Tobacco toxins induce osteoporosis through ferroptosis

骨质疏松症 活性氧 医学 自噬 平衡 间充质干细胞 脂质过氧化 成骨细胞 癌症研究 细胞生物学 氧化应激 内科学 化学 病理 生物 体外 生物化学 细胞凋亡
作者
Jing Zheng,Yuzhou Li,He Zhang,Tao Chen,Jinbo Yu,Xinxin Xu,Yulong Zou,Wei Xu,Kai Xiang,Xuerui Gong,Ping He,Yiru Fu,Mingxing Ren,Ping Ji,Sheng Yang
出处
期刊:Redox biology [Elsevier]
卷期号:67: 102922-102922 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.redox.2023.102922
摘要

Clinical epidemiological studies have confirmed that tobacco smoking disrupts bone homeostasis and is an independent risk factor for the development of osteoporosis. The low viability and inferior osteogenic differentiation of bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) are important etiologies of osteoporosis. However, few basic studies have elucidated the specific mechanisms that tobacco toxins devastated BMSCs and consequently induced or exacerbated osteoporosis. Herein, our clinical data showed the bone mineral density (BMD) values of femoral neck in smokers were significantly lower than non-smokers, meanwhile cigarette smoke extract (CSE) exposure led to a significant decrease of BMD in rats and dysfunction of rat BMSCs (rBMSCs). Transcriptomic analysis and phenotype experiments suggested that the ferroptosis pathway was significantly activated in CSE-treated rBMSCs. Accumulated intracellular reactive oxygen species activated AMPK signaling, furtherly promoted NCOA4-mediated ferritin-selective autophagic processes, increased labial iron pool and lipid peroxidation deposition, and ultimately led to ferroptosis in rBMSCs. Importantly, in vivo utilization of ferroptosis and ferritinophagy inhibitors significantly alleviated BMD loss in CSE-exposed rats. Our study innovatively reveals the key mechanism of smoking-related osteoporosis, and provides a possible route targeting on the perspective of BMSC ferroptosis for future prevention and treatment of smoking-related bone homeostasis imbalance.
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