Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của Phytoestrogen α-ZAL và Kích thích Cơ học đến Sự Tăng sinh, Phân hóa Tế bào Xương, và Biểu hiện OPG/RANKL trong Tế bào Tiền Tạo Xương MC3T3-E1
Tóm tắt
Estrogen và lực kéo cơ học là hai yếu tố điều hòa quan trọng trong quá trình tái tạo xương. α-zearalanol (α-ZAL) là một phytoestrogen mới từ nhóm oomycete, tương tự như 17-beta estradiol, nhưng có ít tác dụng phụ hơn. Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát sự tăng sinh tế bào, phân hóa, biểu hiện osteoprotegerin (OPG) và ligand hoạt hóa thụ thể của nhân tố hạt nhân-κB (RANKL) trong dòng tế bào tiền tạo xương MC3T3-E1 dưới tác động của α-ZAL, lực kéo cơ học, hoặc sự kết hợp của cả hai. Sự tăng sinh tế bào được đánh giá bằng phương pháp phân tích dòng chảy, và hoạt động của phosphatase kiềm (ALP) được đo bằng bộ phát hiện quang phổ. Biểu hiện mRNA của ALP, yếu tố phiên mã liên quan đến runt 2 (Runx2), OPG, và các gen RANKL được xác định bằng phương pháp phản ứng chuỗi polymerase phiên mã ngược theo thời gian thực (real-time RT-PCR). Biểu hiện protein của Runx2, OPG, và RANKL được xác định bằng phương pháp blotting Tây (Western blotting). α-ZAL một mình (10−6–10−10 M) ức chế sự tăng sinh của tế bào MC3T3-E1 và thúc đẩy hoạt động và biểu hiện gen của ALP, một dấu hiệu sớm của quá trình tạo xương. Nó cũng làm tăng biểu hiện mRNA của Runx2 và tỷ lệ OPG/RANKL. Lực kéo cơ học một mình thúc đẩy sự tăng sinh và phân hóa của tế bào MC3T3-E1. Thêm vào đó, protein Runx2, nhưng không phải biểu hiện mRNA, đã được tăng cường và tỷ lệ OPG/RANKL đã tăng lên. Mặc dù sự kết hợp của α-ZAL và lực kéo cơ học ức chế sự tăng sinh tế bào, nồng độ cao của α-ZAL (10−6 M) kết hợp với độ lớn lực kéo cao (2500 με) đã làm tăng đáng kể hoạt động ALP. α-ZAL với độ lớn lực kéo cao làm tăng biểu hiện protein RUNX2, nhưng giảm tỷ lệ OPG/RANKL. Tỷ lệ OPG/RANKL đã tăng đáng kể đáp ứng với α-ZAL kết hợp với độ lớn lực kéo thấp (1000 με). Do đó, α-ZAL có thể là ứng cử viên hứa hẹn cho điều trị loãng xương. Lực kéo cơ học có tác dụng hiệu quả trong việc kích thích phân hóa xương. Tổng hợp lại, dữ liệu của chúng tôi cho thấy rằng α-ZAL kết hợp với độ lớn lực kéo thấp, nhưng không phải độ lớn cao, có thể mang lại lợi ích cho quá trình tạo xương.
Từ khóa
#α-zearalanol #estrogen #lực kéo cơ học #tạo xương #OPG #RANKLTài liệu tham khảo
Astrid, L., W. Liane, S. Lothar, et al. Estrogen receptor and Wnt signaling interact to regulate early gene expression in response to mechanical strain in osteoblastic cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 394:755–759, 2010.
Boyle, W. J., W. S. Simonet, and D. L. Lacey. Osteoclast differentiation and activation. Nature 423:337–342, 2003.
Chi, H. K., Y. Lidan, and E. Clare. Oscillatory fluid flow-induced shear stress decreases osteoclastogenesis. Bone 39:1043–1047, 2006.
Cotter, A., and K. D. Cashman. Genistein appears to prevent early postmenopausal bone loss as effectively as hormone replacement therapy. Nutr. Rev. 61(10):346–351, 2003.
Dai, S. L., J. Duan, Y. Lu, et al. A new phytoestrogen α-Zearalanol markedly inhibits progression of atherogenesis in ovariectomized cholesterol-fed rabbits. Mol. Cell Cardiol. 34:24–27, 2002.
Donna, C. Prevention of osteoporosis: from infancy through older adulthood. Hong Kong Physiother. J. 30:6–12, 2012.
