Pyrroloquinoline quinone alleviates natural aging‐related osteoporosis via a novel MCM3‐Keap1‐Nrf2 axis‐mediated stress response and Fbn1 upregulation

氧化应激 破骨细胞 成骨细胞 骨吸收 KEAP1型 抗氧化剂 下调和上调 衰老 骨质疏松症 骨细胞 化学 细胞生物学 内分泌学 内科学 生物化学 生物 癌症研究 转录因子 医学 基因 体外
作者
Jie Li,Qian Zhang,Qi Xue,Hongbo Guo,Ran Qin,Yiping Li,Qi Jiang,Rong Wang,David Goltzman,Dengshun Miao,Renlei Yang
出处
期刊:Aging Cell [Wiley]
卷期号:22 (9) 被引量:3
标识
DOI:10.1111/acel.13912
摘要

Abstract Age‐related osteoporosis is associated with increased oxidative stress and cellular senescence. Pyrroloquinoline quinone (PQQ) is a water‐soluble vitamin‐like compound that has strong antioxidant capacity; however, the effect and underlying mechanism of PQQ on aging‐related osteoporosis remain unclear. The purpose of this study was to investigate whether dietary PQQ supplementation can prevent osteoporosis caused by natural aging, and the potential mechanism underlying PQQ antioxidant activity. Here, we found that when 6‐month‐old or 12‐month‐old wild‐type mice were supplemented with PQQ for 12 months or 6 months, respectively, PQQ could prevent age‐related osteoporosis in mice by inhibiting osteoclastic bone resorption and stimulating osteoblastic bone formation. Mechanistically, pharmmapper screening and molecular docking studies revealed that PQQ appears to bind to MCM3 and reduces its ubiquitination‐mediated degradation; stabilized MCM3 then competes with Nrf2 for binding to Keap1, thus activating Nrf2‐antioxidant response element (ARE) signaling. PQQ‐induced Nrf2 activation inhibited bone resorption through increasing stress response capacity and transcriptionally upregulating fibrillin‐1 (Fbn1), thus reducing Rankl production in osteoblast‐lineage cells and decreasing osteoclast activation; as well, bone formation was stimulated by inhibiting osteoblastic DNA damage and osteocyte senescence. Furthermore, Nrf2 knockout significantly blunted the inhibitory effects of PQQ on oxidative stress, on increased osteoclast activity and on the development of aging‐related osteoporosis. This study reveals the underlying mechanism of PQQ's strong antioxidant capacity and provides evidence for PQQ as a potential agent for clinical prevention and treatment of natural aging‐induced osteoporosis.
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