2020 Fiscal Year Research-status Report
軟骨細胞における代謝リプログラミングのメカニズムと役割の解明
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20K18061
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
寺部 健哉 名古屋大学, 医学部附属病院, 病院助教 (10816870)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 変形性関節症 / metabolic reprogramming / 嫌気性解糖 / 2-Deoxy-D-glucose / ミトコンドリア / ガラクトース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、軟骨細胞の変性における代謝変動 (glycolysisの亢進、好気性代謝の抑制)の意義と代謝経路の機能解析を行い、炎症下における代謝変動の制御による関節軟骨の保護につながる薬剤の検討を行っている。
昨年度までに我々はglycolysis阻害剤として2-deoxyglucose(2-DG)とガラクトースを主に用いて検討した。ガラクトースは2DGと同様にサフラニンO染色でIL-1β刺激による染色性の低下を抑制し、軟骨保護作用を有することを明らかにした。さらに炎症により好気性代謝が行われるミトコンドリアの障害の評価目的にこれにより産生される酸化ストレスであるreactive oxygen species(ROS)と一酸化窒素（NO）について検討した。IL-1β刺激でROS、NOともに増加したが2DGとガラクトースはともにこれを抑制し、いずれもミトコンドリアの保護作用を明らかにした。
次にglycolysis阻害剤は炎症による軟骨細胞のエネルギー代謝のkey regulatorであるAMP-activated protein kinase (AMPK)の活性化の低下を回復させることを明らかにしており、AMPKを活性化する5-Aminoimidazole-4-Carboxamide Riboside （AICAR）の軟骨保護作用の有無について検討した。AICARは炎症によるglycolysisを阻害し軟骨分解酵素であるMMP13の発現を抑制した。さらにglycolysis阻害剤と同様に炎症下のサフラニンO染色性低下も抑制し軟骨保護作用を認めた。
さらにガラクトースはIL-1β刺激によるAMPK活性化の低下のみならず無刺激のcontrol群のAMPK活性化させることを明らかにした。以上より2DG、ガラクトース、AICARが変形性関節症（OA）の治療に有用性を高める結果であった。
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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
現在までにin vitro実験については概ね予定通りに進んでいる。特にガラクトースと2DGが炎症下のglycolysis亢進の阻害に加えて、ミトコンドリアの保護作用を明らかにしており、当初の仮説含めてこれまでの研究結果と矛盾はない。さらに軟骨細胞にIL-1β刺激による2DGの効果について質量分析によるメタボローム解析を行った。現在結果の解析中であるが、glycolysisのみならず他のアミノ酸代謝なども変化していることが確認されており今後の詳細に報告する予定である。in vivoはOAマウスモデルである内側半月板不安定化（DMM）モデルを使用してガラクトースの効果を検討予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までに上記検討を行ってきたことより 、来年度はin vitro、 in vivoの各々の研究を進める予定である。In vitroとして他の軟骨変性モデルとして過剰メカニカルストレスモデルと脱分化モデルを用いて行う。とくに牛関節軟骨を数回継代すると脱分化し軟骨細胞の表現型を喪失するが、通常状態でもATP産生においてglycolysisが優位である軟骨がどのように代謝変動するか確認予定である。またメタボローム解析の結果からアミノ酸代謝のうちグルタミン代謝が亢進していることを示唆する結果が得られており、当初の予定に加えてin vitroでのアミノ酸代謝変動についても検討する。方法としては2DG、ガラクトースのglycolysis阻害剤がグルタミン代謝にあたえる影響をグルタミン測定キット等を使用して糖代謝とアミノ酸代謝の関連を検討する。また今後はOAモデルマウスによるin vivo研究を進めていく。当初の予定ではガラクトースはOAマウスモデルに経口投与の予定であったが、体重変化に差による関節変性評価の影響を考慮して関節注射による投与も検討予定である。来年度は上記方法によりin vivo研究を中心に進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
理由：本年度は高額な委託による質量分析を用いたメタボローム解析を施行したが、当初予想した金額より少し安価であった。またCOIVD19感染拡大により参加予定の学会が概ねオンライン開催となったため旅費が不要であることが多かった。以上の理由から次年度使用額が生じた。
計画: 2020年度に計画していた上記実験を, 引き続き2021年度に行う.
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Research Products
(12 results)
