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Verification of pain-related neuromodulation mechanisms of icariin in knee osteoarthritis - 13/11/21

Doi : 10.1016/j.biopha.2021.112259 
Xihai Li a, b, 1, Yunteng Xu b, c, 1, Hui Li b, c, 1, Liangliang Jia b, c, Jie Wang d, e, Shengxiang Liang f, g, Aoling Cai d, e, Xue Tan b, c, Lili Wang b, c, Xiaoning Wang a, b, Yanfeng Huang b, c, Enxiang Tao h, Hongzhi Ye b, c, , Tetsuya Asakawa h, i, , 2
a College of Integrative Medicine, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, China 
b Fujian Key Laboratory of Integrative Medicine on Geriatrics, Fuzhou 350122, China 
c Academy of Integrative Medicine, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, China 
d State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, Key Laboratory of Magnetic Resonance in Biological Systems, Wuhan 430071, China 
e Innovation Academy for Precision Measurement Science, Wuhan 430071, China 
f National-Local Joint Engineering Research Center of Rehabilitation Medicine Technology, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, China 
g Rehabilitation Industry Institute, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, China 
h Department of Neurology, The Eighth Affiliated Hospital, Sun Yat-Sen University, Shenzhen 518033, China 
i Research Base of Traditional Chinese Medicine Syndrome, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Fuzhou 350122, China 

Correspondence to: Academy of Integrative Medicine, Fujian University of Traditional Chinese Medicine, Qiuyang, University Town, Shangjie Minhou, Fuzhou, Fujian 350122, China.Academy of Integrative Medicine, Fujian University of Traditional Chinese MedicineQiuyang, University Town, Shangjie MinhouFuzhouFujian350122China⁎⁎Correspondence to: Department of Neurology, The Eighth Affiliated Hospital, Sun Yat-Sen University, Shennanzhong Road 3025, Shenzhen, Guangdong 518033, China.Department of Neurology, The Eighth Affiliated Hospital, Sun Yat-Sen UniversityShennanzhong Road 3025ShenzhenGuangdong518033China

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Abstract

Knee osteoarthritis (KOA) is a common disease with no specific treatment. Icariin (ICA) is considered an agent for KOA. This study aimed to confirm the pain-related neuromodulation mechanisms of ICA on KOA. Three experiments were designed: (1) verifying the therapeutic effects of ICA in vivo and in vitro, (2) exploring the potential pain-related neuromodulation pathways involved in ICA treatment by functional magnetic resonance imaging (fMRI) and virus retrograde tracing (VRT) and (3) confirming the pain-related targets by tandem mass tag (TMT)-based quantitative proteomics and bioinformatic analyses. Experiment 1 verified the efficacy of ICA in OA animal and cell models. Experiment 2 found a series of brain regions associated with KOA reversed by ICA treatment, indicating that a pain-related hypothalamic-mediated neuromodulation pathway and an endocannabinoid (EC)-related pathway contribute to ICA mechanisms. Experiment 3 explored and confirmed four pain-related genes involved in KOA and ICA treatment. We confirmed the key role of pain-related neuromodulation mechanisms in ICA treatment associated with its analgesic effect. Our findings contribute to considering ICA as a novel therapy for KOA.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

The therapeutic effects of ICA on OA have been verified in vivo and in vitro.
A series of brain regions associated with in ICA treatment were found by fMRI and confirmed by VRT.
Pain-related neuromodulation pathways were identified to contribute to ICA mechanisms.
Four pain-related genes were explored and confirmed involved in KOA and ICA treatment.
Finally, pain-related neuromodulation mechanisms of ICA in KOA were verified.

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Keywords : Icariin, Knee osteoarthritis, Neuropeptides, Functional magnetic resonance imaging, Virus retrograde tracing, pain-related genes


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Vol 144

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