ぎ睦ヨ曾蓋>' の. 賛機能 i : I 膏l =繁華香車毒に∋ 和 田政裕 城西大学薬学部教授 グルコサミン研究 4 2008年 9月発行 別刷 Repr i nt edf r om Gh J COSami neResear ch4 7 0 グルコサミンの新機能 ( 骨,軟骨を中心に) 和 田政裕 城西大学薬学部教授 かって きま した その ようなことを,本 日ご, W介で さ ればと思 ってお ります なぜ ,グル コサ ミン は軟 骨 に有効 なの か まず最初 に ｢グルコサ ミンが軟骨細胞の機能制御 に 城西大学の和 E E I で ござい ます このたびは.城西大 学でグルコサ ミン研究会第 2回研修会 を開かせていた だ きま してあ りが とうございます みな さんに活発 な それではきっそ く講演のほ うに入 らせていただ きま 本 日は,｢グル コサ ミンの新機 能｣ に関 して.お 話 しさせていただ きます は有効であるのか とい うことです グル コサ ミン自体が軟骨基質 を構成するグリコサ ミ ら.多 くの場合,軟骨基質に関す る研究が されて きま した われわれが研究 を進めて きた結果,そ うした基 質に関す ること以外 に も.新 たな機能があるのではな グルコサ ミンを摂取す ることが,変形性関節症 など にかな り有効であることが,すでにわかって きていま す なぜ軟骨 にグル コサ ミン ノグ リカ ンの基本構 成糖 の一つであ る とい うこ とか 議論 を していただければ幸いに存 じます す 与 える影響｣ についてです しか し.そのメカニズムについては.なかなか明 いか とい うことがわかって きま した をご紹介で されば と思います 図 1は,関節 における軟骨の構造,骨の構造 を表 し た ものです らかにな らない とい う点 もあ ります 今 回.DNA マ イクロア レイ (ガラスや シ リコ ンの そ ういったこと 関節 は ｢関節軟骨｣とその下 にある ｢ 骨｣ の部分か ら構成 されています 骨の部分 は石灰化 して 基盤上 に DNA 分子 を高密度に配置 し,数千か ら数万 いますが.軟骨の部分 は石灰化 していませ ん 骨の場 種の遺伝子発現 を一度に観察することが可能なデバ イ 合 は.その生成過程 においては軟骨の部分が石灰化 し ス) によって食品の生体調節横能を検索す る研究のな て. その 部分 が骨 になってい くとい うよ うな状況 に かで. グル コサ ミンの新 た な機能 につ いてだいぶ わ なってい ます 関節軟骨 図 1 関節の構造 一方,軟骨が石灰化せず維持 されるの I 4 2008 クルコサミン研究 Vo が ｢ 軟眉組織｣です ここに明確 な違いがあるのです わっています 71 それが,加齢や逝伝,疾病 な どの内部 那, この部分 にグルコサ ミンは どう関与 しているのか 的要因, また,メカニカルス トレスや外傷 などの外部 とい うことを詳 しく調べて きました 的要因によって変性 を してい きます 最近では,食生 活や運動習慣 などの生活習慣要因なども,関係 してい ることがわかっています ｢ 同じ石 灰化 で も ,骨 と軟 骨 で は正反 対 の評価 が l こうした要因が影響 して少 しずつ関節軟骨が変性 し てい くことよ り,石灰化や弾性の消失などが起 こ り変 骨 の基 質 は.Ca.Pl(リン酸 ) .Mgな どの石灰 化 形性関節症 に進行 してい きます こういった状態の と きには,軟骨の細胞数 は減少 し,異型細胞 がみ られ の場合は.みな さんご存知の ように, グリコサ ミノグ 細胞の並 び も乱れて くるとい うことが観察 されていま + 構造 とコラーゲ ンによって形作 られてい ますが,軟骨 リカンが中心 となって軟骨基質 を形成 し,そのなかに ています E :- コラーゲ ンが骨組みの ような形 とな り軟骨が形成 きれ グル コサ ミ ンは,繍胞 の機 能 や分 化調 節 の維持 一部の変形性関節症 などの軟骨の病変では.こうし た軟骨基質が一部石灰化 して骨の ように変性す ること に効果 的 に働 くの か ? によって,関節の機能的な障害が起 こるな どいろいろ な問題が出て きます 関節病変に対 しては.いろいろな治療法がすでに行 われてい ます われわれは叔初.骨 の研究 をや っていたのですが. そのなかで特に殺近注 目されているの が,グル コサ ミンです グルコサ ミンを摂取すること そのなかで軟骨は一体 どうなっているのだろうか とい によって,軟骨の機能障害が改沓 される うところか ら. 軟骨 に興味 をもち始め ま した 骨では. ズムはなかなか明確 にな らなかったのですが.飲 んで 石灰化は,骨が発達 してい くために必ず必要 とな りプ いる人のなかで,実際に関節機能が改善するなど,非 ラスの効果 として働 きます 常 に効果的だ と体感 している率が満かった こうした場合 は, もとも このメカニ いわゆる と軟骨でで きていた ところが石灰化 して骨 になってい 健康食晶 としては.リピー ター率が高かったわけです くことは,正常 な状態です そ ういった意味では,何 らかの よい効果が行われてい それに対 して,異所石灰化 とい うように,関節軟骨 るのだろ う, とい うことは想像 に難 くないわけです どうしてグル コサ ミンが効 くのか とい うことを考え などで石灰化が起 こると,変形性 関節症や,喉 などの 場合 は喋下願書 を引 き起 こ します ですか ら,同 じ石 た場合, グルコサ ミンの成分が.軟骨基質の構成成分 灰化 といって も,組織が違 うことによって.全 く正反 であるとい うことが一つ考 えられます.軟骨基質が タ 対 な評価が行 われるとい うことです ( 図 2) メになるのだった ら,その基質の成分 を与 えてやれば 当初.われわれの石灰化の研究は,骨 を中心 にやっ てい ま した 正常化するのではないか. とい う考 え方です もう一つの考 え方は,われわれが考 え始めた もので いわゆる成長板軟骨が石灰化 してい く過 程 を. よ く見ていたわけです その ときに,老化の現 す 一部の先生方 も言 って らっ しゃい ますが.グルコ 象 として.軟骨組織の石灰化 を見出 していたので.両 サ ミンの成分 その ものが.