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Pteryxin suppresses osteoclastogenesis and prevents bone loss via inhibiting the MAPK/Ca2+ signaling pathways mediated by ROS - 13/08/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114898 
Ran Sun a, b, 1, Na Hai b, 1, Biao Yang a, b, 1, JunChun Chen b, Jing Li c, Qiufei Li a, b, Jinmin Zhao b, d, Jiake Xu e, Qian Liu d, , Bo Zhou a, b,
a Collaborative Innovation Centre of Regenerative Medicine and Medical BioResource Development and Application Co-constructed by the Province and Ministry, Guangxi Medical University, Nanning, Guangxi, China 
b Guangxi Key Laboratory of Regenerative Medicine, Guangxi Medical University, Nanning, Guangxi, China 
c Neusoft Institute Guangdong, Foshan, Guangdong, China 
d Research Centre for Regenerative Medicine, Orthopedic Department, The First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University, Nanning, Guangxi, China 
e School of Biomedical Sciences, The University of Western Australia, Perth, WA, Australia 

Corresponding author.⁎⁎Corresponding author at: Collaborative Innovation Centre of Regenerative Medicine and Medical BioResource Development and Application Co-constructed by the Province and Ministry, Guangxi Medical University, Nanning, Guangxi, China.Collaborative Innovation Centre of Regenerative Medicine and Medical BioResource Development and Application Co-constructed by the Province and Ministry, Guangxi Medical UniversityNanningGuangxiChina

Abstract

Osteoporosis, as a severe public health problem worldwide, causes systemic damage to bone mass, strength, and microstructure with an increased propensity for fragility fractures. Given the inherent adverse effects associated with long-term use of current prescription medications for osteoporosis treatment, identifying natural alternatives to existing treatment methods is imperative. Pteryxin (PTX), a natural coumarin, is isolated from the Peucedanum species belonging to the family Apiaceae. PTX has been reported to have antioxidant, anti-inflammatory and anti-obesity properties. However, its effect on osteoporosis has not been clarified. Our study confirmed that PTX could attenuate the formation of osteoclasts and bone resorption on a dose-dependent basis in vitro. Consistently, in vivo ovariectomy (OVX)-induced osteoporosis models simulating the physiological characteristics of postmenopausal women showed that PTX could partially reverse the bone loss caused by OVX. Further study of its mechanism revealed that PTX might block the MAPK and Ca2+-calcineurin-NFATc1 signaling pathways by decreasing the reactive oxygen species (ROS) level in osteoclasts to dampen the expression of critical transcriptional NFATc1 and downstream osteoclast-specific genes. Overall, PTX may present a new or alternative treatment option for osteoporosis.

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Graphical Abstract




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Highlights

Intracellular ROS play an important role in regulating osteoclast differentiation.
ROS could affect the level of intracellular Ca2+ in osteoclasts.
Pteryxin suppresses osteoclast ogenesis by inhibiting MAPK/Ca2+ signaling pathways via decreasing intracellular ROS levels.
Pteryxin plays a therapeutic effect on ovariectomy-induced osteoporosis in mice.

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Abbreviations : Acp5, AD, ALP, AO, ARE, ARS, BChE, BMMs, Ca2+, CAT, CTSK, Dc-stamp, E2, ER, GSR, HO-1, HSCs, IKK, IP3R, MAP, M-CSF, NAC, NIK, Nrf2, OVX, PTX, RANKL, ROS, SOC, TRP

Keywords : Pteryxin, Osteoclast, ROS, MAPK, Ca2+


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