Parte 2: L'acteoside contrasta i processi catabolici indotti dall'interleuchina-1 - attraverso la modulazione delle proteine chinasi attivate dal mitogeno e la via di segnalazione cellulare NFκB
Mar 05, 2022
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HyangI Lim ,1 Do Kyung Kim ,1 Tae-Hyeon Kim ,1 Kyeong-Rok Kang ,
L'artrosi (OA) è la malattia degenerativa articolare più comune con dolore articolare cronico causato dalla progressiva degenerazione della cartilagine articolare a livello delle articolazioni sinoviali.Atteosidi, un glicoside caffeoilfeniletanoide, ha varie attività biologiche come effetto antimicrobico, antinfiammatorio, antitumorale, antiossidante, citoprotettivo e neuroprotettivo. Inoltre, somministrazione orale diacteosidead alto dosaggio non provoca genotossicità. Pertanto, lo scopo del presente studio è di verificare gli effetti anticatabolici diacteosidecontro l'artrosi e la sua via di segnalazione anticatabolica.Atteosidinon ha diminuito la vitalità delle cellule L929 di fibroblasti murini utilizzati come cellule normali e condrociti primari di ratto. Acteoside ha contrastato la perdita di proteoglicani indotta da IL-1 - nei condrociti e nella cartilagine articolare sopprimendo l'espressione e l'attivazione di un enzima di degradazione della cartilagine come la metalloproteinasi della matrice (MMP-) 13, MMP-1 e MMP -3. Inoltre, l'acteoside ha soppresso l'espressione di mediatori infiammatori come l'ossido nitrico sintasi inducibile, la cicloossigenasi-2, l'ossido nitrico e la prostaglandina E2 nei condrociti primari di ratto trattati con IL-1. Successivamente, l'espressione delle citochine proinfiammatorie è stata ridotta dall'acteoside nei condrociti primari di ratto trattati con IL-1. Inoltre, l'acteoside ha soppresso non solo la fosforilazione delle protein chinasi attivate dal mitogeno nei condrociti primari di ratto trattati con IL-1, ma anche la traslocazione di NFκB dal citosol al nucleo attraverso la soppressione della sua fosforilazione. La somministrazione orale di 5 e 10 mg/kg di acteoside ha attenuato la progressiva degenerazione della cartilagine articolare nel modello murino osteoartritico generata dalla destabilizzazione del menisco mediale. I nostri risultati indicano che l'acteoside è un potenziale agente anticatabolico o integratore promettente per attenuare o prevenire la degenerazione progressiva della cartilagine articolare.
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4. Discussione
L'articolazione sinoviale (diartrosi) è una struttura anatomica complessa costituita da diversi tipi di tessuti situati nello spazio potenziale tra le ossa per consentire mobilità e stabilità al corpo contrastando le diverse intensità del carico meccanico e controllando i movimenti fini [16] . Poiché la popolazione anziana è in aumento in tutto il mondo, l'OA sta emergendo come una malattia degenerativa associata a problemi psicologici e socioeconomici che devono essere risolti con urgenza [17]. Sfortunatamente, non ci sono ancora farmaci efficaci per l'OA; pertanto, la prevenzione della degenerazione della cartilagine articolare è la più importante per mantenere le funzioni articolari meccaniche associate al permesso di mobilità e stabilità del corpo.