細胞の楼能維持や分化調節 方が どう適 うのか とい うことが,研究の最初の きっか の維持 に効果的に働いているのではないか,あるいは, けになってい ます この両方が働 いているのではないか とい う作用仮説 を 正常 な関節軟骨では.弾性 や圧縮抵抗性が十分 に備 もつに至 りま した つま り,単 なる基質の問題だけではないのではない か.何 か調節 にも関わっているのではないか と考 えた わけです サプリメン トと して摂取 したグル コサ ミン は最終的に関節の滑膜液中に到達す る濃度が非常 に薄 い とい うことが,他のチームの研究か らわかっていま す ･骨の発達 ･骨折の治癒過程 ･変形性関節症 ･塀盲 下障害 図2 これは投与量の問題 もあ りますが.非常 に浪度が 酔い状態であ りなが らも,関節 に効果的に効 くとい う ことです この点にどうしてなのだろうとい う疑問が 湧いたのです 7 2 基 質の材料 になる とい うこ とな ら,か な りの量 が これは成長板軟骨の分化過程 に近いですか ら, どち 入 っていかない と効かないのではないか と思 ったわけ らか とい うと軟骨の研究 よりも,骨の形成 とい うこと です しか し少量で も, 多少効果が出て くる そ ういっ でよ く使 われていた細胞です た場合.グルコサ ミンが調節分子 として働 くのではな 研究で使 っていま したが.成熟軟骨の状態 も経過する いか と考 えたほうが.合理的なのではないか と思 った ので,軟骨 の研究 に も使 えるのではないか と考 えて. わけです 実験 を進めて きま した こういった細胞 を骨の 子 どもの骨が成長 して しっか りした骨になるとい う 研究 をやるときは.この細胞株 を使 います 調節の早 さや骨の形成 を促進する成分 を探 してい く研究にとて 軟 骨細 胞 を石灰 化 させな い因子 を検 索 も便利な細胞です グル コサ ミンの基 本的 な構造 は. ア ミノ糖 の構 造 実はこれは軟骨 に使 えるのではな いか と考 え ま した ｢成熟軟骨細胞 ｣ に近 い部分 を . の グル コサ ミン.NHZの形 で遊離状 態 になってい る 石灰化 させ ないで.維持す るような成分や因子 を発見 グル コサ ミンは.キチ ンとい う N一アセチ すれば,関節病変が阻止で きるのではないか とい うこ ものです ルグル コサ ミンのポ リマーを加水分解 してつ くること とです が一般 に行われています このア ミノ基 にアセチル基 るとい うことで, この細胞 を使 って きました ( 図 4) が くっついている状態の N-アセチルグルコサ ミンも ｢ ATDC5 ｣ は, もともと骨や軟骨の研究で使 われて あ ります われわれは ｢ 成熟軟骨細胞｣の状態 を維持す こうした ものが さまざまな形で くっついた いる細胞 なので,関節軟骨の研究 をされている方には 誘導体が グルコサ ミンアナログ としていろいろあ りま 馴染みが ない細胞 だ と思い ますが, この状態で維持 さ す せ るとい うところで,評価系 としては使用で きるとい これ らの誘導体の どれが.われわれの身体 に効果 的に働 くのか とい うことを検索 して きま した これ を使 って.｢成熟軟骨細胞｣の状態 うこ とです グルコサ ミンと N-アセチルグルコサ ミンの違いは. アセチル基がついているだけなんですが.実はこのア セチル基は.生体 内ではなかなか外れないのです で分化が止 まるような因子 を,われわれは検索 して き ました つ まり.生体内では流れが全然違 う代謝 を受 けていると い うことです ですか ら生体 内で, これ らが相互 に変 換 されることは,ほとんどあ りえない そのあた りも われわれは.これを成初,細胞培養のモデル細胞 を この時に用いた細胞が,前駆軟 この細胞株 にさまざまなグルコサ ミンのア ナログを添加 して.その増殖 と分化の状態 を観察す る とい う実験 を行いま した この細 増殖 は.一般 的 に行 われてい る ような MT Tアク 胞 は.最初 は前駆軟骨細胞で始 まるのですが.分化 し ティビテ ィで, グルコサ ミンで 3日間培養 した ところ てい くに従 って.石灰化 してい きます 痕終的には完 で見 ま した 全 に石灰化 した状態で,アポ トーシスを起 こ して骨の 指標 としてアルカリフォスフアタ-ゼ ( ALP) をマー 状態になって しまう直前 までの一連の軟骨細胞の分化 成熟軟骨, W胞｣ を維持す る可能性 のあ カ-に して,｢ 過程 を再現で きる細胞株です ( 図 3) る細胞外基 質分子 のス ク リーニ ングを行 ったわけで 骨細胞株 であ る ｢ ATDC5 ｣ とい う細胞 です 有 効 とい う結果 そ こで 研究の一つの ヒン トになっています 用いて検証 しま した グル コサ ミ ンは .軟 骨細 胞 を維持 させ るこ と に 懸 I 前駆軟骨 l 細胞 )鶴 ; ;･ : : 増殖軟骨 細胞 成熟軟骨 細胞 そ して,5日日ぐらいの ところで分化 の アポ トーシス : .: 肥大化 軟骨細胞 霊 軟骨 図 3 内軟骨性骨化のモデル細胞 ｢ 前駆軟骨細胞 AT DC5｣ ar t l cul arcar t l l age 関節軟骨の研究 endochondor l aFossl f l Cat 1 0n 骨折 ･骨の形成の研究 図4 ATDC5を用いた関節軟骨細胞の機能制御に及ぼす細胞外基質分子スクリーニングの系 N GI c GI cN l 艦 I■ 島 ■ 蓋o GaトGI cN G al-G IcN A c I Q ) 玉 GaトGF c 『 1 P : 甲 1 ■ 図 5 グルコサミンとグルコサミンアナログが ATDC5の分化に与える影書 )フォスフ7 す 石灰化する細胞は.その前に7ルカ1 る,コン ドロイチ ン捷酸やケラタン硫酸のiは,む し タ-ゼの活性が上がってきますので. ろグルコサ ミン投与でかな り増えていました なので, グルコサ ミンはコン ドロイチ ン硬酸などを増加 して軟 ログは軟骨細胞の増殖には影響 を与えていませんで し 骨細胞 を維持 しているということが.この細胞の評価 たが.すべてのアナログのなかで唯一グルコサ ミンだ E 2 1 6). 系で示 されたわけです ( TJJ二 三 その結果.グルコサ ミンも含めてグルコサ ミンアナ けが.