La patate douce pour protéger les articulations?

[Nutrimuscle-Conseils]

Chondroprotective and anti-oxidant activity of spermidine in human chondrocytes
Y. Silvestri Osteoarthritis and Cartilage VOLUME 26, SUPPLEMENT 1, S343, APRIL 01, 2018

Purpose: Osteoarthritis (OA) is the most common form of arthritis and one of the most significant causes of disability in the world. OA mainly affects the major joints such as knee and hip, impairing the structural integrity of articular cartilage. At present, there are unsatisfactory drug treatments since current available pharmacologic therapies are not able to prevent or arrest the development of OA. In this scenario, an alternative and safe opportunity may be represented by nutraceuticals and natural occurring compounds. Among these, spermidine (SPD), an ubiquitous natural polyamine involved in a wide range of cellular processes, is widely recognized to induce autophagy and to reduce the oxidative stress in several cellular models. The object of this study has been to investigate the role of SPD in the context of OA cartilage, evaluating its ability to protect cultured articular chondrocytes against hydrogen peroxide (H2O2)-induced oxidative stress by modulating the autophagic process.

Methods: Chondrocytes, obtained from OA patients undergoing knee arthroplasty, were isolated by sequential enzymatic digestion, expanded in vitro and then seeded at high-density. After 24 h starvation, we treated the cells with SPD (100 Nutrimuscle, 24 h) and oxidative stress was induced through incubation with H2O2 (500 μM, 24 h). The extent of cell death was analysed by Flow Cytometry detection of Sytox Green staining, a probe that is instead excluded by viable cells. SPD cytoprotection from oxidative stress was measured by flow cytometric analysis of reduction of γH2AX foci, markers of double strand breaks. Induction of autophagy was also evaluated with Flow Cytometry, evaluating the microtubule-associated protein 1 light chain 3 II (LC3II), a recognized autophagosomal marker. The role of autophagy in SPD cytoprotection was analysed in another series of experiments performed after the silencing of the autophagic gene ATG5, where cell viability was estimated through the trypan blue exclusion test. Finally, the cells were seeded in chamber slides to evaluate mitophagy (selective degradation of mitochondria by autophagy) by immunofluorescent co-localization of LC3II and TOM20, a mitochondrial outer membrane marker. The extent of SPD modulation of the H2O2-dependent induction of inflammatory and degradative markers was evaluated by Real Time PCR.

Results: SPD pre-treatment was able to reduce the percentage of dead cells after H2O2 exposure. SPD pre-treatment was also able to reduce the induction of OA-related markers promoted by H2O2: specifically, we found a significant reduction in mRNA expression of several OA markers, such as MMP13, VEGF, RUNX2 and iNOS. The protection afforded by SPD was also confirmed by a significant reduction of the extent of the γH2AX-associated foci after exposure to H2O2. Furthermore, we detected an increased LC3II signal in cells pre-treated with SPD compared to non-treated controls, indicating SPD ability to induce autophagy in our cellular model. These findings prompted us to further investigating the link between SPD and autophagy by silencing ATG5. Our preliminary data suggested that an efficient autophagy is crucial for the protection afforded by SPD against oxidative stress since SPD cytoprotection was almost lost when ATG5 had been previously silenced. Finally, the results of fluorescence microscopy analysis of the co-localization of mitochondrial and autophagy markers indicate the occurrence of mitophagy in our cellular model, strongly increased by SPD.

Conclusions: Our findings highlight the chondroprotective and anti-oxidant activity of SPD and suggest that an efficient autophagy is necessary for the protection afforded by SPD against oxidative stress. Considering the importance of non-invasive strategies in the treatment of OA, we propose SPD as a promising candidate for a non-pharmacologic treatment of OA.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Activité chondroprotectrice et anti-oxydante de la spermidine dans les chondrocytes humains
Y. Silvestri Osteoarthritis and Cartilage VOLUME 26, SUPPLEMENT 1, S343, 01 AVRIL 2018

