A kurkumin antioxidáns stressz által az oszteoblasztok működésének védelmét szolgáló mechanizmusának vizsgálata
A csontritkulás a csontok egyik leggyakoribb degeneratív betegsége, amelyet alacsony csonttömeg, a csontok mikroszerkezetének megváltozása és a csonttörések fokozott kockázata jellemez, és amely súlyosan befolyásolja az idős emberek, különösen a posztmenopauzában lévő nők életét. Az oszteoblasztok felelősek a csontképződésért, míg az oszteoklasztok a csontfelszívódásban vesznek részt. A csontritkulás patológiai és fiziológiai alapja az oszteoklasztok felszívódásának növekedése, míg az oszteoblasztok működési zavara a csontképződés csökkenéséhez és nettó csontvesztéshez vezet. A kutatások kimutatták, hogy az oxidatív stressz a csontritkulás kulcsfontosságú patogén tényezője, és az oszteoblasztok túlzott oxidáció okozta diszfunkciója, amely az oszteogenezis hiányához vezet, a csontritkulás kialakulásában a nettó csontvesztés fontos oka. Az oxidatív stressz nemcsak gátolja az oszteoblasztok differenciálódását és proliferációját, hanem sejthalált is indukál. Ezért az oxidatív stressz gyógyszeres beavatkozással történő csökkentése segíthet megvédeni az oszteoblasztok működését és csökkentheti halálozásukat, ami bizonyos hatással van a csontritkulás javulására.
A kurkumin (Cur) a kurkuma rizómájában található sárga anyag, amely gyulladáscsökkentő, antioxidáns, antibakteriális és rákellenes hatással rendelkezik. Gyakran használják fűszerként és hatásos gyógynövényként. Li és munkatársai szerint a Cur előkezelés csökkenti az oszteoblasztok apoptózisát és fenntartja differenciálódási funkcióját azáltal, hogy megszünteti a reaktív oxigénfajok (ROS) GSK3 β - Nrf2 jelátviteli útvonalat gátló hatását. Ezenkívül a 3D nyomtatott állványzat által felszabadított Cur liposzóma in vitro jelentős citotoxicitással rendelkezik az oszteoszarkóma (csontrák) sejtekkel szemben, de elősegíti az oszteoblasztok (egészséges csontsejtek) túlélését és proliferációját. A Cur hatása az oxidatív stressz alatti oszteoblaszt proliferációra és az oszteoblasztok redox rendszerére gyakorolt szabályozási mechanizmusa azonban jelenleg nem tisztázott. Ezért ebben a tanulmányban hidrogén-peroxidot (H2O2) használtunk oxidatív stressz kiváltására és az oszteoblasztok funkcionális károsodási modelljének megalkotására. A Cur sejtaktivitásra, proliferációra, differenciálódásra és a redox-rendszerre gyakorolt szabályozó hatásának megfigyelésével tisztáztuk azt a mechanizmust, amellyel a Cur oxidatív stressz alatt védi az oszteoblasztok működését.

Az oxidatív stressz okozta károsodás az oszteoporózis és/vagy az oszteonekrózis egyik fő patológiája, és a H2O2 hozzáadása a táptalajhoz az oszteoblasztok diszfunkciójának kiváltása érdekében egy bevett sejtmodell, amely szimulálja az oszteoporózist. A H2O2 egy gyakori reaktív oxigénfaj (ROS), amelynek hosszú a felezési ideje és könnyen behatol a különböző plazmamembránokba, ami jelentős lipidoxidációt, fehérjekárosodást és DNS-fragmentációt idézhet elő, ami végül sejthalálhoz és funkcionális károsodáshoz vezet. Ebben a vizsgálatban H2O2-t használtunk patkányok primer oszteoblasztjainak kezelésére, ami a sejtek aktivitásának, proliferációs rátájának és differenciálódási rátájának csökkenését eredményezte, amit az oxidáció-redukció egyensúlyának felborulása kísért, ami egy sikeres oszteoblaszt oxidatív stressz okozta sérülés modell felépítését jelzi.
Jelenleg a csontritkulás kezelésére használt gyógyszerek közé elsősorban a biszfoszfonátok, a hormonterápia, a szelektív ösztrogénreceptor-modulátorok, a kalcitonin, a denoszumab, a kalcium- és D-vitamin-kiegészítők tartoznak. A közelmúltban szintetikus metabolikus gyógyszerek, mint a teriparatid, a stroncium-ranelát és a romuximab kerültek piacra. Egy hálózati metaanalízis vizsgálat kimutatta, hogy a különböző gyógyszerek eltérő terápiás hatással vannak a csontritkulás kezelésére a test különböző részein. Emellett egyes gyógyszerek biztonsági kérdéseit és mellékhatásait is komolyan kell venni. Ezért a kutatók a természetes gyógyszerek hatékonyságát vizsgálják annak érdekében, hogy hatékony és alacsony mellékhatású kezeléseket találjanak a csontritkulás kezelésére. Jelenleg a kutatások azt találták, hogy a természetes antioxidánsok, mint például a Cur, a resveratrol, a kamélia stb. biztonságosabb és hatékonyabb alternatív kezelési stratégiákat nyújthatnak. Azonban nem teljesen tisztázott az a mechanizmus, amelynek révén a Cur javítja a csontritkulást. Ezért e tanulmány célja, hogy feltárja azt a mechanizmust, amellyel a Cur védi az oszteoblasztokat az oxidatív stressz okozta károsodással szemben a redox és a jelátviteli útvonalak szempontjából. Kísérleti adataink azt mutatják, hogy a Cur különböző koncentrációkban képes gátolni a H2O2 által közvetített túlzott oxidációt és elősegíteni az oszteoblasztok proliferációját stressz alatt, ami a farmakológiai hatások biztonságos és hatékony koncentrációinak széles skáláját jelzi.