細胞の分化 を止めるというか,分化 させないで ARA HI0) B( P 軟骨細胞 を維持 させる状態に有効で した 残念なが ら S edGAG at Z eTaH ulf at 10n M In Il笥■ 軟骨の分化維持 には N-アセチルグルコサ ミンは全 く 効果がないとい うことがわか りました.こういう細胞 正常な細胞 に比べて.著 しく抑えられているという状 態です しか し逆に.硫酸化 したグリコサ ミノグリカンであ e L l I S E U u a a E J e ! I ! N J NGI cN cGI cNNGI 石灰化の進行はコン トロールのグルコース.あるいは 0 このときに. 軟骨基質の生成なども同時にみました 二 1 5 ことです ( 図 5) 1二 ; 系での評価では,グルコサ ミンが有効であったという 図 6 グルコサミンが ATDC5の石灰化とグリコサ ミノク I Jカンtに与える影響 ･ 臓 殴 閑 際際際済 そ うい った こ とで,軟 骨 の機 能維 持 とい うこ とに, 転 写 調 節 因 予 を 蒔帽 国 賓 る 沙 筋 軒 飽 鎗 学 歴 』驚 蘭 ､ 少 な くと もグル コサ ミンは効 い てい る｡ です か ら, グ ど う して こん な こ とが起 きるの か を考 察 しま した. うほか に, こ う した転 写調節 因子 を制御 す るシグナ ル ル コサ ミンが効 くとい うの は,基 質で効 い てい る とい そ こ で, マ 巨 )ッ ク ス グ ラ ブ ロ テ ィ ン ( MGP) や 分子 と して働 いてい るので はをいか とい うこ とが示 さ BGPな どの基 質 タ ンパ ク質 の mRNA 量 を量 っ て み れ たわ けです .グル コサ ミンは単 な る基 質で は な くて, ま した.MGPは石灰 化 抑 制 タ ンパ ク質 で,石灰 化 し どう も情報物 質 と して も働 いてい るので はないか とい そ うな とこ ろ に発 現 して くるの です が , 少 な くと も うこ とが , ここで考 え られ たわ けですQ られてい ま した｡つ ま り,石灰 化 が ほ とん ど進行 して い ない とい うこ とです ねや したが って,この細胞 で は, グ) I ,コサ ミンが骨 の状 態 にな らない よ うに してい る と 汐 脂 詔智 慧 汐 鞄 衛 効 憶 が i n励 o◎ 実 験 鷲 鶴 鞄 る か 鞍ジ鹿磁 潮 磯磯静願 MGPの発 現 量 は, グル コサ ミンの投 与 で著 し く抑 え 当然 これ は細胞 で行 った実験 なので非常 に断片 的 な い うこ とが わか りま した ( 同 署)｡ そ の理 由 をみ る た め に, そ うい っ た こ と を コ ン ト 話 で もあ ります｡ で は,実 際 に生体 内で どうな るのか ロー ルす る, い わ ゆ る転 写 調 節 因子 の mRNA を量 っ とい うこ とで,実際 に動物 を使 って実験 してみ ま した◆ てみ ま した. そ して, グル コサ ミン投 与 で,軟骨 に分 関節病 変 の あ る動物 をつ くるため に,エサ に リンを d2や Sma d4な 化 を促 進 させ る とい われ てい る Sma 過剰 に加 えて食べ させ ま した. そ うす る と,骨 もおか どの転 写調節 因子 の遺伝 子発 現量 が,低 下 してい る と し くなるが ,軟骨 もか な りや られて しまい ます. リン い う結 果が 出 ま した. しか し,軟骨分化 に必須 の転 写 を過剰 摂取 させ る と, か な り軟 骨 が や られ る こ とを発 因子 であ る So x9や Runx1 ,Runx2な どにつ いて は, 見 しま して, そ うい う状 態 に した動物 にグル コサ ミン 差が ない とい う結 果 で した ( 済 窃)｡ とN -アセチ ル グル コサ ミンを与 えて,改 善す るか ど 0 5 0 5 0 2 1 1 0 ^l ! SUat UHeUM! Sa^! t ePL CoJ 2 MGP BGP GAPSH 車 ♂ ㌔ 車 夢 ㌔ 車 ♂ ㌔ 車 ♂ ㌔ 車 夢 ㌔ 車 密 ㌔ 車 夢 ㌔ ､ Sl ¶ad4 Sox 9 RunxI Ru1 1 x 2 GAPDH 0 5 0 5 0 0 5 0. 5 0 iii ii 0 2 1 i 2 1 1 0 a^! sual UHE Z uB! sa^芯E Z 芯こ Sr l l ad2 車 ♂ 開8 ㌔ w i 嗣悶魔 発現 録璃 虜 臨書 這萄 盈 る影響 撃脂 詔響 慧 Si毎等 軟 骨堵累 的転写調節 因予⑬v I 4 2008 クルコサミン研究 Vo 7 5 て抗炎症作用 を発揮 し,痛み を和 らげた り いろいろ うか をみてみ ま した Tによって見て, さらに 硬組織の構造 をマイクロ C な炎症 を抑制す ることがわかって きてい ます また. 切片 を作製 してヘマ トキシリン染色 によって軟骨の比 軟骨 に対 して非常 に効果があ り.骨 にも影響 を与 える CTで見 た場合 は,骨組織 だけが見 だろ うとい うこともわか って きま した N-アセチル えているわけですか ら,黒 く抜けているところが軟骨 グルコサ ミンの場合 は,摂取す るとお肌が きれいにな 組紙 と考 えられます ( 図 9) る美 白 ･美肌効果があるのではないかな どといわれて 較 を してい ます い ます 結果 は,正常群 に比べ, コン トロール群は軟骨組織 がかな り破壊 されて薄 くなってい ます こういった動 グル コサ ミンと N-アセチルグル コサ ミンには. こ 物 に対 して グルコサ ミンを与 えます と, これが正常 レ うした違いや共通部分がある ベルに回復 す る とい うことがわか りま した N-アセ DNA 少 し明確 にわか らないだろうか とい うことで.｢ チルグル コサ ミンを加 えた場合 は.あ まり効かなかっ マイクロア レイ｣ を使 いま した たんですね ですか ら ATDC 5の実験結果 と生体内の の発現 を網羅的に解析 します 実験 で.かな りパ ラレルな結果が得 られた とい うこと 状況.増加 しているかあるいは抑制 されたか とい うこ にな ります とを. 一度にみて しまう方法で検討 してみたわけです グルコサ ミンが関節病変 に本当に有効 な こうしたところが もう この機器は.