メカノレセプターTRPV4による椎間板変性に対する治療アプローチ

• Project/Area Number: 22K16743
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 武岡 由樹 神戸大学, 医学研究科, 特命助教 (30943592)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: TRPV4 / 椎間板髄核細胞 / ラット尾椎椎間板 / オートファジー / 細胞外基質代謝 / 椎間板変性 / 細胞外基質

Outline of Research at the Start

腰痛の主たる原因となる脊椎椎間板変性は、現在でも有効な治療法が確立していない。椎間板内部は高静水圧環境にあり、日常の体動や姿勢の変化により静水圧も変化することが知られている。TRPV4は浸透圧センサーとして同定されたチャネル型レセプター（主にCa2+）で、椎間板では細胞外基質や炎症系サイトカインとの関与が報告されているが、その働きは十分解明されていない。今回、TRPV4の活性化が椎間板内恒常性維持に寄与していると仮説を立て、TRPV4の椎間板内での役割を明らかにし、治療ターゲットとしての将来的な臨床応用に向けて、細胞実験と動物実験を計画した。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、ラット椎間板においてTransient receptor potential vanilloid-4 (TRPV4)の抑制および活性化が恒常性維持、すなわちオートファジーと細胞外基質代謝に与える影響を明らかにすることである。2023年度はラット尾椎椎間板髄核細胞を用いた細胞実験に加え、ラット尾椎椎間板静的圧迫変性モデルを用いた動物実験を行った。
細胞実験では、TRPV4 siRNAを用いた機能欠失実験で、炎症刺激(IL-1β添加）下でオートファジーの有意な抑制と、細胞外基質同化因子の有意な減少、異化関連因子の有意な増加を認めた。またTUNEL染色で細胞生存率の有意な低下を認めた。
TRPV4アゴニストを用いた機能獲得実験で、炎症刺激下でオートファジーマーカーの有意な増加を認め、細胞外基質同化因子の有意な増加と、異化関連因子の有意な低下を認めた。さらに、アポトーシスの抑制も示された。
動物実験ではラット尾椎椎間板静的圧迫モデルにTRPV4 siRNAを導入し、8週間観察した。圧迫を加えない群においてはTRPV4 siRNA導入は有意な変化を認めなかったが、圧迫群ではTRPV4 siRNA導入により椎間板変性のさらなる進行をX線学的（椎間板高の低下）、組織学的（サフラニンO染色による変性度スコアリングの上昇）に認めた。一方、TRPV4アゴニストを同モデルに導入し、8週間観察したところ、同様に圧迫を加えない群では有意な変化を認めなったが、圧迫群においてアゴニスト投与により椎間板変性の進行が抑止されていることをX線学的に認めた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定では、1年目に細胞実験、2年目に細胞実験の仕上げに加えて動物実験を中心に行う予定であった。現在動物実験は機能欠失実験が大部分完了しており、機能獲得実験の後半部分と、採取したサンプルの生化学的、組織学/免疫学的評価を継続していく予定である。計画は順調に進行していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

動物実験のサンプル数を追加し、組織学的評価（サフラニンO染色）、蛍光免疫染色で細胞外基質やオートファジー、細胞死の評価を行う。動物モデルは最長56日飼育するため、全ての必要なデータを揃えるために効率よく計画的に実験を進める。

