2020 Fiscal Year Research-status Report
Exploration for the mechanism(s) underlying pain generation and disease progression in osteoarthritis through the analysis of human samples obtained during flare condition.
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19K09590
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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 |
岩澤 三康 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), 診療部・整形外科, 部長 (60574093)
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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)
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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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 変形性関節症 / 痛み / 膝 / 滑膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
変形性関節症（OA）では痛みは最も重要な症状であるが、OAにおいて痛みは単に症状として重要であるにとどまらない。多くの疫学研究によって痛みはOA進行の危険因子であること、すなわち痛みの強い症例では関節裂隙の狭小化が進行する傾向があることが示されている。このことは、痛みの発生と関節裂隙狭小化の進行、すなわち軟骨の変性との間に何らかの共通した機序が存在することを示唆する。
膝関節のOAでは、レントゲン上の疾患の進行度に見合わない強い痛みを訴える症例を時に経験する。このような状態は欧米の文献ではflare などと表記されるが、flareの状態にある症例では数カ月から半年程度の短い期間に関節裂隙の狭小化が明らかに進行することも少なくない。FlareはOAの痛みと進行を極端に示した状態と考えられる。
Flareの病態についてはまだ一定の見解は得られていないが、OAの病態に関する現時点の
理解に基づけば、flareには少なくとも骨性と滑膜性の2つのタイプがあると考えられる。このうち骨性のflareはMRIによって比較的容易に区別しうるが、実際のOA例ではこのタイプは比較的少なく、flareの症例の多くは滑膜性である。骨性と滑膜性で病態は大きく異なっており、flareの病態を解明するには両者を区別して解析することが必要である。
このような背景から、研究代表者らは以前からとくに滑膜性のflareに着目して検討を進めてきた。本研究は研究室において今までに蓄積された関節液検体と滑膜組織の中から、①同一関節について、滑膜性のflareが生じた時期とflareが収束したあとで採取された関節液の比較解析、および②滑膜性のflareの症例から採取された滑膜組織の解析、の2つのアプローチによってflareの時期に関節内で生じる変化の詳細を明らかにすることを目的としていた。
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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
研究第2年度である2020年度は、当初関節液のプロテオーム解析について検討したが、解析に要する費用が高額であることから解析の実施を断念した。一方、昨年度から引き続いて行った関節液の解析において、フレアの時期の関節液ではフレア収束後の関節液に比してほぼ全例でurokinase（uPA）の濃度が上昇しているという非常に興味深い結果が得られた。研究代表者らはOA軟骨においてuPAの遺伝子発現が剖検例から採取した対照軟骨に比して上昇していることを本研究以前の解析で確認していたため、その知見に基づいてOA軟骨からuPAが関節液中に遊離する可能性についてまず検討した。我々の研究室では実際のOA関節の状態を考慮して、変性軟骨に対して平地歩行の際に加わるのと同等の荷重を軟骨組織に繰り返し加えることでどのようなタンパクが遊離するのかを本研究とは別のプロジェクトにおいて行っているが、この解析において、OA軟骨からは変性部、非変性部ともにuPAがほとんど遊離しないことが明らかとなった。つまりOA軟骨からは遺伝子発現は亢進しているものの関節液中に遊離するほど多量のuPAは産生されていないことが明らかとなった。軟骨の関与が否定されれば、関節液中のuPAのsourceは滑膜組織しか考えられない。実際、研究室における以前の検討からOA滑膜においてuPAの遺伝子発現は対照関節の滑膜組織、関節リウマチに罹患した関節からの滑膜組織のいずれよりも亢進していることが確認されており、滑膜が関節液中のuPAのsourceであってもおかしくない。もしフレアの際に滑膜でuPAの発現が亢進すれば、それは以前確認された関節液中のMMP-1、3の高い相関を持っての濃度の増加を合理的に説明しうる。そのため本研究では研究の方針を修正し、次年度は滑膜におけるuPAの発現と2種のMMPの発現のリンクについて検討を行うこととした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度の中間報告において滑膜においてMMP-1、3が高い相関をもって発現される機序として、周囲のマトリクスの変化によって滑膜組織中の線維芽細胞様滑膜細胞が活性化される可能性について言及した。前項でフレアの時期に滑膜においてuPAの発現が亢進している可能性について述べたが、uPAの発現亢進はこの線維芽細胞用滑膜細胞の活性化を説明しうる。もし滑膜組織において発現されたuPAが活性を示し、それによって滑膜組織内でプラスミノーゲンからプラスミンが産生されれば、プラスミン自体が多種のタンパクを分解する作用があることに加え、種々のMMPを活性化する作用があることから、プラスミンと活性化されたMMPの作用によって滑膜組織の変性が直接的に誘導されることが想定される。しかしこの仮説が成立するためにはいくつもの条件が必要である。まず第一に滑膜組織においてuPAが発現したとしてもその活性がPAI-1などの内在性阻害因子による阻害を上回る必要がある。第二に実際にuPAの活性が発現してプラスミンが誘導されたとしても、プラスミンが活性を示して滑膜組織を変性させるためにはプラスミンの活性がやはりa2アンチプラスミンやa2マクログロブリンなどによる阻害作用を上回る必要がある。さらに活性化されたMMPが実際にマトリクスを分解するためにはMMPの活性がTIMPやa2マクログロブリンなどの内在性阻害因子の阻害作用を上回る必要がある。研究最終年度にあたる2022年度には上記の仮説が正しいかを検討するために、OA滑膜組織におけるuPA、プラスミン、MMPなどの活性を検討する。より具体的にはOA滑膜からホモジナイズによりタンパクを抽出し、この抽出液を用いてuPA、ｔPA、プラスミン、MMP-1、3の活性を計測することを予定している。
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| Causes of Carryover |
2021年度は上記「３．今後の研究の推進方策」で述べたようにOA関節から採取した滑膜組織についてプラスミン活性とuPAの活性を計測し、両者の間に関連があるかをまず検討する予定であるが、当時にプラスミン活性の発現機序の詳細を知るためにtPA、PAI-1、PAI-2についても定量を行う予定であり、またtPAについては酵素の活性も調べる必要がある。さらにプラスミン活性が発現したことによってMMPの活性化が生じているかを検証するために、主要なMMPについてタンパク定量と活性の計測を行う予定であるが、MMPの活性については内在性阻害因子であるTIMP-1、2、3やa2-マクログロブリンが影響するため、これらの存在量も把握する必要がある。MMPについては今のところMMP-1、2、3、7、8、13、14について検討することを予定しているが、以上の因子の計測のためにはそれぞれの因子についてLuminexまたはELISAのキットが必要となり、また各酵素については酵素活性を計測するために個別にアッセイキットが必要となる。これらの購入に相当の研究経費が必要となる見込みであり、そのため研究経費の繰り越しを行ったものである。
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Research Products
(13 results)