遺伝子 すべての遺伝子の発現 のか とい うことが.l nVI Z ) 0において もわか った とい うことです 肝 臓 と皮膚 の RNA を抽 出 して解析 ｢ DNAマ イ ク ロア レイ｣ を使 って機 能 を解 析 実験方法 を簡単 に説明 します と, グルコース を与 え た コン トロール群 と.餌 の中に 00 2%の N-アセチル 2%の グルコサ ミンを入 グル コサ ミンを入れた群,00 グルコサ ミンには,関節 だけでな くそのほかに もい ろいろな機能があることがわかって きています れた群 とに分 け ま した そこ この 3群 で 21日間餌 を食べ で.それ らの機 能 は どの よ うな ものか, グル コサ ミ させ て飼育 し,21日後 に動物 を解剖 して肝臓 を摘 出 ン.Nアセチルグル コサ ミンは どの よ うな違いがあ NAを抽 出 して,RNAの網 して.その肝臓 か ら全 R るのか といった ことが.一度でわかる方法はないだろ 羅的解析 をマイクロア レイを使 って行い ま した 統計学的な解析 は.スポ ッ トファイヤー とい う支援 うか とい う,たいへ ん もの ぐさな考 え方 に捕われ まし た そ う したことを考 えている うちに.比較的新 しい ソフ トを使 い. もう一つはバ イオインフォマテ イクス 解析方法ですが .｢ DNAマイクロア レイ｣ とい うツー 解析 を行 うための ネ ッ トワー ク予測 には. キーモ ル ルを使 うと,かな り楽がで きそ うだ と考 えま した 実 ネ ッ トとい う支横 ツールを使い ました ( 図 10) クラス ター解析 の結果,肝臓 で は. グル コース と 際やってみた ところ.たいへんお もしろい結果が出て N一アセチ ルグル コサ ミンは似 た変化 を示 していた と きました い う結果が 出て きま した グルコサ ミンの作用 については,現在.いろいろ解 明 されて きています た とえば.好 中球 に対 して働 い それか らグル コース と N- アセチルグルコサ ミンに対 してグルコサ ミンは,実は h l g h ･ Pd l e t C GI c N 図 9 グルコサミンが軟骨変性マウスの関節に与える影響 7 6 A C57日L/ 6J … se9W ♂ ∩-6 / 憾 ＼ (3週 ) マイクロアレイ解析 i (1 週) ･ 榊 RN抽出 = l 肝 臓摘出 ≡ 予脚 DNA 嶋ト Gr oupl コントロール群 ( 002% GI ucose) ;t B q F 蒜 ) KeyMol net ( ネ ッ トワーク図の予測) q ト Gr oup2 GI cN HC曙‡ ( 002% GI cN HCI ) 002% GI cNAc) ● ′Gr oup3 GI cNAc群 ( C Casei ∩ La｢ d Co｢ noi 1 Gl cN Gl cNAc SUcr ose Cor nst ar ch CeH Ul ose Lcyst i ne 200 58. 3 ll_ 7 35 10 100 531_ 8 50 3 200 58. 3 ll. 7 35 10 1 00 531. 8 50 3 200 58. 3 ll. 7 35 一〇 一oo 531_ 8 50 3 G】 l cN. O Ns A e c HCl 0. 2 0. 2 0. 2 . ◆ G I c ーG I c N ｢ トG I c N A c -i i _ i_ i 0 1 4 7 21 日 図 10 実演方法 違った変化であったという結果が出てきました. 皮膚で も同 じことをしましたが,皮膚の場合は今度 は逆転 しているのです グルコサ ミンとグルコースが アセチルグルコサ ミンが違 う変化 を 似た変化 で.N けで動いた ものは 1 . 5 6 2です 発現が上がったスポ ッ トが.グ) i , コサ ミンでは 1 , 7 5 3個,N-アセチルグルコ , 5 6 2個あったということです サ ミンでは 1 減少のほ うを見 ます と.共通 して減少 した ものが どうも.肝臓での働 きと皮膚での働 き 1 . 51 4個 あ って. グル コサ ミンだけ減少 した ものが は違 うということらしいのです.皮膚に関 してはただ 3 , 2 2 0個あ りました N-アセチルグルコサ ミンだけ減 今解析中ですので,次Bl の研究会などで発表できれば . 6 6 3個です 少 したスポ ッ トの数は 2 と思っています が出ましたが.これが どの ような者味を表すのかを次 示 しています この ような数字 に示 します グルコサ ミンとN-アセチルグルコサ ミン共通で上 アセチル グル コサ ミンで共 グル コサ ミンと N- が った もののなかで.特 にわれわれが注 目 したのが I 通 して増加 ･減少 した遺伝子 この結果 をもっとわか りやす くした ものが . 図 11 です 今回は肝臓で見ています 遺伝子の相対的な活 性が 2倍以上 に上がったスポ ッ トを増加 と判定 して. 05以下になったスポ ッ トを遺伝子の発現強度が減少 したと判定 しました その結果.増加の場合.グルコサ ミンと N-アセチ ルグルコサ ミンの両者で共通 して増加 したスポ ット数 . 81 4個あ りました それに対 して.N-アセチルグ が1 ルコサ ミンでは動かず,グルコサ ミンだけで動いたも . 7 5 3個あ りました N-アセチルグルコサ ミンだ のが 1 779個 模糊 伝硝 32, b y K e y N o l n e I グルコサミン研究 VoL 4 2008 表 1 Common 77 GI c N Ia ndGI c NAc I 遺伝子名 del et ed= 1aZ OOSPer mi aJi k e( Dazl ) apr Ot ast i caci dphOsphat asemRNA( Acpp) pr Oc○t E agen,t ype4,at pha3 b‥ 1 di ng p｢ Ot e= 1(COE 4a3bp) gl ycOp｢ Ot ei nho｢ mOnes,a恒hasubuni t( Cga) gl ucagOn一 日 kepept i del｢ ecept O｢( G‥ ⊃1｢ ) S lOOcal ci um bi ndi ngp｢ Ot e= 1 A3( S100a3) 山t er ー euki n7 ( l l 7) t ｢ ansgl ut am‥ 1 aSe6( TG6) t ｢ ansgl ut ami nase4( TG4) Tachyk雨∩( TAC2) t i ssueH 1 hi bi t O｢Ofmet a他p｢ ot ease1( Tt MPl) t i ssuei nhi bi t o｢Ofmet a‖ op｢ Ot ease2 ( TI MP2) 表 2 Common Gl cN′Gl c 47. 