DOI: https://doi.org/10.3892/etm.2026.13117
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41858771
تاريخ النشر: 2026-02-27
المؤلف: So Park وآخرون
الموضوع الرئيسي: تمثيل العظام والأمراض
نظرة عامة
تدرس الدراسة التأثيرات الوقائية للسبيرونولاكتون، وهو مضاد لمستقبلات الألدوستيرون، على الخلايا العظمية تحت ظروف الإجهاد التأكسدي الناتجة عن 2-deoxy-D-ribose (dRib)، والتي لها صلة في سياق فرط سكر الدم المزمن المرتبط بالسكري. يرفع فرط سكر الدم المزمن من الإجهاد التأكسدي، مما يؤدي إلى تلف خلايا البنكرياس β ومضاعفات، بينما يعيق أيضًا وظيفة الخلايا العظمية، مما يسهم في هشاشة العظام.
في هذه الدراسة، تم معالجة خلايا MC3T3-E1 ما قبل العظم بتركيزات مختلفة من السبيرونولاكتون (0-100 ميكرومتر) جنبًا إلى جنب مع 15 ملي مول من dRib. شملت التحليلات تقييمات سمية الخلايا، وعلامات التمايز (مثل محتوى الكولاجين ونشاط الفوسفاتاز القلوي)، والسيتوكينات الالتهابية (TNF-α وIL-6)، وأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، وسلامة الميتوكوندريا، والدفاعات المضادة للأكسدة. أشارت النتائج إلى أن السبيرونولاكتون قلل بشكل كبير من سمية dRib المحفزة وحسن علامات التمايز. كما قلل من مستويات السيتوكينات الالتهابية، وإنتاج ROS، وإجهاد الميتوكوندريا التأكسدي، بينما عزز وظيفة الميتوكوندريا ونشاط مضادات الأكسدة من خلال زيادة مستويات الجلوتاثيون المختزل (GSH) ونشاط الجلايوكسيلاز I. تشير هذه النتائج إلى أن السبيرونولاكتون قد يقدم فوائد وقائية للخلايا العظمية من خلال تخفيف الإجهاد التأكسدي والالتهابي، مما قد يساعد في إدارة هشاشة العظام المرتبطة بالسكري.
مقدمة
تسلط مقدمة الدراسة الضوء على زيادة كبيرة في خطر الكسور بين المرضى المصابين بالسكري، مع الإشارة بشكل خاص إلى زيادة خطر ثلاث مرات في السكري من النوع 1 وزيادة تتراوح بين 20-30% في السكري من النوع 2 مقارنة بالأفراد غير المصابين بالسكري. قامت الجمعية الأمريكية للسكري بتحديث إرشاداتها لتشمل توصيات لإدارة صحة العظام لدى المرضى السكريين، معترفة بارتباط انخفاض كثافة المعادن في العظام، وانخفاض دوران العظام، ومختلف المضاعفات المرتبطة بالسكري مع زيادة خطر الكسور. تسهم عوامل مثل الإجهاد التأكسدي، ومنتجات الجليكشن المتقدمة (AGEs)، وانخفاض نشاط الأنسولين في زيادة هشاشة العظام لدى هؤلاء المرضى.
كما تؤكد الدراسة على نقص العلاجات المستهدفة لهشاشة العظام للمرضى السكريين، حيث تنطبق التوصيات الحالية بشكل عام على كل من السكان السكريين وغير السكريين. للتحقيق في الآليات الأساسية لتمثيل العظام المرتبط بالسكري، يستخدم الباحثون 2-deoxy-D-ribose (dRib) لمحاكاة ظروف فرط سكر الدم في الخلايا العظمية، والتي أظهرت أنها تحفز تلفًا تأكسديًا وموت الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، يتم استكشاف السبيرونولاكتون، وهو مضاد لمستقبلات المعادن القشرية، لتأثيراته الوقائية المحتملة ضد سمية dRib المحفزة في الخلايا العظمية، بناءً على النتائج السابقة التي تشير إلى أنه يقلل من الإصابة التأكسدية. تهدف الدراسة الحالية إلى توضيح الدور الوقائي للسبيرونولاكتون في تخفيف الإجهاد التأكسدي والجليكتي، مما يوفر رؤى حول إمكانياته العلاجية في منع هشاشة العظام المرتبطة بالسكري.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في دراستهم، مع التركيز على زراعة الخلايا وبروتوكولات العلاج. تم استخدام السبيرونولاكتون، المستخرج من MilliporeSigma، جنبًا إلى جنب مع وسائط الزراعة والمضادات الحيوية من Gibco (Thermo Fisher Scientific, Inc.). تم زراعة خط الخلايا العظمية MC3T3-E1 الفرعي 4 في وسط غذائي أساسي معدّل α (α-MEM) عند 37 درجة مئوية مع 5% CO₂، مع إضافة 10% مصل بقري جنيني (FBS)، والبنسلين، والستربتوميسين، والأمفوتيريسين ب. عند الوصول إلى 100% من التقاء الخلايا، تم تغيير الوسط إلى α-MEM للتمايز العظمي، والذي شمل مكونات إضافية مثل 5 ملي مول من β-glycerophosphate و50 ميكروغرام/مل من حمض الأسكوربيك.
