2021 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular mechanisms of electrical stimulation for prevention of muscle atrophy
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20H04041
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| Research Institution | Nippon Sport Science University |
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Principal Investigator |
中里 浩一 日本体育大学, 保健医療学部, 教授 (00307993)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 骨格筋電気刺激 / 周波数 / 萎縮抑制 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は大きく以下の３点に関して検討を行った。
１ 坐骨神経切除誘発性骨格筋萎縮に対する低周波骨格筋電気刺激の効果：坐骨神経切除は不活動モデルの一つであり、1週間程度でおよそ５０％の筋萎縮が誘発される。 骨格筋電気刺激（ＥＳ）は有効な萎縮抑制方策とされるが、低周波での骨格筋電気刺激が筋萎縮を抑制するかは未解明である.そこで10週齢の雄性SDラットを未処置群（Cont）、坐骨神経切除群(Den)、坐骨神経切除＋ＥＳ群(Den+ES)に振り分けた。Den+ES群では坐骨神経切除直後よりESを10日間施した。 ES条件は30分間の単収縮(5Hz)とした。最後のESから24時間後に腓腹筋を採取した。結果的にＥＳ処理は坐骨神経切除による腓腹筋の萎縮を有意に抑制し、筋繊維断面積の低下も有意に抑制した。ミトコンドリア量を示すクエン酸酵素活性やCOXIVタンパク質量は坐骨神経切除によって有意に低下したが低周波電気刺激は低下を抑制した。以上から低周波電気刺激によって骨格筋萎縮が抑制され、そのメカニズムとしてミトコンドリア生合成の増加が挙げられた。
２ がん悪疫質に対する骨格筋電気刺激の効果：肝がん由来AH130細胞を腹腔投与することによりラット悪液質モデルを作出可能であり、骨格筋萎縮を併発することが知られている。本研究において低周波骨格筋電気刺激を課すことにより、骨格筋萎縮のみならずがんの進行自体が軽減する可能性を見出した。
３ サルコリピンノックアウトマウスにおけるギプス固定筋萎縮の軽減：我々はすでに下肢ギプス固定によって萎縮骨格筋内にサルコリピンが増加することを見出していたがその萎縮に対する寄与は不明であった。そこでサルコリピンノックアウトマウスを作出しギプス固定による骨格筋萎縮を検討したところ、例数が十分ではないもののサルコリピンノックアウトによって骨格筋萎縮が軽減する可能性を見出した。
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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
昨年度はコロナ禍によって進行に遅れが見られた。しかし今年度は昨年度準備を進めていた低周波骨格筋電気刺激による坐骨神経切除誘発性骨格筋萎縮の抑制、同じく低周波電気刺激によるがん悪液質誘発性骨格筋萎縮およびがん進行の抑制、サルコリピンノックアウトマウスの作出およびギプス固定骨格筋萎縮の抑制などが見出され、遅れを取り戻す以上の成果が得られたものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の結果から、2022年度は以下の３つの実験を行う。
（実験１）高周波電気刺激による骨格筋萎縮効果の検証：2021年度において得られた低周波電気刺激に続き、高周波電気刺激による骨格筋萎縮効果の検証を行う。実験期間は１０日間とし、５分間１日おきに１０分間６０Hzの電気刺激を課す。実験期間終了後解剖し、骨格筋湿重量、筋線維断面積を評価することで筋線維萎縮抑制効果を検証する。高周波電気刺激によってリボゾーム生合成が亢進することが報告されており、萎縮抑制効果のメカニズムとしてリボソーム合成亢進を仮定する。さらには低周波と高周波による刺激後の骨格筋をRNAseqにて比較し、周波数依存的な電気刺激効果を検証する。
（実験２）低周波電気刺激によるがん進行抑制効果：2021年度の検討においてがん悪疫質に対して低周波骨格筋電気刺激により骨格筋萎縮が抑制されるのみならずがん悪疫質の症状進行が抑制されることを見出した。本年度は特にがん進行抑制効果について検証を加える。対象はSDラットとし肝がんAH１３０細胞投与によるがん悪液質モデルを用いる。がん細胞投与後10日間毎日低周波骨格筋電気刺激を実施することによりがん進行の軽減を生存曲線や血液内炎症性サイトカイン量などによって検証する。
（実験３）サルコリピンノックアウト（SlnKO）マウスによるサルコリピンの骨格筋萎縮抑制効果検証：我々は遺伝子編集によりSlnKOマウスの作出に成功している。本年度は2021年度に可能性が見出されたSlnKOによるギプス固定骨格筋萎縮の軽減効果を検証する。ギプス固定は２週間とし、野生型およびSlnKOマウスにギプス固定を課す。ギプス固定終了後筋湿重量および筋線維断面積によって萎縮抑制効果を検証する。
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