[학위논문]저강도 초음파와 우슬이 퇴행성 골관절염 및 관절연골세포에 미치는 영향 Effect of low intensity ultrasound and Achyrantis radixs in chondrocyte and degenerative osteoarthritis rats원문보기
저강도 맥동성초음파와 우슬(Archyranthes Radix)은 치료적으로 넓게 사용되고 있으며, 생리학적 효과도 큰 것으로 알려져 있으나 세포고사 관련 단백질과 관련하여 관절연골세포에 미치는 분자생물학적 및 조직학적인 효과에 대한 체계적인 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 저강도 초음파와 우슬이 랫트 관절연골세포 단층배양에서 과산화수소수로 유도한 세포고사에서 ...
저강도 맥동성초음파와 우슬(Archyranthes Radix)은 치료적으로 넓게 사용되고 있으며, 생리학적 효과도 큰 것으로 알려져 있으나 세포고사 관련 단백질과 관련하여 관절연골세포에 미치는 분자생물학적 및 조직학적인 효과에 대한 체계적인 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 저강도 초음파와 우슬이 랫트 관절연골세포 단층배양에서 과산화수소수로 유도한 세포고사에서 MAPK 경로와 관련하여 세포고사 단백질 발현에 어떠한 영향을 주는지 XTT, western blot과 면역조직화학적 분석을 이용하여 관찰하였다. 1. 저강도 초음파와 우슬이 관절연골세포에 미치는 영향(in vitro) 배양한 연골세포에서 저강도 맥동성초음파(0.25 W/㎠)와 우슬은 세포증식을 유도하였으며, p-ERK의 발현을 증가시켰다. 과산화수소로 세포고사를 유도한 결과 50 μM로 처리 시 3시간째부터 유의한 세포증식의 억제 효과를 보였으며(P<0.05), p-ERK의 발현증가를 가져왔다(P<0.05). 과산화수소수, 저강도 초음파와 우슬은 p-ERK의 활성화를 증가시켰으며 이러한 ERK 증가는 ERK 선택적 억제제인 PD 98059에 의해 유의한 활성화 억제 반응을 보였다(P<0.05). 또한 세포내 PGE2의 농도를 관찰한 결과, 세포고사 유도 후에는 유의한 PGE2의 농도 증가가 있었으나, 저강도 초음파와 우슬 처리 시에는 유의한 감소효과를 보였다. 또한 세포고사에 관여하는 단백질인 Bcl-2는 과산화수소 처리 시 유의한 단백질 발현 억제 효과를 보였으며, 저강도 초음파와 우슬을 처리 시에는 Bcl-2 단백질 감소가 억제됨을 확인하였다. 이러한 활성은 ERK 억제제인 PD 98059에 의해 유의하게 차단되었다(P<0.05). Bax와 caspase-3는 과산화수소 처리 시 유의한 단백질 발현 증가 효과를 보였으며, caspase-3는 저강도 초음파와 우슬을 처리 시에는 증가가 억제됨을 확인하였고, 이는 PD 98059에 의해 유의하게 차단되었다(P<0.05). MIA로 유도한 실험동물의 퇴행성 골관절염 모델에서 저강도 초음파와 우슬을 처리 시 관절연골에서의 Bax와 Caspase-3의 발현은 유의하게 감소를 보였다(P<0.05). 2. 저강도 초음파와 우슬이 퇴행성 골관절염에 미치는 영향(in vivo) MIA로 퇴행성 관절염을 유도 시 시간별로 연골세포의 고사와 주변 조직의 염증성 반응을 H & E와 Saffranin O-fast green 염색을 통해 관찰할 수 있었고, 관절염 유도 후 저강도 초음파와 우슬 연고제를 처리 시 관절연골에서의 연골의 퇴행화 정도가 많이 호전됨을 확인하였다. In vitro 상에서 관찰하였던 세포고사 관련 단백질인 Bax와 caspase-3 단백질의 발현 정도를 관찰하여 본 결과 Bax는 실험군 별로 유의한 감소효과를 보였고, caspase-3는 저강도 초음파와 우슬을 처리 시 유의한 증가효과를 관찰할 수 있었다. 결론적으로 본 연구결과에서는 랫트 관절연골세포에서 저강도 초음파와 우슬이 ERK를 매개로 관절연골세포의 증식과 세포고사에 영향을 미치며, 퇴행성 골관절염 동물모델에 있어서도 세포고사 관련 단백질 발현에 영향을 주었다. 연구 결과를 바탕으로 저강도 초음파와 우슬이 관절연골세포 및 퇴행성 골관절염의 세포고사 억제에 중요한 영향을 미칠 것으로 사료된다.