Generalmente, l'articolazione sinoviale è composta da due ossa per fornire stabilità e sostenere il muscolo da legamenti e tendini ed è circondata da una capsula fibrosa sinoviale riempita di liquido sinoviale per ridurre l'attrito tra le cartilagini articolari situate sulle superfici articolari delle ossa unite [16]. In particolare, la matrice extracellulare (ECM) della cartilagine articolare è composta principalmente da collagene di tipo II e proteoglicani che sono sintetizzati e regolati da cellule specializzate chiamate condrociti. L'omeostasi della cartilagine articolare è precisamente bilanciata tra anabolismo (sintesi di ECM) e catabolismo (degenerazione di ECM) nelle articolazioni sinoviali [18]. In generale, fattori catabolici come citochine proinfiammatorie e mediatori infiammatori inducono la progressiva degenerazione della cartilagine articolare attraverso l'espressione di enzimi di degradazione della cartilagine come le metalloproteinasi della matrice (MMP) e le metalloproteinasi con motivi trombospondinici (ADAMT) da drociti [18]. Pertanto, recenti strategie biochimiche per prevenire o attenuare la progressiva degenerazione della cartilagine articolare hanno mirato alla soppressione degli enzimi di degradazione della cartilagine, delle citochine proinfiammatorie e dei mediatori infiammatori basati sulle sicurezze biologiche a lungo termine nelle articolazioni sinoviali [19, 20]. Studi recenti dimostrano che i prodotti naturali, provenienti dalla medicina erboristica o orientale, possiedono proprietà biologiche a lungo termine, antinfiammatorie e antiossidanti e possono promuovere la salute delle articolazioni e la gestione dell'OA attraverso la soppressione del rilascio di citochine proinfiammatorie [21].
estratto di cistanche: acteoside
L'acteoside (chiamato verbascoside; C29H36O15) è un glicoside isolato dai fiori o dalle foglie di molte piante erbacee come Scrophularia ningpoensis,Cistanche desertiche, Digitalis purpurea e Osmanthus fragrans [22, 23]. Recentemente, Henn et al. hanno riferito che l'elevata concentrazione (100 ug/mL) di acteoside isolato dalle foglie di Plantago australis non solo mostrava una minore citotossicità nelle cellule di criceto cinese V79 usate come cellule normali, ma non presentava nemmeno attività mutagene o genotossiche e proprietà fototossiche [6] . Perucatti et al. hanno riportato che il test citogenetico in vivo che somministra 5 mg/kg di acteoside al coniglio (Oryctolagus cuniculus) per 80 giorni non ha rivelato alcuna tossicità con qualsiasi altra attività mutagena, risultando in assenza di citotossicità per gli animali [24]. Questi studi suggeriscono che l'acteoside è un materiale bioattivo che può essere utilizzato sia nella dieta animale che umana [6, 24]. Come mostrato nella Figura 2, analogamente a studi precedenti, l'acteoside 100μM (62,459 ug/mL) non ha influito sulla vitalità della linea cellulare di fibroblasti di topo L929 utilizzata come cellula normale e condrociti primari di ratto nel presente studio. Pertanto, questi dati indicano che l'acteoside potrebbe aver assicurato una potenziale sicurezza biologica e può essere utilizzato come integratore. L'ECM, una grande quantità fino al 98% del volume della cartilagine, è una rete altamente organizzata di acido ialuronico, proteoglicani e collagene di tipo II [25]. In particolare, i proteoglicani sono proteine glicosilate con glicosaminoglicano solfato per formare una rete di aggregazione che genera una densità di carica statica per contrastare le forze di compressione durante la funzione meccanica delle articolazioni sinoviali [25]. Quindi, la perdita di proteoglicani nella cartilagine articolare delle articolazioni sinoviali porta alla disabilità della funzione articolare meccanica [25]. La degenerazione della cartilagine articolare dovuta alla perdita di proteoglicani determina uno squilibrio tra i processi anabolici e catabolici. Pertanto, le recenti strategie biologiche relative alla rigenerazione della cartilagine articolare e alla prevenzione o attenuazione della degenerazione progressiva della cartilagine articolare stanno considerando l'aumento del processo anabolico attraverso la sintesi dei principali componenti della cartilagine articolare come il proteoglicano e il collagene di tipo II e l'aumento di processo anticatabolico contro fattori catabolici come citochine proinfiammatorie, mediatori dell'infiammazione e fattori di crescita catabolici. Come mostrato nella Figura 3, l'acteoside non solo ha recuperato il contenuto di proteoglicani attraverso la neutralizzazione contro la deplezione di proteoglicani indotta dalla citochina proinfiammatoria IL-1 - nei condrociti primari di ratto, ma ha anche soppresso la perdita di proteoglicani nei tessuti della cartilagine articolare trattati con IL{{ 23}} per 7 giorni. Presi insieme, questi dati indicano in maniera consistente che l'acteoside può proteggere o attenuare la degenerazione progressiva della cartilagine articolare contrastando il processo catabolico proinfiammatorio indotto da citochine nella cartilagine articolare dell'articolazione sinoviale.
