It is unclear whether patients with asymptomatic primary hyperparathyroidism (PHPT) do better with parathyroidectomy (PTx) as compared with conservative medical management.The aim of the study was to evaluate the beneficial effect of PTx vs. conservative management in patients with mild asymptomatic PHPT.We conducted a prospective, randomized study.The study took place at a referral center.We studied 50 patients who did not meet any guidelines for parathyroid surgery as recommended by the National Institutes of Health Consensus Development Conference on Asymptomatic PHPT.Patients were randomly assigned to PTx or no PTx and were evaluated at 6 months and at 1 yr.We compared changes (percentage of basal) of lumbar spine bone mineral density (BMD) between the two groups at 1 yr.The change in BMD at lumbar spine was greater after PTx (+4.16 +/- 1.13 for PTx vs. -1.12 +/- 0.71 for no PTx; P = 0.0002). The change in BMD at the total hip was also significantly greater in the PTx group (+2.61 +/- 0.71 for PTx vs. -1.88 +/- 0.60 for no PTx; P = 0.0001). There was no difference in BMD after 1 yr between both groups at the one-third radius site. In comparison with those who did not undergo surgery, the PTx subjects, after 1 yr, showed significant differences in four quality of life measures as determined by the 36-item short form health survey scale: bodily pain (P = 0.001), general health (P = 0.008), vitality (P = 0.003), and mental health (P = 0.017).In patients with mild asymptomatic PHPT, successful PTx is followed by an improvement in BMD and quality of life. Most patients followed without surgery did not show evidence of progression.

Estrogens attenuate osteoclastogenesis and stimulate osteoclast apoptosis, but the molecular mechanism and contribution of these effects to the overall antiosteoporotic efficacy of estrogens remain controversial. We selectively deleted the estrogen receptor (ER)alpha from the monocyte/macrophage cell lineage in mice (ERalpha(LysM)(-/-)) and found a 2-fold increase in osteoclast progenitors in the marrow and the number of osteoclasts in cancellous bone, along with a decrease in cancellous bone mass. After loss of estrogens these mice failed to exhibit the expected increase in osteoclast progenitors, the number of osteoclasts in bone, and further loss of cancellous bone. However, they lost cortical bone indistinguishably from their littermate controls. Mature osteoclasts from ERalpha(LysM)(-/-) were resistant to the proapoptotic effect of 17beta-estradiol. Nonetheless, the effects of estrogens on osteoclasts were unhindered in mice bearing an ERalpha knock-in mutation that prevented binding to DNA. Moreover, a polymeric form of estrogen that is not capable of stimulating the nuclear-initiated actions of ERalpha was as effective as 17beta-estradiol in inducing osteoclast apoptosis in cells with the wild-type ERalpha. We conclude that estrogens attenuate osteoclast generation and life span via cell autonomous effects mediated by DNA-binding-independent actions of ERalpha. Elimination of these effects is sufficient for loss of bone in the cancellous compartment in which complete perforation of trabeculae by osteoclastic resorption precludes subsequent refilling of the cavities by the bone-forming osteoblasts. However, additional effects of estrogens on osteoblasts, osteocytes, and perhaps other cell types are required for their protective effects on the cortical compartment, which constitutes 80% of the skeleton.

Endogenous glucocorticoids (GCs) and inflammatory cytokines contribute to the age-associated loss of bone mass and strength, but the molecular mechanisms responsible for their deleterious effects on the aging skeleton are unclear. Based on evidence that oxidative stress is a causal mechanism of the insulin resistance produced by either one of these two agents, we tested the hypothesis that their adverse skeletal effects also result from increased oxidative stress. We report that administration of prednisolone to mice increased reactive oxygen species (ROS) and the phosphorylation of p66(shc) (an amplifier of H(2)O(2) generation in mitochondria) in bone. Dexamethasone (Dex) and TNFα had a similar effect on osteoblastic cells in vitro. The generation of ROS by Dex and TNFα required PKCβ/p66(shc) signaling and was responsible for the activation of JNK and induction of apoptosis by both agents. The activity of Forkhead box O (FoxO) transcription factors was also increased in response to ROS; however, FoxO activation opposed apoptosis induced by Dex and TNFα. In addition, both agents suppressed Akt phosphorylation as well as Wnt-induced proliferation and osteoblast differentiation. However, the inhibitory actions on Wnt signaling were independent of PKCβ/p66(shc). Instead, they were mediated by inhibition of Akt and stimulation of FoxOs. These results demonstrate that ROS-induced activation of a PKCβ/p66(shc)/JNK signaling cascade is responsible for the pro-apoptotic effects of Dex and TNFα on osteoblastic cells. Moreover, modulation of Akt and FoxOs by GCs and TNFα are cell-autonomous mechanisms of Wnt/β-catenin antagonism contributing to the adverse effects of GC excess and inflammatory cytokines on bone alike.

Besides their cell-damaging effects in the setting of oxidative stress, reactive oxygen species (ROS) play an important role in physiological intracellular signalling by triggering proliferation and survival. FoxO transcription factors counteract ROS generation by upregulating antioxidant enzymes. Here we show that intracellular H2O2 accumulation is a critical and purposeful adaptation for the differentiation and survival of osteoclasts, the bone cells responsible for the resorption of mineralized bone matrix. Using mice with conditional loss or gain of FoxO transcription factor function, or mitochondria-targeted catalase in osteoclasts, we demonstrate this is achieved, at least in part, by downregulating the H2O2-inactivating enzyme catalase. Catalase downregulation results from the repression of the transcriptional activity of FoxO1, 3 and 4 by RANKL, the indispensable signal for the generation of osteoclasts, via an Akt-mediated mechanism. Notably, mitochondria-targeted catalase prevented the loss of bone caused by loss of oestrogens, suggesting that decreasing H2O2 production in mitochondria may represent a rational pharmacotherapeutic approach to diseases with increased bone resorption. Osteoclasts are bone-resorbing cells responsible for the loss of bone mass in diseases such as osteoporosis. Here the authors show that osteoclast proliferation and survival is regulated by FoxO family transcription factors, which control levels of the signalling molecule hydrogen peroxide.