저강도 맥동성초음파와 우슬(Archyranthes Radix)은 치료적으로 넓게 사용되고 있으며, 생리학적 효과도 큰 것으로 알려져 있으나 세포고사 관련 단백질과 관련하여 관절연골세포에 미치는 분자생물학적 및 조직학적인 효과에 대한 체계적인 연구는 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 저강도 초음파와 우슬이 랫트 관절연골세포 단층배양에서 과산화수소수로 유도한 세포고사에서 MAPK 경로와 관련하여 세포고사 단백질 발현에 어떠한 영향을 주는지 XTT, western blot과 면역조직화학적 분석을 이용하여 관찰하였다. 1. 저강도 초음파와 우슬이 관절연골세포에 미치는 영향(in vitro) 배양한 연골세포에서 저강도 맥동성초음파(0.25 W/㎠)와 우슬은 세포증식을 유도하였으며, p-ERK의 발현을 증가시켰다. 과산화수소로 세포고사를 유도한 결과 50 μM로 처리 시 3시간째부터 유의한 세포증식의 억제 효과를 보였으며(P<0.05), p-ERK의 발현증가를 가져왔다(P<0.05). 과산화수소수, 저강도 초음파와 우슬은 p-ERK의 활성화를 증가시켰으며 이러한 ERK 증가는 ERK 선택적 억제제인 PD 98059에 의해 유의한 활성화 억제 반응을 보였다(P<0.05). 또한 세포내 PGE2의 농도를 관찰한 결과, 세포고사 유도 후에는 유의한 PGE2의 농도 증가가 있었으나, 저강도 초음파와 우슬 처리 시에는 유의한 감소효과를 보였다. 또한 세포고사에 관여하는 단백질인 Bcl-2는 과산화수소 처리 시 유의한 단백질 발현 억제 효과를 보였으며, 저강도 초음파와 우슬을 처리 시에는 Bcl-2 단백질 감소가 억제됨을 확인하였다. 이러한 활성은 ERK 억제제인 PD 98059에 의해 유의하게 차단되었다(P<0.05). Bax와 caspase-3는 과산화수소 처리 시 유의한 단백질 발현 증가 효과를 보였으며, caspase-3는 저강도 초음파와 우슬을 처리 시에는 증가가 억제됨을 확인하였고, 이는 PD 98059에 의해 유의하게 차단되었다(P<0.05). MIA로 유도한 실험동물의 퇴행성 골관절염 모델에서 저강도 초음파와 우슬을 처리 시 관절연골에서의 Bax와 Caspase-3의 발현은 유의하게 감소를 보였다(P<0.05). 2. 저강도 초음파와 우슬이 퇴행성 골관절염에 미치는 영향(in vivo) MIA로 퇴행성 관절염을 유도 시 시간별로 연골세포의 고사와 주변 조직의 염증성 반응을 H & E와 Saffranin O-fast green 염색을 통해 관찰할 수 있었고, 관절염 유도 후 저강도 초음파와 우슬 연고제를 처리 시 관절연골에서의 연골의 퇴행화 정도가 많이 호전됨을 확인하였다. In vitro 상에서 관찰하였던 세포고사 관련 단백질인 Bax와 caspase-3 단백질의 발현 정도를 관찰하여 본 결과 Bax는 실험군 별로 유의한 감소효과를 보였고, caspase-3는 저강도 초음파와 우슬을 처리 시 유의한 증가효과를 관찰할 수 있었다. 결론적으로 본 연구결과에서는 랫트 관절연골세포에서 저강도 초음파와 우슬이 ERK를 매개로 관절연골세포의 증식과 세포고사에 영향을 미치며, 퇴행성 골관절염 동물모델에 있어서도 세포고사 관련 단백질 발현에 영향을 주었다. 연구 결과를 바탕으로 저강도 초음파와 우슬이 관절연골세포 및 퇴행성 골관절염의 세포고사 억제에 중요한 영향을 미칠 것으로 사료된다.
Osteoarthritis(OA) is a degenerative joint disease characterized by fibrillation and erosion in cartilage, chondrocyte proliferation and osteophyte formation at the joint margins, and sclerotis of subchondral bone. Low intensity pulsed ultrasound (LIPUS) and Archyranthes Radix has had extensive ther...