A sejtek antioxidáns kapacitása a ROS-ok endogén antioxidáns rendszerük általi eltávolításától függ. Kóros körülmények között azonban a sejtes szövetek gyengébb tisztítóképessége a sejtkomponensek oxidatív károsodásához és a funkciók károsodásához vezet. Az oszteoblasztok oxidatív károsodási modelljében a T-AOC és a SOD szintjének csökkenése a sejt antioxidáns kapacitásának gyengülését jelzi, míg az MDA szintjének növekedése a sejt lipidkomponenseinek túlzott oxidációjára utal. A Cur gradiens koncentrációval történő beavatkozás után javulás következett be a redox-egyensúlyhiányban. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a Cur közvetlenül semlegesítheti a ROS-t saját redukáló csoportjain keresztül, és közvetve tisztíthatja a ROS-t az endogén antioxidáns enzimek, például a SOD aktivitásának felszabályozásával. Az oxidatív stressz a p38 MAPK aktiválásával szövet- és sejtkárosodást is okoz, és a p38 MAPK foszforilációs szintje az aktivációs állapotát jelzi. A Western blotting eredmények azt mutatták, hogy a Cur különböző koncentrációi képesek voltak gátolni a p38 MAPK H2O2 által közvetített foszforilációját, ami arra utal, hogy a Cur p38 MAPK aktivációra gyakorolt gátló hatása részt vehet az osteoblastok oxidatív károsodásával szembeni védőmechanizmusában. A különböző típusú endogén antioxidáns rendszerek kiegyensúlyozatlansága miatt azonban a keletkező ROS-típusok eltérőek, ami a sejtek túlélésére, halálára és működésére gyakorolt különböző hatásokat eredményez. A jövőbeni kutatások során tovább vizsgáljuk az oszteoporózis redox szabályozási mechanizmusait.
Ez a tanulmány azt is megállapította, hogy a Cur javíthatja a H2O2 gátlását az oszteoblasztok differenciálódási funkcióján, ami a mineralizált kalciumcsomók számának növekedésében és az emelkedett ALP-aktivitásban nyilvánult meg, ami összhangban van a Li és munkatársai által ismertetett kutatással. A Cur előkezelés utáni fokozott oszteogén differenciálódási képesség a sejtek fokozott proliferációjával és ALP-aktivitásával állhat összefüggésben. A Cur 10 μ oml/L koncentrációban azonban nem mutatta a csontdifferenciálódás jelentős elősegítését, ami arra utal, hogy a jó sejtaktivitás és proliferációs képesség fenntartása kedvezőbb lehet az oszteoblasztok differenciálódási funkciója szempontjából. Ezenkívül a ROS, mint jelzőmolekula, fiziológiai funkciókat is betölt, és a túlzott antioxidáns aktivitás valójában káros lehet a sejtek normális működésére. Bár a 10 μ oml/L Curral történő előkezelés hatékonyan gátolja a lipidperoxidációt, az endogén antioxidáns rendszerre gyakorolt védő hatása nem olyan jelentős, mint az alacsony koncentrációjú Curé. Ezért a Cur állati és emberi alkalmazásakor a megfelelő dózist kell ellenőrizni. Megerősítést nyert, hogy a Wnt jelátviteli útvonal pozitív szabályozó szerepet játszik az oszteogén differenciálódás folyamatában. A túlzott ROS elősegítheti a FoxO által szabályozandó Wnt/β - katenin útvonal kulcsfontosságú génjeinek átírását, ami végül gátolja az oszteoblasztok proliferációját, differenciálódását és mineralizációját, ami csontritkuláshoz vezet. Western blotting segítségével tovább vizsgáltuk azt a lehetséges mechanizmust, amellyel a Cur védi az oszteoblasztok differenciálódási funkcióját, és azt találtuk, hogy a Cur képes visszafordítani a Wnt5a és β - katenin expresszió H2O2 által közvetített downregulációját, ami azt jelzi, hogy a Cur elősegítheti az oszteoblasztok proliferációját, differenciálódását és mineralizációját oxidatív stressz alatt a Wnt/β - katenin jelátviteli útvonal szabályozásával.
Összefoglalva, ebben a tanulmányban a Cur gradiens koncentrációját használták patkányok osteoblastjainak előkezeléséhez, megfigyelték az oxidatív stressz által kiváltott osteoblast diszfunkciót javító hatását, és előzetesen tisztázták a hatásmechanizmusát. A jövőben további alap- és klinikai kutatásokra van szükség a természetes vegyületek, például a Cur alkalmazásával kapcsolatban, hogy elméleti alapot biztosítsunk a biztonságos és hatékony csontritkulás elleni kezelési stratégiák kifejlesztéséhez. Ezenkívül a Cur adagolása, beadási módja, gyógyszer-metabolizmusa és hatékonyságának értékelése is olyan tudományos kérdések, amelyeket érdemes feltárni.