Interleukin-$1{\beta}$ induces bone resorption by regulation of prostaglandin $E_2$ synthesis and plasminogen activator activity, and TGF-$\beta$ inhibits bone resorption of rat bone cells

쥐의 골세포에서 $PGE_2$ 합성과 plasminogen activator 활성 조절에 의한 IL-$1{\beta}$의 골 흡수유도와 TGF-$\beta$에 의한 골 흡수 억제 기전에 관한 연구

Bone cells produce multiple growth factors and cytokines that have effects on bone metabolism and can be incorporated into the bone matrix. The present study was designed to extend these observations by examining the interactions between transforming growth factor-$\beta$(TGF-$\beta$) or interleukin-$1\beta$(rhIL-$1\beta$) and bone cells in a rat long bone culture model. IL-$1\beta$ regulates several activities of the osteoblast cells derived from rat long bone explants in vitro. IL-$1\beta$ stimulated cellular proliferation as well as the synthesis of prostaglandin $E_2$ and Plasminogen activator activity in the cultured cells in a dose-dependent manner. TGF-$\beta$ is present in the bone matrix and potentially released during bone resorption. TGF-$\beta$ reduced basal bone resorption and inhibited vitamin $D_3[1,25(OH)_2D_3]$-induced bone resorption in rat long bone cells. These results support the role of IL-$1\beta$ in the pathological modulation of bone cell metabolism, with regard to implication in the Pathogenesis of osteoporosis by IL-$1\beta$, and that TGF-$\beta$ positively inhibits the bone resorption.

골세포는 골대사에 영향을 미치는 다양한 성장인자와 싸이토카인을 생성하여 골 기질로 유리시킨다. 이 연구는 쥐의 장골 세포 배양 모델에서 recombinant human IL-$1\beta$가 $PGE_2$ 합성과 plasminogen activator의 활성 조절을 통한 골 흡수 유도 기전의 일단을 구명하고, 이와 동시에 TGF-$\beta$에 의한 골흡수 억제 기전을 해명하는데 그 목적이 있다. 쥐의 장골 세포를 배양하여 통법의 골모세포 phenotype을 발현하는 세포를 분리하고 세포 배양능, alkaline phosphatase assay, PG assay, 골흡수능 측정들을 시행하여 다음의 결과를 얻었다. 1. IL-$1\beta$는 쥐의 골모세포의 증식, $PGE_2$ 생성 및 palsmonogen activator의 활성을 촉진하였다. 2. IL-$1\beta$는 쥐의 골모세포에서의 alkaline phosphatase 활성을 감소시켰다. 3. rhIL-$1\beta$는 골 흡수를 촉진시켰다. 4. TGF-$\beta$는 쥐의 장골 세포에서 골의 흡수를 억제하였으며, Vitamin $D_3$에 의하여 유도된 골 흡수를 억제하였다. 이상의 연구 결과는 IL-$1\beta$에 의한 골 파괴의 병인과 관련하여 골 세포 대사의 병리학적 조절에 있어서의 IL-$1\beta$의 역할을 지지하며, 이와 동시에 골 흡수 억제에 있어서의 TGF-$\beta$의 역할을 확인시켜주는 것으로 생각된다.