Drissi, H., Q. Luc, I. R. Shakoor, et al. Transcriptional autoregulation of the bone related CBFα1/RUNX2 gene. Cell Physiol. 184:341–350, 2000.
Ducy, P., R. Zhang, V. Geoffroy, et al. Osf2/Cbfa1: a transcriptional activator of osteoblast differentiation. Cell 89:747–754, 1997.
Elisabetta, L., P. Letizia, T. Elisa, et al. Human estrogen receptor α gene is a target of Runx2 transcription factor in osteoblasts. Exp. Cell Res. 313:1548–1560, 2007.
Fujita, M., T. Urano, K. Horie, et al. Estrogen activates cyclin-dependent kinases 4 and 6 through induction of cyclin D in rat primary osteoblasts. Biochem. Biophys. Res. Commun. 299:222–228, 2002.
Gohel, A., M. B. McCarthy, and G. Gronowicz. Estrogen prevents gulcocorticoid-induced apoptosis in osteoblasts in vivo and in vitro. Endocrinology 140:5339–5347, 1999.
Iacovino, J. R. Mortality outcomes after osteoporotic fractures in men and women. Insur. Med. 33:316–320, 2001.
Kaneuji, T., S. Nogami, W. Ariyoshi, et al. Regulatory effect on osteoclastogenesis of mechanical strain-loaded osteoblasts. Int. J. Oral Maxillofac. Surg. 40(10):1215, 2011.
Lacey, D. L., E. Timms, H. L. Tan, et al. Osteoprotegerin ligand is a cytokine that regulates osteoclast differentiation and activation. Cell 93:165–176, 1998.
Lanyon, L., V. Armstrong, D. Ong, et al. Is estrogen receptor alpha key to controlling bones’ resistance to fracture? Endocrinology 182:183–191, 2004.
Lee, K. C., H. Jessop, R. Suswillo, et al. The adaptive response of bone to mechanical loading in female transgenic mice is deficient in the absence of estrogen receptor-alpha and-beta. Endocrinology 182:193–201, 2004.
Lee, M. H., Y. J. Kim, H. J. Kim, et al. BMP-2-induced Runx2 expression is mediated by Dlx5, and TGF-b1 opposes the BMP-2-induced osteoblast differentiation by suppression of Dlx5 expression. Biol. Chem. 278:34387–34394, 2003.
Livak, K. J., and T. D. Schmittgen. Analysis of relative gene expression data using realtime quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods 25:402–408, 2001.
Lorraine, A. F. Estrogen therapy for postmenopausal osteoporosis. Arq. Bras. Endocrinol. Metab. 50(4):705–719, 2006.
Ludwika, K., L. Astrid, H. Sofia, et al. Mechanical regulation of osteoclastic genes in human osteoblasts. Biochem. Biophys. Res. Commun. 368:582–587, 2008.
Marcus, R. Antiresorptive treatment of postmenopausal osteoporosis: comparison of study designs and outcomes in large clinical trials with fracture as an endpoint. Endocr. Rev. 23:16–37, 2002.
Martin, R. B. Toward a unifying theory of bone remodeling. Bone 26:1–6, 2000.
Meilin, W., H. Eric, M. Frederic, et al. Zfp521 antagonizes Runx2, delays osteoblast differentiation in vitro, and promotes bone formation in vivo. Bone 44:528–536, 2009.
Okazaki, R., D. Inoue, M. Shibata, et al. Estrogen promotes early osteoblast differentiation and inhibits adipocyte differentiation in mouse bone marrow stromal cell lines the express estrogen receptor(ER) alpha or beta. Endocrinology 143:2349–2356, 2002.
Papachroni, K. K., D. N. Karatzas, K. A. Papavassiliou, et al. Mechanotransduction in osteoblast regulation and bone disease. Trends Mol. Med. 15:208–216, 2009.
Pérez-Casellas, L. A., X. Wang, et al. Nuclear Factor I transcription factors regulate IGF binding protein 5 gene transcription in human osteoblasts. Biochim. Biophys. Acta 1789(2):78–87, 2009.
Reid, I. R. Anti-resorptive therapies for osteoporosis. Semin. Cell Dev. Biol. 19:473–478, 2008.
Resca, E., G. Carnevale, A. Benelli, et al. Influence of ferutinin on bone metabolism in ovariectomized rats. II: role in recovering osteoporosis. J. Anat. 217(1):48–56, 2010.