9 7 33. 13. 1 14. 9 7. l lO. 8 7. 4 8. 9 3. 4 7. 1 7. 9 3. 1 Gt cNAc/Gt c 88. 6 35. 3 27 13. 8 26. 4 5. 9 6. 1 29. 3 3. 7 15. 9 6. 5 3. 2 GI c N ∫a ndGI c NAc l 遺伝子名 O｢ ,bet a｢ ecept O｢ 3( TGFb｢ 3) t ｢ ansf O｢ m‥ 1 g g｢ ○Wt hf act Gl ycop｢ Ot e雨9( GP9) zi ncf 雨ge｢p｢ ot eれ subf ami l yl A,l( l k a｢ Os) 山t eg｢ i n,al phaE.epi t he= aト assOci at ed( l t gae) am雨n,bet a2( Lamb2) mi t ogenact i vat edp｢ Ot ei nk的ase11( Mapkll) sol ut eca｢ ｢ i e｢f amH y8( SE c833) sOE ut ecar r i e｢f amH y22membe｢3( St c2233) p｢ eBce旧eukemi at ｢ anscr i pt i Onf act O｢3( PbX3) Gl cN/ Gl c 0. 16 0. 1 0. 5 0. 4 0. 2 0. 5 0. 2 0. 2 0. 07 Gl cNAc/ GI G 0. 08 O. i 0. 4 0. 4 0, 2 0. 5 0. 4 0. 5 0. 5 t i s s uei nhi bi t o ro fme t a l l o pr o t ea s e -1 ( TI MP-1), で い った もの を減 少 させ , 関節 病 変 の進行 の抑 制 につ な す .マ トリ ックス メ タロプ ロテ アーゼ の 阻害 因子 の活 が ってい るので はないか と,われ われ は解 釈 しま した. 性 が ,実 は共通 で上が って くる とい うこ とです ( 表 1) . す なわ ち,軟骨基 質 の分解 を抑 制 して くれ る タ ンパ ク 質が増加 す る可 能性 が示 され てい ます . 今 度 は共 通 して減 少 した もの を見 る と,TGF-β受 エス トロゲンに関連する酵素や炎症を抑える酵 素が,グルコサミンの制御を受けている 容体 とい うのが あ りま した. それか らもう一 つ注 目 し 今 度 は グル コサ ミンだけで動 くもの につい て注 目 し たいの は,ma t r i xme t a l l o pr ot ea s e2( MMP2) とい た もの を示 します.非常 にお も しろか ったの は, グル うプ ロテ アーゼが減少 してい る こ とです ( 表 2) . コサ ミンのみで上 が って くる もの に, ヒ ドロキ シス テ た とえばキチ ン･ キ トサ ンな どを皮膚 につ け ます と, 7β -デ ヒ ドロゲ ナ ー ゼ が あ ります . これ は ロ イ ド1 経皮 吸収性 が上 が った りす るの ですが, こ うい うの は エ ス トロゲ ンの濃度 を コ ン トロールす る酵素 です. こ グル コサ ミンが タイ トジ ャ ンクシ ョンの イベ ン トを上 う した酵素 が ,実 は グル コサ ミンに よって制御 を受 け げ るた め に起 こる可 能性 が あ る こ とが わか りま した. てい る とい う結 果が 出て きま した. それか ら長 岡先生 ( 順 天堂大 ) がや ってい らっ しゃる それか らもうーつ は ヒアル ロ ン酸 とプ ロテ オ グ リカ ような血小板 機 能 な どで も出て きます.血 小板機 能 に ン ･リンクプ ロテ イ ン Ⅰです. これ は プ ロテ オ グ リカ -アセ チ ル グル コサ ミンの摂 取 が 影 グル コサ ミンや N ンの糖 鎖 の ところ を タ ンパ ク源 に くっつ け るための タ 響 を与 える とい うこ とも,示 された わけです. ンパ ク質 なのです が, これが上 が って きてい る とい う これ らの解析 結 果 の一部 をキーモ ル ネ ッ トに よって こ とです . こ うい った ところに注 目 しま した ( 表 3) . 作 図 した代 謝相 関図でみ てみ ます と,N-アセチ ル グル そ れ か ら低 下 した現 象 と して は, TNFで す. TNF コサ ミン もグル コサ ミン も, こ うい う MMPの イ ンヒ のス ーパ ー フ ァ ミリーの い くつ か の発現 が , か な り減 ビター をた くさんつ くらせ る こ とに よって,MMP と 少 してい ます . また, プ ロス タグ ラ ンジ ンの受容体 が 7 8 喪 詔 済喜 済悶磯 野際監重 曹 巨 済 Gi c N 号a ndGI c NAc-/ 去 烹/ : 凍 積寒薬毒 ニ ‥ / / / / : / / 岩 窟′ . 重 雄 淑 薮≡ ; / : 壬 宇塚絢 霧疫帝 ; 疫宏≡ ㌻ hyd｢ oxyst e｢ oi d( l7bet a) dehyd｢ ogenase3( Hsdl7b3) 2. 27 ○. 4 hyd｢ oxyst e｢ 0両 L l7bet a吋ehyd｢ ogenaselt Hsdl7bl) 4 0. 5 7. 3 1 p｢ 0回e｢ 巾｢ ek] t edp｢ ot e両 ( Pi Cadhe｢ 両23 ( ot ocadhe｢ i n1 3. 1 0 両t e｢ 厄日k両 lフ｢ ecpt o｢B( 侶 7｢ b) 20. 9 0. 8 hya山｢ onanandp｢ Ot eogi yca∩= nkp｢ ot ei nl( hapL nl) 2. 6 0. 6 chemoし直eL C一六一 cm仁 ) t i f ‖ecept o｢4 (Cxc｢ 4) 5. 6 0. 8 FXYD-doma山一 cont a両両gb∩t ｢ anspo｢ t｢ egU1 3t O｢5( Re庖) 3B 0. 9 3. l 0. 