Regulation of osteoclast differentiation and function by Benzydamine

Abstract

Many bone diseases such as osteoporosis and periodontitis are caused by excessive osteoclastic activity that is closely associated with inflammation. Benzydamine (BA) has been used as a non-steroidal anti-inflammatory drug or cytokine-suppressive anti-inflammatory drug that inhibits the production of prostaglandin or pro-inflammatory cytokines such as interleukin-1β (IL-1β) and IL-6. However, the role of BA in osteoclast formation and function remains unknown. Thus, it was explored if BA inhibits osteoclast differentiation and bone resorption. BA inhibited the differentiation of bone marrow-derived macrophages (BMMs) to osteoclasts and suppressed the expression of IL-1β, IL-6 and genes related to prostaglandin synthesis such as phospholipase A2 and cyclooxygenase 2. It attenuated the activation of nuclear factor-κB (NF-κB) and mitogen-activated protein kinases including c-Jun N-terminal kinase (JNK), extracellular signal-regulated kinase (ERK), p38, leading to the decreased expression of nuclear factor of activated T cells, cytoplasmic 1 (NFATc1), a key regulator of osteoclast differentiation. BA also inhibited osteoclast formation, migration and bone resorption on dentine when it was added to differentiated osteoclasts as well as BMMs, which was rescued by IL-1β treatment. The study using inhibitors showed that the RANKL-induced IL-1β expression is negatively regulated by NF-κB, ERK and p38 inhibitors but not JNK inhibitor. Furthermore, BA protected the destruction of calvarial bone induced by lipopolysaccharide injection and ovariectomy-induced bone loss in mice. These results suggest that BA inhibits osteoclast differentiation and function by suppressing IL-1β production via the regulation of NF-κB, ERK and p38, and provide the therapeutic potential of BA to treat the inflammation-induced bone diseases.;골다공증과 치주염 같은 뼈 질환들은 과도한 파골세포의 활성에 의해 발생한다. Benzydamine (BA)는 염증을 유발하는 pro-inflammatory cytokine과 prostaglandin의 생성을 막는 항염증제로 알려져 있다. 따라서 BA가 염증으로 인해 유발되는 파골세포의 분화와 기능에 영향을 줄 것 이라고 가설을 세우고 실험을 진행하였다. BA는 파골세포 분화와 cytokine인 IL-1β, IL-6 그리고 Prostaglandin 합성 효소의 발현을 억제하였다. 이 결과로 인해 BA가 염증을 조절함으로서 파골세포 분화를 막는다는 것을 확인 할 수 있었고, BA와 동시에 IL-1β, PGE2를 각각 넣어주었더니 BA에 의해 억제되었던 파골세포의 분화가 IL-1β에 의해 강하게 회복되었고 PGE2에 의해서는 미미한 회복효과를 보였다. 따라서 BA는 IL-1β에 의해 파골세포 분화를 조절한다는 것을 확인하였다. 또한, BA는 NF-κB, MAPK의 발현을 감소시켰고 그것은 NFATc1 발현을 감소시켰다. BA가 어떠한 활성을 통해 IL-1β를 억제하는지 알아보기 위해 염증 발생자인 Iκκβ, MAPK의 inhibitor를 넣어주어 BA가 ERK, p38, NF-κB를 조절함으로서 IL-1β를 억제한다는 것을 확인하였다. BA는 시간에 따른 파골세포의 분화, migration 그리고 bone resorption을 모두 억제하였고 IL-1β에 의해 회복되었다. 동물실험에서 BA는 염증과 난소절제술로 유도한 mouse 골 손상 모델에서 억제효과를 확인했다. 우리의 연구결과는 BA가 ERK, p38, NF-κB 발현 조절을 통해 IL-1β를 억제함으로서 파골세포의 분화와 기능을 조절한다는 것을 증명했다. 따라서 염증으로 인한 뼈 질환을 치료하는 치료제로서 BA의 잠재력을 제공할 수 있다.