Ruimerman, R., P. Hilbers, B. van Rietbergen, and R. Huiskes. A theoretical framework for strain-related trabecular bone maintenance and adaptation. Biomechanics 38:931–941, 2005.
Rumney, R. M. H., A. Sunters, G. C. Reilly, et al. Application of multiple forms of mechanical loading to human osteoblasts reveals increased ATP release in response to fluid flow in 3D cultures and differential regulation of immediate early genes. J. Biomech. 45(3):549–554, 2012.
Sanaa, E., K. Gamal, A. M. Fayda, et al. Real-time PCR hTERT mRNA pattern in tumor core, edge, resection margin, and lymph nodes in laryngeal tumors: relation to proliferative index and impact on prognosis. Clin. Biochem. 38:873–878, 2005.
Sanchez, C., O. Gabay, C. Salvat, et al. Mechanical loading highly increases IL-6 production and decreases OPG expression by osteoblasts. Osteoarthr. Cartil. 17:473–481, 2009.
Schoppet, M., K. T. Preissner, L. C. Hofbauer, et al. RANK ligand and osteoprotegerin: paracrine regulators of bone metabolism and vascular function. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 22:549–553, 2002.
Seelig, M. S., B. M. Altura, and B. T. Altura. Benefits and risks of sex hormone replacement in postmenopausal women. Am. Coll. Nutr. 23:482S–496S, 2004.
Shen, R., M. Chen, Y. J. Wang, et al. Smad6 interacts with Runx2 and mediates Smad ubiquitin regulatory factor 1-induced Runx2 degradation. Biol. Chem. 281:3569–3576, 2006.
Shireen, K., P. H. V. Calvin, G. Yuguang, et al. Collagen, type V, α1 (COL5A1) is regulated by TGF-β in osteoblasts. Matrix Biol. 23(7):445–455, 2004.
Syed, F., and S. Khosla. Mechanisms of sex steroid effects on bone. Biochem. Biophys. Res. Commun. 328:688–696, 2005.
Tang, D. Z., W. Hou, Q. Zhou, et al. Osthole stimulates osteoblast differentiation and bone formation by activation of beta-catenin-BMP signaling. J. Bone Miner. Res. 25:1234–1245, 2010.
Tang, L. L., Y. L. Wang, J. Pan, and S. X. Cai. The effect of step-wise increased stretching on rat calvarial osteoblast collagen production. Biomechanics 37:157–161, 2004.
Tang, L., H. Zhao, P. Shao, et al. Preliminary investigation of signal transduction pathway on expression levels of OPG/RANKL that mediated cellular responses to mechanical strain in MC3T3-E1 cells. Clin. Stomatol. 26:202–204, 2010.
Tatsuyama, K., Y. Maezawa, H. Baba, et al. Expression of various growth factors for cell proliferation and cytodifferentiation during fracture repair of bone. Eur. J. Histochem. 44(3):269–278, 2000.
Theoleyre, S., Y. Wittrant, S. K. Tat, et al. The molecular triad OPG/RANK/RANKL: involvement in the orchestration of pathophysiological bone remodeling. Cytokine Growth Factor Rev. 15:457–475, 2004.
Wang, L., X. Zhang, Y. Guo, et al. Involvement of BMPs/Smad signaling pathway in mechanical response in osteoblasts. Cell. Physiol. Biochem. 26:1093–1102, 2010.
Xiao, Z. S., S. G. Liu, T. K. Hinson, et al. Characterization of the upstream mouse Cbfa1/Runx2 Promoter. Cell Biochem. 82:647–659, 2001.
Yan, Y., Y. Gong, Y. Guo, et al. Mechanical strain regulates osteoblast proliferation through integrin-mediated ERK activation. PLoS ONE 7(4):35709, 2012.
Yan, Y., M. Song, C. Guo, et al. The effects of substrate-stretching strain on the BMP-2 mRNA expression in three kinds of mouse cell lines. Chin. J. Gerontol. 30:3092–3095, 2010.
Young, D. W., M. Q. Hassan, X. Q. Yang, et al. Mitotic retention of gene expression patterns by the cell fate-determining transcription factor Runx2. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 104:3189–3194, 2007.
Zaman, G., M. Z. Cheng, and H. L. Jessop. Mechanical strain activates estrogen response elements in bone cells. Bone 27:233–239, 2000.