変形性股関節症におけるCCN3を介した新たな軟骨細胞老化制御機構の解明

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K16686
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 山田 和希 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (50756088)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: hip osteoarthritis / cartilage / TNFα / IL-6 / p16 / ADAMTA4/5

研究実績の概要

今回、CCN3が変形性股関節症に関与するという仮定のもと、CCN3の分子的メカニズムの解明とその軟骨変性の進行作用を解明することとCCN3が関節軟骨変性を促進するメカニズムが明らかにし変形性股関関節症の発生および進行を予防する新規の治療法の開発という目的で研究を開始した。変形性股関節症に対する人工股関節全置換術で採取した骨頭をOA群、股関節骨折に対する人工骨頭全置換術で採取した骨頭をNormal群とし、骨頭の上方を荷重部、前下方を非荷重部と定義し、それぞれの領域から軟骨を採取した。軟骨は組織よりmRNAを抽出したものと培養してからmRNAを抽出したものの両方を解析した。非荷重部でのCCN3およびMMP-13 の発現は、Normal群よりもOA 群で有意に高かったのに対し、荷重部では、これらの遺伝子の発現に２群間で有意差は認めなかった。しかし、COL10A1 の発現は、荷重部ではNormal群と比較してOA群で有意に高く、OA群では非荷重部と比較して荷重部で高かった。対照的に、Normal群と比較して、OA群においては、荷重部の軟骨細胞は、高いCCN3、p16、ADAMTS4、およびIL-1β の発現を示し、また非荷重部でもより高いADAMTS4 および IL-1βの発現を示した。Acan発現は、Normal群よりもOA群の軟骨細胞の非荷重部で有意に低かった。CCN3の発現レベルは、両群ともに荷重部と非荷重部との間に有意差を示さなかった。 免疫組織化学分析は、正常群と比較して、OA群の荷重部と非荷重部の双方でCCN3およびアグリカンネオエピトープ染色を示した。軟骨におけるCCN3発現レベルは、Mankinスコアと正の相関を認めた。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

上記内容に加え、軟骨特異的CCN3過剰発現マウス (Tg)のX線解析を追加した。その結果、初期段階で大腿骨頭と上腕骨頭の変形が明らかになり、免疫組織化学的解析では、アグリカンネオエピトープ染色の蓄積、およびTgの大腿骨頭と上腕骨頭のCCN3 染色と関節表面の粗面化が示された。Tgの大腿骨頭由来の軟骨細胞は、Ccn3、Adamts5、p16、Il-6、および Tnfα の発現の増強と、Col2a1およびanの発現の減少を示した。 これらの結果は、年齢やメカニカルストレスに関係なく、OA変化とCCN3の発現との相関関係を示している。 さらに、マンキンスコアは、Ccn3の発現レベルがOAの進行と相関していることを示している。
以上を論文化し、acceptされた（Elevated Expression of CCN3 in Articular Cartilage Induces Osteoarthritis in Hip Joints Irrespective of Age and Weight Bearing. Kazuki Hirose, Miho Kuwahara, Eiji Nakata, Tomonori Tetsunaga, Kazuki Yamada et al. International Journal of Molecular Sciences. 2022, 23, 15311.）。

今後の研究の推進方策

今後はOAにおけるCCN3発現と分子的メカニズム関して、股関節以外の荷重関節（足）や非荷重関節（肘など）でも検討していく予定である。

次年度使用額が生じた理由

他関節におけるCCN3発現についての研究に用いるため

研究成果

• [雑誌論文] Elevated Expression of CCN3 in Articular Cartilage Induces Osteoarthritis in Hip Joints Irrespective of Age and Weight Bearing (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirose Kazuki、Kuwahara Miho、Nakata Eiji、Tetsunaga Tomonori、Yamada Kazuki、Saiga Kenta、Takigawa Masaharu、Ozaki Toshifumi、Kubota Satoshi、Hattori Takako
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 23 ページ: 15311～15311
  • DOI: 10.3390/ijms232315311
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 変形性股関節症とCCN3発現の相関 (2022)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 一樹, 服部 高子, 桑原 実穂, 滝川 正春, 中田 英二, 鉄永 智紀, 山田 和希, 佐藤 嘉洋, 小浦 卓, 尾崎 敏文, 久保田 聡
  • 学会等名: 第40回日本骨代謝学会学術集会
• [学会発表] 変形性股関節症とCCN3発現の相関 (2022)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 一樹, 服部 高子, 桑原 実穂, 滝川 正春, 中田 英二, 鉄永 智紀, 山田 和希, 佐藤 嘉洋, 小浦 卓, 尾崎 敏文, 久保田 聡
  • 学会等名: 日本骨形態計測学会
• [学会発表] 変形性股関節症とCCN3発現の相関 (2022)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 一樹, 服部 高子, 桑原 実穂, 滝川 正春, 中田 英二, 鉄永 智紀, 山田 和希, 佐藤 嘉洋, 小浦 卓, 尾崎 敏文, 久保田 聡
  • 学会等名: 日本整形外科学会基礎学術集会