VDR activation attenuates osteoblastic ferroptosis and senescence by stimulating the Nrf2/GPX4 pathway in age-related osteoporosis

骨化三醇受体 成骨细胞 GPX4 化学 衰老 基因敲除 细胞生物学 脂质过氧化 磷脂过氧化氢谷胱甘肽过氧化物酶 癌症研究 内科学 内分泌学 氧化应激 生物 谷胱甘肽过氧化物酶 生物化学 受体 医学 细胞凋亡 体外 超氧化物歧化酶
作者
Pingcui Xu,Bingfeng Lin,Xuehui Deng,Kai Huang,Yan Zhang,Nani Wang
出处
期刊:Free Radical Biology and Medicine [Elsevier BV]
卷期号:193: 720-735 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2022.11.013
摘要

Ferroptosis plays an essential role in the pathology of osteoporosis. This study investigated whether vitamin D receptor (VDR) activation could protect against age-related osteoporosis through an anti-ferroptosis mechanism. d-galactose (D-gal)-induced mice and VDR-knockout mice were used in the in-vivo study. The VDR activator (1,25(OH)2D3) attenuated senescence and ferroptosis in the D-gal-induced bone, as illustrated by downregulated senescence-associated secretory phenotype genes, improved mitochondrial morphology, elevated glutathione, and decreased lipid peroxidation markers (malondialdehyde and 4-hydroxynonenal). The pre-osteoblast MC3T3-E1 cells and primary rat osteoblasts were applied in the in-vitro studies. 1,25(OH)2D3 or ferroptosis inhibitor (ferrostatin-1) treatment downregulated the cellular senescence markers in D-gal-induced osteoblasts. Mechanistically, 1,25(OH)2D3 activated the VDR and its downstream nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2)/glutathione peroxidase 4 (GPX4) signaling pathway, resulting in the downregulation of lipid peroxidation. Nrf2 knockdown or addition of GPX4 inhibitor (RSL-3) blocked the protective effect of 1,25(OH)2D3 against D-gal-induced ferroptosis and senescence. VDR knockdown impeded the 1,25(OH)2D3-induced activation of Nrf2/GPX4 pathway in osteoblasts. Proteomics and immunofluorescence analysis confirmed that ferroptosis and suppression of the Nrf2/GPX4 pathway occurred in VDR-knockout mice. Our data demonstrated that ferroptosis played an essential role in age-related osteoporosis. The VDR activation attenuated osteoblast ferroptosis via stimulating the Nrf2/GPX4 signaling pathway.
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