8 f e｢ ｢ edox両 ｢ edL f Ct aSe( FDXR) t ｢ ansmemb｢ a∩｢ ecept o｢輔Z Z厄d5L Fzd5) 3. 8 0. 9 VascUL a｢endot he= arg｢ OV V t hf act o｢C( Vedf c) 2. 9 1 東 榎 匡醍 醐 済 慧済 農畜 常 套 済 Gl c N 去a ndGi c NAc& /千 ymeA aCet y圧｢ ansf e｢ aSe2( Acat 2) A q U a p o ｢旧 3 (A qp3) T U m o ｢ n e c ｢o s i sf act o｢sUpe｢ f ami l yフ t T再sf 7) T u m o ｢ n e c ｢o s i sf act o｢sL 昭e｢ f ami l yllL T∩f sfll) 2 4 -d e h y d ｢O c h oE est e｢ o汗ed∪ct aSe( Dhcr ) P ｢o s ta g r and 両 E｢ ecept o｢( Phll) P ｢o s ta g 厄 n d 両 D｢ ecept ロ｢( Pt gd｢ ) S ig n a t t｢a n s d u ce｢andact i vat i o∩oft ｢ a∩scH[ ) t i on2 ( STAT2) irlte ｢厄 U k 両 l ( 旧 5) a c e ty ト C o e n z ; . ; i / : / ; 灘 疫極秘 薮' / : ; / ; / 鷲/ : 事: i t 擁 0. 2 0. 1 0. 1 5 か な り 減 少 し な ど が 減 少 な の で す が す る 遺 伝 子 り , た ST 氷霧軒 ; 至 . : / 1. 2 十2 0. 2 1 十5 l. 3 0. 9 i 十3 0. 1 十1 OJ 0. 1 0. 4 0. 1 AT2や イ ンター ロ イ キ ン-1 5 一 つ は Comp毎a r t i i ageoi i gomer i cmat r i xpr ot e i n) ,ど て い ま す ｡ これは炎症 に関 わ る もの ば か い うものがあ ります, これは軟骨基 質 に関わる もので サ グ ル コ サ ミンに よってそ れ ら炎 症 に 関 すが,非常 に上が って きます.今 までわれわれの実験 し て くる とい うこ とで , グ ル コサ で は,N-アセチ ル グル コサ ミンは軟骨 で は効 か ない が 減少 した り炎症 が お さ ま っ た とい うデー タが 出てい ま した与 しか し,遺伝子解析 的 りす ることが, イ ンフォマテ ィクス的 にはあ りえ る と には Compな どの基 質の部分 で,実 は W-アセチル グ い うことが証 明 された とい うことです ( 寮 磯)｡ ル コサ ミンは関節炎 に有効 である可能性 が 出て きま し り 与 ミ ン 投 与 に し よ も 低 下 っ て 痛 み を たや です か ら,N-アセチ ル グル コサ ミンを摂取 され 調節す る遺 伝子が, グル コサ ミンによって制御 されて てい る方で もチ実際 に体感 的には関節 に効 くとい うこ 変形性 関節症 は女性 のほ うが な りやすい とい う とが 出て きているのでクそ ういった ことは一つい える 今 の ところをまとめ ます とタエス トロゲ ンの濃 いる 中 報告があ ります が, グル コサ ミ のエス トロゲ ン濃度 を調節 し て ン 関 る可能性 もあるのではないで し の 摂 取 節 症 の う か ｡ っ て , ょ とす る とグル コサ ミンの摂取 によ に 進 ま 骨 よ 行 度 って 血 中 のではないか と思 い ます.ただ これは, シグナル分子 を抑 制 す として働 くとい うよ りは基 質 に作摺す るのではない こ た , ひ ょっ 髄 終症 が抑 とです ( 衆 愚). もう一つ は線維芽細胞増殖 因子 ( f i br obi as tgr owt h 制 され る可能性があるのではをいか,あるいは更年期 f ac t or ,FGF) です ね.FGFのい くつ かが か な り減少 障害の緩和 な ども, こういった もの によって もた らさ してい ます◆ これは肝臓 でや ってい ますのでタ肝 の線 れる可能性 が あ る, と いうことです▲ 維化 を抑制す る とい うことにな りますが, もし皮膚で /∵ 夢 もこれが起 きている とすれば,角化 の抑制 とい う可能 性 もあ る,そ う します と,搾取 して肌が よ くなる とい 撃湧 魁還轡 慧 誹窺 歴 匿 岩軌 細 胞 撃港姦 策 感 電謝 調 節 機 護窺 雛 彪亀習 顧陵ぬ篭 凝 る⑳ 鷲 監 N-セテ ル グル コサ ミンの場 合 に動 くもの と して, うことが, ひ ょっ とした らあるのか もしれ ませ ん.遺 伝子 的にはそ うい う結果が 出てい ますので,そ うい っ た実験 を組 むことで証 明で きる可能性 はある とい うこ グルコサミン研究 表5 GI c NAcIa n dGI cN-/ 1 GI cNAcI Speci f I C 遺伝子名 a c t i n . aー p h a 2( Ac t a 2) t u mo rn e c r o s i sf a c t o rr e c e p t o rl B( T∩ f ｢ s f l 8) c a｢ ta geol i g ome r i cma t r i xp r o t ei n( Comp ) c al cu mt ｢ a n s p o ｢ t e ｢CAT2h o mol o g( T｢ p V 5) i n t e r e U k i ∩1｢ e c ep t e ｢ . t y p e 2( l l 1 r s ) s or u t ec a｢ r i e ｢f a mi l y22( Sl c 22a 4) Tc ea c u t el y mp h o c y t i cl eu k e mi a( Ta l e) 表6 V o l 42 0 0 8 7 9 GI c N/ Gl c 1 1 . 1 0. 6 0. 5 0. 3 0. 8 0. 7 Gl cNAc ノ Gl c 2. 1 4_ 7 9_ 7 6. 6 5_ ー 4. 4 4_ 2 Gl c N′ Gl c 1 . 5 1 1 1 . 2 1 . 3 2. 5 十1 0. 