β-エクジステロンは、BMP-2/SMAD/RUNX2/Osterix シグナル伝達経路を介して骨再生を促進します。

Frontiers in cell and developmental biology. 2022;10;883228. doi: 10.3389/fcell.2022.883228.

骨欠損は世界的な公衆衛生問題である。 しかし、骨再生を誘導するための利用可能な方法は限られている。 β-エクジステロンはエストロゲンに似た植物ステロールで、細胞内のタンパク質合成を促進するが、骨再生におけるその機能は不明である。

本研究では、β-エクジステロンがin vitroおよびin vivoにおいて骨芽細胞の分化および骨再生に及ぼす機能について検討した。 β-エクジステロンの骨芽細胞分化および骨再生に対する機能を試験管内で調べるために、MC3T3-E1細胞を用いた。 Cell Counting Kit-8アッセイの結果から、MC3T3-E1細胞の増殖はβ-エクジステロンによって促進されることが示唆された。

さらに、β-エクジステロンは骨形成関連遺伝子の発現に影響を与え、ポリメラーゼ連鎖反応、アルカリホスファターゼ（ALP）試験、アリザリンレッド試験によりMC3T3-E1細胞の骨再生能が検出された。 β-ecdysteroneは骨形成関連遺伝子の発現をアップレギュレートし、ALP活性とカルシウム結節の形成を促進した。また、β-エクジステロンは、BMP-2/Smad/Runx2/Osterix経路の構成要素のmRNAおよびタンパク質レベルを増加させることも明らかにした。

DNA配列決定により、これらの標的作用がさらに確認された。 β-エクジステロンは、BMP-2/Smad/Runx2/Osterixシグナル伝達経路の遺伝子発現を増強し、生物学的プロセスを濃縮することによって骨形成を促進した。 in vivo実験では、8週齢のSprague Dawley雄性ラットの大腿骨顆部に直径3mm、深さ4mmの骨欠損を穿孔し、大腿骨顆部欠損モデルを構築した。 このモデルを用いてβ-エクジステロンの骨再生機能をさらに評価した。

マイクロコンピューター断層撮影の結果、β-エクジステロンは骨再生を促進し、各観察時点においてより高い骨量、骨表面、骨密度を示した。 免疫組織化学的にも、β-エクジステロンは実験グループにおいて、4週と8週でコラーゲン、オステオカルシン、骨形態形成タンパク質-2の発現を増加させることが確認された。

結論として、β-エクジステロンはMC3T3-E1細胞の増殖を刺激し、BMP-2/Smad/Runx2/Osterix経路を通して骨再生を誘導することができる新しい骨再生調節因子である。 この新たに発見されたβ-エクジステロンの機能は、骨形成分化の新たな方向性を明らかにし、骨欠損の治療に新たな治療戦略を提供するものである。