骨格筋機能と全身性カルシウム代謝との相互作用メカニズムの解明

阐明骨骼肌功能与全身钙代谢之间的相互作用机制

基本信息

批准号：
22KJ3030
负责人：
森理紗子
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ3030/
关键词：
ビタミンD カルシウム骨格筋運動器機能骨格筋機能

项目摘要

ビタミンD作用は運動器機能の維持や向上に寄与することが疫学的調査研究により明らかにされている。しかしながら、筋局所でのビタミンD作用がどのような作用機序で運動器機能を維持するのか、また、ビタミンD作用は筋細胞機能に直接影響するかについては明確でない。本研究は、筋組織でのビタミンD作用をとらえるとともに、筋組織の発達や運動機能を維持する仕組みを明らかにすることを目的とする。本年度は、筋特異的にCreリコンビナーゼを発現するマウスとビタミンD受容体（VDR）floxマウスの交配により骨格筋特異的にビタミンD作用を欠失したモニターマウス（筋VDRKO）を作出し、表現型解析を行なった。その結果、筋局所でビタミンD作用が運動器機能やを失うと、自発運動量が減少し、骨密度や骨量が低下することを明らかにした。ただし、筋量や筋線維横断面積などの組織学的な変化は認められなかった。筋VDRKOマウスの解析から、筋局所のビタミンD作用は筋機能の維持に重要であることが示唆されたため、C2C12筋細胞を用いてビタミンDの直接的な作用を検討した。C2C12筋細胞への活性型ビタミンD[1,25(OH)2D3]刺激は、筋細胞内のATP/ADP比を低下させた。そこで、ATP代謝（放出、分解）に関与する因子について検討を行ったところ、ATPを細胞外へ放出するコネキシン43のタンパク質発現量は1,25(OH)2D3刺激により増加した。さらに、ATPを分解しピロリン酸を生成するENPP1の発現量が増加し、細胞外液中のピロリン酸濃度も同様に増加した。ピロリン酸はリン酸カルシウム結晶の生成の阻害により、骨や軟組織の石灰化を抑制する。このことから、ビタミンD作用は筋細胞局所でATPの放出と分解を促進し、細胞外液中のピロリン酸濃度を高めることで筋組織へのカルシウム蓄積を抑制し、運動器機能維持にはたらくことが示唆された。

流行病学研究表明，维生素D的作用有助于维持和改善肌肉骨骼功能。但是，尚不清楚维生素D对局部肌肉的作用机理能够保持肌肉功能，以及维生素D是否直接影响肌肉细胞功能。这项研究旨在捕获肌肉组织中的维生素D效应，并阐明维持肌肉组织发育和运动功能的机制。今年，我们创建了监测小鼠（肌肉VDRKO），该小鼠通过交配小鼠在骨骼肌肉中特别排除了维生素D的作用，该小鼠与维生素D受体（VDR）Flox小鼠专门表达CRE重组酶，并进行了表型分析。结果，可以发现，当局部肌肉中的维生素D作用失去运动性和肌肉功能时，运动活性的量会降低，从而导致骨密度和骨骼质量的降低。但是，没有观察到诸如肌肉质量或横截面区域之类的组织学变化。对肌肉VDRKO小鼠的分析表明，局部维生素D作用对于维持肌肉功能很重要，因此我们使用C2C12肌肉细胞研究了维生素D的直接作用。活性维生素D [1,25（OH）2d3]对C2C12肌细胞的刺激降低了肌细胞内的ATP/ADP比。因此，我们研究了涉及ATP代谢（释放，降解）的因素，并发现连接蛋白43的蛋白质表达水平通过刺激1,25（OH）2d3而增加，该蛋白43的蛋白质表达水平增加了ATP的蛋白质表达水平。此外，ENPP1的表达水平降解ATP并产生焦磷酸盐，增加，并且细胞外液中的焦磷酸盐浓度也增加了。焦磷酸通过抑制磷酸钙晶体的形成来抑制骨和软组织的矿化。这表明维生素D作用会促进ATP在肌肉细胞上局部的释放和降解，并增加了焦磷酸在细胞外液中的浓度，从而抑制了肌肉组织中钙的积累，并致力于维持肌肉功能。