8 Gl c NAc ′ Gl c 0_ 2 0. 4 0. 4 0. 5 ○_ 1 ○_ 2 0. 1 0. 5 0_ 1 0. 4 0. 2 0. 1 GI c N ia n dGI c NAc I CDmmOn 遺伝子名 c o mpl e men tc o mp o n e n t3ar e c e p t o r l (C3a r l ) c a d h e ｢ i n3( Cd h 3) c a d h e r i nB( Cd h 8) f i b r O b l a s tg｢ O wt hf a c t o ｢4( F g f 4) f i b r o b l a s tgr o wt hf a c t o rl 3( F gf l 3) a my l ol . 6gl u c os i d a s e, 4ap h a gl u c o t r a n s f e r a s e( Agl ) gl u t a m∈ l t e｢ e C e P t O ｢ ,O n o t o PC . l a O ∩ a t e1 ( G｢ i k1 ) gl U t a ma t e｢ e c e p t O ｢ .o n o t O PC . l a O ∩ a t e2( G｢ i k 2) i n t e gr i nb e t a4t r a n s c r i p tv a r i a n t( i t gb 4) p h aE( i t ga e ) s o d i u m/ h y d ｢ O ge ∩e x c h a∩ ge ｢( Sl c 9a 2) o n O c os t a∩M｢ e c e p t o ｢( Os mr ) 1. 1 1_ 1 1 . 4 1 . 6 とにな ります ( 表 6) あ とは.それに Wn tシグナル伝達系 も動 いてい ま す Wn tは変形性 関節 症の関与 な どが今 か な り報告 されてい ますが,そ ういったことも関係 しているとい グル コサ ミ ンは関節 だ けで な く,骨 の部分 も改 善する 最後に.われわれの ところで.グル コサ ミンが骨の 形成 に本当に効 くのか とい う実験 をや りました 簡単 うことが出て きま した -アセチル グル コサ ミンで減少す る複 数の また,N にい えば OVX ( 卵巣摘 出術)です 卵典 を摘 出 して 2 Fとい う転写調節 因子が共通 して 遺伝子 の上流 に E 骨租擬症 に したマ ウスに, グル コサ ミンと N-アセチ 出て くることもわか りま した ルグルコサ ミンとグル コース を与 えて比較 しま した 今 までの ことをまとめます と.特 にグルコサ ミンで CTで骨 を解析 していった結J R. どうなったか とい う 今 臥 発見で きたことは.エス トロゲ ン調節 にかな り ことです 影響 があ るのではないか とい うことです はあ りませ んで した それか ら N-アセチルグル コサ ミンでは,E2 Fが関与す る生体 イベ ン トに影響 を与 える可能性がある 共通する もの としては.やは りこうい う細胞外基質代謝調節機能が 2 ) あるのではないか とい うことです ( 図1 今 までいろいろ述べたグルコサ ミンの ことは, この 級.動物実験 によってこれ らのイベ ン トを証明 しな く てはいけないのですが,遺伝子の解析 とい うことだけ でいけば.いろいろなことがだいぶわかって きた とい うことではないか と考 えます 血中の骨代謝のパ ラメーターには全然変化 GI c N= GI c NAcan dGI cN≠GI cNAc 8( ) l④ 大腿骨 ●領域@ cu jc)] 野 ヒ ￠ 荒 紫 ■1 p<005Comp al r et OGl u ◆ 2 f ) <001Comp al r et OGl u 大腿骨 領域⑩ 野 cL S ＼ ヒ阜 X 噸 玩 GI cN 二 …≡ GI 〕 cNAc Gl u GI cN GI cNAc 図 1 3 グルコサミンがマウス骨密度に与える影響 3に示 しました 腰 もう少 しわかりやすい結果を図 1 骨の領域④の位置でみると.グルコサ ミンを投与 した 群において海綿骨の骨密度が有意に増加 していました また,領域⑩ のところで皮質骨の骨密度をみると.有 意差はないものの.グルコサ ミンでは増加傾向で した 骨密度 を今度は大腿骨領域でみます 領域( 彰のとこ ろで非常にグルコサ ミンが高い傾向であ り.ここでは 有意差が出ています それか ら領域⑪の ところでは, あまり変化があ りません 真ん中の ところではあまり 変化があ りません 両骨端のところで骨密度が上がる ような状態です 実はグルコサ ミンも.関節ばか りではなくて,骨の 健康維持にもかな り関与 しています ですか ら.関節 だけを治 して,たとえば関節症が よくなるということ ではな くて.同時に軟骨下骨の部分 もかなり改善 して いるのではないか ということが考えられたわけです 4 まとめ 図1 今 さらに,成長期の動物 を使 った り.あるいは閉経 後骨租赦症の効果について.実験 を進めることによっ て.さらに再検討 を行っています また,骨芽細胞や 破骨細胞 に与える影響 も検討 しています 辻伝子 の解析 によ り,調節因子 ,伝達物質 と し て働く可能性がわかってきた 癌後にまとめます われわれはグルコサ ミンの働 き を.基質 として考 えていた部分がやは りあるのです が.実は転写調節 ということを介 したシグナル分子 と して. どうもさまざまな生体 イベ ン トに働 きかけてい ク) L J コサミン研究 Vo14 2008 81 聞かせていただ きました るのではないか と考 えています 実は,関節細胞外基質の部分的な分解物が. シグナ デー タをすべてお出 しで きません し,われわれが見 ル分子 として リサ イクル されて働 くとい う可能性があ て もなかなかわか らないか もしれ ませんけれ ど,先生 るのです これは植物ではよ くやっていることなので の ご発表のなかに新 たなターゲ ットとい うのが,宝の すが.動物で もそ うい うことがあるんだなあ とい うの 山みたいに実はあるわけですね 従来われわれは.磨 が一つの ヒン トにな りま した 史的には軟骨.あるいは白血球,血小板 など.