저자 및 기관: 김재현·김민선·홍수연·김은영 (경희대학교 한의과대학) 이향숙·정혁상·손영주 (경희대학교 한의과대학 해부학교실)

발표 저널: Frontiers in Pharmacology

원문 링크:  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34349649/

서지사항

Kim JH, Kim M, Hong S, Kim EY, Lee H, Jung HS, Sohn Y. Albiflorin Promotes Osteoblast Differentiation and Healing of Rat Femoral Fractures Through Enhancing BMP-2/Smad and Wnt/β-Catenin Signaling. Front Pharmacol. 2021 Jul 16;12:690113. doi: 10.3389/fphar.2021.690113.

Abstract

Fracture healing is related to osteogenic differentiation and mineralization. Recently, due to the unwanted side effects and clinical limitations of existing treatments, various natural product-based chemical studies have been actively conducted. Albiflorin is a major ingredient in Paeonia lactiflora, and this study investigated its ability to promote osteogenic differentiation and fracture healing. To demonstrate the effects of albiflorin on osteoblast differentiation and calcified nodules, alizarin red S staining and von Kossa staining were used in MC3T3-E1 cells. In addition, BMP-2/Smad and Wnt/β-catenin mechanisms known as osteoblast differentiation mechanisms were analyzed through RT-PCR and western blot. To investigate the effects of albiflorin on fracture healing, fractures were induced using a chainsaw in the femur of Sprague Dawley rats, and then albiflorin was intraperitoneally administered. After 1, 2, and 3 weeks, bone microstructure was analyzed using micro-CT. In addition, histological analysis was performed by staining the fractured tissue, and the expression of osteogenic markers in serum was measured. The results demonstrated that albiflorin promoted osteoblastogenesis and the expression of RUNX2 by activating BMP-2/Smad and Wnt/β-catenin signaling in MC3T3-E1 cells. In addition, albiflorin upregulated the expression of various osteogenic genes, such as alkaline phosphatase, OCN, bone sialoprotein, OPN, and OSN. In the femur fracture model, micro-CT analysis showed that albiflorin played a positive role in the formation of callus in the early stage of fracture recovery, and histological examination proved to induce the expression of osteogenic genes in femur tissue. In addition, the expression of bone-related genes in serum was also increased. This suggests that albiflorin promotes osteogenesis, bone calcification and bone formation, thereby promoting the healing of fractures in rats.

Keywords: Paeonia lactiflora; Wnt; albiflorin; bone morphogenetic protein 2; femoral fracture; osteoblast; runt-related transcription factor 2.

Copyright © 2021 Kim, Kim, Hong, Kim, Lee, Jung and Sohn.

한글 요약

도입: 골절의 치유는 골형성세포의 분화와 무기화와 관련이 있다. 기존의 골절 치료법에는 부작용이 있고 임상적인 응용도 제한되어 있어서 천연물질에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는 실정이다. 본 논문은 작약의 주요 성분인 알비플로린 (Albiflorin)의 골형성세포의 분화와 골절 치유 작용에 대하여 연구하였다. 

방법: 골형성세포 분화와 calcified nodules에 대한 알비플로린의 효과를 연구하기 위하여 MC3T3-E1 cells에 alizarin red S staining과 von Kossa staining을 시행하였다. 추가적으로 골형성세포 분화 기전인 BMP-2/Smad과 Wnt/β-catenin 관련 기전을 RT-PCR과 western blot으로 분석하였다. 

알비플로린의 골절 치유 효과를 알아보기 위하여, Sprague Dawley rat의 대퇴골에 골절을 유발한 후 알비플로린을 복강 내로 투여하였다. 3주까지의 주차별 골 미세구조의 변화는 micro-CT로 분석하였다. 추가적으로, 골절된 세포를 염색하고 골형성세포의 혈청 표지자를 측정하는 조직학적 분석을 수행하였다. 

결과: 알비플로린은 MC3T3-E1 cells에서 BMP-2/Smad과 Wnt/β-catenin의 신호 전달을 활성화함으로써 골형성생포 생성과 RUNX2의 발현을 촉진하였다. 또한, 알비플로린은 여러 골형성세포 유전자 (alkaline phosphatase, OCN, bone sialoprotein, OPN, OSN)의 발현을 향상시켰다. 

대퇴골 골절 모델을 micro-CT로 분석한 결과, 골절 치유 초기 단계에서 알비플로린이 callus의 형성에 긍정적인 작용을 하는 것으로 확인되었다. 조직학적 분석 결과에서도 알비플로린이 대퇴골 조직의 골형성세포 유전자의 발현을 유발하고 혈청에서 골형성세포의 골 관련 유전자의 발현을 촉진하는 것으로 나타났다. 

결론: 본 연구를 통하여 알비플로린이 골형성세포와 골의 calcification과 골 형성을 촉진함으로써 Sprague Dawley rat의 골절 치유를 활성화 가능성을 확인할 수 있었다.

#KMCRIC논문사사