Cadmium accelerates autophagy of osteocytes by inhibiting the PI3K / AKT / mTOR signaling pathway

自噬 PI3K/AKT/mTOR通路 蛋白激酶B 化学 骨细胞 死孢子体1 细胞生物学 ATG5型 磷酸化 信号转导 成骨细胞 生物化学 生物 体外 细胞凋亡
作者
Ruilong Song,Shuangjiang He,Ying Cao,Yicheng Lu,Yunwen Peng,Hui Zou,Xishuai Tong,Di Ran,Yonggang Ma,Zongping Liu
出处
期刊:Environmental Toxicology [Wiley]
卷期号:38 (8): 1980-1988 被引量:11
标识
DOI:10.1002/tox.23823
摘要

Abstract Cadmium (Cd) can damage bone cells and cause osteoporosis. Osteocytes are the most numerous bone cells and also important target cells for Cd‐induced osteotoxic damage. Autophagy plays important role in the progression of osteoporosis. However, osteocyte autophagy in Cd‐induced bone injury is not well characterized. Thus, we established a Cd‐induced bone injury model in BALB/c mice and a cellular damage model in MLO‐Y4 cells. Aqueous Cd exposure for 16 months showed an increase in plasma alkaline phosphatase (ALP) activity and increase in urine calcium (Ca) and phosphorus (P) concentrations in vivo. Moreover, expression level of autophagy‐related microtubule‐associated protein 1A/1B‐light chain 3 II (LC3II) and autophagy‐related 5 (ATG5) proteins were induced, and the expression of sequestosome‐1 (p62) was reduced, along with Cd‐induced trabecular bone damage. In addition, Cd inhibited the phosphorylation of mammalian target of rapamycin (mTOR), protein kinase B (AKT), and phosphatidylinositol 3‐kinase (PI3K). In vitro, 80 μM Cd concentrations exposure upregulated LC3II protein expression, and downregulated of p62 protein expression. Similarly, we found that treatment with 80 μM Cd resulted in a reduction in the phosphorylation levels of mTOR, AKT, and PI3K. Further experiments revealed that addition of rapamycin, an autophagy inducer, enhanced autophagy and alleviated the Cd‐induced damage to MLO‐Y4 cells. The findings of our study reveal for the first time that Cd causes damage to both bone and osteocytes, as well as induces autophagy in osteocytes and inhibits PI3K/AKT/mTOR signaling, which could be a protective mechanism against Cd‐induced bone injury.
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