Gli enzimi elevati di degradazione della cartilagine tra cui MMP-1, MMP-3, MMP-13, ADMITS-4 e ADAMTS-5 nel liquido sinoviale di pazienti con OA sono gli enzimi chiave responsabili della progressiva degenerazione della cartilagine articolare attraverso la degradazione del collagene e del componente ECM [26, 27]. Quindi, l'inibizione dell'espressione e dell'attivazione di MMP sembra essere una strategia terapeutica interessante per prevenire e attenuare la degenerazione progressiva della cartilagine articolare per mantenere la funzione meccanica delle articolazioni sinoviali [26]. Nel presente studio, l'acteoside ha efficacemente soppresso l'espressione e l'attivazione dell'enzima di degradazione della cartilagine nei condrociti primari di ratto trattati con citochina proinfiammatoria IL{11}}, come mostrato nella Figura 4. Questi dati indicano che l'acteoside può attenuare la progressiva degenerazione di cartilagine articolare sopprimendo l'espressione e l'attivazione della cartilagine articolare nell'articolazione sinoviale con condizioni cataboliche.
I mediatori infiammatori come iNOS, NO, COX{0}} e PGE2 sono parte integrante della patogenesi dell'OA [28]. In particolare, le citochine proinfiammatorie come IL-1 e TNF sovraregolano la produzione di NO e PGE2 attraverso l'aumento di iNOS e COX2, rispettivamente, nell'articolazione sinoviale con OA [29, 30]. L'NO sovraregolato inibisce la sintesi dei componenti dell'ECM come il collagene di tipo II e il proteoglicano. Inoltre, l'aumento della PGE2 inibisce la proliferazione dei condrociti e riduce la sintesi di ECM [28]. Quindi, la soppressione dei mediatori infiammatori può attenuare la progressiva degenerazione della cartilagine articolare attraverso l'inibizione della riduzione della ECM nell'articolazione sinoviale con OA. Nel presente studio, l'acteoside ha efficacemente soppresso la sovraregolazione dei mediatori infiammatori come mostrato nella Figura 5. Questi dati indicano costantemente che l'acteoside può attenuare la progressiva degenerazione della cartilagine articolare attraverso la soppressione dei mediatori infiammatori nell'articolazione sinoviale con OA.
Inoltre, la sovraespressione di citochine proinfiammatorie da parte della sinovia e dei condrociti infiammati è un importante fattore patogeno di rischio nella patogenesi dell'OA. In particolare, si ritiene che l'espressione della citochina proinfiammatoria sia generata dalla membrana sinoviale allo stadio di inizio dell'OA. In sequenza, le citochine proinfiammatorie sovraregolate attivano i condrociti per esprimere la propria espressione e per sintetizzare gli enzimi di degradazione della cartilagine, le chemochine ei mediatori infiammatori [31]. Pertanto, la soppressione delle citochine proinfiammatorie può prevenire l'OA e può attenuare la degenerazione progressiva della cartilagine articolare attraverso l'inibizione di altre citochine proinfiammatorie, mediatori infiammatori ed enzimi di degradazione della cartilagine. Nel presente studio, l'acteoside ha soppresso la produzione di citochine proinfiammatorie come CINC-2, CINC-3, CNTF, fractalkin, IL-1, IL-1, leptina, MCP{ {7}}, MIP-3 e -NGF nei condrociti primari di ratto trattati con IL-1 rispetto al solo IL-1, come mostrato nella Figura 6.
