| Project/Area Number |
23K09114
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 57010:Oral biological science-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
関口 珠希 北海道大学, 大学病院, 講師 (80580943)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 智香 北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (50739349)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 骨特異的血管 / ビスホスホネート / 抗RANKL中和抗体 / 血管周囲細胞 / 骨代謝 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、骨粗鬆症治療で用いられる骨吸収抑制剤（ビスホスホネート、抗RANKL中和抗体製剤）による骨の血管系に対する作用について、動物モデルを用いたin vivo画像イメージング解析を中心に解明することで、骨吸収抑制剤による骨血管連関（血管系と骨芽細胞・破骨細胞など骨の細胞群による相互作用）および骨代謝調節機構の可能性について明らかにしてゆく。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和６年度は、野生型マウスに、溶媒、または、ビスホスホネート（アレンドロネート）を１０日間皮下投与し、大腿骨などの長管骨を組織学的・微細構造学的に解析した。その結果、アレンドロネート投与マウスでは、大腿骨の骨幹端の骨梁領域から骨幹の骨髄においてCD31陽性・endomucin陽性骨特異的血管の管腔径や管腔面積が減少するとともに、血管内腔への小胞形成など血管壁の形態異常が誘導されていた。しかし、骨幹端の骨梁における破骨細胞の局在や破骨細胞数は大きく影響を受けておらず、カテプシンKなど基質分解酵素の産生も大きく変わらなかったが、ALP/POHOSPHO1陽性骨芽細胞の活性状態は低下しており、扁平な非活性型の骨芽細胞が観察された。RNA-seq解析では、骨芽細胞と血管系の相互作用に関するEphb4/efnb2, Notch4, Dll4, Hif1αなどは低下し、また、血管新生に関わるVegfa, Flt1/Kdrも低下していた。一方、マウスに抗RANK中和抗体を投与したところ、破骨細胞数が有意に減少しはじめ、その値は投与後４～５週後に最低値となった。ところが、骨芽細胞の数やALP/POHOSPHO1は低下したものの、骨特異的血管の数および管腔径・管腔面積はコントロール群とは変わらない値を示していた。このことは、抗RANK中和抗体は骨特異的血管に対して大きな影響を及ぼさない可能性が推察された。よって、ビスホスホネートは破骨細胞だけでなく血管内皮細胞抑制すること、また、血管内皮細胞から骨芽細胞に対して活性化させる機構が存在することが示唆された。これに対して、抗RANK中和抗体は破骨細胞だけに作用する薬剤であり、骨特異的血管には影響をほとんど及ぼさない可能性が推察された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和６年度は、ビスホスホネート（アレンドロネート）を投与したマウスの大腿骨や脛骨では、骨幹端の骨梁領域から骨幹の骨髄においてCD31陽性・endomucin陽性骨特異的血管の管腔径や管腔面積が減少するとともに、血管内腔への小胞形成など血管壁の形態異常が誘導されていたこと、しかし、破骨細胞数や局在は大きく影響を受けていないにもかかわらず骨芽細胞の活性状態は低下しており、扁平な非活性型の骨芽細胞が観察された。このことは、骨特異的血管から骨芽細胞への活性化作用が強く示唆された。さらに、骨芽細胞と血管系の相互作用に関するEphb4/efnb2, Notch4, Dll4, Hif1αなどが低下することを認めている。一方で、破骨細胞分化を抑制する抗RANK中和抗体を投与したところ、破骨細胞数が有意に減少しはじめ、ALP/PHOSPHO1陽性の骨芽細胞の形状や数が低下したにもかかわらず、骨特異的血管の数および血管径はコントロール群とは変わらない値を示すことが明らかとなった。従って、抗RANK中和抗体および破骨細胞は骨特異的血管に対して大きな影響を及ぼさない可能性が推察された。以上の研究成果については、当初、計画していた予定通りに進んでいることから、おおむね順調に進んでいると判断された。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者のグループの先行研究では、骨形成促進剤であるPTHやPTHrPが、単なる骨芽細胞系細胞への作用のみならず、骨特異的血管に対して数や管腔径の増加を誘導することを明らかにしてきた（特にPTH: Calcif. Tissue Int, 2020）。従って、PTH/PTHrPの骨芽細胞系細胞や骨特異的血管への作用を踏まえて、アレンドロネートや抗RANKL中和抗体製剤投与による骨特異的血管の血管内皮細胞・血管平滑筋細胞の異常・障害が、PTHやPTHrP投与により回復するのか、本研究の申請時の計画通り検索を進める。具体的には、ビスホスホネート投与で抑制された骨特異的血管の管腔径および数、さらに、骨芽細胞と骨特異的血管の相互作用に係る因子の発現低下が、ビスホスホネートからPTH/PTHrPに切り替えることで回復できるのか中心に解析する。一方で、抗RANKL中和抗体投与では、骨特異的血管に大きな組織学的相違は認められなかったことから、破骨細胞から骨特異的血管への作用は少ないと考えられる。従って、抗RANKL中和抗体からPTH/PTHrPへの切り替えではなく、抗RANKL中和抗体とPTH/PTHrPの同時投与により、破骨細胞分化と同時に破骨細胞から骨芽細胞系細胞へのカップリングを遮断した状態で、PTH/PTHrPの骨芽細胞系細胞ならび骨特異的血管への作用を検索する。後者の実験は、時間も経費も要することから、次年度の経費としている。
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