Лептин змінює долю диференціювання та викликає старіння в клітинах

Теми

Анотація

Головна

Раніше ми виявили, що медіатори запалення ОА, присутні в синовіальній рідині, індукують дегенерацію нормального суглобового хряща при введенні в інтактні суглобові порожнини собак Бігль. Серед цих запальних цитокінів лептин отримав особливий інтерес завдяки своїй ролі в гомеостазі маси тіла та значній і позитивній кореляції між лептином і дегенерацією хряща. 7 Лептин, вироблений білою жировою тканиною, - це невеликий (16 кДа) неглікозильований білок, кодується геном Ob. 8 Лептин та його рецептори були виділені з людських хондроцитів, остеофітів, синовіальної тканини та інфрапателлярних жирових подушечок. 9, 10

Stannus OP та ін. надано докази того, що рівні лептину в сироватці крові незалежно та послідовно пов’язані із зменшенням товщини хряща, як поперечного, так і поздовжнього, що свідчить про те, що лептин відіграє важливу роль в етіології та розвитку остеоартриту. 8 Сімопулу та ін. 11 також виявив, що експресія лептину та рецепторів лептину (Ob-Rb) була значно вищою у хрящах хворих із запущеним остеоартритом, ніж у хрящах хворих з легким остеоартритом. Крім того, протеоглікани суглобових хрящів виснажувались, коли лептин вводили в стиснуті суглоби щурів. Попередні дослідження досліджували вплив лептину на біологічні функції хондроцитів. 12 Однак механізми, пов'язані з лептиновою дегенерацією хряща, недостатньо чітко визначені. Дослідження впливу лептину на біологічні функції КПК дозволить краще зрозуміти роль лептину в деградації хряща.

Тут ми виділили та ідентифікували CPC з хряща суглобів щурів. Лептин змінив долю диференціації СРС, пригнічуючи хондрогенез та посилюючи остеогенез. Лептин також індукував старіння CPC, активуючи шлях p53/p21 та інгібуючи шлях Sirt1. Активація лептинового шляху (підвищений рівень Ob-Rb) суттєво корелювала з дегенерацією хряща (нижчі рівні Coll-2) та старінням тканин (більш високі рівні p53/p21 і нижчі рівні Sirt1) у пацієнтів з остеоартритом. Разом наші результати виявляють нові зв’язки між ожирінням та пошкодженням хряща, спричинені впливом лептину на поведінку клітин, старіння та внутрішньоклітинну сигналізацію.

Результати

Ідентифікація СРС, виділених із хряща

лептин

Повнорозмірне зображення

Високі дози лептину зменшують міграційну здатність, пригнічують хондрогенний потенціал та збільшують остеогенний потенціал КПК

Повнорозмірне зображення

Лептин підвищує рівні ацетильованих p53, p53, p21 та Sirt1 під час старіння CPC

Два основних шляхи ведуть до індукції старіння клітин: кіназний шлях, активований мітогеном p38 (MAPK)/p16 INK4a та p53/p21 cip. Рівні фосфорильованого MAPK р38 у СРС були дещо вищими в клітинах, культивованих у присутності фізіологічних та високих доз лептину, ніж у контрольних клітинах. Однак рівні ацетильованих р53, р53 та р21 були значно вищими в клітинах, які отримували високі дози лептину, ніж у контрольній групі. Більш низькі рівні деацетилази p53 Sirt1 часто асоціюються із старінням, опосередкованим p53. Експресія Sirt1 була значно нижчою в клітинах, оброблених високими дозами лептину, ніж у контрольних клітинах, а рівні ацетильованого р53 також були вищими в цих клітинах. Лептин може викликати старіння у СРС, активуючи шлях p53/p21 та інгібуючи Sirt1.

Лептин індукує старіння CPC шляхом активації шляху p53/p21

Ми провели серію аналізів інгібування шляху для подальшого вивчення ролі шляху p53/p21 у старінні CPC. CPC обробляли високою дозою лептину та або інгібітором p38 SB203580, або інгібітором p53 PFT-α, і аналізували ефекти їх інгібування (рис. 4а). Клітинне старіння оцінювали шляхом визначення відсотка SA- β -Gal-позитивних клітин. Інгібітор p38 SB203580 не мав очевидного впливу на відсоток SA-β -Gal-позитивних клітин, однак клітини, оброблені інгібітором p53 PFT-α, демонстрували значно нижчий відсоток клітин, позначених SA-β -Gal (рис. 4b). і С). Інгібітори p53 та p-p38 не змогли збільшити відсоток старечих клітин. Ці результати вказують на те, що лептин індукує старіння в СРС шляхом активації шляху p53/p21.

