2019 Fiscal Year Research-status Report
変性軟骨から遊離する因子の網羅的解析による変形性関節症の滑膜病変の解明
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18K09049
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| Research Institution | Clinical Research Center for Allergy and Rheumatology, National Hospital Organization, Sagamihara National Hospital |
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Principal Investigator |
大橋 暁 独立行政法人国立病院機構(相模原病院臨床研究センター), 外科系臨床研究室, 医長 (20466767)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福井 尚志 独立行政法人国立病院機構(相模原病院臨床研究センター), 政策医療企画部, 特別研究員 (10251258)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 変形性関節症 / 痛み / 膝関節 / 滑膜病変 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来軟骨の変性疾患とされてきた変形性関節症（OA）であるが、多くの疫学研究の結果 から、滑膜病変がOAにおいても疾患の進行および痛みを中心とした症状の両方に深く関与していることが明らかになってきた。最近ではさらに早期OAが進行期OAへと進行する場合にも滑膜病変が重要な役割を果たす可能性が複数の疫学研究によって示されている。これらの知見からは滑膜病変を改善することによってOAの症状が改善するばかりか進行も抑止できる可能性が考えられる。しかしOAにおいて滑膜に病変が生じる機序は未だに明らかになっておらず、滑膜病変を改善する効果的な手法は見つかっていない。
OAにおいては滑膜病変が軟骨の変性と密接に関連して生じることは明らかである。例えば人工関節によって関節軟骨変性部を切除すれば滑膜病変も消退する。単顆置換によって軟骨変性部のみを除去した場合でも同様であり、したがって滑膜病変の成立には変性軟骨から遊離する何らかの因子が関与することは確実に思われる。実際、今までにOA関節では変性軟骨から断片化したファイブロネクチンやII型コラーゲンの変性産物が遊離して軟骨変性や滑膜病変を誘導するという仮説も提唱されているが、これらの仮説の真偽は不明であり、具体的にどのような因子が軟骨から遊離して滑膜病変を誘導するのかは今なお明らかになっていない。このような背景から、本研究では剖検例から採取した対照軟骨と末期OA関節から得たOA軟骨について、軟骨組織から遊離する因子を網羅的に解析し、変性軟骨に由来して滑膜病変を引き起こす因子を見出すことを目的として研究を展開する。
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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
研究初年度の2018年度には、対照軟骨と末期のOA膝関節から採取したOA軟骨について、日常生活において加わるのと同程度の１MPaの荷重を繰り返し加えることで荷重抽出液を用意し、これについてiTRACによる標識化とLC-MS/MSによる質量分析を組み合わせた網羅的・定量的解析を外部業者に委託して行った。この解析の結果が本年度（2019年度）の初めに得られたが、この結果、OA軟骨からは対照軟骨に比してCOMP、Fibronectin、Lumican、Fibromodulin、Biglycan、I型コラーゲンなどが有意に多量に遊離していることが確認された。このうちFibronectin や I型コラーゲンは正常軟骨にはごくわずかしか存在しないがOA軟骨において発現が誘導されることが知られている分子であり、これらが検出されたことは本解析の妥当性を示すと考えられた。一方、この解析では研究代表者らの研究室で以前に変性軟骨より明らかに多量に遊離することが確認されたVEGF-AやFGF-2は検出されず、iTRACと質量分析による解析はマトリクスの構成要素のように比較的多量に存在するタンパクを見出すうえでは有用であるが、サイトカインや成長因子のように強い生理活性をもつものの少量しか存在しないタンパクは検出しにくいという解析の限界も明らかになった。この結果に基づき、本年度の後半には主にLuminexを用いてOAの滑膜病変に関与する可能性があると考えられる種々の因子について個別に荷重抽出液の解析を行った。この結果、現在までにVEGF-A、FGF-2に加えてMIF（macrophage migration inhibitory factor）、angiogenin-1、tPA、PAI-1が対照軟骨に比して変性軟骨から有意に多量に遊離することが明らかになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初、本年度（2019年度）には上述のiTRAQを用いた解析の結果をもとに、変性軟骨から遊離して滑膜病変を引き起こす可能性のある因子の絞り込みを行う予定であったが、上述のようにこの解析に限界があることが明らかになったため、研究の方向を変更し、種々の因子の濃度を個別に計測することにより変性軟骨から遊離する因子を見出すこととした。