Research Products

• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) knockdown decreases extracellular matrix synthesis via autophagy suppression in rat intervertebral disc (2024)
  • Author(s): Tomoya Matsuo, Yoshiki Takeoka, Takashi Yurube, Takeru Tsujimoto, Yutaro Kanda, Kunihiko Miyazaki, Hiroki Ohnishi, Masao Ryu, Naotoshi Kumagai, Kohei Kuroshima, Yoshiaki Hiranaka, Ryosuke Kuroda, Kenichiro Kakutani
  • Organizer: The 70th Annual Meeting, Orthopaedic Research Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) activation by agonist promotes autophagy and extracellular matrix synthesis through AMPK pathway in rat intervertebral disc (2024)
  • Author(s): Kohei Kuroshima, Yoshiki Takeoka, Takashi Yurube, Takeru Tsujimoto, Yutaro Kanda, Kunihiko Miyazaki, Hiroki Ohnishi, Tomoya Matsuo, Masao Ryu, Naotoshi Kumagai, Yoshiaki Hiranaka, Ryosuke Kuroda, Kenichiro Kakutani
  • Organizer: The 70th Annual Meeting, Orthopaedic Research Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ラット椎間板においてTransient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4)がオートファジーと細胞外マトリクス合成へ与える影響 (2023)
  • Author(s): 松尾智哉，武岡由樹，張鍾穎，由留部崇，宮崎邦彦，大西洋輝，劉正夫，熊谷直利，黒島康平，平中良明，黒田良祐，角谷賢一朗
  • Organizer: 第52回日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [Presentation] eceptor Potential Vanilloid 4 （TRPV4）活性化によるラット椎間板髄核細胞のオートファジーと細胞外基質合成の促進 (2023)
  • Author(s): 黒島康平，武岡由樹，張鍾穎，由留部崇，宮﨑邦彦，大西洋輝，劉正夫，松尾智哉，熊谷直利，平中良明，黒田良祐，角谷賢一朗
  • Organizer: 第52回日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) knockdown decreases extracellular matrix synthesis via autophagy suppression in rat intervertebral disc (2023)
  • Author(s): Tomoya Matsuo, Yoshiki Takeoka, Zhongying Zhang, Takashi Yurube, Yuji Kakiuchi, Yutaro Kanda, Ryu Tsujimoto, Kunihiko Miyazaki, Hiroki Ohnishi, Masao Ryu, Naotoshi Kumagai, Yoshiaki Hiranaka, Kohei Kuroshima, Ryosuke Kuroda, Kenichiro Kakutani
  • Organizer: SpineWeek 2023 (the International Society for the Study of the Lumbar Spine)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) activation promotes autophagy and increases extracellular matrix synthesis through AMPK pathway in rat intervertebral disc cells (2023)
  • Author(s): Kohei Kuroshima, YoshikiTakeoka, Zhongying Zhang, Takashi Yurube, Kunihiko Miyazaki, Hiroki Ohnishi, Masao Ryu, Tomoya Matsuo, Naotoshi Kumagai, Yoshiaki Hiranaka, Ryosuke Kuroda, Kenichiro Kakutani
  • Organizer: SpineWeek 2023 (the International Society for the Study of the Lumbar Spine)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ラット椎間板におけるTransient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4)阻害はオートファジーと細胞外基質合成を抑制する (2023)
  • Author(s): 松尾智哉, 武岡由樹, 由留部崇, 宮崎邦彦, 大西洋輝 ,劉正夫, 熊谷直利, 黒島康平, 平中良明, 黒田良祐, 角谷賢一朗
  • Organizer: 第38回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4)活性化によるラット椎間板髄核細胞のオートファジーと細胞外基質合成の促進 (2023)
  • Author(s): 黒島康平: 武岡由樹: 由留部崇: 宮﨑邦彦: 大西洋輝: 松尾智哉: 劉正夫: 熊谷直利: 平中良明: 黒田良祐 :角谷賢一朗
  • Organizer: 第38回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] ラット椎間板においてメカノレセプターTRPV4が恒常性維持と細胞外基質代謝に果たす役割 (2023)
  • Author(s): 武岡由樹，松尾智哉，由留部崇，辻本武尊，神田裕太郎，宮崎邦彦，大西洋輝，劉正夫，熊谷直利，黒島康平，平中良明，黒田良祐，角谷賢一朗
  • Organizer: 第31回日本腰痛学会
• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) knockdown decreases extracellular matrix synthesis via autophagy suppression in rat intervertebral disc (2023)
  • Author(s): Tomoya Matsuo, Yoshiki Takeoka, Zhongying Zhang, Takashi Yurube, Kunihiko Miyazaki, Hiroki Ohnishi, Masao Ryu, Naotoshi Kumagai, Kohei Kuroshima, Yoshiaki Hiranaka, Ryosuke Kuroda, Kenichiro Kakutani
  • Organizer: 69th Annual Meeting, Orthopaedic Research Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ラット椎間板においてTransient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4)がオートファジーと細胞外マトリクス合成へ与える影響 (2023)
  • Author(s): 松尾智哉, 武岡由樹, 張鍾穎, 由留部崇, 宮崎邦彦, 大西洋輝, 劉正夫, 熊谷直利, 黒島康平, 平中良明, 黒田良祐, 角谷賢一朗
  • Organizer: 第52回日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 （TRPV4）活性化によるラット椎間板髄核細胞のオートファジーと細胞外基質合成の促進 (2023)
  • Author(s): 黒島康平，武岡由樹，張鍾穎，由留部崇，宮﨑邦彦，大西洋輝，劉正夫，松尾智哉，熊谷直利，平中良明，黒田良祐，角谷賢一朗
  • Organizer: 第52回日本脊椎脊髄病学会学術集会
• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) knockdown decreases extracellular matrix synthesis via autophagy suppression in rat intervertebral disc (2023)
  • Author(s): Tomoya Matsuo, Yoshiki Takeoka, Zhongying Zhang, Takashi Yurube, Yuji Kakiuchi, Yutaro Kanda, Ryu Tsujimoto, Kunihiko Miyazaki, Hiroki Ohnishi, Masao Ryu, Naotoshi Kumagai, Yoshiaki Hiranaka, Kohei Kuroshima, Ryosuke Kuroda, Kenichiro Kakutani
  • Organizer: SpineWeek 2023 (the International Society for the Study of the Lumbar Spine)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 (TRPV4) activation promotes autophagy and increases extracellular matrix synthesis through AMPK pathway in rat intervertebral disc cells (2023)
  • Author(s): Kohei Kuroshima, YoshikiTakeoka, Zhongying Zhang, Takashi Yurube, Kunihiko Miyazaki, Hiroki Ohnishi, Masao Ryu, Tomoya Matsuo, Naotoshi Kumagai, Yoshiaki Hiranaka, Ryosuke Kuroda, Kenichiro Kakutani
  • Organizer: SpineWeek 2023 (the International Society for the Study of the Lumbar Spine)
  • Int'l Joint Research