2022 Fiscal Year Research-status Report
荷重増減下での骨-筋連関における分子メカニズムの解明とその制御法の開発
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20K09446
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| Research Institution | University of Occupational and Environmental Health, Japan |
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Principal Investigator |
酒井 昭典 産業医科大学, 医学部, 教授 (90248576)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 海綿骨 / 筋量 / 筋断面積 / 筋線維 / 慢性閉塞性肺疾患 / 骨粗鬆症 / マウス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、骨と筋の連関を生体と分子レベルで解明することである。令和4年度は、慢性閉塞性肺疾患（COPD）による骨粗鬆症モデルマウスを用いて、骨と筋の組織を定量的に評価するとともに遺伝子発現を解析した。COPDに合併する筋骨格系疾患の病態に関しては未だ不明な点が多いが、我々はエラスターゼ（PPE）誘導性の肺気腫によるCOPDモデルマウスを作成し、骨量減少とI型筋線維萎縮が生じていることを明らかにした。
12週齢雄C57BL/6Jマウスに、salineまたはPPE 0.025 Uまたは0.1 Uを気管内投与し、Saline群、PPE0.025投与群、PPE0.1投与群とした。投与後12週時点で骨と筋を評価した。その結果、PPE0.025投与群およびPPE0.1投与群では肺胞壁間距離の有意な増加を認め、肺気腫の組織学的変化を示した。DXAおよびマイクロCTによる評価で、PPE0.1投与群の腰椎、大腿骨、脛骨では、Saline群と比べて、骨密度と海綿骨量が減少し、骨形態計測学的評価で、骨形成能（MAR、BFR/BS）が低下していた。PPE0.1投与群の血清オステカシン濃度は低値であった。PPE0.1投与群のヒラメ筋重量、I型筋線維がSaline群と比べ有意に減少していた。Ⅱ型筋線維については、PPE投与群とSaline群との間に差はなかった。COPDの肺気腫の程度（肺胞の平均直径）が大きくなる（重症化する）と、大腿骨遠位部の海綿骨量が減少するとともに、ヒラメ筋における筋量、筋断面積、I型筋線維の割合は、有意な相関をもって低下した。PPE0.1投与群のヒラメ筋ではp38 MAPKシグナル経路が活性化していた。
COPDモデルマウスでは、肺気腫の重症化とともに、海綿骨量が減少し、I型筋線維が優位なヒラメ筋で筋量が減少した。Ⅱ型筋線維が優位な筋では筋萎縮がみられなかった。
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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
臨床でしばしば問題となる慢性閉塞性肺疾患（COPD）患者の骨粗鬆症について、COPDモデルマウスを作成し、骨と筋の連関について解析した。COPDの肺気腫の重症化とともに、海綿骨量が減少し、Ⅱ型筋線維が優位な筋においては変化はないが、I型筋線維が優位なヒラメ筋において筋量が減少する事実を明らかにした。当初の計画と照らし合わせて、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も引き続き、骨と筋をともに制御する機序に着目して研究を進めるとともに、 慢性閉塞性肺疾患（COPD）モデルマウスを用いて、Ⅱ型筋線維が優位な筋においては変化はないが、I型筋線維が優位なヒラメ筋において筋量が減少する分子メカニズムを探索していく。これらの研究から骨と筋の双方を制御する分子メカニズム、骨-筋相互連関を明らかにする方策である。
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| Causes of Carryover |
コロナの影響により研究当初より思うように試薬購入等もできず、毎年繰越して使用となったが、流通も回復し概ね順調に研究が進んでいる。次年度は、試薬等購入に使用する予定である。
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[Journal Article] Oxidative stress causes muscle structural alterations via p38 MAPK signaling in COPD mouse model2022
Author(s)
Mano Y, Tsukamoto M, Wang KY, Nabeshima T, Kosugi K, Tajima T, Yamanaka Y, Suzuki H, Kawasaki M, Nakamura E, Zhou Q, Azuma K, Nakashima T, Tamura Y, Kozaki K, Nakazato K, Li YS, Kawai K, Yatera K, Sakai A
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Journal Title
Journal of Bone and Mineral Metabolism
Volume: 40
Pages: 927-939
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Development of a novel knee contracture mouse model by immobilization using external fixation2022
Author(s)
Tokuda K, Yamanaka Y, Kosugi K, Nishimura H, Okada Y, Tsukamoto M, Tajima T, Suzuki H, Kawasaki M, Uchida S, Nakamura E, Wang KY, Sakai A
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Journal Title
Connective Tissue Research
Volume: 63
Pages: 169-182
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Bone microstructure changes due to once-/twice-weekly teriparatide administration: A report of five cases using high-resolution peripheral quantitative computed tomography2022
Author(s)
Tsukamoto M, Okimoto N, Mori M, Yoshioka T, Asano K, Ikejiri Y, Uzawa T, Yoshimura T, Suzuki H, Yamanaka Y, Kawasaki M, Sakai A
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Journal Title
Modern Rheumatology Case Reports
Volume: 6
Pages: 301-304
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Book] Osteoporotic Fracture and Systemic Skeletal Disorders2022
Author(s)
Hideaki E. Takahashi, Fumitaka Hirano, Kayoko Furukawa Okuma, Yukichi Zenke, Kunitaka Menuki, Hideko Ohnishi, Fumio Fukuda, Akinori Sakai, Taketoshi Shimakura, Hiroshige Sano, Yuta Tokunaga, and Noriaki Yamamoto
Total Pages
576
Publisher
Springer
ISBN
978-981-16-5613-2
