重力・荷重による骨の細胞増殖及び分化調節機構の解明と制御法の開発

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12470313
• 研究機関: 産業医科大学
• 研究代表者: 中村 利孝 産業医科大学, 医学部, 教授 (50082235)
• 研究分担者: 岡崎 龍史 産業医科大学, 医学部, 助手 (50309960) ; 酒井 昭典 産業医科大学, 医学部, 助教授 (90248576)
• キーワード: 非荷重 / 炎症 / 骨髄細胞 / 2型コラーゲン誘発関節炎 / ミネラル沈着結節形成能 / 繊維性結節形成能 / 慢性荷重 / クライミング

研究概要

研究は予定どおり進んだ。2型コラーゲン誘発関節炎マウスの骨髄における骨形成系細胞の分化を明らかにするとともに、新たに、骨・骨髄の分化調節機構の解明に利用できる荷重増加モデル系を開発した。
8週齢のDBA1/Jマウスを用い、2型コラーゲン誘発関節炎モデルを作成し、骨髄細胞の骨形成能を評価した。骨組織レベルでは海綿骨の骨形成率は関節炎発症時期に一致して著しく低下し、骨髄細胞の一次培養によるミネラル沈着性結節能および線維性結節形成細胞数も低下した。また、全骨髄細胞数と骨髄基質細胞数も減少した。しかし、これら骨形成の各分化段階の細胞数を全骨髄細胞数との比は、非関節炎対照群と同じであった。これらの事実は、全身性炎症における骨髄の骨形成低下は、骨形成系細胞の各分化段階の異常によるものでなく、全骨髄細胞数の低下に基づく随伴症状であることを明らかにした。非荷重における骨形成の低下は、骨芽細胞の最終分化段階に異常があることを昨年の研究で明らかにしている。したがって、全身性炎症における骨形成の低下は荷重の減少による骨形成の低下と機序が異なることが明らかになった。炎症においても荷重の減少と同様にiNOSの発現が病態に関与しているが、その意義は、異なるものと思われた。
さらに、今年度は、荷重の慢性増加モデルとしてクライミングラット、クライミングマウスを開発し、各々の系で、4-8週の経過で骨量の増加を観察した。荷重増加における骨量増加機序を分子レベル研究する生体モデルを確立した。
結論:
1.全身性炎症における骨形成の低下は、骨髄細胞数の低下によるものであり、非荷重に見られるような骨形成過程の障害によるものではない。
2.荷重の慢性的増加を研究するモデルとして、クライミングモデルが開発できた。

研究成果

• [文献書誌] Notomi T, Nakamura T et al.: "A comparison of resistance and aerobic training for mass, strength and turnover of bone in growing rats"European Journal of Applied Physiology. 83. 469-474 (2000)
• [文献書誌] Notomi T, Nakamura T et al.: "Effects of tower climbing exercise on bone mass, strength, and turnover in growing rats"Journal of Bone and Mineral Research. 16・1. 166-174 (2001)
• [文献書誌] Ito M, Nakamura T et al.: "effects of lifetime volleyball exercise on bone mineral densities in lumbar spine, calcaneus and tibia for pre^-, peri and postmenopausal women"Osteoporosis International. 12. 104-111 (2001)
• [文献書誌] Ikeda S, Sakai A, Nakamura T et al.: "Effect of trabecular bone contour on ultimate strength of lumbar vertebra after bilateral ovariectomy in rats"Bone. 26・6. 625-633 (2001)
• [文献書誌] Okazaki R, Sakai A, Nakamura T et al.: "Sequential changes in transforming growth factor (TGF)-β1 receptors in chondrocytes after immobilization of rabbit knees"Journal of Bone and Mineral Metabolism. 19・5. 228-235 (2001)
• [文献書誌] Sasaki A, Okazaki R, Nakamura T et al.: "Disruption of the p53 gene results in preserved trabecular bone mass and bone formation after mechanical unloading"Journal of Bone and Mineral Research. 17. 119-127 (2002)