[논문]대황 추출물이 골수유래 대식세포의 파골세포 분화에 미치는 영향

In-A Cho

doi:10.13065/jksdh.20230024

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연구목적: 이 연구는 대황 추출물이 골수 유래 대식세포(BMM)에서 파골세포 분화에 미치는 영향을 조사하는 것을 목적으로 한다. 파골 세포는 골 재흡수 및 재형성에 중요한 역할을 하며, 파골 세포의 조절 장애는 다양한 골 관련 질환을 유발할 수 있다. 잠재적인 항염증 특성을 가진 약용 식물인 대황은 뼈 대사를 조절하는 것으로 제안되었다. 연구방법: 생후 5주령의 C57BL/6 마우스의 대퇴골과 경골에서 BMM을 분리하고 M-CSF(mouse macrophage colony-stimulating factor) 존재하에 3일간 배양한 후 M-CSF와 파골 세포 분화를 유도하기 위한 핵 인자-κB 리간드(RANKL)의 활성화제를 처리하였다. 연구결과: 대황 추출물로 처리하면 BMM에서 파골 세포 분화가 현저하게 억제되었다. 또한 대황 추출물은 파골세포 형성에 필수적인 유전자인 TRAP(tartrate-resistant acid phosphatase) 및 CTSK(cathepsin K)의 mRNA 발현을 억제하였다. 또한 파골세포 분화에 중요한 전사 인자인 활성화된 T 세포 c1(NFATc1)의 핵 인자의 RANKL 유도 발현을 억제하였다. 결론: 이러한 결과는 대황 추출물이 BMMs에서 파골 세포 형성에 억제 효과가 있음을 나타낸다. 따라서 대황 추출물은 비정상적인 파골 세포 활동과 관련된 뼈 관련 질환의 치료를 위한 유망한 치료제이다. 잠재적인 임상 적용을 완전히 이해하기 위해서는 메커니즘에 대한 추가 연구와 탐색이 필요하다.

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Objectives: This study aimed to investigate the effects of rhubarb extract on osteoclast differentiation in bone marrow-derived macrophages (BMMs). Osteoclasts are vital for bone resorption and remodeling. Osteoclast dysregulation can contribute to various bone-related disorders that directly affect...

Objectives: This study aimed to investigate the effects of rhubarb extract on osteoclast differentiation in bone marrow-derived macrophages (BMMs). Osteoclasts are vital for bone resorption and remodeling. Osteoclast dysregulation can contribute to various bone-related disorders that directly affect oral health. Rhubarb, a medicinal plant with anti-inflammatory properties, has been shown to modulate bone metabolism. Methods: BMMs were isolated from the femurs and tibias of 5-week-old C57BL/6 mice and cultured in the presence of mouse macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) for 3 days. Subsequently, BMMs were treated with M-CSF and receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL) to induce osteoclast differentiation. Results: Rhubarb extract effectively suppressed osteoclast differentiation in BMMs. Furthermore, rhubarb extract inhibited the mRNA expression of tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) and cathepsin K (CTSK), which are essential for osteoclastogenesis. Moreover, it inhibited the RANKL-induced expression of nuclear factor of activated T cell c1 (NFATc1), a crucial transcription factor in osteoclast differentiation. Conclusions: These results suggest that rhubarb extract promotes oral health by inhibiting osteoclastogenesis in BMMs. Thus, rhubarb extract shows promise as a therapeutic agent for bone-related disorders that directly affect oral health, particularly those associated with abnormal osteoclast activity. Further research and exploration of the underlying mechanisms are warranted to fully understand their potential clinical applications.

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그림 Fig. 1. Preparation of rhubarb extract (Rhubarb E) and the effect of Rhubarb E on the viability of BMMs: (A) Schematic representation of the process of manufacturing Rhubarb E; (B) Cytotoxicity evaluation of Rhubarb E on BMMs. BMMs were exposed to various concentrations of Rhubarb E (10, 20, 50, and 100 μg/mL) for 24 and 48 hours. The viability of the BMMs was determined using the MTT assay. Data are presented as Mean±SD (n=3). Significance levels are inficated as *p ≤0.05, **p ≤0.01; (C) Fluorescence microscopy-based visualization of live (green fluorescence) and dead or damaged (red fluorescence) BMMs after their treatment with Rhubarb E (20 and 50 μg/mL) for 5 days. Representative images are displayed.
표 Table 1. The qPCR primer sequences used in this study
그림 Fig. 2. Inhibition of osteoclast differentiation by Rhubarb E. (A) TRAP staining of BMMs treated with different concentrations of Rhubarb E (10, 20, and 50 μg/mL) and stimulated with 100 ng/mL RANKL for 5 days. TRAP-positive multinucleated cells (MNCs) are stained in red: (B) Quantitative analysis of TRAP-positive MNC area and cell number. Data were analyzed by oneway ANOVA followed by Tukey's honest test and are presented as Mean±SD (n=3). Significance levels are inficated as *p≤ 0.05, **p ≤0.01.
그림 Fig. 3. Downregulation of osteoclast-specific gene expression by Rhubarb E: (A) Analysis of mRNA expression of cathepsin K, NFATc1, and TRAP in BMMs treated with Rhubarb E (50 μg/mL) and stimulated with 100 ng/mL RANKL. Gene expression was quantified by qPCR and normalized to GAPDH. Data were analyzed using one-way ANOVA followed by Tukey's honest test and are presented as Mean±SD (n=3). Significance levels are inficated as *p ≤0.05, **p ≤0.01; (B) Osteoclast-specific gene expression analysis by conventional qPCR.
그림 Fig. 4. Inhibition of F-actin ring formation by Rhubarb E: (A) Immunofluorescence staining of F-actin rings in BMMs treated with Rhubarb E (10, 20, and 50 μg/mL) and stimulated with 100 ng/mL RANKL for 5 days. Regions with red fluorescence represent F-actin rings. (B) Quantitative analysis of TRAP-positive MNC area and cell number. Data were analyzed using oneway ANOVA followed by Tukey's honest test and are presented as Mean±SD (n=3). Significance levels are inficated as *p≤ 0.05, **p ≤0.01.

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