脂質代謝と概日リズムの異常が軟骨変性におよぼす影響に関する検討

• Project/Area Number: 19K18521
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 赤木 龍一郎 千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (10638315)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 変形性膝関節症 / 概日リズム / 脂質代謝 / 脂質代謝異常

Outline of Research at the Start

変形性膝関節症（膝OA）の発症と進行には肥満が危険因子となる。体重増加による軟骨への物理的負荷だけでなく、脂肪細胞から放出されるアディポカインが炎症や軟骨変性を惹起することが明らかとなりつつある。膝OA軟骨では健常軟骨と比べ概日リズムを司る遺伝子の発現が低下していることが知られ、炎症反応や軟骨の恒常性に関わる経路に影響を与える。概日リズム遺伝子は脂質代謝の制御も司ることが知られており、肥満に伴う膝OAの病態に関与している可能性がある。本研究では、概日リズム遺伝子の機能に着目して脂質代謝異常および肥満と、軟骨変性および膝OAの関連を明らかにすることを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

過去の当グループの研究から、ヒトおよびマウスの軟骨組織において、NR1D1およびBMAL1といった概日リズム制御の中心的役割を果たす遺伝子およびタンパクの発現が年齢や変形性膝関節症の進行とともに低下することを示した。概日リズム遺伝子は脂質代謝やエネルギー代謝の経路とも密接に関わることが報告されており、脂質代謝異常が軟骨における概日リズム遺伝子発現に与える影響を明らかにするとともに、軟骨変性に及ぼす影響を明らかにすることを目的に研究を行っている。
肥満によって遺伝子発現および関節内に生じるin vivoの変化を解析するため、通常の食餌摂取マウスと高脂肪食餌摂取マウスを作成した。6週齢で購入したマウスを高脂肪食餌で飼育することにより、通常の食餌飼育と比べて飼育開始一週後から有意に体重が増加し、飼育開始12週までに約1.5倍の体重となった。両群のマウスに飼育開始4、8、12週で血液検査を施行したところ、LDLコレステロールを含むコレステロール値の有意な上昇がみられ、脂質異常症を呈していることが示された。さらに両群における遺伝子発現変化を肝臓および膝関節でリアルタイムPCR法にて解析したところ、エネルギー代謝および概日リズム遺伝子の発現に異常をきたしていた。この結果を受け、現在は高脂肪食餌摂取に加えて外科的に変形性膝関節症を誘導した動物モデルを作成し、肥満と脂質異常が軟骨変性の進行に及ぼす影響について病理組織学的な検討を行うべく、動物実験を勧めている。
また、肥満度によって膝関節液あるいは膝関節内滑膜における遺伝子発現がどのように変化するかを解析する研究を計画し、本学における倫理審査委員会の承認が得られたため、今後症例のリクルートをすすめる。
来年度は、上記のそれぞれのプロジェクトを継続する予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルス感染症の感染拡大に伴い昨年度は動物実験の実施に制限がかかり、大幅な遅延を生じた。今年度はこの遅れを取り戻すべく動物実験を中心に実験を進めた。
ヒトにおけるin vivo検体の解析は患者リクルートが思うように進まず、進行していない。

Strategy for Future Research Activity

マウスにおける高脂肪食餌摂取モデルの作成および外科的変形性膝関節症誘導モデルの作成を引き続き継続し、必要なサンプル数の収集とデータ解析を継続する。
新型コロナウイルス感染症の影響で患者サンプルの収集は難航することが予想されるが、引き続き患者リクルートをすすめる。