カテキンとセノリティクスを用いたストレス誘発性早老化細胞の枯渇による骨再生の増強

Augmentation of Bone Regeneration by Depletion of Stress-Induced Senescent Cells Using Catechin and Senolytics.

• Yoshitomo Honda
• Anqi Huang
• Tomonari Tanaka
• Xiaoyu Han
• Beiyuan Gao
• Haitao Liu
• Xinchen Wang
• Jianxin Zhao
• Yoshiya Hashimoto
• Kazuyo Yamamoto
• Naoyuki Matsumoto
• Shunsuke Baba
• Makoto Umeda

抄録

骨再生医療の進歩にもかかわらず、ストレスによる細胞の早期老化（SIPS）と骨再生との関係についてはほとんど知られていません。ここでは、リポ多糖類（LPS）徐放性ゼラチンスポンジ（LS-G）を移植することで、SIPS細胞が増加し、これらの細胞を排除することで、臨界サイズの骨欠損部の骨形成が促進されることを明らかにした。組織学的染色（ヘマトキシリン-エオシン、SA-β-gal）と免疫組織学的染色（細胞の老化を分析するためのp16とp21、酸化を分析するための4-HNE）を用いてSIPS細胞を同定し、その根底にあるメカニズムを明らかにした。欠損部の骨形成をマイクロコンピュータ断層撮影法を用いて、術後1週間と4週間後に解析した。LS-G移植と並行して、局所エピガロカテキンガレート（EGCG）投与、全身性セノリック（ダサチニブとケルセチン：D+Q）投与を行い、SIPS細胞を除去した。LS-G移植後、欠損部にSA-β-gal-、p16-、p21陽性細胞（SIPS細胞）が蓄積した。しかし、LS-G+EGCGやLS-G+D+Qを用いた場合、欠損部にはLS-Gを用いた場合に比べてSIPS細胞の数が減少し、新たに形成された骨が増強された。このことから、LPSによる持続的な刺激によって誘導されたSIPS細胞が骨形成に悪影響を及ぼす可能性があることが明らかになった。これらの細胞数を制御することは、骨の再生を促進するための有望な戦略である。

Despite advances in bone regenerative medicine, the relationship between stress-induced premature senescence (SIPS) in cells and bone regeneration remains largely unknown. Herein, we demonstrated that the implantation of a lipopolysaccharide (LPS) sustained-release gelatin sponge (LS-G) increases the number of SIPS cells and that the elimination of these cells promotes bone formation in critical-sized bone defects in the rat calvaria. Histological (hematoxylin-eosin and SA-β-gal) and immunohistological (p16 and p21 for analyzing cellular senescence and 4-HNE for oxidation) staining was used to identify SIPS cells and elucidate the underlying mechanism. Bone formation in defects were analyzed using microcomputed tomography, one and four weeks after surgery. Parallel to LS-G implantation, local epigallocatechin gallate (EGCG) administration, and systemic senolytic (dasatinib and quercetin: D+Q) administration were used to eliminate SIPS cells. After LS-G implantation, SA-β-gal-, p16-, and p21-positive cells (SIPS cells) accumulated in the defects. However, treatment with LS-G+EGCG and LS-G+D+Q resulted in lower numbers of SIPS cells than that with LS-G in the defects, resulting in an augmentation of newly formed bone. We demonstrated that SIPS cells induced by sustained stimulation by LPS may play a deleterious role in bone formation. Controlling these cell numbers is a promising strategy to increase bone regeneration.