Underlying pathogenesis of cartilage alterations caused by insufficient or excessive mechanical stresses

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25702032
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 森山 英樹 神戸大学, 保健学研究科, 教授 (10438111)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: メカニカルストレス / 運動器 / リハビリテーション

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、メカニカルストレスの過剰と減弱に起因する運動器障害の発生機序を解明することである。
昨年度からの継続で、メカニカルストレスの減弱環境における関節軟骨の変性メカニズムをin vivoで調査した。マウス後肢非荷重モデルおよび膝関節固定モデルでは、関節軟骨の深層でRANKL陽性細胞が増加し、OPG陽性細胞が減少した。さらに、軟骨下骨の萎縮に伴い、骨髄腔が関節軟骨にまで拡がり、関節軟骨の下端に接触する骨面で、MMP13の局在と、強いTRAP活性が認められた。これらの結果から、減弱環境下では、軟骨細胞が軟骨下骨における破骨細胞の活性化に寄与し、さらに活性化した破骨細胞が関節軟骨を分解・吸収するという、関節軟骨と軟骨下骨の間の相互作用が存在することが示唆された。また、関節軟骨の非石灰化層で認められたプロテオグリカンの減少とALP活性の亢進は、関節軟骨の石灰化亢進を示唆し、tidemark advancementの引き金となる可能性が示された。
これらの結果と、現在も進展中のメカニカルストレスの過剰環境の実験動物モデルから得られている結果を合わせると、メカニカルストレスの過剰と減弱ともに、関節軟骨の厚さの変化がみられ、軟骨基質の分解酵素が過剰に産生されるが、減弱環境では変形性関節症のような過剰環境で鍵となる軟骨細胞の肥大化がみられない。また、関節軟骨の変性と密接に関連する軟骨下骨において、過剰環境では脆弱化から骨硬化に移行する一方で、減弱環境では初期から一貫して破骨細胞の活性化により骨吸収が亢進し、高度な骨萎縮がみられる。廃用と過用は別の病態として扱われているが、メカニカルストレスを基軸とする共通の疾患と捉えることで、発症メカニズムのうち共通するものと異なるものの全体像が明らかになった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Thinning of articular cartilage after joint unloading or immobilization. An experimental investigation of the pathogenesis in mice (2017)
  • Author(s): Nomura M, Sakitani N, Iwasawa H, Kohara Y, Takano S, Wakimoto Y, Kuroki H, Moriyama H
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage Volume: 25 Pages: 727-736
  • DOI: 10.1016/j.joca.2016.11.013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 運動が関節におよぼす影響 (2017)
  • Author(s): 森山英樹
  • Journal Title: Clin Calcium Volume: 27 Pages: 87-94
  • DOI: CliCa17018794
• [Journal Article] Stretching after heat but not after cold decreases contractures after spinal cord injury in rats (2016)
  • Author(s): Iwasawa H, Nomura M, Sakitani N, Watanabe K, Watanabe D, Moriyama H
  • Journal Title: Clin Orthop Relat Res Volume: 474 Pages: 2692-2701
  • DOI: 10.1007/s11999-016-5030-x
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ボツリヌス療法は中枢性麻痺後の関節拘縮の予防と治療において有効であるが、筋萎縮を助長する (2017)
  • Author(s): 崎谷直義, 渡部大地, 野村将人, 岩澤裕之, 島谷俊亮, 高野祥子, 小笠原慎, 脇本祥夫, 小原雄太, 鈴木崚太, 水野絵理子, 小澤淳也, 森山英樹
  • Organizer: 第52回日本理学療法学術大会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ（千葉県・千葉市）
  • Year and Date: 2017-05-12 – 2017-05-14
• [Presentation] Mechanical unloading causes subchondral osteoclast activation resulting in thinning of articular cartilage (2017)
  • Author(s): Nomura M, Sakitani N, Iwasawa H, Wakimoto Y, Takano S, Kohara Y, Shimaya S, Moriyama H
  • Organizer: 第3回国際再生リハビリテーションシンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2017-02-11 – 2017-02-11
• [Presentation] 関節内におけるメカニカルストレスの分布の変化が関節軟骨に与える影響－マウス後肢非荷重および関節固定モデルを用いた実験的検討－ (2016)
  • Author(s): 野村将人, 崎谷直義, 岩澤裕之, 髙野祥子, 小原雄太, 島谷俊亮, 脇本祥夫, 長井桃子, 飯島弘貴, 黒木裕士, 森山英樹
  • Organizer: 第3回日本運動器理学療法学術集会
  • Place of Presentation: 本多の森ホール（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-12-03 – 2016-12-04
• [Presentation] 脊髄損傷後の骨折は通常と異なる骨化様式を経て早く治癒する (2016)
  • Author(s): 崎谷直義, 岩澤裕之, 野村将人, 脇本祥夫, 高野祥子, 小原雄太, 島谷俊亮, 伊藤明良, 長井桃子, 太治野純一, 張項凱, 山口将希, 飯島弘貴, 黒木裕士, 森山英樹
  • Organizer: 第3回日本運動器理学療法学術集会
  • Place of Presentation: 本多の森ホール（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-12-03 – 2016-12-04
• [Presentation] 脊髄損傷後の痙性が関節拘縮に与える影響 (2016)
  • Author(s): 島谷俊亮, 崎谷直義, 小澤淳也, 渡部大地, 野村将人, 脇本祥夫, 高野祥子, 小原雄太, 森山英樹
  • Organizer: 第3回日本運動器理学療法学術集会
  • Place of Presentation: 本多の森ホール（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-12-03 – 2016-12-04
• [Presentation] ラット脊髄損傷後の関節拘縮に対するA型ボツリヌス毒素の治療効果の検討 (2016)
  • Author(s): 小原雄太, 崎谷直義, 小澤淳也, 渡部大地, 野村将人, 岩澤裕之, 脇本祥夫, 高野祥子, 島谷俊亮, 森山英樹
  • Organizer: 第3回日本運動器理学療法学術集会
  • Place of Presentation: 本多の森ホール（石川県・金沢市）
  • Year and Date: 2016-12-03 – 2016-12-04
• [Remarks] 運動器理学療法研究室ホームページ
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~morihide/