The detection of estrogen receptor-α (ERα) in osteoblasts and osteoclasts over 20 years ago suggested that direct effects of estrogens on both of these cell types are responsible for their beneficial effects on the skeleton, but the role of ERα in osteoblast lineage cells has remained elusive. In addition, estrogen activation of ERα in osteoclasts can only account for the protective effect of estrogens on the cancellous, but not the cortical, bone compartment that represents 80% of the entire skeleton. Here, we deleted ERα at different stages of differentiation in murine osteoblast lineage cells. We found that ERα in osteoblast progenitors expressing Osterix1 (Osx1) potentiates Wnt/β-catenin signaling, thereby increasing proliferation and differentiation of periosteal cells. Further, this signaling pathway was required for optimal cortical bone accrual at the periosteum in mice. Notably, this function did not require estrogens. The osteoblast progenitor ERα mediated a protective effect of estrogens against endocortical, but not cancellous, bone resorption. ERα in mature osteoblasts or osteocytes did not influence cancellous or cortical bone mass. Hence, the ERα in both osteoblast progenitors and osteoclasts functions to optimize bone mass but at distinct bone compartments and in response to different cues.

Wnt/β-catenin/TCF signaling stimulates bone formation and suppresses adipogenesis. The hallmarks of skeletal involution with age, on the other hand, are decreased bone formation and increased bone marrow adiposity. These changes are associated with increased oxidative stress and decreased growth factor production, which activate members of the FOXO family of transcription factors. FOXOs in turn attenuate Wnt/β-catenin signaling by diverting β-catenin from TCF- to FOXO-mediated transcription. We show herein that mice lacking Foxo1, -3, and -4 in bipotential progenitors of osteoblast and adipocytes (expressing Osterix1) exhibited increased osteoblast number and high bone mass that was maintained in old age as well as decreased adiposity in the aged bone marrow. The increased bone mass in the Foxo-deficient mice was accounted for by increased proliferation of osteoprogenitor cells and bone formation resulting from upregulation of Wnt/β-catenin signaling and cyclin D1 expression, but not changes in redox balance. Consistent with this mechanism, β-catenin deletion in Foxo null cells abrogated both the increased cyclin D1 expression and proliferation. The elucidation of a restraining effect of FOXOs on Wnt signaling in bipotential progenitors suggests that FOXO activation by accumulation of age-associated cellular stressors may be a seminal pathogenetic mechanism in the development of involutional osteoporosis.

Abstract Phosphatidylcholine is a ubiquitous phospholipid. It contains a phosphocholine (PC) headgroup and polyunsaturated fatty acids that, when oxidized, form reactive oxidized phospholipids (PC-OxPLs). PC-OxPLs are pathogenic in multiple diseases and neutralized by anti-PC IgM antibodies. The levels of anti-PC IgM increase as the levels of PC-OxPLs increase and, in humans, are inversely correlated with the incidence of cardiovascular diseases and steatohepatitis. PC-OxPLs also decrease bone mass in mice. Overexpression of anti-PC IgM ameliorates atherosclerosis and steatohepatitis, increases bone mass in young mice, and protects against high fat diet- and age-associated osteoporosis. We investigated the relationship between anti-PC IgM plasma levels and bone mineral density (BMD) in a cross-sectional study of 247 participants [mean age: 65.5 (± 8.6) years] without medical conditions known to influence BMD or antibody production. Anti-PC IgM levels negatively correlated with both T- and Z-scores at the lumbar spine, femur and, to a lesser extent, the forearm. These correlations were maintained after adjustment for age, race, and sex. These results raise the possibility that higher levels of anti-PC IgM in patients with lower BMD reflect exposure to higher levels of PC-OxPLs, which are known to affect bone mass, and could be a novel risk marker for osteoporosis.

Multiple myeloma (MM) is a clonal plasma cell proliferative malignancy characterized by a debilitating bone disease. Osteolytic destruction, a hallmark of MM, is driven by increased osteoclast number and exacerbated bone resorption, primarily fueled by the excessive production of RANKL, the master regulator of osteoclast formation, within the tumor niche. We previously reported that osteocytes, the most abundant cells in the bone niche, promote tumor progression and support MM bone disease by overproducing RANKL. However, the molecular mechanisms underlying RANKL dysregulation in osteocytes in the context of MM bone disease are not entirely understood. Here, we present evidence that MM-derived CCL3 induces upregulation of RANKL expression in both human and murine osteocytes. Through a combination of in vitro, ex vivo, and in vivo models and clinical data, we demonstrate that genetic or pharmacologic inhibition of CCL3 prevents RANKL upregulation in osteocytes and attenuates the bone loss induced by MM cells. Mechanistic studies revealed that MM-derived CCL3 triggers the secretion of HMGB1 by osteocytes, a process required for osteocytic RANKL upregulation by MM cells. These findings identify a previously unknown CCL3-HMGB1 signaling axis in the MM tumor niche that drives bone resorption by promoting RANKL overproduction in osteocytes.