Objectif: L'arthrose (OA) est la forme d'arthrite la plus courante et l'une des causes les plus importantes d'invalidité dans le monde. L'arthrose affecte principalement les principales articulations telles que le genou et la hanche, altérant l'intégrité structurelle du cartilage articulaire. À l'heure actuelle, il existe des traitements médicamenteux insatisfaisants car les thérapies pharmacologiques actuellement disponibles ne sont pas en mesure de prévenir ou d'arrêter le développement de l'arthrose. Dans ce scénario, une opportunité alternative et sûre peut être représentée par les nutraceutiques et les composés naturels. Parmi ceux-ci, la spermidine (SPD), une polyamine naturelle omniprésente impliquée dans un large éventail de processus cellulaires, est largement reconnue pour induire l'autophagie et réduire le stress oxydatif dans plusieurs modèles cellulaires. L'objet de cette étude était d'étudier le rôle du SPD dans le contexte du cartilage OA, en évaluant sa capacité à protéger les chondrocytes articulaires en culture contre le stress oxydatif induit par le peroxyde d'hydrogène (H2O2) en modulant le processus autophagique.

Méthodes: Les chondrocytes, obtenus de patients atteints d'arthrose subissant une arthroplastie du genou, ont été isolés par digestion enzymatique séquentielle, multipliés in vitro puis ensemencés à haute densité. Après 24 h de famine, nous avons traité les cellules avec SPD (100 Nutrimuscle, 24 h) et le stress oxydatif a été induit par incubation avec H2O2 (500 μM, 24 h). L'étendue de la mort cellulaire a été analysée par détection par cytométrie en flux de la coloration Sytox Green, une sonde qui est plutôt exclue par les cellules viables. La cytoprotection SPD du stress oxydatif a été mesurée par analyse cytométrique en flux de la réduction des foyers γH2AX, marqueurs des cassures double brin. L'induction de l'autophagie a également été évaluée par cytométrie en flux, en évaluant la protéine associée aux microtubules 1 chaîne légère 3 II (LC3II), un marqueur autophagosomal reconnu. Le rôle de l'autophagie dans la cytoprotection SPD a été analysé dans une autre série d'expériences réalisées après la mise au silence du gène autophagique ATG5, où la viabilité cellulaire a été estimée par le test d'exclusion au bleu trypan. Enfin, les cellules ont été ensemencées dans des lames de chambre pour évaluer la mitophagie (dégradation sélective des mitochondries par autophagie) par co-localisation immunofluorescente de LC3II et TOM20, un marqueur de la membrane externe mitochondriale. L'ampleur de la modulation SPD de l'induction dépendante de H2O2 des marqueurs inflammatoires et dégradants a été évaluée par PCR en temps réel.

Résultats: Le prétraitement SPD a permis de réduire le pourcentage de cellules mortes après exposition à H2O2. Le prétraitement SPD a également permis de réduire l'induction de marqueurs liés à l'OA promus par H2O2: spécifiquement, nous avons trouvé une réduction significative de l'expression de l'ARNm de plusieurs marqueurs OA, tels que MMP13, VEGF, RUNX2 et iNOS. La protection offerte par le SPD a également été confirmée par une réduction significative de l'étendue des foyers associés au γH2AX après exposition à H2O2. En outre, nous avons détecté un signal LC3II accru dans les cellules prétraitées avec SPD par rapport aux témoins non traités, indiquant la capacité SPD à induire l'autophagie dans notre modèle cellulaire. Ces résultats nous ont incités à approfondir le lien entre SPD et autophagie en faisant taire ATG5. Nos données préliminaires suggèrent qu'une autophagie efficace est cruciale pour la protection offerte par SPD contre le stress oxydatif puisque la cytoprotection SPD était presque perdue lorsque ATG5 avait été précédemment mis au silence. Enfin, les résultats de l'analyse par microscopie à fluorescence de la colocalisation des marqueurs mitochondriaux et autophagie indiquent la survenue d'une mitophagie dans notre modèle cellulaire, fortement augmentée par SPD.

Conclusions: Nos résultats mettent en évidence l'activité chondroprotectrice et anti-oxydante du SPD et suggèrent qu'une autophagie efficace est nécessaire à la protection offerte par le SPD contre le stress oxydatif. Compte tenu de l'importance des stratégies non invasives dans le traitement de l'arthrose, nous proposons le SPD comme candidat prometteur pour un traitement non pharmacologique de l'arthrose.