Osteoklas memainkan peran penting dalam resorpsi tulang pada beberapa penyakit yang berhubungan dengan tulang, seperti rheumatoid arthritis dan periodontitis, aktivator reseptor ligan nF‑κB (RANKL), faktor perangsang koloni makrofag (M‑CSF) dan faktor nekrosis tumor (TNF)‑α adalah sitokin yang diketahui mempromosikan osteoklastogenesis in vitro dan in vivo.
Lipopolisakarida (LPS) dapat menginduksi produksi sitokin inflamasi dan kehilangan tulang patologis. Berbagai sitokin inflamasi yang diinduksi oleh LPS, seperti TNF‑α, memainkan peran penting dalam pematangan progenitor osteoklas. Sitokin-sitokin ini terkait dengan osteoklastogenesis dan resorpsi tulang yang diinduksi oleh LPS in vitro dan in vivo. Lebih lanjut, LPS juga dapat menyebabkan osteoklastogenesis dan mendorong fusi dan kelangsungan hidup osteoklas. selain itu, ekspresi RANKL dalam osteoblas dirangsang oleh LPS. Kemokin, yang merupakan berbagai sitokin kemotaktik kecil, berpotensi terkait dengan perkembangan fisiologis, rekrutmen patologis, dan fungsi osteoklas. C‑X-C motif chemokine ligand 12 (CXCL12) dikenal luas sebagai faktor 1 turunan sel stroma dan termasuk dalam keluarga kemokin CXC. CXCL-12 memiliki efek kemotaktik yang kuat pada limfosit dan telah terbukti berhubungan dengan kelangsungan hidup, fungsi dan fusi sel progenitor osteoklas. Peran penting CXCR4 dan ligan CXCL12 telah dipelajari secara ekstensif.
CXCR4 diekspresikan secara luas oleh sel mononuklear dan sel progenitor di sumsum tulang. CXCL12 terbukti secara tidak langsung meningkatkan osteoklastogenesis dan resorpsi tulang in vivo oleh stimulasi LPS pada TNF‑α dalam makrofag, dan LPS meningkatkan RANKL dalam osteoblas pada tikus yang disuntik dengan LPS. Lebih lanjut, CXCL12 ditunjukkan untuk secara langsung meningkatkan osteoklastogenesis yang diinduksi RANKL‑ dan TNF. seperti yang ditunjukkan dalam penelitian yang menggunakan antagonis CXCR4, AMD3100, interaksi CXCL12 dan CXCR4 menginduksi osteoklastogenesis dan mengatur fungsi osteoklas.
Sebuah studi sebelumnya menunjukkan bahwa agonis CXCR7 secara negatif mengatur peristiwa seluler yang diinduksi CXCL12‑CXCR4, seperti angiogenesis. Namun, fungsi dan peran CXCR7 dalam proses ini masih belum jelas. Penelitian ini dilakukan untuk menyelidiki efek dari agonis CXCR7, VUF11207, pada osteoklastogenesis yang diinduksi LPS dalam model hewan in vivo.
Agonis CXCR7 menghambat osteoklastogenesis yang diinduksi LPS in vivo. LPS diberikan selama 5 hari berturut-turut pada calvaria diwarnai dengan TRAP untuk mengungkapkan pembentukan osteoklas sejumlah besar osteoklas yang terbentuk dalam sutura calvaria tikus yang disuntik LPS dibandingkan dengan tikus yang disuntikkan PBS. Jumlah osteoklas secara signifikan lebih rendah pada tikus yang diobati dengan agonis LPS+CXCR7 dibandingkan pada tikus yang diobati dengan LPS saja. Tingkat ekspresi mRNA TRAP dan Cathepsin K secara signifikan lebih rendah pada tikus yang disuntik dengan agonis LPS+CXCR7 dibandingkan pada tikus yang disuntik dengan LPS saja. Agonis CXCR7 menghambat resorpsi tulang yang diinduksi LPS in vivo. Area resorpsi tulang pada calvariae tikus di setiap tikus yang dirawat dievaluasi dengan mikro‑CT. Tikus yang diobati dengan LPS menunjukkan area resorpsi tulang yang luas dibandingkan dengan tikus yang disuntikkan PBS. Area resorpsi tulang secara signifikan lebih kecil pada tikus yang diobati dengan agonis LPS+CXCR7 dibandingkan pada tikus yang disuntik dengan LPS saja.
Agonis CXCR7 menghambat produksi RANKL dan TNF‑α yang diinduksi LPS secara in vivo. Tingkat ekspresi mRNA ranKl dan TnF‑α meningkat secara signifikan pada tikus yang diobati dengan LPS dibandingkan dengan tikus yang disuntikkan PBS. Lebih lanjut, tingkat RANKL dan TNF‑α mRNA secara signifikan lebih rendah pada tikus yang diobati dengan agonis LPS+CXCR7 dibandingkan dengan tikus yang diberi LPS saja. Agonis CXCR7 menghambat osteoklastogenesis yang diinduksi RANKL‑ dan TNF melalui penghambatan CXCL12 in vitro. Efek agonis CXCR7 pada osteoklastogenesis yang diinduksi ranKl‑ dan TnF‑α‑ dinilai untuk menyelidiki apakah agonis CXCR7 mempengaruhi sel-sel prekursor osteoklas melalui CXCL12. CXCL12 meningkatkan osteoklastogenesis yang diinduksi RANKL‑ dan TNF.
Efek penghambatan agonis CXCR7 pada osteoklastogenesis melalui fosforilasi MAPK. Jalur transduksi sinyal dimana agonis CXCR7 menghambat osteoklastogenesis diperiksa. Ketika RANKL atau TNF‑α ditambahkan ke prekursor osteoklas, fosforilasi MAPK meningkat pada 15 menit. cXcl12 meningkatkan fosforilasi erk ketika sel diperlakukan dengan ranKl, tetapi ekspresi p‑ERK hanya sedikit ditingkatkan ketika sel diperlakukan dengan TnF‑α. Selain itu, agonis CXCR7 mengurangi fosforilasi erk ketika sel diperlakukan dengan RANKl atau TNF‑α dan CXCL12. Namun, tidak ada efek yang diamati pada fosforilasi p38 dan JNK. Lebih lanjut, agonis CXCR7 juga menghambat osteoklastogenesis yang diinduksi RANKL‑ dan TNF dengan menghambat peningkatan osteoklastogenesis yang dimediasi oleh CXCL12 secara in vitro. Mekanisme yang mendasari di mana agonis CXCR7 melemahkan osteoklastogenesis dan penghancuran tulang yang diinduksi oleh LPS in vivo tampaknya terkait dengan efek penghambatan pada ekspresi TNF‑α dan RANKL yang diinduksi lPS in vivo, serta pada osteoklastogenesis yang diinduksi RANKL‑ dan TNF in vitro melalui penghambatan peningkatan regulasi osteoklastogenesis yang dimediasi oleh CXCL12.
Penulis: Alexander Patera Nugraha, Adya Pramusita, Hideki Kitaura, Fumitoshi Ohori, Itaru Mizoguchi
