2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of the effect of subchondral fragility on cartilage degeneration, and the preventive effect of parathyroid hormone on cartilage degeneration.
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18H02927
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松田 秀一 京都大学, 医学研究科, 教授 (40294938)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 宣 京都大学, 医学研究科, 准教授 (70397537)
西谷 江平 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (70782407)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 変形性膝関節症 / 骨粗鬆症 / 関節軟骨 / 軟骨下骨 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
変形性関節症は、加齢に伴い関節軟骨が変性し疼痛を伴う疾患である。現在まで関節軟骨の変性のメカニズムについての研究は多くなされてきたが、近年の臨床研究の結果から、関節周囲の骨の脆弱性および微小骨折の発生が関節症進行に寄与する可能性が指摘されはじめている。これまでにラットの脛骨近位端内側の軟骨下骨部分に骨孔を開けた脛骨軟骨下骨微小骨折モデルを用いて、1）Sham群、2）軟骨下骨微小骨折群、3）既存変形性関節症モデル（内側側副靭帯切除＋内側半月板切離モデル）、4）既存変形性関節症モデル＋軟骨下骨微小骨折追加群の4群を作成し、４）群は３）群より変形性関節症変化が著しいことがわかっている。新たに軟骨下骨の微小骨折が軟骨の変性に影響を及ぼす遺伝子学的変化の解析を中心に行った。上述の1)と2)を作成し、術後2週時に膝関節を採取した。組織染色では、明らかな関節軟骨変性は認めなかった。脛骨内側関節軟骨、脛骨内側軟骨下骨よりRNAを抽出し、real-time PCRを行った結果、2）では1）と比較して、関節軟骨におけるgremlin-1、TNFα、IL-1β、IL-6、mmp1、mmp13の遺伝子発現の上昇を認め、軟骨下骨では上記遺伝子の発現が減少していた。これらより軟骨下骨の脆弱性が関節軟骨に影響を及ぼしており、遺伝子発現においても関節軟骨と軟骨下骨のクロストークが示唆された。軟骨下骨脆弱性がもたらす、関節軟骨と軟骨下骨遺伝子発現を網羅的に解析するために、1),2),3),4)の4群における術後2週、術後4週の関節軟骨からRNAを抽出し、マイクロアレイ（GeneChip Gene 1.0/2.0 ST Array）で網羅的遺伝子解析を行った。その結果、軟骨下骨微小骨折群においては、VEGF、NGF、integrinα10などの遺伝子発現上昇を認めた。
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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
軟骨下骨微小骨折モデルを用いて、リアルタイムPCRで遺伝子発現を調査し、軟骨下骨の異常が軟骨変性に関連する様々な遺伝子の亢進をもたらすことがわかった。また網羅的遺伝子解析であるマイクロアレイアッセイも終了し、軟骨下骨の損傷により関節軟骨において、血管新生、細胞接着など様々な遺伝子発現の変化が見られることが確認できた。これらはこれまでに報告されていな新たな知見である。
実臨床では骨粗鬆症を伴う高齢の女性が、軟骨下骨脆弱性による変形性膝関節症の介入対象となるが、本研究においては全身の骨密度の低下を伴う高齢の骨粗鬆症マウスでの解析は行われていない。今後の課題であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
軟骨下骨微小骨折存在下において、遺伝子発現に大きな変化がみられ、免疫染色で境界領域において特に変化がみられるものが、今後の介入のターゲットになるのではないかと考える。得られた結果を元にして、候補となる遺伝子およびタンパク質の変化が関節軟骨の変性に与える影響を調査するために、候補遺伝子のconditionalなノックダウンマウスやsiRNAなどの局所投与によって、軟骨下骨微小骨折後の関節軟骨変性がどの程度抑えられるかを明らかにする。さらに、全身性の骨粗鬆症かつ軟骨下骨微小骨折を加えた状態で、骨形成促進薬や、その他の候補薬剤を全身性および局所的に投与し、変形性関節症の頻度、程度が減少・軽減するかどうかを明らかにし、得られた結果を取りまとめて学会、論文発表を行う。
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