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Hecogenin alleviates LPS-induced osteolysis via regulating pyroptosis and ROS involved Nrf2 activation - 23/07/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116933 
Zhijuan Liu a, b, 1, Yijie Gao a, b, 1, Xiaoliang Feng a, b, Yuangang Su a, b, Haoyu Lian a, b, Jinmin Zhao a, b, Jiake Xu a, c, d, , Qian Liu b, , Fangming Song 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, Orthopaedics Trauma and Hand Surgery, the First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University, Nanning, Guangxi, China 
c Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen, China 
d School of Biomedical Sciences, the University of Western Australia, Perth, Australia 

Corresponding author at: Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen, China.Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of SciencesShenzhenChina⁎⁎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

Reactive oxidative species (ROS) generation triggers pyroptosis and induces development of inflammatory osteolysis. Hecogenin (HG) has anti-inflammatory and antioxidative property, but its effects on inflammatory osteolysis remains unclear. In our study, we investigated the mechanism of HG on pyroptosis and its effect on inflammatory osteolysis in vitro and in vivo. The impact of HG on osteoclastogenesis was evaluated using cytotoxicity, TRAcP staining and bone resorption assays. The RNA-sequencing was employed to identify potential signaling pathways, and then RT-qPCR, western blot, immunofluorescence, and ELISA were used to verify. To determine the protective effect of HG in vivo, Lipopolysaccharide (LPS)-induced animal models were utilized, along with micro-CT and histological examination. HG suppressed RANKL-induced osteoclast differentiation, bone resorption, NFATc1 activity and downstream factors. RNA-sequencing results showed that HG inhibited osteoclastogenesis by modulating the inflammatory response and macrophage polarization. Furthermore, HG inhibited the NF-κB pathway, and deactivated the NLRP3 inflammasome. HG activated the expression of nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2) to eliminate ROS generation. Importantly, the inhibitory effect of HG on NLRP3 inflammasome could be reversed by treatment with the Nrf2 inhibitor ML385. In vivo, HG prevented the mice against LPS-induced osteolysis by suppressing osteoclastogenesis and inflammatory factors. In conclusion, HG could activate Nrf2 to eliminate ROS generation, inactivate NLRP3 inflammasome and inhibit pyroptosis, thereby suppressing osteoclastogenesis in vitro and alleviating inflammatory osteolysis in vivo, which indicating that HG might be a promising candidate to treat inflammatory osteolysis.

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Graphical Abstract




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Highlights

HG suppressed osteoclast formation and resorption function.
HG modulated the inflammatory response and macrophage polarization.
HG restrained pyroptosis by inactivating NLRP3 inflammasome.
HG suppressed NLRP3 inflammasome involved Nrf2 activation
HG exhibited protective effects against LPS-induced osteolysis in vivo.

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Abbreviations : ASC, ATP, Atp6v0d2, BMMs, BS, BV/TV, CAT, C-Fos, CTSK, Dc-stamp, GSDMD, HG, HO-1, IKK, M-CSF, MMP-9, NFATc1, NF-κB, NLRP3, N.Oc/BS, OD, Oc.S/BS, RANKL, ROS, TRAF6, TB, Tb.N, Tb.Th, TRAcP

Key words : NLRP3 inflammasome, ROS, Nrf2, Hecogenin, Osteolysis, Osteoclast


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Vol 177

Article 116933- août 2024 Retour au numéro
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