Gouz et al. riportato che CINC-2 era significativamente aumentato nei condrociti trattati con IL-1 simile al nostro studio [32]. Tuttavia, uno studio recente ha mostrato che l'elaborazione spinale degli input dolorosi è strettamente alterata durante la patogenesi dell'OA [33]. Per quanto riguarda il dolore articolare, CINC-2 e CINC-3 erano significativamente sovraregolati nel corno dorsale spinale di animali con OA generati dall'iniezione intra-articolare di iodoacetato monosodico nell'articolazione del ginocchio [34, 35]. Sebbene il ruolo fisiopatologico di CINC-2 e CINC-3 nella patogenesi dell'OA sia ancora in gran parte sconosciuto, questi studi indicano che l'espressione di CINC-2 e CINC-3 nella dorsale spinale corno in condizioni di OA può essere strettamente associato allo sviluppo di dolore articolare durante la patogenesi di OA.
erba cistancia
CNTF, che è un fattore neurotropico pluripotente ed è correlato alla famiglia delle citochine che include IL-6, IL-11, la famiglia inibitoria della leucemia e l'oncostatina, si lega e segnala per mantenere l'omeostasi ossea attraverso il subunità del corecettore gp130 [36]. Sebbene la funzione biologica del CNTF sia ancora in gran parte sconosciuta nell'OA, studi recenti hanno dimostrato che la segnalazione CNTF-gp130 può essere associata al rimodellamento osseo patologico evidente nell'artrite reumatoide (AR), nella malattia parodontale, nelle spondiloartropatie e nell'OA attraverso la regolazione della differenziazione e attività di osteoblasti, osteoclasti e condrociti [36]. Inoltre, uno studio recente ha mostrato che -NGF, un fattore neurotrofico coinvolto nella regolazione fisiologica delle cellule neuronali, è sovraregolato nel sangue e nel liquido sinoviale in pazienti con OA [37]. Tuttavia, diversi studi hanno riportato che il blocco dell'NGF riduce il dolore da OA [38-40]. Pertanto, i fattori neurotrofici, inclusi CNTF e NGF, non solo sono considerati fattori di rischio patogeni della progressione dell'OA, ma forniscono anche il collegamento neurologico tra la progressiva degenerazione della cartilagine articolare e lo sviluppo del dolore cronico da OA. Inoltre, è stata considerata una molecola mirata terapeutica per ridurre il dolore cronico da OA.
La frattalkina, nota anche come chemochina CX3CL1, è espressa in modo esuberante nei condrociti articolari sia umani adulti che di ratti trattati con IL-1 [41, 42]. Studi recenti hanno riportato che la frattalkina promuove l'espressione di MMP- 3 attraverso le vie di segnalazione cellulare CX3CR1, c-Raf, MEK, ERK e NFκB nel tessuto sinoviale ottenuto dai pazienti con OA [43]. Inoltre, l'analisi della metilazione del DNA a livello genomico nei condrociti OA ha rivelato che il gene della frattalchina non era solo ipometilato ma anche costantemente correlato con la sua espressione di mRNA [44]. MCP-1, un membro della famiglia delle chemochine per indurre l'infiammazione, innescare la chemiotassi e la migrazione transendoteliale del monocita verso la lesione infiammatoria. Recentemente, Xu et al., hanno riportato che MCP-1 e l'asse del recettore 2 delle chemochine (motivo CC) sono coinvolti nella degradazione della cartilagine articolare attraverso l'espressione di MMP-13 e l'aumento di OA
apoptosi dei condrociti [45]. Inoltre, la MIP-3 chiamata anche chemochina CCL20 è abbondantemente espressa nella cartilagine articolare di pazienti con OA e aumenta la degenerazione progressiva della cartilagine articolare attraverso l'espressione di enzimi di degradazione della cartilagine come MMP-1 e MMP -3, mediatore infiammatorio come PGE2 e citochina proinfiammatoria IL-6 [46]. Pertanto, anche le chemochine come la frattalchina, l'MCP-1 e il MIP-3 sono state considerate un fattore di rischio fisiopatologico per avviare la progressione dell'OA.
