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

2003 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: 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: 非荷重 / 再荷重 / 骨量 / 骨形成 / 海綿骨 / cyclor-oxygenase-2 / c-fos / CFU-f

研究概要

我々は、慢性荷重刺激であるクライミング運動が、1)骨髄細胞において、破骨細胞分化を抑制し、骨芽細胞分化を促進すること、2)骨吸収を早期に抑制し、骨形成率を増加させることによって、脛骨海綿骨量を増加させること、をマウスにおいて明らかにしてきた。
今年度は、非荷重後の再荷重による骨量回復過程において、骨の細胞増殖及び分化調節に関わる遺伝子発現の変化とcyclo-oxygenase-2(Cox-2)の関与の有無を明らかにする目的で実験を行った。8週齢のC57BL/6J、雄マウスを用い、1週間の尾部懸垂を行ったのち再荷重した。再荷重の3時間前に、Cox-2 selective inhibitor (Celecoxib 60mg/kg)を投与する群(Cox群)とvehicleを投与ずる群(V群)を作成した。V群では、1週間の非荷重後2週間再荷重することで、海綿骨量は正常荷重群と同レベルまで完全に回復した。しかし、Cox群では、海綿骨量の回復は部分的であった。再荷重後24時間のマウスから採取した大腿骨と脛骨の骨髄細胞を培養し、アルカリフォスファターゼ陽性CFU-fの形成をみると、V群では正常荷重群と同レベルまで完全に回復したが、Cox群では依然低下していた。次に、再荷重後1、24、48時間の骨髄細胞における遺伝子発現をquantitative RT-PCRで解析した。Cox群では、V群に比べて、c-fos(1、24、48時間の時点で)、osterix(24時間)、IL-11(24時間)が低下していた。cbfa-1、BMP2、osteocalcinは両群間で差はなかった。
非荷重後の再荷重による骨量回復は、Cox-2 selective inhibitorにより部分的に阻害された。この骨量回復過程には、Cox-2依存性と非依存性のシグナル伝達分子があることが示唆された。

研究成果

• [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."Journal of Rheumatology. 30・3. 559-566 (2003)
• [文献書誌] Ohishi Y, Narusawa K, Nakamura T, et al.: "Lack of association between osteophyte and disc degeneration in postmenopausal Japanese women with back pain"Bone. 32・4. 405-411 (2003)
• [文献書誌] Uchida S, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Vascular endothelial growth factor is expressed along with its receptors during the healing process of bone and bone marrow after drill-hole injury in rats."Bone. 32・5. 491-501 (2003)
• [文献書誌] Masuyama R, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Dietary calcium and phosphorus ratio regulates bone mineralization and turnover in vitamin D receptor knockout mice by affecting intestinal calcium and phosphorus absorption."Journal of Bone and Mineral Research. 18・7. 1217-1226 (2003)
• [文献書誌] Mori T, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Climbing exercise increases bone mass and trabecular bone turnover through transient regulation of marrow osteogenic and osteoclastogenic potentials in mice."Journal of Bone and Mineral Research. 18・11. 2002-2009 (2003)
• [文献書誌] Okazaki R, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Trabecular bone mass and bone formation are preserved after limb immobilization in p53 null mice."Annals of the Rheumatic Disease. (in press). (2004)