エクオール鏡像異性体の骨代謝制御メカニズムの解明と有効性評価

• Project/Area Number: 19K24321
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0909:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture
• Principal Investigator: 田中 未央里 東京農業大学, 応用生物科学部, 助教 (00845505)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: エクオール / 骨代謝 / 炎症 / 破骨細胞 / 骨芽細胞

Outline of Research at the Start

近年、様々な疫学研究や動物実験において、ダイゼイン代謝産物のエクオール産生による骨粗鬆症予防効果が報告されている。しかしヒトの約50～70%はエクオール産生菌を保有しておらず、直接摂取する方法が有効である。エクオールには鏡像異性体が存在し、生体内ではS体のみ産生されることから、S体及びR体の骨疾患に対する有効性や作用機序、安全性について比較検討を行った研究はない。そこで本研究では、エクオール鏡像異性体が骨代謝に及ぼす影響の差異と詳細な分子メカニズムを解明するとともに、骨粗鬆症モデル動物を用いて生体内での効果を比較することを目的とした。

Outline of Annual Research Achievements

近年、ダイゼイン代謝産物のエクオールによる骨粗鬆症予防効果が明らかになっている。エクオールには鏡像異性体が存在するが、S体及びR体の骨疾患に対する有効性や作用機序、安全性について比較検討を行った研究はない。そこで本研究では、エクオール鏡像異性体が骨代謝に及ぼす影響と詳細な分子メカニズム、生体内での効果を比較することを目的とした。初年度の本年は、メカニズム解析のため培養細胞を用いた実験を行った。
はじめに、マウス骨髄細胞、マウスマクロファージ細胞RAW 264を活性型ビタミンD3またはRANKL刺激により破骨細胞に分化させ、(S)-エクオール及び(R)-エクオールを同時に添加した。分化に対する影響を酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ染色にて検討した結果、エクオール鏡像異性体により破骨細胞数は減少し、特にS体で強い抑制作用を示した。また破骨細胞分化関連因子 (TRAP, Ctsk, NFATc1, OSCAR, DC-STAMP, OC-STAMP) のmRNA発現量もエクオール鏡像異性体により抑制され、OC-STAMPはR体と比較してS体で強い発現抑制がみられた。骨吸収シグナル伝達経路 (JNK 1/2, IKK, NF-κB) に対する影響をwestern blot法にて検討した結果、エクオール鏡像異性体による破骨細胞分化制御には、MAPK/NF-κB経路の抑制が関与している可能性が示された。さらにエストロゲン受容体の阻害剤を用いて詳細なメカニズム検討を行った。
続いて、マウス骨芽細胞前駆細胞MC3T3-E1を骨芽細胞に分化させ、(S)-エクオール及び(R)-エクオールを同時に添加した。アリザリンレッド染色を行った結果、(S)-エクオールにより骨芽細胞への分化が亢進した。一方、骨形成マーカーであるアルカリホスファターゼ活性に対する影響は認められなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、エクオール鏡像異性体による骨代謝制御メカニズム解明のため、破骨細胞及び骨芽細胞を用いた検討を行った。評価系を確立し、エクオール鏡像異性体の効果と詳細な作用機序を明らかにすることができた。

Strategy for Future Research Activity

骨芽細胞に対する影響については、マウス骨髄細胞における検討も行い、阻害剤やsiRNAを用いて詳細な作用メカニズムを明らかにする。さらに、エクオール鏡像異性体の骨粗鬆症モデル動物に対する効果を検討するため、骨吸収亢進型モデルであるOVXマウス、骨形成低下型モデルである糖尿病ラットに(S)-エクオール及び(R)-エクオールを経口または皮下投与する。骨密度、各組織における骨代謝・炎症・脂質代謝関連遺伝子及びタンパク質発現量、骨代謝関連マーカー等を評価し、エクオール鏡像異性体の生体内での効果について比較検討を行う予定である。