Get access
Journal of Clinical Periodontology

Adverse effects of arecoline and nicotine on human periodontal ligament fibroblasts in vitro

Authors


Address:
Yu-Chao Chang
Department of Periodontology
School of Dentistry
Chung Shan Medical and Dental College
23 Section 1, Taichung-Kang Rd
Taichung, Taiwan, ROC
Fax: 886 4 220 24349
e-mail: CYC@mercury.csmc.edu.tw

Abstract

Background, aims: The habit of betel nut chewing impinges on the daily lives of approximately 200 million people. Betel quid chewers have a higher prevalence of periodontal diseases than non-chewers. This study examined the pathobiological effects of arecoline, a major component of the betel nut alkaloids, on human periodontal ligament fibroblasts (PDLF) in vitro.

Method: Cell viability, proliferation, protein synthesis, and cellular thiol levels were used to investigate the effects of human PDLF exposed to arecoline levels of 0 to 200 μg/ml. In addition, nicotine was added to test how it modulated the effects of arecoline.

Results: Arecoline significantly inhibited cell proliferation in a dose-dependent manner. At concentrations of 10 and 30 μg/ml, arecoline suppressed the growth of PDLF by 20% and 50% (p<0.05), respectively. Arecoline also decreased protein synthesis in a dose-dependent manner during a 24-h culture period. A 100 μg/ml concentration level of arecoline significantly inhibited protein synthesis to only 50% of that in the untreated control (p<0.05). Moreover, arecoline significantly depleted intracellular thiols in a dose-dependent manner. At concentrations of 25 μg/ml and 100 μg/ml, arecoline depleted about 18% and 56% of thiols (p<0.05), respectively. This suggests that arecoline itself might augment the destruction of periodontium associated with betel nut use. Furthermore, the addition of nicotine acted with a synergistic effect on the arecoline-induced cytotoxicity. At a concentration of 60 μg/ml, arecoline suppressed the growth of PDLF by about 33%, and 5 mM nicotine enhanced the arecoline-induced cytotoxic response to cause about 66% cell death.

Conclusion: During thiol depletion, arecoline may render human PDLF more vulnerable to reactive agents within cigarettes. Taken together, people who combine habits of betel nut chewing with cigarette smoking could be more susceptible to periodontium damage than betel nut chewing alone.

Zusammenfassung

Zielsetzung: Das Kauen von Betelnüssen gehört zum Alltag von ungefähr 200 Millionen Menschen. Betelnußkauer weisen eine höhere Prävalenz von Parodontalerkrankungen auf als Personen, die keine Betelnüsse konsumieren. In dieser Studie sollte der pathobiologische Effekt des Arekolins, das die Hauptkomponente des Betelnußalkaloides darstellt, auf menschliche Desmodontalfibroblasten (PDLF) in vitro untersuchen.

Material und Methoden: Zellvitalität, Proliferationsrate, Proteinsynthese und zelluläre Thiolspiegel wurden genutzt, um zu untersuchen, welche Auswirkungen eine Exposition der PDLF gegenüber Arekolinspiegeln von 0 bis 200 μg/ml hat. Zusätzlich wurde Nikotin beigefügt, um festzustellen wie das Nikotin den Effekt des Arekolins beeinflußt.

Ergebnisse: Arekolin hemmt die Zellproliferation signifikant in dosisabhängiger Weise. Bei Konzentrationen von 10 und 30 μg/ml unterdrückt Arekolin das Wachstum der PDLF um 20% bzw. 50% (p<0.05). Arekolin unterdrückt ebenfalls dosisabhängig die Proteinsynthese während der 24-stündigen Kultivierungsperiode. Ein Arekolinspiegel von 100 μg/ml reduzierte die Proteinsynthese auf 50% im Vergleich zur unbehandelten Kontrollkultur (p<0.05). Auch die intrazellulären Thiolspiegel wurden dosisabhängig reduziert. Bei Konzentrationen von 25 und 100 μg/ml wurden die Thiolspiegel um 18% bzw. 56% reduziert (p<0.05). Bei einer Konzentration von 60 μg/ml unterdrückte das Arekolin das PDLF-Wachstum um 33%. Die Zugabe von 5 mM Nikotin verstärkte die durch Arekolin induzierte zytotoxische Wirkung, so daß es zum Zelltot von 66% kam.

Schlußfolgerungen: Es scheint, daß Arekolin selbst zu der Schädigung des Parodonts beiträgt, die der Betelnuß zugeschreiben wird. Außerdem deuten die Ergebnisse darauf hin, daß Personen, die Betelnußkauen mit Nikotinkonsum kombinieren, empfindlicher für Schädigungen des Parodonts sind als solche, die nur Betelnüsse kauen. Während der Inaktivierung des Thiols könnte das Arekolin PDLF verletzlicher für andere reaktive Substanzen wie Nikotin machen.

Résumé

L’habitude de mastiquer de la noix de betel affecte la vie quotidienne de près de 200 millions de personnes. Les mâcheurs de betel présentent une prévalence plus élevée de maladies parodontales. Cette étude examine les effets pathologiques de l’arécoline, un composant majeur des alcaloïdes de la noix de betel, sur des fibroblastes du ligament parodontal humain (PDLF) in vitro. La viabilité cellulaire, la prolifération, la synthèse protéique, et les niveaux cellulaires de thiol ont été utilisés pour observer les effets de l’exposition de PDLF humains à des taux d’arécoline de 0 à 200 μg/ml. De plus, de la nicotine fut ajouté pour tester la façon dont cela modulait les effets de l’arécoline. L’arécoline inhibait significativement la prolifération cellulaire de façon dose dépendante. A des concentrations de 10 à 30 μg/ml, l’arécoline supprime la croissance des fibroblastes par 20 et 50% (p<0.05), respectivement. L’arécoline dimunuait également la synthèse des protéines de façon dose dépendante pendant une période de culture de 24 h. Une concentration de 100 μg/ml d’arécoline inhibit la synthèse protéique à seulement 50% de celle du groupe controle non traité (p<0.05). De plus, l’arécoline réduit les thiols intracellulaires de façon dose dépendante. A des concentrations de 25 μg/ml et 100 μg/ml, l’arécoline réduit environ 18 à 56% des thiols, respectivement (p<0.05). Cela suggère que l’arécoline, elle même, peut augmenter la destruction du parodonte en association avec l’utilisation de noix de betel. De plus, l’addition de nicotine entrainait un effet synergique sur la cytotoxicité induite par l’arécoline. A une concentration de 60 μg/ml, l’arécoline supprimait la croissance des PDLF d’environ 33% et 5 mM de nicotine augmentait cette réponse cytotoxique induite par l’arécoline, jusqu’à entrainer 66% de morts cellulaires. Lors de la réduction des thiols, l’arécoline pourrait rendre les PDLF humains plus vulnérables à des agents réactifs entrant dans la composition des cigarettes. Pris ensemble, les gens qui combinent des habitudes de mastication de noix de betel et de tabagisme, pourrait être plus susceptibles à des dommages parodontaux, que les gens qui utiliserait uniquement la noix de betel, mais sans fumer.

Get access to the full text of this article

Ancillary