability of osteoclasts disaggregated from neonatal rat long bones. Endocrinology 125: 1290–1295.
Tsuda E, Goto M, Mochizuki S, Yano K, Kobayashi F, Morinaga T and Higashio K (1997) Isolation of a novel cytokine from human fibroblasts that specifically inhibits osteoclastogenesis. Biochem Biophys Res Commun 234: 137–142.
Turner RT, Hannon KS, Greene VS and Bell NH (1995) Prednisone inhibits formation of cortical bone in sham-operated and ovariectomized female rats. Calcif Tissue Int 56: 311–315.
Udagawa N, Takahashi N, Akatsu T, Sasaki T, Yamaguchi A, Kodama H, Martin TJ and Suda T (1989) The bone marrowderived stromal cell lines MC3T3-G2/PA6 and ST2 support osteoclast-like cell differentiation in cocultures with mouse spleen cells. Endocrinology 125: 1805–1813.
Weinstein RS, Jilka RL, Parfitt AM and Manolagas SC (1998) Inhibition of osteoblastogenesis and promotion of apoptosis of osteoblasts and osteocytes by glucocorticoids. Potential mechanisms of their deleterious effects on bone. J Clin Invest 102: 274–282.
Yasuda H, Shima N, Nakagawa N, Yamaguchi K, Kinosaki M, Mochizuki S, Tomoyasu A, Yano K, Goto M, Murakami A, Tsuda E, Morinaga T, Higashio K, Udagawa N, Takahashi N and Suda T (1998) Osteoclast differentiation factor is a ligand for osteoprotegerin/osteoclastogenesis-inhibitory factor and is identical to TRANCE/RANKL. Proc Natl Acad Sci USA 95: 3597–3602.