A high-sucrose diet enhances high-fat diet-induced osteoarthritis pathogenesis

Abstract

Objective: Osteoarthritis (OA) is marked by chronic low-level systemic inflammation and cartilage destruction. High dietary fat intake which causes obesity is reported to increase the risk of knee OA-development. However, the impact of high dietary sugar intake on the pathogenesis of OA have not been elucidated yet. Therefore, we investigated the effects of a high-fat and high-sucrose (HF+HS) diet in an experimental OA mouse model. Design and methods: Eight-week-old male C57BL/6J mice were fed a standard chow diet (n = 6), high-fat (HF) diet (n = 5), or a HF+HS diet (n = 7) for 12 weeks, at which point they underwent surgical destabilization of the medial meniscus (DMM), and received the same experimental diets for an additional 8 weeks. The pathogenesis of knee OA, obesogenic parameters and inflammatory cytokines in the liver and adipose tissue were investigated in the experimental mice. Results: HF+HS induced severe cartilage erosion with osteophyte development and subchondral bone plate thickening, which indicated HF+HS diet exacerbated OA. Despite of marginal differences in metabolic parameters, hepatic free cholesterol accumulation was increased in DMM-induced HF+HS diet-fed mice than in HF diet-fed mice. More strikingly, the inflammatory cytokines and fibrosis marker were increased in the livers of DMM-induced HF+HS diet-fed mice than control group. However, adipose tissue remodeling did not alter by HF+HS. Conclusions: These findings indicated that excessive inclusion of the sucrose in HF diet triggered hepatic inflammation/fibrosis in non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD), which contributes to the pathogenesis of OA in DMM-induced experimental OA mice.

퇴행성 관절염 (Osteoarthirits, OA)은 만성적으로 낮은 수준의 염증과 파괴된 연골을 특징으로 갖는다. 높은 지방의 섭취는 비만을 유발하고 무릎의 퇴행성 관절염 발생 위험도를 높인다. 그러나 높은 당분의 섭취이 퇴행성 관절염의 병리생성에 미치는 영향은 명확하게 설명되지 않았다. 따라서 실험적으로 유도한 퇴행성 관절염 모델에 고지방 식단 및 고지방+고당 식단을 제공하여 그에 대한 영향을 조사하였다. 8주령 수컷 C57BL/6 생쥐에게 일반 사료 (Chow)와 고지방 사료 (HF), 고지방+고당 사료 (HF+HS)를 12주동안 급여하였다. 이후 내측반월판절재술 (DMM)을 실시하여 각 개체에 실험적 퇴행성 관절염을 유도하였고, 8주동안의 실험적 식이요법을 추가로 실시하였다. 식이 실험 종료 후 각 개체의 간에서의 염증성 사이토카인 수준 및 지질 대사의 분석을 통해 무릎의 퇴행성 관절염의 병리생성에 대해 조사하였다. 그 결과, 반월판 절제술을 받은 고지방+고당 식이 그룹에서 고지방 식이 그룹보다 간의 지질 축척이 증가하여 지방간 형성을 증가시켰다. 간에서 또한 염증성 사이토카인과 섬유 형성 표시 유전자의 발현 수준이 반월판 절제술을 받은 고지방 식이 그룹보다 반월판 절제술을 받은 고지방+고당 식이 그룹에서 증가하였다. 이와 같은 결과로, 고지방 식단의 추가적인 고당 섭취는 간에서 염증, 지질 추적 및 섬유화를 증가시켜 반월판 절제술을 통해 유도된 실험적 퇴행성 관절염 모델 생쥐의 퇴행성 관절염 병리발생을 촉진시킴을 알 수 있다. 이런 간 조직의 생화학적 변화는 퇴행성 관절염의 지표로서 작용할 수 있다.