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Dexamethasone induces osteoblast apoptosis through ROS-PI3K/AKT/GSK3β signaling pathway - 06/01/19

Doi : 10.1016/j.biopha.2018.11.103 
Shuang Deng a, 1, Guo Dai b, 1, Sen Chen a, 1, Zhigang Nie a, Jianlin Zhou a, Hongsong Fang a, Hao Peng a,
a Department of Orthopedics, Renmin Hospital of Wuhan University, Jiefang Road 238, Wuhan, Hubei, 430060, China 
b Department of Spine Surgery, The First Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou, 510080, Guangdong, China 

Corresponding author at: Department of Orthopedics, Renmin Hospital of Wuhan University, Jiefang Road 238, Wuhan, Hubei, 430060, China.Department of OrthopedicsRenmin Hospital of Wuhan UniversityJiefang Road 238WuhanHubei430060China

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Highlights

Dex inhibits proliferation and induces apoptosis of osteoblasts.
Dex enhances the ROS levels in osteoblasts.
Dex suppresses the activation of PI3K/AKT signaling pathway in osteoblasts.
Dex promotes the activation of GSK-3β in osteoblasts.
Knockdown of GSK3β reverses the Dex-induced osteoblast apoptosis.

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Abstract

Background

Osteoblasts play important roles in the process of osteogenesis and prevention of osteonecrosis. Dexamethasone (Dex), a type of glucocorticoids (GCs), induces apoptosis of osteoblasts and leads to the occurrence of non-traumatic osteonecrosis. This study aimed to explore the effects of phosphatidylinositol 3-kinase/Protein kinase 3 (PI3K/AKT) and glycogen synthase kinase 3β (GSK3β) on Dex-induced osteoblasts apoptosis.

Methods

Viabilities, proliferation, and apoptosis of primary osteoblasts and pre-osteoblast MC3T3-E1 cells after Dex treatment were detected using cell counting kit-8 (CCK-8) assay, 5-bromo-2′-deoxyuridine (BrdU) incorporation assay, FITC-Annexin V/PI staining and western blotting, respectively. 2′,7′-Dichlorodihydrofluorescein diacetate (DCFH-DA) staining was performed to measure the intracellular reactive oxygen species (ROS) levels after Dex treatment. N-acetyl-l-cysteine (NAC) was used as ROS scavenger in this research. The expressions of PI3K/AKT and GSK3β in osteoblasts and MC3T3-E1 cells after Dex treatment were analyzed using western blotting and qRT-PCR, respectively. Then the effects of GSK3β knockdown on Dex-induced apoptosis of osteoblasts were explored. Alkaline phosphatase (ALP) activity assay was used to detect the role of Dex in regulating ALP activity.

Results

Dex remarkably inhibited proliferation and induced apoptosis of osteoblasts and MC3T3-E1 cells. Dex potentially attenuated the osteoblast differentiation. The intracellular ROS levels were significantly increased after Dex treatment. Dex suppressed the activation of PI3K/AKT pathway in osteoblasts and MC3T3-E1 cells by down-regulating the expressions of p-PI3K and p-AKT. The expressions of GSK3β in osteoblasts and MC3T3-E1 cells were obviously up-regulated after Dex treatment. Knockdown of GSK3β alleviated Dex-induced osteoblast and MC3T3-E1 cell apoptosis by decreasing the expressions of Bax, cleaved-caspase 3, cleaved-caspase 9 and increasing the expression of Bcl-2.

Conclusion

Our research verified that Dex induced osteoblasts apoptosis by ROS-PI3K/AKT/GSK3β signaling pathway.

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Keywords : Osteonecrosis, Osteoblasts apoptosis, Dexamethasone, Reactive oxygen species, Phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase 3, Glycogen synthase kinase 3β


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Vol 110

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