論文サマリー

　運動療法が骨粗鬆症の予防のため奨励されているが、詳しいメカニズムに関しては不明な点が多い。本研究では骨-骨格筋連関に注目し、筋収縮により骨格筋から分泌されるL型β−アミノイソ酪酸を力学的負荷軽減マウスモデルに経口投与し、骨微細構造、骨代謝、骨格筋機能に対する影響の解析及び、MLO-Y4骨細胞株を用いたメカニズムの一部解明を試みた。

　生後５カ月齢の雄及び海綿骨が比較的維持されている３ヶ月齢の雌のC57BL/6マウスを用いた二週間の後肢懸垂モデルに、一日100mg/kg体重の容量でL型β−アミノイソ酪酸を連続経口投与し、対照群と比較検討した。実験終了後，摘出した脛骨の近位骨幹端海綿骨領域をマイクロ CT により撮像し、得られた断層データから三次元画像解析ソフトを用いて骨梁構造指標を求めた。対照群と比較して、雌雄共に後肢懸垂による脛骨骨幹端海面骨の骨量低下が有意に抑制され、雄では骨梁幅及び連結性密度、雌では骨梁数が有意な高値を示し、共に骨梁間隙は低値を示した．雄では対照群と比較してplate様骨梁構造の割合、骨芽細胞面及び細胞数が有意に高値を示した。雌雄共に骨細胞の生存率は高値を示したが、骨吸収指標に有意な差はなく、RANKL/OPG値にも変化は認められなかった。更に投与群では、後肢懸垂による骨格筋量及び機能低下の抑制が認められた。

　MLO-Y4骨細胞株を用いた酸化ストレス誘導性の細胞死測定の結果、β−アミノイソ酪酸添加群では細胞死が有意に抑制され、抗酸化ストレス酵素の増加による活性酵素の低下も確認された。受容体であるMas-related G-protein coupled receptor, type D (MRGPRD)に対する阻害剤、RNAiを介した遺伝子サイレンシング、CRISPR-Cas9による遺伝子ノックアウトにより、L型β−アミノイソ酪酸による生存促進効果はMRGPRDを介していることが示された。また、酸化ストレスによるミトコンドリアの断片化も添加群では阻止された。しかし、２２ヶ月齢の雄性マウス長官骨由来初代骨細胞を用いた細胞死測定では、５ヶ月齢の初代骨細胞と異なり、L型β−アミノイソ酪酸による生存促進効果は認められなかった。筋収縮による骨格筋からのL型β−アミノイソ酪酸の分泌量は年齢による差は認められなかったが、２２ヶ月齢ではMRGPRD発現量が減少していた。

　これらの結果から、運動による筋収縮により骨格筋から分泌された代謝産物であるL型β−アミノイソ酪酸は、酸化ストレス下において、MRGPRDを介してミトコンドリアのインテグリティを維持することにより骨細胞の生存を促進し、その結果骨芽細胞による骨形成に影響を与えることが示された。しかし、老齢のマウスでは骨細胞でのMRGPRD発現が減少し、L型β−アミノイソ酪酸の骨細胞生存促進効果は減弱され、年齢に伴う骨細胞の減少に関与していると考えられる。

著者コメント

　現在、インディアナ大学医学部のIndiana Center for Musculoskeletal Health (ICMH)にある Dr. Bonewaldの研究室に在籍していますが、この研究は、私がミズーリ大学カンザスシティー校にいた時から始めたもので、Dr. Bonewaldのご指導の下、インディアナ大学に異動後ようやく論文を完成させることが出来ました。異なる分野の先生方とのコラボレーションも経験させて頂き、私にとって貴重な時間となりました。今後は、MRGPRDノックアウトマウスを用いて更に詳細な解析を進め、その成果を発表できるように努めたいと思っています。（Indiana University School of Medicine, Department of Anatomy and Cell Biology・歯科矯正学分野・北瀬 由紀子）