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Exercise induced meteorin-like protects chondrocytes against inflammation and pyroptosis in osteoarthritis by inhibiting PI3K/Akt/NF-κB and NLRP3/caspase-1/GSDMD signaling - 13/01/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2022.114118 
Jiabao Liu a, Shuangshuo Jia a, Yue Yang a, Longhuan Piao a, Ziyuan Wang b, Zhuangzhuang Jin a, Lunhao Bai a,
a Department of Orthopedic Surgery, Shengjing Hospital of China Medical University, Shenyang 110000, China 
b Department of Orthopaedics Surgery, Central Hospital of Shenyang Medical College, Shenyang 110000, China 

Corresponding author.

Abstract

The production of metrnl, a novel adipomyokine, is induced upon exercise in adipose tissue and skeletal muscle. In this study, we investigated the anti-inflammatory and antipyroptotic effects of exercise-induced metrnl producted in rats in vitro and in vivo. Forty Sprague-Dawley rats were divided randomly into five groups: control (CG), osteoarthritis (OA) with sedentary lifestyle (OAG), OA with low intensity exercise (OAL), OA with moderate intensity exercise (OAM), and OA with high intensity exercise (OAH). The correlation between the level of metrnl and OA degree was detected using ELISA, X-ray imaging, histology, and immunohistochemistry in vivo. Primary chondrocytes were preincubated with recombinant metrnl before interleukin-1β administration to verify the anti-inflammatory and antipyroptotic effects of metrnl. Western blotting and quantitative reverse transcription (qRT)-PCR were used to evaluate the differences in protein and mRNA expression between groups, respectively. Reactive oxygen species (ROS) assay, immunofluorescence, transmission electron microscopy (TEM), and flow cytometry were used to evaluate morphological changes and pyroptosis in chondrocytes. In the moderate-intensity treadmill exercise group, the severity of OA showed maximum relief and the metrnl levels had the most significant increase. Metrnl exerted its anti-inflammatory effect through the suppression of the PI3K/Akt/NF-κB pathway in IL-1β-induced OA chondrocytes, which was accompanied with the recovery of collagen II expression and the attenuation of MMP13 and ADAMTS5. Moreover, metrnl ameliorated chondrocyte pyroptosis by inhibiting the activation of the nod-like receptor protein-3/caspase-1/gasdermin D cascade. In conclusion, moderate-intensity exercise improves inflammation and pyroptosis by increasing metrnl release, which inhibits the PI3K/Akt/NF-κB and further NLRP3/caspase-1/GSDMD signaling pathways.

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Graphical Abstract




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Highlights

Treadmill exercise, especially moderate treadmill exercise indeed help ameliorate osteoarthritis.
Metrnl is upregulated by exercise and acts on joint cartilage.
Metrnl protects chondrocytes against inflammation through inhibiting PI3K/Akt/NF-κB pathway.
Metrnl inhibits chondrocytes pyroptosis via suppressing NLRP3/caspase-1/GSDMD signaling pathway.

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Keywords : Meteorin-like, Exercise, Osteoarthritis, Inflammation, Pyroptosis


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Vol 158

Article 114118- février 2023 Retour au numéro
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