La leptina è un ormone peptidico appartenente alle adipochine, che sono citochine secrete dal tessuto adiposo [47]. Studi recenti hanno riportato che il livello di leptina non solo è significativamente elevato nel corpo umano con obesità, ma è anche aumentato nel siero e nel liquido sinoviale raccolti dai pazienti con OA che è correlato alla gravità dell'OA [48]. Pertanto, studi recenti hanno suggerito che le espressioni della leptina e del suo recettore sono state considerate positivamente come un fattore di rischio associato allo sviluppo di OA [49-51]. [52]
La famiglia IL-1, comprese IL-1 e IL{2}}, è considerata la citochina più importante associata alla patogenesi dell'OA che induce il processo catabolico infiammatorio combinato con altri fattori catabolici come l'invecchiamento, obesità e lesioni articolari traumatiche [53]. Generalmente, il livello della famiglia IL-1 nel liquido sinoviale, nella membrana sinoviale, nella cartilagine articolare e nell'osso subcondrale è elevato nell'articolazione sinoviale dei pazienti con OA [54]. Dopo che la famiglia IL-1 si lega ai loro recettori, manifesta la progressiva degenerazione della cartilagine articolare mediante l'espressione di altre citochine, chemochine, molecole di adesione, mediatori infiammatori ed enzimi di degradazione della cartilagine attraverso la fosforilazione della segnalazione cellulare fattori trascrizionali come NFκB e MAPK [54]. Come mostrato nella Figura 7, l'acteoside non solo ha ridotto la fosforilazione di ERK1/2, p38 e JNK, ma ha anche inibito la fosforilazione di NFκB nei condrociti primari di ratto trattati con IL-1. Inoltre, la Figura 8 mostra che l'acteoside ha inibito la traslocazione di NFκB dal citosol al nucleo nei condrociti primari di ratto trattati con IL-1. Pertanto, i nostri risultati indicano costantemente che l'acteoside contrasta gli effetti catabolici indotti da IL-1 - come l'espressione di enzimi che degradano la cartilagine e la produzione di citochine proinfiammatorie e mediatori infiammatori attraverso l'inattivazione di vie di segnalazione cellulare come MAPK e NFκB nei condrociti primari di ratto. Recentemente, in modo simile al nostro studio, Qiao et al. hanno riportato che l'acteoside inibisce la risposta infiammatoria negli animali indotti da OA [55]. Hanno mostrato la soppressione delle citochine infiammatorie attraverso l'inattivazione della via di segnalazione JAK/STAT nel tessuto sinoviale di animali con OA indotta da DMM a cui è stata somministrata un'iniezione intraperitoneale di acteoside [55]. Tuttavia, per stimare l'efficacia dell'acteoside come integratore preventivo per l'OA, nel presente studio l'acteoside è stato somministrato per via orale ad animali con OA indotta da DMM. Successivamente, l'alterazione della cartilagine articolare è stata valutata istologicamente come mostrato nella Figura 9. La nostra valutazione istologica ha mostrato che la somministrazione orale di acteoside ha costantemente impedito la progressiva degenerazione della cartilagine articolare attraverso l'inibizione della perdita di proteoglicani negli animali con OA indotta da DMM.
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5. Conclusioni
I nostri risultati suggeriscono che l'acteoside è in grado di essere somministrato per via orale e può essere utilizzato come integratore efficace per prevenire o attenuare l'OA in base alla sicurezza biologica e agli effetti anticatabolici contro le citochine proinfiammatorie.
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