Resveratrol Alleviates Osteoporosis by Promoting Osteogenic Differentiation of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells via SITR1/PI3K/AKT Pathway / El Resveratrol Alivia la Osteoporosis al Promover la Diferenciación Osteogénica de las Células Madre Mesenquimales de la Médula Ósea a Través de la Vía SITR1/PI3K/AKT

SUMMARY: Senile osteoporosis is mainly caused by reduced osteoblast differentiation and has become the leading cause of fractures in the elderly worldwide. Natural organics are emerging as a potential option for the prevention and treatment of osteoporosis. This study was designed to study the effect of resveratrol on osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) in osteoporosis mice. A mouse model of osteoporosis was established by subcutaneous injection of dexamethasone and treated with resveratrol administered by gavage. In vivo and in vitro, we used western blot to detect protein expression, and evaluated osteogenic differentiation of BMSCs by detecting the expression of osteogenic differentiation related proteins, calcium deposition, ALP activity and osteocalcin content. Resveratrol treatment significantly increased the body weight of mice, the level of serum Ca2+, 25(OH)D and osteocalcin, ration of bone weight, bone volume/total volume, trabecular thickness, trabecular number, trabecular spacing and cortical thickness in osteoporosis mice. In BMSCs of osteoporosis mice, resveratrol treatment significantly increased the expression of Runx2, osterix (OSX) and osteocalcin (OCN) protein, the level of calcium deposition, ALP activity and osteocalcin content. In addition, resveratrol treatment also significantly increased the expression of SIRT1, p-PI3K / PI3K and p-AKT / AKT in BMSCs of osteoporosis mice. In vitro, resveratrol increased the expression of SIRT1, p-PI3K / PI3K and p-AKT / AKT, Runx2, OSX and OCN protein, the level of calcium deposition, ALP activity and osteocalcin content in BMSCs in a concentration-dependent manner, while SIRT1 knockdown significantly reversed the effect of resveratrol. Resveratrol can attenuate osteoporosis by promoting osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells, and the mechanism may be related to the regulation of SIRT1/PI3K/AKT pathway.

La osteoporosis senil es causada principalmente por una diferenciación reducida de osteoblastos y se ha convertido en la principal causa de fracturas en las personas mayores en todo el mundo. Los productos orgánicos naturales están surgiendo como una opción potencial para la prevención y el tratamiento de la osteoporosis. Este estudio fue diseñado para estudiar el efecto del resveratrol en la diferenciación osteogénica de las células madre mesenquimales de la médula ósea (BMSC) en ratones con osteoporosis. Se estableció un modelo de osteoporosis en ratones mediante inyección subcutánea de dexametasona y se trató con resveratrol administrado por sonda. In vivo e in vitro, utilizamos Western blot para detectar la expresión de proteínas y evaluamos la diferenciación osteogénica de BMSC detectando la expresión de proteínas relacionadas con la diferenciación osteogénica, la deposición de calcio, la actividad de ALP y el contenido de osteocalcina. El tratamiento con resveratrol aumentó significativamente el peso corporal de los ratones, el nivel sérico de Ca2+, 25(OH)D y osteocalcina, la proporción de peso óseo, el volumen óseo/ volumen total, el espesor trabecular, el número trabecular, el espaciado trabecular y el espesor cortical en ratones con osteoporosis. En BMSC de ratones con osteoporosis, el tratamiento con resveratrol aumentó significativamente la expresión de las proteínas Runx2, osterix (OSX) y osteocalcina (OCN), el nivel de deposición de calcio, la actividad de ALP y el contenido de osteocalcina. Además, el tratamiento con resveratrol también aumentó significativamente la expresión de SIRT1, p-PI3K/PI3K y p-AKT/AKT en BMSC de ratones con osteoporosis. In vitro, el resveratrol aumentó la expresión de las proteínas SIRT1, p-PI3K/PI3K y p- AKT/AKT, Runx2, OSX y OCN, el nivel de deposición de calcio, la actividad de ALP y el contenido de osteocalcina en BMSC de manera dependiente de la concentración, mientras que La caída de SIRT1 revirtió significativamente el efecto del resveratrol. El resveratrol puede atenuar la osteoporosis al promover la diferenciación osteogénica de las células madre mesenquimales de la médula ósea, y el mecanismo puede estar relacionado con la regulación de la vía SIRT1/PI3K/AKT.

Tratamiento con metformina previene la adiposidad de la médula ósea femoral inducida por un síndrome metabólico experimental en ratas / Metformin treatment prevents experimental metabolic syndrome-induced femoral bone marrow adiposity in rats

RESUMEN Objetivo. Determinar el efecto de un tratamiento con metformina (MET) sobre la predisposición adipogénica de células progenitoras de médula ósea (CPMO), adiposidad de la médula ósea y propiedades biomecánicas óseas. Materiales y métodos. 20 ratas Wistar machos adultos jóvenes fueron separados en cuatro grupos, recibiendo en agua de bebida: 100% agua (C); 20% de fructosa (F); metformina 100 mg/kg peso/día (M); o fructosa más metformina (FM). Tras cinco semanas se sacrificaron los animales, se diseccionaron ambos húmeros para obtener CPMO, y ambos fémures para evaluar adiposidad medular (histomorfometría) y propiedades biomecánicas (flexión a 3 puntos). Las CPMO se cultivaron in vitro en medio adipogénico para evaluar expresión de RUNX2, PPAR-γ y RAGE por RT-PCR, actividad de lipasa y acumulación de triglicéridos. Resultados. La dieta rica en fructosa (grupo F) produjo un aumento tanto de triglicéridos in vitro, como de la adiposidad medular in vivo; siendo parcial o totalmente prevenido por un co-tratamiento con metformina (grupo FM). No se observaron diferencias en las pruebas biomecánicas femorales in vivo, ni en actividad de lipasa y relación RUNX2/PPAR-γ in vitro. La DRF aumentó la expresión de RAGE en CPMO, siendo prevenido por co-tratamiento con MET. Conclusiones. El síndrome metabólico inducido por una dieta rica en fructosa aumenta la adiposidad medular femoral y, en parte, la predisposición adipogénica de las CPMO. A su vez, esto puede ser prevenido total o parcialmente por un co-tratamiento oral con MET.

ABSTRACT Objective. To determine the effect of metformin (MET) treatment on adipogenic predisposition of bone marrow progenitor cells (BMPC), bone marrow adiposity and bone biomechanical properties. Materials and methods. 20 young adult male Wistar rats were sorted into four groups. Each of the groups received the following in drinking water: 100% water (C); 20% fructose (F); metformin 100 mg/kg wt/day (M); or fructose plus metformin (FM). After five weeks the animals were sacrificed. Both humeri were dissected to obtain BMPC, and both femurs were dissected to evaluate medullary adiposity (histomorphometry) and biomechanical properties (3-point bending). BMPC were cultured in vitro in adipogenic medium to evaluate RUNX2, PPAR-γ and RAGE expression by RT-PCR, lipase activity and triglyceride accumulation. Results. The fructose-rich diet (group F) caused an increase in both triglycerides in vitro, and medullary adiposity in vivo; being partially or totally prevented by co-treatment with metformin (group FM). No differences were found in femoral biomechanical tests in vivo, nor in lipase activity and RUNX2/PPAR-γ ratio in vitro. DRF increased RAGE expression in BMPC, being prevented by co-treatment with MET. Conclusions. Metabolic syndrome induced by a fructose-rich diet increases femoral medullary adiposity and, in part, the adipogenic predisposition of BMPC. In turn, this can be totally or partially prevented by oral co-treatment with MET.