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

2002 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: 池田 聡 産業医科大学, 医学部, 助手 (80341501) ; 沖本 信和 産業医科大学, 医学部, 助手 (70330991) ; 酒井 昭典 産業医科大学, 医学部, 助教授 (90248576)
• キーワード: 荷重 / 骨量 / 骨形成 / 骨吸収 / 海綿骨 / 骨髄細胞 / 骨芽細胞 / 破骨細胞

研究概要

荷重運動により骨量が増加することは、ヒトでも動物でもよく知られている。しかし、その分子メカニズムは不明である。運動負荷モデルとしては、今まで、電気的刺激などによる強制運動モデルしか報告がなく、全身へのストレスは免れないものであった。今回、我々は、独自に、自発的クライミング運動モデルを作成し、成長期マウスの骨動態と骨髄細胞分化に与える影響について調べた。
6週齢のC57BL/6J、雄マウスを用い、2週間の予備飼育後、4週間の運動負荷実験を行った。1メートルの高さの飼育ケージ内の最高部に給水器を設置し、マウスは飲水の度に、自発的にケージを駆け上がるようになる。対照群は、通常の低い位置に給水器を設置した同じケージ内で飼育したマウスである(非運動群)。クライミング運動2週群は、非運動群と比べて、海綿骨量が有意に増加し、破骨細胞数と破骨細胞骨接触面が有意に減少していた。クライミング運動4週群は、非運動群と比べて、海綿骨量、骨石灰化面、骨石灰化速度、骨形成率が有意に増加していた。脛骨から採取した骨髄細胞培養では、クライミング運動2週群で、アルカリフォスファターゼ陽性CFU-fとmineralized noduleの形成が有意に増加していた。酒石酸抵抗性酸フォスファターゼ陽性多核細胞(破骨細胞様細胞)数は有意に減少していた。
マウスにおける自発的クライミング運動は、骨髄細胞において破骨細胞への分化を抑制し、骨芽細胞への分化を促進していた。また、脛骨海綿骨の骨吸収を早期に抑制し、その後、骨形成率を増加させることによって、海綿骨量を増加させることが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] Watanuki M, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Role of inducible nitric oxide synthase in skeletal adaptation to acute increases in mechanical loading"J Bone Miner Res. 17・6. 1015-1025 (2002)
• [文献書誌] Notomi T, Okimoto N, Nakamura T, et al.: "Effects of tower climbing exercise on bone mass, strength, and turnover in orchidectomized growing rats"J Appl Physiol. 93・3. 1152-1158 (2002)
• [文献書誌] Notomi T, Okimoto N, Nakamura T, et al.: "Tower climbing exercise started 3 months after ovariectomy recovers of bone strenth of the femur and lumbar vertebrae in aged osteopenic rats"J Bone Miner Res. 18・1. 140-149 (2003)
• [文献書誌] Okazaki R, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Apoptosis and p53 expression in chondrocytes relate to degeneration in articular cartilage of immobilized knee joints"J Rheum. (in press). (2003)
• [文献書誌] Ohishi Y, Nakamura T, et al.: "Lack of association between osteophyte and disc degeneration in postmenopausal Japanese women with back pain"Bone. (in press). (2003)