Melatonin alleviates intervertebral disc degeneration by disrupting the IL-1β/NF-κB-NLRP3 inflammasome positive feedback loop

炎症体 褪黑素 下调和上调 体内 吡喃结构域 炎症 细胞生物学 促炎细胞因子 白细胞介素 NF-κB 活性氧 医学 信号转导 生物 内科学 内分泌学 细胞因子 生物化学 生物技术 基因
作者
Fan Chen,Guowei Jiang,Hui Liu,Zemin Li,Yuxin Pei,Hua Wang,Hehai Pan,Haowen Cui,Jun Long,Jianru Wang,Zhaomin Zheng
出处
期刊:Bone research [Springer Nature]
卷期号:8 (1): 10-10 被引量:229
标识
DOI:10.1038/s41413-020-0087-2
摘要

Abstract The inflammatory response is induced by the overexpression of inflammatory cytokines, mainly interleukin (IL)-1β, and is one of the main causes of intervertebral disc degeneration (IVDD). NLR pyrin domain containing 3 (NLRP3) inflammasome activation is an important source of IL-1β. As an anti-inflammatory neuroendocrine hormone, melatonin plays various roles in different pathophysiological conditions. However, its roles in IVDD are still not well understood and require more examination. First, we demonstrated that melatonin delayed the progression of IVDD and relieved IVDD-related low back pain in a rat needle puncture IVDD model; moreover, NLRP3 inflammasome activation (NLRP3, p20, and IL-1β levels) was significantly upregulated in severely degenerated human discs and a rat IVDD model. Subsequently, an IL-1β/NF-κB-NLRP3 inflammasome activation positive feedback loop was found in nucleus pulposus (NP) cells that were treated with IL-1β. In these cells, expression of NLRP3 and p20 was significantly increased, NF-κB signaling was involved in this regulation, and mitochondrial reactive oxygen species (mtROS) production increased. Furthermore, we found that melatonin disrupted the IL-1β/NF-κB-NLRP3 inflammasome activation positive feedback loop in vitro and in vivo. Melatonin treatment decreased NLRP3, p20, and IL-1β levels by inhibiting NF-κB signaling and downregulating mtROS production. Finally, we showed that melatonin mediated the disruption of the positive feedback loop of IL-1β in vivo. In this study, we showed for the first time that IL-1β promotes its own expression by upregulating NLRP3 inflammasome activation. Furthermore, melatonin disrupts the IL-1β positive feedback loop and may be a potential therapeutic agent for IVDD.
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