Osteoarthritis(OA) is a degenerative joint disease characterized by fibrillation and erosion in cartilage, chondrocyte proliferation and osteophyte formation at the joint margins, and sclerotis of subchondral bone. Low intensity pulsed ultrasound (LIPUS) and Archyranthes Radix has had extensive therapeutic application, and there has been increasing interest in its biological effects. However, the biochemical and histological effects of LIPUS and Archyranthes Radix on chondrocyte apoptosis have never been systematically investigated. Therefore, the objective of this study was to investigate the effects of LIPUS and Archyranthes Radix on role of MAPK signal transduction pathway on apoptosis induced by H₂O₂ in rat articular chondrocytes. Articular cartilage was harvested from rat articular cartilage and osteoarthritis models was induced from MIA. Cartilage explants and isolated chondrocytes from articular cartilage were sonicated in various conditions as monolayer culture. After LIPUS treatment, the time-dependent effects of LIPUS was evaluated by measuring cell proliferation and by analysing cell morphology and expression of cartilage apoptotic protein using XTT, western blot, and immunohistochemical analysis. In the explant culture condition, there was no effect of 1 W/cm2 intensity LIPUS on chondrocytes proliferation but chondrocytes proliferation was increased at 0.25 W/cm2 intensity. LIPUS and Archyranthes Radix activated phosphorylation of p44/42 MAPKs. H₂O₂, resulted in a time- and dose-dependent cell proliferation, which was largely attributed to apoptosis. H₂O₂ treatment caused marked sustained activation of ERK. The ERK activation and cell death caused by H₂O₂, was inhibited by LIPUS and Archyranthes Radix. Hydrogen peroxide activates phosphorylation of p44/42 MAPKs and PD 98059 blocked the effect of LIPUS and Archyranthes Radix. Moreover, the synergistic phosphorylation of p44/42 MAPK by H₂O₂, LIPUS, and Archyranthes Radix was selectively inhibited by PD 98059, a p44/42 MAPK inhibitor. In order to determine whether the increase in cell proliferation caused by H₂O₂, LIPUS, and Archyranthes Radix could be explained by changes in the level of the apoptotic protein (Bax, Bcl-2, caspase-3). Histological findings that are similar to those observed in human osteoarthritis, such as disorganization of chondrocytes, erosion and fibrillation of cartilage surface, and subchondral bone exposure were observed in a MIA-induced osteoarthritis model. Safranin O-fast green staining revealed that marked diffuse reduction of proteoglycans treated with MIA. The Mankin's score were closely correlated to the grade of histological findings. The level of Bax and caspase-3 were changed experimental groups. In conclusion, these results are consistent with the hypothesis that under conditions of oxidative stress, the H₂O₂-induced inhibition of cell proliferation in the rat chondrocyte is mediated through a modulation of the LIPUS and Archyranthes Radix signaling pathway, promoting further phosphorylation of p44/42 MAPK, indicating a potentially important role in cartilage repair and in the treatment of osteoarthritic cartilage.
Osteoarthritis(OA) is a degenerative joint disease characterized by fibrillation and erosion in cartilage, chondrocyte proliferation and osteophyte formation at the joint margins, and sclerotis of subchondral bone. Low intensity pulsed ultrasound (LIPUS) and Archyranthes Radix has had extensive therapeutic application, and there has been increasing interest in its biological effects. However, the biochemical and histological effects of LIPUS and Archyranthes Radix on chondrocyte apoptosis have never been systematically investigated. Therefore, the objective of this study was to investigate the effects of LIPUS and Archyranthes Radix on role of MAPK signal transduction pathway on apoptosis induced by H₂O₂ in rat articular chondrocytes. Articular cartilage was harvested from rat articular cartilage and osteoarthritis models was induced from MIA. Cartilage explants and isolated chondrocytes from articular cartilage were sonicated in various conditions as monolayer culture. After LIPUS treatment, the time-dependent effects of LIPUS was evaluated by measuring cell proliferation and by analysing cell morphology and expression of cartilage apoptotic protein using XTT, western blot, and immunohistochemical analysis. In the explant culture condition, there was no effect of 1 W/cm2 intensity LIPUS on chondrocytes proliferation but chondrocytes proliferation was increased at 0.25 W/cm2 intensity. LIPUS and Archyranthes Radix activated phosphorylation of p44/42 MAPKs. H₂O₂, resulted in a time- and dose-dependent cell proliferation, which was largely attributed to apoptosis. H₂O₂ treatment caused marked sustained activation of ERK. The ERK activation and cell death caused by H₂O₂, was inhibited by LIPUS and Archyranthes Radix. Hydrogen peroxide activates phosphorylation of p44/42 MAPKs and PD 98059 blocked the effect of LIPUS and Archyranthes Radix. Moreover, the synergistic phosphorylation of p44/42 MAPK by H₂O₂, LIPUS, and Archyranthes Radix was selectively inhibited by PD 98059, a p44/42 MAPK inhibitor. In order to determine whether the increase in cell proliferation caused by H₂O₂, LIPUS, and Archyranthes Radix could be explained by changes in the level of the apoptotic protein (Bax, Bcl-2, caspase-3). Histological findings that are similar to those observed in human osteoarthritis, such as disorganization of chondrocytes, erosion and fibrillation of cartilage surface, and subchondral bone exposure were observed in a MIA-induced osteoarthritis model. Safranin O-fast green staining revealed that marked diffuse reduction of proteoglycans treated with MIA. The Mankin's score were closely correlated to the grade of histological findings. The level of Bax and caspase-3 were changed experimental groups. In conclusion, these results are consistent with the hypothesis that under conditions of oxidative stress, the H₂O₂-induced inhibition of cell proliferation in the rat chondrocyte is mediated through a modulation of the LIPUS and Archyranthes Radix signaling pathway, promoting further phosphorylation of p44/42 MAPK, indicating a potentially important role in cartilage repair and in the treatment of osteoarthritic cartilage.
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