Broussochalcone A prevents osteoarthritis by regulating XO-ROS-β-catenin signaling axis = XO-ROS-β-catenin 신호전달 축 조절을 통한 Broussochalcone A의 골관절염 치료에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Osteoarthritis (OA) is a chronic degenerative joint disease characterized by progressive cartilage loss, synovial inflammation, and subchondral bone remodeling. Current therapies, including nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs), corticosteroids, and hyaluronic acid injections, provide only symptomatic relief and fail to modify disease progression. Recent studies implicate the Wnt/β-catenin signaling pathway and oxidative stress in OA pathogenesis, driving inflammation, fibrosis, and extracellular matrix (ECM) degradation. In this study, we investigated the therapeutic potential of Broussochalcone A (BCA)—a prenylated chalcone isolated from Broussonetia papyrifera—as a regulator of the XO–ROS–β-catenin axis. BCA suppressed xanthine oxidase (XO)-derived reactive oxygen species (ROS) under Wnt3a stimulation and promoted β-catenin degradation in synovial fibroblast-like (MH7A) and chondrocyte-like (SW1353) cells, thereby reducing expression of inflammatory cytokines, matrix metalloproteinases (MMPs), and fibrotic markers. In monosodium iodoacetate (MIA)-induced OA rat models, BCA attenuated joint swelling, bone erosion, and cartilage degradation, restored ECM protein expression, and suppressed inflammatory gene transcription in synovial tissue. These findings demonstrate that BCA mitigates OA progression by targeting the XO–ROS–β-catenin signaling axis, suggesting its potential as a novel disease-modifying and chondroprotective therapeutic agent for OA.

국문 초록 (Abstract)

골관절염 (OA)은 연골의 점진적 소실, 활막 염증, 그리고 연골하골 재형성을 특징으로 하는 만성 퇴행성 관절 질환이다. 현재 사용되고 있는 비스테로이드성 소염진통제 (NSAIDs), 코르티코스테로이드, 히알루론산 주사제 등의 치료법은 증상 완화에 국한되며, 질병의 진행을 근본적으로 조절하지는 못한다. 최근 연구에 따르면 Wnt/β-catenin 신호전달 경로와 산화적 스트레스가 OA의 병태생리에 관여하여 염증, 세포 외 기질 (ECM) 분해, 섬유화를 유도하는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 뽕나무과 식물인 Broussonetia papyrifera로부터 분리된 프레닐화된 찰콘 화합물인 Broussochalcone A (BCA)의 치료적 가능성을 XO–ROS–β-catenin 신호 축 조절인자로서 평가하였다. BCA는 Wnt3a 자극 조건에서 잔틴 산화효소 (XO) 유래 활성산소종 (ROS) 생성을 억제하고, 활막 섬유아세포 유사세포 (MH7A)와 연골세포 유사세포 (SW1353)에서 β-catenin의 분해를 촉진하여 염증성 사이토카인, 기질금속단백분해효소 (MMPs) 및 섬유화 마커의 발현을 감소시켰다. 또한, 단일 요오드 아세트산 (MIA)으로 유도된 OA 랫드 모델에서 BCA는 관절 부종, 골 침식, 연골 손상을 현저히 완화시켰으며, ECM 단백질 발현을 회복시키고 활막 조직에서 염증 관련 유전자 전사를 억제하였다. 종합하면, 본 연구 결과는 BCA가 XO–ROS–β-catenin 신호 축을 표적함으로써 OA 진행을 억제할 수 있음을 보여주며, OA에 대한 새로운 질병조절 및 연골 보호 치료제로서의 가능성을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Methods and Materials 4
• 2.1 Cell culture and chemicals 4
• 2.2 XO activity assay 4
• 2.3 DCFH-DA assay 5
• 2.4 Transfection and luciferase assay 5
• 2.5 Western blot analysis 6
• 2.6 Animals 7
• 2.7 MIA-induced OA model and drug administration 7
• 2.8 Evaluation of knee joint swelling 8
• 2.9 Knee joint collection and micro-CT analysis 8
• 2.10 Histological analysis 9
• 2.11 Immunofluorescence staining 9
• 2.12 RNA extraction and qPCR analysis 10
• 2.13 Statistical anaysis 11
• 3. Results 12
• 3.1 BCA suppresses XO-derived ROS generation under Wnt3a stimulation 12
• 3.2 BCA promotes the proteasomal degradation of β-catenin in human MH7A cells 15
• 3.3 BCA inhibits Wnt/β-catenin-induced inflammatory, catabolic, and fibrotic responses in human MH7A cells 18
• 3.4 BCA attenuates Wnt/β-catenin-induced inflammatory and catabolic responses in human SW1353 cells 21
• 3.5 BCA attenuates knee joint swelling in MIA-induced OA rat models 24
• 3.6 BCA alleviates bone erosion and improves trabecular bone microarchitecture in MIA-induced OA rat models 27
• 3.7 BCA mitigates cartilage damage and restores ECM protein expression in MIA-induced OA rat models 30
• 3.8 BCA suppresses mRNA expression of inflammatory cytokines, inflammatory enzymes, and matrix-degrading enzymes in the synovial tissue of MIA-induced OA rat models 33
• 4. Discussion 36
• 5. Conclusions 39
• 6. References 40
• 7. 국문초록 44