神経系による生理的骨代謝調整系の解明および喫煙(ニコチン)が骨代謝に与える影響

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K10493
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 佐藤 和毅 慶應義塾大学, 医学部, 准教授 (60235322)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮本 健史 慶應義塾大学, 医学部, 講師 (70383768)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 骨代謝 / 喫煙 / ニコチン / 副交感神経

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ニコチンが骨に及ぼす影響の作用機序を明らかにし、体系的に解明することを目的とした。研究方法は、まず骨形成に対するニコチンの影響をマウス大腿骨骨折モデル、異所性骨化モデルを作成しsoft x-rayにて評価し検討した。次に、骨質に対するニコチンの影響を検討するため、マウス大腿骨をニコチンを添加しorgan cultureを行い、骨質劣化マーカーとされるAGEsの一つであるpentosidine量を計測した。次に、α7nAchRノックアウト(α7KO)マウスの骨形態計測(骨密度測定(DEXA法)、骨形成速度測定(calcein double labelling法)、Toluidin Blue染色、TRAP陽性細胞(破骨細胞)数の測定)を行った。
結果は、骨形成に対するニコチンの影響は両群とも仮骨形成を含む骨癒合形態、骨癒合期間において両群間に差は見られなかった。α7KOマウスでの同様であった。骨質に対するニコチンの影響の検討では、pentosidine量はニコチンを添加することで有意に増加した (p<0.05; p=0.02)。α7KOマウスの検討では、WTマウスに比べ骨密度は、有意に高く(p<0.001;p=5.6x10-6)、組織上の破骨細胞数は有意に少なかった(p<0.05; p=0.035)。骨形成速度、軟骨形成の組織学的検討では、両者に差がなかった。
ニコチンの作用によりマウス骨組織にAGEsの蓄積が有意にみられたことからニコチンが骨質を低下させるという新たな知見が得られた。骨密度の検討からα7nAchRが骨代謝に大きく関わることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初計画していた実験計画の順番を入れ替えた(平成27年度にする予定であったことを平成28年度に回し、平成28年度のものを平成27年度に行った)が、概ね予定通りに実験が進んだ。昨年末から開始している破骨細胞培養も順調である。

Strategy for Future Research Activity

H28年度以降は、マウス大腿骨骨髄から誘導して得た破骨細胞の培養を行い、ニコチン、アセチルコリン(ともに1μM)に対する破骨細胞の反応性を細胞数、Realtime PCRにより破骨細胞活性の指標となる転写因子であるCtsk、Nfatc1の発現を検討する。また、破骨細胞を制御しているOPGをWTマウスとα7KOマウスで検討するためELISA法を用いてそれぞれの血清OPGを測定する。さらにこのOPGの値の変化が、ニコチン投与、迷走神経切断、WTマウスとα7KOマウス間での骨髄移植によりどのように生じるかを検討したい。

Causes of Carryover

当初計画していた実験計画の順番を入れ替えた。すなわち、平成27年度にする予定であったことを平成28年度に回し、平成28年度のものを平成27年度に行った。この結果、高価な試薬を使う実験が平成28年度に回ることになった。研究全体としては順調である。

Expenditure Plan for Carryover Budget

マウス大腿骨骨髄から誘導して得た破骨細胞の培養を行い、ニコチン、アセチルコリンに対する破骨細胞の反応性を細胞数、Realtime PCRにより破骨細胞活性の指標となる転写因子であるCtsk、Nfatc1の発現を検討する。また、破骨細胞を制御しているOPGをWTマウスとα7KOマウスで検討するためELISA法を用いてそれぞれの血清OPGを測定する。WTマウスとα7KOマウス間での骨髄移植も予定している。