エストロゲン欠乏症によって誘発された骨粗鬆症に対するレスベラトロールの保護効果

Protective effect of resveratrol on estrogen deficiency-induced osteoporosis though attenuating NADPH oxidase 4/nuclear factor kappa B pathway by increasing miR-92b-3p expression.

• Ye Zhang
• Ming-Wei Liu
• Yun He
• Ning Deng
• Yan Chen
• Jiecong Huang
• Wei Xie

抄録

序論:

レスベラトロール（RES）はエストロゲン様作用を示し、エストロゲン欠乏によって引き起こされる骨粗鬆症の治療への応用が期待されていますが、RESの作用機序は不明のままです。ここでは、骨粗鬆症を持つ卵巣摘出（OVX）ラットにおけるRESの治療効果を調べ、その基礎となるメカニズムを決定した。

INTRODUCTION: Resveratrol (RES) exhibits estrogen-like effects and has potential applications to treatment of osteoporosis caused by estrogen deficiency; however, the specific mechanism of action of RES remains unclear. Here, we examined the therapeutic effects of RES on ovariectomized (OVX) rats with osteoporosis and determined the underlying mechanism.

方法:

エストロゲン欠乏による骨粗鬆症を研究するためにOVXラットモデルを確立した。治療群にはRES（50、100、200mg/日）を経口投与し、エストロゲン投与群には0.8mg/kg E2を経口経路で毎日投与し、偽手術群と対照群にはカルボキシメチルセルロースナトリウムを同量を経口投与した。12週間投与後、リアルタイム定量ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）およびウェスタンブロット解析を用いて、骨組織におけるmiR-92b-3p、Nox4、NF-κBp65、IκB、BMP2、Smad7、RUNX-2の遺伝子およびタンパク質発現を測定した。右大腿骨の構造パラメータをマイクロCTで評価した。二重エネルギーX線4500Wを用いて全身の骨密度（BMD）を測定した。骨アルカリホスファターゼ（BALP）、オステオプロテゲリン（OPG）、抗酒石酸ホスファターゼ5b（PTRA5b）およびカルボキシル化末端ペプチド（CTX-I）の血清レベルを測定するために酵素結合免疫吸着法（ELISA）キットを使用した。ラット大腿骨標本をヘマトキシリンとエオジンで染色し、病理学的検査を行った。

METHODS: We established an OVX rat model to study osteoporosis caused by estrogen deficiency. The treatment groups were given orally with RES (50, 100, and 200 mg/day), the estrogen group received 0.8 mg/kg E2 daily via oral route, and the sham-operated and control groups received an equivalent dose of sodium carboxymethylcellulose orally. After 12 weeks of treatment, we used real-time quantitative polymerase chain reaction (PCR) and Western blot analysis to measure the gene and protein expression of miR-92b-3p, Nox4, NF-κBp65, IκB, BMP2, Smad7, and RUNX-2 in bone tissues. Right femur structural parameters were evaluated by micro-CT. Dual-energy X-ray 4500 W was used to determine systemic bone mineral density (BMD). Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kits were used to determine the serum levels of bone alkaline phosphatase (BALP), osteoprotegerin (OPG), anti-tartrate acid phosphatase-5b (PTRA5b), and carboxylated terminal peptide (CTX-I). The rat femoral bone specimens were stained using hematoxylin and eosin for pathological examination.

結果:

また、両卵巣の血清エストロゲン濃度の上昇、骨組織の miR-92b-3p 濃度の上昇、Nox4、NF-κBp65、p-IκB-a、カテプシン K 濃度の低下、BMP2、Smad7、RUNX-2 の遺伝子・タンパク質発現の上昇を、RES 投与後の骨粗鬆症モデル OVX ラットで観察しました。また、BALP、OPG、ALP、BMDのレベルが上昇し、TRAP-5bとCTX-Iのレベルが低下した。構造モデル指数（SMI）と海綿体空間（Tb.Sp）は減少し、海綿体厚（Tb.Th）、骨体積率（BV/TV）、海綿体数（Tb.N）、組織骨密度（Conn.D）は増加し、それによって両卵巣のエストロゲン欠乏による骨粗鬆症が改善されました。

RESULTS: We observed increased levels of serum estrogen in both ovaries, elevated miR-92b-3p levels in bone tissues, reduced levels of Nox4, NF-κBp65, p-IκB-a, and cathepsin K, and elevated gene and protein expression of BMP2, Smad7, and RUNX-2 in the OVX rat model of osteoporosis after treatment with RES. Elevated levels of BALP, OPG, ALP, and BMD along with reduced levels of TRAP-5b and CTX-I were also observed. The structural model index (SMI) and the trabecular space (Tb. Sp) decreased, while the trabecular thickness (Tb. Th), bone volume fraction (BV/TV), trabecular number (Tb.N), and tissue bone density (Conn.D) increased, thereby improving osteoporosis induced by estrogen deficiency in both ovaries.

結論:

カテプシンKの発現とNox4/NF-κBシグナル伝達経路はmiR-92b-3pの発現亢進により抑制された。この抑制は、両卵巣のエストロゲン欠乏による骨粗鬆症に対するRESの保護効果に重要な役割を果たしていた。このように、RESはラットのエストロゲン欠乏による骨粗鬆症を効率的に緩和した。

CONCLUSION: Cathepsin K expression and Nox4/NF-κB signaling pathway were suppressed by the elevated expression of miR-92b-3p. This inhibition was pivotal in the protective effect of RES against osteoporosis induced by estrogen deficiency in both ovaries. Thus, RES efficiently alleviated osteoporosis induced by estrogen deficiency in rats.