研究課題
国際宇宙ステーションの本格運用により宇宙での有人活動が活発化し、微小重力による骨量低下や筋委縮が問題となっている。微小重力による骨量低下を予防・改善する方策は宇宙飛行士の健康管理のみならず、高齢化により顕在化している骨粗鬆症の予防法に活用できる点でも意義深い。本研究課題では、キサントフィル類を用い、微小重力による骨量低下を阻止できるキサントフィルを決定し、骨粗鬆症への予防効果とそのメカニズム解明も進め、宇宙飛行士サプリメントの開発を目指している。安全で食品として日常摂取が可能な天然キサントフィルに着目し、昨年度、キサントフィル類が骨吸収を抑制し、骨形成を促進して骨量増加効果を示すことを報告した。平成27年度は、次の2種の実験を実施した。第一に、キサントフィル（ルテイン、ベータクリプトキサンチン）の骨への作用メカニズムの解析について、骨吸収へのキサントフィルの作用を破骨細胞誘導因子（RANKL）の遺伝子発現、破骨細胞のアポトーシス誘導について解析した。その結果、ルテインとベータクリプトキサンチン共に、骨芽細胞におけるRANKL遺伝子発現を抑制し、破骨細胞のアポトーシスを誘導した。骨形成への作用は、ルテインは骨芽細胞に作用して骨形成関連因子Runx2の遺伝子発現を促進し、石灰化を亢進することを見出した。第二に、骨粗鬆症モデル動物である卵巣摘出マウスにキサントフィルを投与する動物実験を実施した。その結果、ベータクリプトキサンチンあるいはルテインを投与すると大腿骨の骨密度が増加し、マイクロCT解析により大腿骨遠位部海綿骨が増大することを見出した。これら知見は、キサントフィルが骨吸収を抑制して骨量増加作用を発揮することを明確に示すものであり、宇宙微小重力による骨量減少をキサントフィル摂取により予防・改善できる可能性を示している。
1: 当初の計画以上に進展している
昨年度、キサントフィルの３種のうちで最も骨吸収抑制と骨形成促進作用が強力な因子をルテインとして同定した。そこで、本年度は当初計画であった、実験モデルを用い、骨への作用メカニズムの解析ならびに骨粗鬆症への有効性の検証を完了した。ルテインは、破骨細胞誘導因子や骨形成促進因子ならびに骨形成抑制因子の遺伝子発現を介して骨作用を制御することが明らかとなった。また、骨粗鬆症モデル動物である卵巣摘出マウスにおいて、ルテインは、体重ならびに子宮重量に影響を与えず、骨量を回復させる作用を有することが示唆された。さらに、次年度実施予定であった、微小重力による骨量低下モデル動物を用いた予備検討も実施した。これらの成果は平成２８年度の本課題を円滑に進め、より前倒しの課題実施を可能とする。これら理由により、当初の計画以上に進展していると判断する。
これまでの成果により、ルテインが骨粗鬆症による骨量低下を予防・改善する有効な因子であることが示唆されたため、平成２８年度は、主として微小重力による骨量減少へのキサントフィル（ルテイン）の有効性を検討する。具体的には、宇宙環境の微小重力による骨量低下のモデル動物として知られている尾部懸垂マウスを用いて、ルテインを投与し、骨の防御作用を示すか否かを明らかとする。尾部懸垂マウスは特殊ケージにて飼育を行い、ルテインの経口投与と非投与群を作製し、比較対照群として通常飼育マウスを用いる。術後3週において、大腿骨の骨密度（BMD ; bone mineral density）はDEXAを用いて定量化し、マイクロCT解析により大腿骨遠位部における海綿骨の3次元解析を行なう。組織レベル解析は大腿骨の切片を作製し、骨形態計測を行なう。さらに、これら骨の退行性変化とともに大腿骨骨格筋の定量化解析や組織切片を解析し、ルテインによる筋委縮阻止への有効性を示すか否かについて解析する。以上、研究計画あるいは研究を遂行する上での障壁はなく、当初計画を上回る順調な課題実施が可能である。
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Biol Pharm Bull.
巻: 39(4) ページ: 625-630
別冊BIO Clinica
巻: 5 ページ: 147-151
FEBS Open Bio
巻: 5 ページ: 522-527
Bone
巻: 79 ページ: 252-253
J. Biol. Chem.
巻: 290（50） ページ: 29781-29793
Int. J. Environ. Res. Public Health
巻: 12（11） ページ: 13750-61
骨ペディア 骨疾患・骨代謝キーワード事典
巻: 1 ページ: 184-185
