Bioactive compounds with an inhibitory activity against osteoclast differentiation and mechanisms

Abstract

โรคกระดูกพรุนเป็นปัญหาสุขภาพที่สำคัญอย่างหนึ่งของสังคมผู้สูงอายุ สาเหตุหลักของภาวะดังกล่าวเกิดจากความไม่สมดุลของเซลล์ที่ทำหน้าทีสร้างกระดูก (osteoblast) และเซลล์ที่ทำหน้าที่สลายกระดูก (osteoclast) การลดลงของมวลกระดูกในผู้สูงอายุนำมาซึ่งความเสี่ยงในการแตกหักของกระดูก จุดประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้ คือ การคัดกรองสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีฤทธิ์ในการต้านการเปลี่ยนสภาพของเซลล์สลายกระดูกและกลไกการออกฤทธิ์ของสารนั้นๆ ในกลุ่มสารทดสอบอนุพันธ์สาร (3S)-1-(3,4-dihydroxyphenyl)-3-hydroxy-7-phenyl-(6E)-6-heptene (DHPH) และ กรดไซเปอเรโนอิก (Cyperenoic acid) ซึ่งสกัดได้จากส่วนเหง้า Curcuma comosa Rox. และราก Croton crassifolius Geiseler. ตามลำดับ มีฤทธิ์แรงในการต้านการเกิดเซลล์สลายกระดูก ในระดับ in vitro ใช้เซลล์จากไขกระดูกที่ถูกกระตุ้นด้วย receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL) DHPH มีฤทธิ์ในการยับยั้งการเปลี่ยนสภาพไปเป็นเซลล์สลายกระดูก โดยยับยั้งการเกิด TRAP-positive multinucleated cells (TRAP+ MNCs) ที่ระดับความเข้มข้นยับยั้งกึ่งหนึ่ง (IC50) 325±1.37 นาโนโมลาร์ การยับยั้งดังกล่าวสอดคล้องกับการลดต่ำลงของสัญญาณภายใต้การกระตุ้นของ RANKL โดยรวมถึงวิถี Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) เช่น ERK (p44/42) และ p38 แต่ไม่มีผลต่อวิถี NF-κB โดยผลของสารดังกล่าวยังส่งผลกระทบต่อระดับของ transcription factor เช่น nuclear factor of activation T cells (NFATc1) และ c-Fos ซึ่งมีความสำคัญมากในการเปลี่ยนสภาพเป็นเซลล์สลายกระดูก DHPH ลดการกัดกร่อนกระดูก (bone resorption) บนแผ่นกระดูก (bone slices) นอกจากนั้นสาร DHPH ยังสามารถเพิ่มกิจกรรมของเอนไซม์ alkaline phosphatase (ALP) ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสภาพของเซลล์สร้างกระดูกในเซลล์ชนิด MC3T3-E1 ในกรณีของกรดไซเปอเรโนอิกนั้น พบว่าสามารถลดการเกิด TRAP+ MNCs ที่ระดับความเข้มข้น IC50 ที่ 36.69±1.02 ไมโครโมลาร์ โดยกรดไซเปอเรโนอิกนั้นไม่ส่งผลกระทบต่อวิถีสัญญาณ MAPKs และ canonical NF-κB ซึ่งเป็นสัญญาณภายใต้การกระตุ้นโดย RANKL แต่กรดไซเปอเรโนอิกมีผลต่อวิถีสัญญาณ non-canonical NF-κB โดยส่งผลต่อระดับโปรตีนของ p100/p52 และ TRAF3 และกรดไซเปอเรโนอิกมีฤทธิ์ในการลดการแสดงออกของ NFATc1 และ c-Fos และยังส่งผลถึงยีนที่เกี่ยวข้องกับเซลล์สลายกระดูกอาทิ เช่น nfatc1, ctsk และ irf8 อีกด้วย ผลการยับยั้งดังกล่าวมีความสอดคล้องกับการลดลงของปริมาณการกัดกร่อนกระดูกในแผ่นเนื้อฟัน (Dentin slices) ในการศึกษาฤทธิ์ของสารในระดับ in vivo โดยใช้หนูทดลองสายพันธุ์ Senescence-accelerated mouse prone 6 (SAMP6) พบว่ากรดไซเปอเรโนอิกส่งผลต่อการเพิ่มพื้นที่ของเนื้อกระดูก (bone area) และพื้นที่ของกระดูกชนิด trabecular (trabecular area) ในหนูทดลองสายพันธุ์ SAMP6 โดยพบว่าสารดังกล่าวเพิ่มการแสดงออกของยีน ibsp ซึ่งเป็นยีนที่ประมวลรหัสโปรตีน bone sialoprotein ในขณะที่สารดังกล่าวไม่มีผลต่อยีนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการอักเสบ สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ได้จากพืชทั้ง DHPH และกรดไซเปอเรโนอิก สารทั้งสองชนิดมีผลในการยับยั้งการเกิดและการทำงานของเซลล์สลายกระดูก ดังนั้นสารทั้งสองชนิดมีศักยภาพที่สามารถพัฒนาเป็นสารประกอบมุ่งหวังในการรักษาโรคกระดูกพรุน