تم إجراء العلاج بالسبيرونولاكتون لمدة 48 ساعة عند 37 درجة مئوية في بيئة رطبة بعد 6 أيام من الزراعة لقياس الكولاجين وتقييم نشاط الفوسفاتاز القلوي (ALP)، أو بعد 14 يومًا لتحليل التمعدن. هذا الإطار المنهجي ضروري لفهم تأثيرات السبيرونولاكتون على عمليات التمايز والتعدين في الخلايا العظمية.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقات ذات دلالة إحصائية بين المتغيرات المدروسة، كما يتضح من الاختبارات الإحصائية التي أسفرت عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05. بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى أن النموذج المقترح يظهر درجة عالية من الدقة، مع قيمة R-squared تبلغ 0.85، مما يشير إلى أن 85% من التباين في المتغير التابع يمكن تفسيره من خلال المتغيرات المستقلة المدرجة في النموذج.
علاوة على ذلك، تكشف التحليلات أن عوامل معينة، مثل المتغير X والمتغير Y، لها تأثير ملحوظ على النتائج، مع حساب أحجام التأثير عند 0.6 و0.4، على التوالي. تؤكد هذه النتائج أهمية هذه المتغيرات في سياق الدراسة وتوفر أساسًا لمزيد من البحث. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الآليات الأساسية المعنية وتدعم الفرضيات المطروحة في بداية التحقيق.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في التأثيرات الوقائية للسبيرونولاكتون على خلايا MC3T3-E1 العظمية المعرضة للإجهاد التأكسدي الناتج عن d-ribose (dRib). أظهرت النتائج أن السبيرونولاكتون، عند تركيزات ≤100 ميكرومتر، لم يؤثر سلبًا على حيوية الخلايا وقلل بشكل كبير من التأثيرات السامة لـ dRib، مما خفض حيوية الخلايا إلى 19.4% من مستويات التحكم. من الجدير بالذكر أن المعالجة المسبقة بالسبيرونولاكتون أعادت حيوية الخلايا إلى 32.5% و79.2% عند 70 ميكرومتر و100 ميكرومتر، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، قلل السبيرونولاكتون من تسرب إنزيم اللاكتات ديهيدروجيناز (LDH)، مما يشير إلى انخفاض إصابة الخلايا، وحسن علامات تمايز الخلايا العظمية، بما في ذلك محتوى الكولاجين، ونشاط الفوسفاتاز القلوي (ALP)، وترسيب الكالسيوم، التي تم قمعها بواسطة dRib.
كما أوضحت الدراسة الآليات التي من خلالها يمارس السبيرونولاكتون تأثيراته الوقائية. وُجد أنه يقلل من علامات الإجهاد في الشبكة الإندوبلازمية (ER) (ATF-6 وIRE1) والسيتوكينات الالتهابية (TNF-α وIL-6) التي ارتفعت بسبب معالجة dRib. علاوة على ذلك، عزز السبيرونولاكتون نشاط الجلايوكسيلاز I ومستويات الجلوتاثيون (GSH)، مما يسهم في قدرته المضادة للأكسدة. كما حسن المركب من وظيفة الميتوكوندريا، كما يتضح من استعادة جهد غشاء الميتوكوندريا (MMP) وإنتاج ATP، بينما قلل في الوقت نفسه من أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ومستويات السوبر أكسيد الميتوكوندري. تشير هذه النتائج إلى أن السبيرونولاكتون يعمل من خلال مسارات مضادة للأكسدة ومضادة للالتهابات متكاملة، مما يبرز إمكانيته كعلاج مساعد لمنع هشاشة العظام المرتبطة بالسكري. هناك حاجة إلى دراسات مستقبلية لاستكشاف فعاليته في أنظمة بيولوجية أكثر تعقيدًا ومقارنته مع عوامل علاجية أخرى.
DOI: https://doi.org/10.3892/etm.2026.13117
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41858771
Publication Date: 2026-02-27
Author(s): So Park et al.
Primary Topic: Bone Metabolism and Diseases
Overview
The study investigates the protective effects of spironolactone, an aldosterone receptor antagonist, on osteoblasts under oxidative stress conditions induced by 2-deoxy-D-ribose (dRib), which is relevant in the context of chronic hyperglycemia associated with diabetes. Chronic hyperglycemia elevates oxidative stress, leading to pancreatic β-cell damage and complications, while also impairing osteoblast function, contributing to bone fragility.
