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저자정보
Zhang Weifeng (Huazhong University of Science and Technology) Li Gaocai (Huazhong University of Science and Technology) Luo Rongjin (Huazhong University of Science and Technology) Lei Jie (Huazhong University of Science and Technology) Song Yu (Huazhong University of Science and Technology) Wang Bingjin (Huazhong University of Science and Technology) Ma Liang (Huazhong University of Science and Technology) Liao Zhiwei (Huazhong University of Science and Technology) Ke Wencan (Huazhong University of Science and Technology) Liu Hui (Huazhong University of Science and Technology) Hua Wenbin (Huazhong University of Science and Technology) Zhao Kangcheng (Huazhong University of Science and Technology) Feng Xiaobo (Huazhong University of Science and Technology) Wu Xinghuo (Huazhong University of Science and Technology) Zhang Yukun (Huazhong University of Science and Technology) Wang Kun (Huazhong University of Science and Technology) Yang Cao (Huazhong University of Science and Technology)
저널정보
대한생화학·분자생물학회 Experimental and Molecular Medicine Experimental and Molecular Medicine 제54권
발행연도
2022.2
수록면
1 - 14 (14page)
DOI
10.1038/s12276-022-00729-9

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Low back pain (LBP) is a major musculoskeletal disorder and the socioeconomic problem with a high prevalence that mainly involves intervertebral disc (IVD) degeneration, characterized by progressive nucleus pulposus (NP) cell death and the development of an inflammatory microenvironment in NP tissue. Excessively accumulated cytosolic DNA acts as a damage-associated molecular pattern (DAMP) that is monitored by the cGAS-STING axis to trigger the immune response in many degenerative diseases. NLRP3 inflammasome-dependent pyroptosis is a type of inflammatory programmed death that promotes a chronic inflammatory response and tissue degeneration. However, the relationship between the cGAS-STING axis and NLRP3 inflammasome-induced pyroptosis in the pathogenesis of IVD degeneration remains unclear. Here, we used magnetic resonance imaging (MRI) and histopathology to demonstrate that cGAS, STING, and NLRP3 are associated with the degree of IVD degeneration. Oxidative stress induced cGAS-STING axis activation and NLRP3 inflammasome-mediated pyroptosis in a STING-dependent manner in human NP cells. Interestingly, the canonical morphological and functional characteristics of mitochondrial permeability transition pore (mPTP) opening with the cytosolic escape of mitochondrial DNA (mtDNA) were observed in human NP cells under oxidative stress. Furthermore, the administration of a specific pharmacological inhibitor of mPTP and self-mtDNA cytosolic leakage effectively reduced NLRP3 inflammasome-mediated pyroptotic NP cell death and microenvironmental inflammation in vitro and degenerative progression in a rat disc needle puncture model. Collectively, these data highlight the critical roles of the cGAS-STING-NLRP3 axis and pyroptosis in the progression of IVD degeneration and provide promising therapeutic approaches for discogenic LBP.

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