Inhibitory effects of green tea polyphenol (-)-epigallocatechin gallate (EGCG) on the expression of matrix metalloproteinase-9 and on the formation of osteoclasts

Abstract

[한글]

치조골 흡수는 치주질환의 특징적인 양상이며, 골의 무기질과 유기질의 제거가 일어난다. 이러한 과정에는 파골세포와 matrix metalloproteinase (MMP)가 관여한다. 그람 음성 세균인 Porphyromonas gingivalis는 여러 MMP의 활성과 발현을 자극하는 것으로 보고 되었다. 한편, (-)-epigallocatechin gallate (EGCG)는 녹차의 주된 성분으로서 여러 MMP의 활성과 발현에 억제 효과를 지니고 있는 것으로 보고 되었다.

본 연구에서는 P.gingivalis에 의해 자극된 조골세포의 MMP-2, -9, -13 유전자 발현에 미치는 EGCG의 영향이 조사되었다. 또한, EGCG가 파골세포 분화에 미치는 영향도 조사되었다. EGCG가 MMP 유전자 발현에 미치는 영향은 마우스 두개골 일차 조골세포를 P.gingivalis 세균 분쇄액 (SPEs)과 EGCG (20 μM)로 처리함으로써 조사되었다. MMP-2, -9, -13의 mRNA 양은 reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR)에 의해서 규명되었으며, 파골세포 형성에 미치는 EGCG의 효과는 마우스 골수 세포와 두개골 일차 조골 세포를 이용한 co-culture system에서 tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) 염색에 의해 확인되었다.

SPEs의 처리는 MMP-9 mRNA의 발현을 상당히 증가시켰으며 (P<0.05), 이러한 효과는 EGCG에 의해서 유의성 있게 억제되었다 (P<0.05). 반면에 MMP-2와 MMP-9 mRNA의 발현은 SPEs와 EGCG에 의해서 영향받지 않았다. 또한, EGCG는 co-culture system에서의 파골세포 형성을 20 μM의 농도에서 대조군과 비교하여 크게 억제 하였다 (P<0.05).

이상의 결과에서 볼 때, EGCG가 조골세포에서의 MMP-9 유전자 발현과 파골세포 형성을 억제하므로 치주질환에서 치조골 흡수를 억제할 수 있을 것으로 사료되며, 이러한 EGCG의 억제 작용은 치주염 같은 골 질환의 치료를 위한 치료제 개발에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

[영문]Alveolar bone resorption is a characteristic feature of periodontal diseases and involves the removal of both the mineral and organic constituents of the bone matrix, which is caused by either multinucleated osteoclast cells or matrix metalloproteinases (MMPs). The gram-negative bacterium, Porphyromonas gingivalis has been reported to stimulate the activity and expression of several groups of MMPs, whereas (-)-epigallocatechin gallate (EGCG), the main constituent of green tea polyphenols, has been reported to have inhibitory effects on the activity and expression of MMPs.

In the present study, we investigated the effects of the green tea polyphenol, EGCG, on the gene expression of osteoblast-derived MMP-2, -9, and -13, stimulated by P.gingivalis, and on the formation of osteoclasts. The effect of EGCG on the gene expression of MMPs was examined by treating mouse calvarial primary osteoblastic (POB) cells with EGCG (20 μM) in the presence of sonicated P.gingivalis extracts (SPEs). The transcription levels of MMP-2, -9, and -13 were assessed by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR). The effect of EGCG on osteoclast formation was confirmed by tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) staining in a co-culture system of mouse bone marrow cells and calvarial POB cells.

Treatment with the SPEs stimulated the expression of MMP-9 mRNA and this effect was significantly reduced by EGCG, whereas the transcription levels of MMP-2 and MMP-13 were not affected by either the SPEs or EGCG. In addition, EGCG significantly inhibited osteoclast formation in the co-culture system at a concentration of 20 μM.

These findings suggest that EGCG may prevent the alveolar bone resorption which occurs in periodontal diseases by inhibiting the expression of MMP-9 in osteoblasts and the formation of osteoclasts.