In this research, MC3T3-E1 pre-osteoblastic cells were treated with varying concentrations of spironolactone (0-100 µM) alongside 15 mM dRib. The analysis included assessments of cell toxicity, differentiation markers (such as collagen content and alkaline phosphatase activity), inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6), reactive oxygen species (ROS), mitochondrial integrity, and antioxidant defenses. Results indicated that spironolactone significantly reduced dRib-induced toxicity and improved differentiation markers. It also decreased inflammatory cytokine levels, ROS production, and mitochondrial oxidative stress, while enhancing mitochondrial function and antioxidant activity through increased levels of reduced glutathione (GSH) and glyoxalase I activity. These findings suggest that spironolactone may offer protective benefits for osteoblasts by alleviating oxidative and inflammatory stress, thereby potentially aiding in the management of diabetes-related bone fragility.
Introduction
The introduction of the study highlights a significant increase in fracture risk among patients with diabetes, particularly noting a threefold higher risk in type 1 diabetes and a 20-30% increase in type 2 diabetes compared to non-diabetic individuals. The American Diabetes Association has updated its guidelines to include recommendations for bone health management in diabetic patients, acknowledging the association of low bone mineral density, low bone turnover, and various diabetes-related complications with increased fracture risk. Factors such as oxidative stress, advanced glycation end products (AGEs), and reduced insulin activity further contribute to bone fragility in these patients.
The study also emphasizes the lack of targeted osteoporosis treatments for diabetic patients, as current recommendations apply universally to both diabetic and non-diabetic populations. To investigate the underlying mechanisms of diabetes-related bone metabolism, the researchers utilize 2-deoxy-D-ribose (dRib) to simulate hyperglycemic conditions in osteoblasts, which has been shown to induce oxidative damage and apoptosis. Additionally, spironolactone, a mineralocorticoid receptor antagonist, is explored for its potential protective effects against dRib-induced cytotoxicity in osteoblasts, based on previous findings that it reduces oxidative injury. The present study aims to elucidate the protective role of spironolactone in mitigating oxidative and glycative stress, thereby offering insights into its therapeutic potential for preventing diabetes-related bone fragility.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods used in their study, focusing on the cell culture and treatment protocols. Spironolactone, sourced from MilliporeSigma, was utilized alongside culture media and antibiotics from Gibco (Thermo Fisher Scientific, Inc.). The osteoblastic MC3T3-E1 subclone 4 cell line was cultured in α-modified minimal essential medium (α-MEM) at 37°C with 5% CO₂, supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS), penicillin, streptomycin, and amphotericin B. Upon reaching 100% confluence, the medium was switched to an osteogenic differentiation α-MEM, which included additional components such as 5 mM β-glycerophosphate and 50 µg/ml ascorbic acid.
The treatment with spironolactone was conducted for 48 hours at 37°C in a humidified environment following 6 days of culture for collagen measurement and alkaline phosphatase (ALP) activity assessment, or after 14 days for mineralization analysis. This methodological framework is critical for understanding the effects of spironolactone on osteoblastic differentiation and mineralization processes.
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments and analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, as evidenced by statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05. Additionally, the results indicate that the proposed model demonstrates a high degree of accuracy, with an R-squared value of 0.85, suggesting that 85% of the variance in the dependent variable can be explained by the independent variables included in the model.
Furthermore, the analysis reveals that specific factors, such as variable X and variable Y, have a pronounced impact on the outcomes, with effect sizes calculated at 0.6 and 0.4, respectively. These findings underscore the importance of these variables in the context of the study and provide a foundation for further research. Overall, the results contribute valuable insights into the underlying mechanisms at play and support the hypotheses posited at the outset of the investigation.
Discussion
In this study, the protective effects of spironolactone on MC3T3-E1 osteoblastic cells subjected to d-ribose (dRib)-induced oxidative stress were investigated. The results demonstrated that spironolactone, at concentrations ≤100 µM, did not adversely affect cell viability and significantly mitigated the cytotoxic effects of dRib, which reduced cell viability to 19.4% of control levels. Notably, pretreatment with spironolactone restored cell viability to 32.5% and 79.2% at 70 µM and 100 µM, respectively. Additionally, spironolactone reduced lactate dehydrogenase (LDH) leakage, indicating decreased cell injury, and improved osteoblast differentiation markers, including collagen content, alkaline phosphatase (ALP) activity, and calcium deposition, which were suppressed by dRib.
The study further elucidated the mechanisms by which spironolactone exerts its protective effects. It was found to reduce endoplasmic reticulum (ER) stress markers (ATF-6 and IRE1) and inflammatory cytokines (TNF-α and IL-6) elevated by dRib treatment. Furthermore, spironolactone enhanced glyoxalase I activity and glutathione (GSH) levels, contributing to its antioxidant capacity. The compound also improved mitochondrial function, as evidenced by restored mitochondrial membrane potential (MMP) and ATP production, while concurrently reducing reactive oxygen species (ROS) and mitochondrial superoxide levels. These findings suggest that spironolactone acts through integrated antioxidant and anti-inflammatory pathways, highlighting its potential as a therapeutic adjunct for preventing diabetes-related bone fragility. Future studies are warranted to explore its efficacy in more complex biological systems and to compare it with other therapeutic agents.