Biomimetic Hyaluronic Acid-Based Brush Polymers Modulate Chondrocyte Homeostasis via ROS/Ca2+/TRPV4

化学 阿格里坎 细胞生物学 软骨 软骨细胞 细胞外基质 透明质酸 TRPV4型 活性氧 基质金属蛋白酶 骨关节炎 生物化学 生物物理学 瞬时受体电位通道 生物 受体 解剖 医学 病理 关节软骨 替代医学 体外
作者
Xiaopeng Fan,Renjian Xie,Wenjing Song,Kunfu Ouyang,Li Ren
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
卷期号:24 (9): 4240-4252 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.3c00547
摘要

Bionic mimics using natural cartilage matrix molecules can modulate the corresponding metabolic activity by improving the microenvironment of chondrocytes. A bionic brush polymer, HA/PX, has been found to reverse the loss of cartilage extracellular matrix (ECM) and has promising applications in the clinical treatment of osteoarthritis (OA). However, the unknown bioremediation mechanism of HA/PX severely hinders its clinical translation. In OA, the massive loss of the ECM may be attributed to a decrease in transient receptor potential vanilloid 4 (TRPV4) activity, which affects reactive oxygen species (ROS) clearance and [Ca2+]i signaling, initiating downstream catabolic pathways. In this study, we investigated the bioremediation mechanism of HA/PX in a model of interleukin 1β (IL-1β)-induced inflammation. Through TRPV4, HA/PX reduced ROS accumulation in chondrocytes and enhanced [Ca2+]i signaling, reflecting a short-term protection capacity for chondrocytes. In addition, HA/PX balanced the metabolic homeostasis of chondrocytes via TRPV4, including promoting the secretion of type II collagen (Col-II) and aggrecan, the major components of the ECM, and reducing the expression of matrix metal-degrading enzyme (MMP-13), exerting long-term protective effects on chondrocytes. Molecular dynamics (MD) simulations showed that HA/PX could act as a TRPV4 activator. Our results suggest that HA/PX can regulate chondrocyte homeostasis via ROS/Ca2+/TRPV4, thereby improving cartilage regeneration. Because the ECM is a prevalent feature of various cell types, HA/PX holds promising potential for improving regeneration and disease modification for not only cartilage-related healthcare but many other tissues and diseases.
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