Структурно-функціональні зміни остеобластів за умов дії хронічної гіперглікемії
DOI:
https://doi.org/10.29038/NCBio.21.1.85-92Ключові слова:
ультрамікроструктура, довгі трубчасті кістки, гіперглікемія, остеогенні клітиниАнотація
Метою нашого дослідження було вивчення структурно-функціональних змін остеогенних клі-тин довгих трубчастих кісток щурів старечого віку та визначення взаємозв’язку між ультрамікроскопічною будовою остеобластів та інтенсивністю експресії остеопонтину та RANKL за умов хронічної гіперглікемії. Експеримент моделювали щляхом інтраперитонеального введення одноразової ін’єкції дигідрату алоксану в дозі 150 мг/кг маси тіла на 0,9% розчину хлориду натрію. Для дослідження структури стегнової та плечової кісток використовували такі методи: трансмісійної електронної мікроскопії та імуногістохімічний. При дослі-дженні остеобластів та остеоцитів оцінювали наступні показники: цілісність клітинних елементів та мембран-них органел, вакуолізацію цитоплазми.
В результаті експерименту було встановлено, що в старечих щурів за умов тривалої гіперглікемії спо-стерігається значна гіпертрофія гЕПС, наростаюча деструкція органел у цитоплазмі відповідно до збіль-шення терміну дії хронічної гіперглікемії. Починаючи з 30 доби експерименту у щурів старечого віку було виявлено гіперфункцію остеобластів як адаптивну реакцію на підвищення рівня глюкози та їх виражену ре-акцію у вигляді значної гіпертрофії гЕПС, деструкції органел у цитоплазмі та набуханні мітохондрій із пода-льшим активним прогресуванням аж до 180 доби. Відзначається формування залишкових тілець, що є озна-кою компенсаторної реакції.
Пригнічення рівня експресії остеопонтину є наслідком підвищення рівня глюкози, що в свою чергу порушує нормальне формування кісткової тканини за умов хронічної гіперглікемії. Імуногістохімічне дослі-дження підтвердило порушення будови і функціонування остеобластів та деструктивні зміни в остеоцитах, що проявлялось у зменшенні експресії остеопонтину (одного з маркерів формування кісткової тканини) та поступовим збільшенням показника RANKL (маркер, що бере безпосередню участь у кістковій резорбції).
Посилання
2. Karim, L.; Bouxsein, M. L. Effect of type 2 diabetes–related non–enzymatic glycation on bone biomechanical properties. Bone. 2016; 82, 21–27.
3. Cunha, J. S.; Ferreira, V. M.; Maquigussa, E.; Naves, M. A.; Boim, M. A. Effects of high glucose and high insulin concentrations on osteoblast func-tion in vitro. Cell and tissue research.2014; 358(1), 249–256. DOI: 10.1007/s00441–014–1913–x.
4. Gennari, L.; Merlotti, D.; Valenti, R.; Cecca-relli, E.; Ruvio, M.; Pietrini, M. G.; Nuti, R. Circulating sclerostin levels and bone turnover in type 1 and type 2 diabetes. The Journal of clinical endocrinology and metabolism. 2012; 97(5), 1737–1744. DOI:10.1210/jc.2011–2958.
5. Kanazawa, I.; Sugimoto, T. Diabetes Melli-tus–induced Bone Fragility. Internal medicine (To-kyo, Japan). 2018; 57(19), 2773–2785. DOI: 10.2169/ internalmedicine.0905–18.
6. Ogawa, N.; Yamaguchi, T.; Yano, S.; Yamauchi, M.; Yamamoto, M.; Sugimoto, T. The combination of high glucose and advanced glycation end–products (AGEs) inhibits the mineralization of osteoblastic MC3T3–E1 cells through glucose–in-duced increase in the receptor for AGEs. Hormone and metabolic research. Hormon- und Stoffwechsel-forschung. Hormones et metabolism. 2007; 39(12), 871–875. DOI:10.1055/s–2007–991157.
7. Pacicca, D. M.; Brown, T.; Watkins, D.; Ko-ver, K.; Yan, Y.; Prideaux, M.; Bonewald, L. Elevated glucose acts directly on osteocytes to increase scle-rostin expression in diabetes. Scientific reports. 2019; 9(1), 17353. DOI: 10.1038/s41598–019–52224–3.
8. Portal-Núñez, S.; Lozano, D.; de Castro, L. F.; de Gortázar, A. R.; Nogués, X.; Esbrit, P. Alter-ations of the Wnt/beta-catenin pathway and its target genes for the N- and C-terminal domains of parathy-roid hormone-related protein in bone from diabetic mice. FEBS letters. 2010; 584(14), 3095–3100. DOI: 10.1016/j.febslet.2010.05.047.
9. Abdalrahman, N.; McComb, C.; Foster, J. E. et al. Deficits in trabecular bone microarchitecture in young women with type 1 diabetes mellitus. Journal of Bone and Mineral Research. 2015; 30(8), 1386–1393. DOI: 10.1002/jbmr.2465.
10. Wang, J. F.; Lee, M. S.; Tsai, T. L. et al. Bone Morphogenetic Protein-6 Attenuates Type 1 Diabetes Mellitus-Associated Bone Loss. Stem Cells Translational Medicine. 2019; 522–534. DOI:10.1002/sctm.18–0150.
11. Iki, M.; Fujita, Y.; Kouda, K. et al. Hyperglycemia is associated with increased bone mineral density and decreased trabecular bone score in elderly Japanese men: The Fujiwara–kyo osteoporosis risk in men (Formen) study. Bone. 2017; 105, 18–25. DOI.org/10.1016/j.bone.2017.08.007.
12. Wu, M.; Ai, W.; Chen, L. et al. Bradykinin receptors and EphB2/EphrinB2 pathway in response to high glucose–induced osteoblast dysfunction and hyperglycemia–induced bone deterioration in mice. International Journal of Molecular Medicine. 2016; 37, 565–574. DOI.org/10.3892/ijmm.2016.2457.
13. Li, K. H.; Liu, Y. T.; Yang, Y. W. et al. A positive correlation between blood glucose level and bone mineral density in Taiwan. Archives of Osteoporosis. 2018; 78. DOI.org/10.1007/s11657–018–0494–9.
14. Wongdee, K.; Krishnamra, N.; Charoenphandhu, N. Derangement of calcium metabolism in diabetes mellitus: negative outcome from the synergy between impaired bone turnover and intestinal calcium absorption. The Journal of Physiological Sciences. 2017; 67(1), 71–81. DOI. 10.1007/s12576–016–0487–7.
15. Shah, V. N.; Joshee, P.; Sippl, R. et al. Type 1 diabetes onset at young age is associated with compromised bone qualityю. Bone. Official Journal of the International Bone and Mineral Society. 2019; 123, 260–264. DOI.org/10.1016/ j.bone.2019.03.039.
16. Villarino, M. E.; Sánchez, L. M.; Bozal, C. B.; Ubios, A. M. Influence of short-term diabetes on osteocytic lacunae of alveolar bone. A histomor-phometric study. Acta odontologica latinoamericana: AOL. 2006; 19(1), 23–28.
17. Uikly, B. Elektronnaya mikroskopiya dlya nachinayushchikh. Mir. [Electron microscopy for be-ginners]. 1975; 328 s.
18. Reynolds, E. S. The use of lead citrate at high pH as an electron-opaque stain in electron microscopy. J Cell Biol.1963; 17, 208–212.