研究代表者らは以前OA滑膜と対照滑膜についてcDNAマイクロアレイによる遺伝子発現の網羅的解析を行っており、そのデータの解析結果からOA滑膜において血管新生が亢進している可能性を見出している。その知見に基づいて荷重抽出液について血管新生に関連する因子の計測を行った結果、既に知見を得ているVEGF-A、FGF-2に加えてMIFやangiogenin-1という血管新生誘導能を持つ因子も変性軟骨から有意に多量に遊離することが明らかになった。研究最終年の2020年度にはOA軟骨からの荷重抽出液が実際に血管新生能を示しうるかを培養細胞を用いた実験により検討する予定である。また本年度の解析結果において血管新生関連因子以外に我々が現在着目しているのは変性軟骨からのtPAの遊離である。この因子は周知のようにフィブリンを溶解する作用を持ち、その作用はuPAと異なりPAI-1の存在下でも強い抑制を受けないとされる。OAの滑膜ではフィブリンの析出が認められることは古くから知られている。研究代表者らはフィブリンの析出や関節水腫の発生は変性軟骨から遊離する血管新生因子によって血管壁の透過性が亢進することによるのではないかと考えているが、さらに、もし変性軟骨から遊離するtPAが生理学的に活性を示す濃度で滑膜に到達すれば、滑膜上に析出したフィブリンを分解し、その過程で産生されたプラスミンによって滑膜組織の変性を生じる可能性がある。来年度にはこの可能性についても検討を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
本研究は変性軟骨から遊離して滑膜病変を引き起こす因子を見出すことを目的としている。荷重抽出液の解析は上述のように研究の方向を修正する必要が生じたものの、おおむね順調に進んでおり、変性軟骨から有意に多量に遊離する因子についても今年度までに多くの因子が新たに同定された。しかしそれらの因子がその濃度や内因性阻害因子の存在などを考慮した場合、実際に生理活性を示すレベルでOA軟骨から遊離するのか、さらに実際に滑膜細胞に対して予想されたような生理活性を示すのかはなお不明である。これらの点を明らかにするには、荷重抽出液の定量的な解析を行うだけでは不十分で、OA症例から採取された関節液の解析や培養滑膜細胞を用いたが必要であり、さらにその結果によっては動物実験を行う必要も生じうる。また荷重抽出液には今まで同定された因子以外にも生理活性を持つ因子が存在する可能性が十分見込まれる。今後の解析によって意外な因子が見いだされる可能性もあり、今後もELISAやLuminexによる解析は必須と思われる。以上、本研究では研究第二年度の本年度までに一定の知見が得られたものの、今後その知見を発展させるためにもさらに研究を続ける必要があり、次年度の研究経費を申請するものである。
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[Journal Article] Bone Strength of the Proximal Femur in Healthy Subjects With Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament2020
Author(s)
T Doi , S Hirai , M Kaneko , S Ohashi , K Nakajima , F Oguchi , S Kato , Y Taniguchi , Y Matsubayashi , N Hayashi , S Tanaka , Y Oshima
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Journal Title
Osteoporos Int .
Volume: 31(4)
Pages: 757-763
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Prediction of the pathological fracture risk during stance and fall-loading configurations for metastases in the proximal femur, using a computed tomography-based finite element method.2019
Author(s)
Shinoda Y, Kobayashi H, Kaneko M, Ohashi S, Bessho M, Hayashi N, Oka H, Imanishi J, Sawada R, Ogura K, Tanaka S, Haga N, Kawano H.
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Journal Title
J Orthop Sci.
Volume: 24(6)
Pages: 1074-1080
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Development and Validation of a Culturally Relevant Japanese KOOS2019
Author(s)
Lyman S, Omori G, Nakamura N, Takahashi T, Tohyama H, Fukui N, Ikeda H, Sasho T, Saito T, Hayashi Y, Deie M.
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Journal Title
J Orthop Sci.
Volume: 24(3)
Pages: 514-520
DOI
Peer Reviewed
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