Блокада шляху p53/p21 інгібує старіння CPC, оброблених лептином. ( в ) Інгібітор р38 SB203580 (10 мкМ) суттєво знижував експресію Р-р38. Інгібітор p53 PFT-α (20 мкМ) суттєво знижував експресію p21. ( і проти ) Відсоток SA-β -Gal-позитивних клітин був значно знижений після обробки клітин PFT-α та 100 нг/мл лептину, але не після обробки клітин SB203580 та 100 нг/мл лептину протягом 48 годин. . Стовпчики помилок представляють середнє значення ± стандартне відхилення SD, 100 мкм. * P # P> 0,05 означає, що результати не були статистично значущими

Повнорозмірне зображення

Індукція старіння CPC лептином шляхом інгібування шляху Sirt1 21/p53

Активація та блокада старіння CPC, уражених Sirt1, через індукований лептином шлях p53/p21. ( в і ) Клітини обробляли ресвератролом і лептином, і аналізували відсоток SA-β -Gal-позитивних клітин. CPC в культурі обробляли ресвератролом (30 мкМ), агоністом шляху Sirt1 та 100 нг/мл лептину. ( проти ) Через 48 годин лікування вестерн-блот-аналіз показав, що експресія ацетильованого р53 була пригнічена. ( d ) ПЛР-аналіз геномного локусу Sirt1 у гетерозиготних флокс-мишей з і без Cre та з тамоксифеном або без нього. ( e і f ) Порівняння кількості позитивних клітин для p53 та p21 у мишей дикого типу та KO. Зображення флуоресцентної мікроскопії показують, що шлях p53/p21 активувався більше в суглобовій хрящовій тканині мишей Sirt1 KO, ніж у мишей дикого типу. Шкала шкали, 100 мкм. Смужки помилок означають, що середнє значення ± SD * P

Ми використали специфічний маркер, CD146, для маркування CPC 14, 21 і виявили, що клітини-попередники в основному розподілялись по поверхневому шару (рис. 1в). Цей результат узгоджується з результатами попередніх досліджень. 3 Ці результати свідчать про те, що СРС можуть знаходитися в матриксі суглобового хряща до активації певними станами, такими як травма та запалення, які вимагають відновлення пошкодженої хрящової тканини. 5

Крім того, наші дослідження продемонстрували, що високі дози лептину пригнічують проліферацію (малюнки 3а та b) та індукують зупинку клітинного циклу в СРС. Припинення клітинного циклу зазвичай призводить до спокою або старіння. 19 Спокій - це оборотний процес, що призводить до перехідного стану клітинного спокою. На відміну від цього, старіння викликає незворотні зміни в нормальній клітинній діяльності. Клітинне старіння вперше спостерігалось у старих клітинах, але може траплятися і в молодих клітинах. Старі клітини продовжують рости і здаються більшими, ніж їх нестаріючі аналоги. Гіпертрофія, пов’язана зі старінням, призводить до збільшення кількості та активності лізосом, що характерно для одного з найбільш часто використовуваних тестів для ідентифікації старіння, SA-β -Gal, який залежить від активності лізосомної β-галактозидази. 15, 28

Sirt1 часто асоціюється з опосередкованим р53 старінням, оскільки він знижує рівень дезацетилази р53 та стабілізує р5330, що має несприятливі ефекти, що зменшують функції р53. Активація Sirt1 з використанням ресвератролу продемонструвала, що сигналізація Sirt1 бере участь у старінні, спричиненому лептином, у CPC (рис. 5b та c). Ми також виявили, що зрізи хрящової тканини, отримані від мишей Sirt1 KO віком до 3 місяців, виявляли вищі рівні p53 та p21, ніж ті, що виражені у порівнянних зрізах, отриманих від мишей WT (малюнки 5e та f). Інгібування шляху Sirt1 та активація шляху p53/p21, мабуть, мають синергетичний ефект на старіння CPC, що включає дегенерацію хряща та остеоартроз.

ІМТ або відсоток жиру в організмі показує відносне збільшення у деяких людей з віком, а також виявляється, що рівень лептину, як правило, неминуче підвищується з віком. 7 Наші результати показують, що підвищений рівень лептину може негативно вплинути на функції СРС та прискорити дегенерацію хряща. Контроль ваги може бути важливим способом профілактики артрозу. Однак, якщо спричинене лептином старіння в СРС і дегенерація хряща може бути перервана, а більш високі рівні експресії Ob-Rb, що спостерігаються при важкій дегенерації хряща, були викликані біомеханічними силами, необхідно буде поглибити дослідження.

Висновки

Таким чином, лептин змінює долю диференціації СРС, пригнічуючи хондрогенез та посилюючи остеогенез. Лептин індукує старіння CPC шляхом активації шляху p53/p21 та інгібування шляху Sirt1. Активація лептинового шляху (вища експресія Ob-Rb) суттєво корелює з дегенерацією хряща (нижчі концентрації Coll-2) і старінням тканин (вищі концентрації p53/p21 і нижча Sirt1), що свідчить про те, що CPC, спричинені лептином, обумовлені старінням сприяють розвитку артрозу. Отримані разом, наші результати вказують на нові зв’язки між ожирінням та пошкодженням хряща, що включають опосередкований лептином вплив на диференціацію та старіння СРС.