一つず そ ういった理由で グル コサ ミンは基質だけではな くて,薄い濃度で も効いて. つや ってい ますが,転写 因子か らみると,いろいろな 細胞 の調節 因子,伝達物質 と して効果があるとい う可 未知の,あるいは見逃 している ものが まだあるか もし 能性が,遺伝子の解析 によって少 しわかって きた とい れませんi a どうして も軟骨か ら始 まっていますので, うことです ( 図1 4) OAに対 して どうこうとい うことにずっ と着 日して評 今後 こ ういったこ とを.今度 は m um で証 明 しな 価 していますが.他 の疾患 をか らめ ます と.実は効果 ければいけません 迫伝子の解析 だけで もの を語 るこ が出て くる,などとい う夢 もあるわけです とはで きませ んので, 動物実験 などを通 じて.こういっ しょうか.みなさん たイベ ン トの検証 を して まい りたい と思い ます 会場 ■大変詳細 なご研究 と,臨床 につながるお話 をう 以上 で ございは す いかがで かがえて非常 にわか りやすいご発表で した 遺伝子な んて とて もついていけない と思 っていたのですが, こ れはや ってみたい とい う勇気が湧 くご発表 を,あ りが 【 質疑応答】 とうござい ました 肝臓 で調べ られているわけですが, グル コサ ミンを飲 ませた ときに.間葉系細胞の分化的 な遺伝子が どうなるで しょうか 結果 と して軟骨がで きて くるとい う,実験的にはそ うい うこともある もの ですか ら.そのへ んは肝臓か らはち ょっと推察で きな い とい うことで しょうか ? 喜 責師 和E E l先生 座長 長岡教授 和田 .そ うですi a 推察 を して しまうと.いろいろ危 座長 ( 長岡),和 E E l 先生あ りが とうござい ま した 和 ない部分があると思 うのですが t r oの仕事 か ら. さらには D NAマ イク 田先生 は m vt 会場 :私は臨床 もや っている ものですか ら.骨折の治 ロア レイ解析 でい ろい ろお仕事 を されて, さらに m 療 にグルコサ ミンを飲 ませ るべ きか どうか とい うの を vI V Oに戻 って とい うことで,非常 に多岐にわたって従 非常 に迷 ってお りま して,実 は軟骨損傷 を与 えるとア 来の細胞外基質の供給だけではな く,いろいろな抵写 セチル と比べ ると軟骨の出来方が非常 に激 しいんです 調節,細胞横能調節 に働 いているとい う新たな働 きに ね 骨折の治療 を してグルコサ ミンを投与 して,そ こ ついてお話 を していただ きま した 会場か らご質問が に軟骨がで きた ら非常 に困るのです 今のお話です と, あ りま した らお受け しますので, どうぞ気軽 に質問 し エス トロゲ ンを介 した形で眉租軽症のブロックにい く ていただければ と思います のではないか とい うことですか ら,骨折の治療 にも使 では,みなさんが考 えてお られる間に私のほ うか ら 私の ところで も,従来の細胞外基質,軟骨だけで えるのではないで しょうか 軟骨のほ うに効 くの と骨 とい うところが違 うようにも感 じますが はな くて, 血小板や白血球 な どで もやってい ましたが, 和田 ●そ うですね,おそ らく軟′ 削 こおける作用 と骨 に やは り私 たちの細胞で もグル コサ ミンと N-アセチル おける作用が ち ょっと遠 う で.骨のほ うはあ くまで グルコサ ミンでは, どうして も効 き方がち ょっと違 っ もエス トロゲ ンを介 さない とダメとい うことになる て きます 会場 ･そちらか ら動かすので,それは別のほ うで動い いろいろなサ イ トカインで もメッセージレ ベルでみて も,やは り効 き方が違 って きます そ ういっ て くれるので,骨芽細胞 に対 してそれは た ところまでは行 っていたんですけれ ど.先生のお仕 和田 :これか ら検討 しなければな らないことだ と 事 を拝見 します と, もっと網羅的にや られて. 転写 レ 会場 :骨芽細目 抱を軟骨芽細胞 にす るようなことはや ら ベルで もかな り違 うとい うことを証明 されてお られ ま ないだろうと す 和田 私たちが発表 していたことも,ある意味では正 し かったのかなあ と思い.先生のお話 を非常 に興味深 く それはないだろ うと思い ますが 会場 :骨の構造の ところで関節軟眉があ って,その下 82 に軟骨下骨があ ります よね.結嵐 関節軟骨 には血管 も何 もないわけですか ら,軟骨 を形成 している軟骨細 胞 とい うものはず っと成熟 してか ら死ぬ まで生 きてい るわけはな くて死 んでい きます よね.そ うす ると正常 な段 階において どうやってそれは補給 されてい くのか とい う,あ ま り報告 もあ りませ ん し-.全体的な話 と しては関節液か ら栄養がい くとい う話で,軟骨下骨か ら供給 される とい う話 はほ とん どあ りませ ん｡そのへ んの ところ も何 らかの形でグ どうい うふ うに補給 して いるのかけた とえば,下か ら行 くとします と,下 には 骨芽細胞 しか もうない｡そ うします と,骨芽細胞があ る時期 において軟骨芽細胞 になって補給 していかない ど,上のほうはで きない ような気がす るのですが和 田 :そのへ んはち ょっ と難 しい点か と会場 ;その- んの ところがわかって きます と,いわゆ る変 形性 関節症 になった方 も飲 む と,軟骨が もう-皮 で きる可能性があ ります よとい う話 につなが ってい く のではないか と思い ます.本当にあ りが とうご ざい ま した 座義 :そのほかいかがで しょうか｡い らっ しゃらない ようなので,懇親会の時 に,利 口先生 に気軽 にご質問 していただければ と思い ます｡ 監 孝日田聴 補 習 済 謬 琢- 虜 転意 東京農業大学を卒業後,昭和 6 2年間大学院農芸化学専攻 博士課程修子 助手7講師を経て,平成 9年同大学応摺生 物科学部栄養科学科助教授チ同 1 3年城西大学薬学 部医療 栄養学科教授,同 1 8年に同大学薬学部薬科学科の教授 を 併任 し,現在に至る.農学博士. 専門は食品機能学,機能性食品設計論,機能性食品の効果 効能評価など｡食品 ｡食品成分による生活習慣病の予防 ￠ 治療補助に関する研究,DNAマイクロアレイを履いた機 能性食品素材の有効性の評価の研究などを幅広 く研究. 日 本食物繊維学会,日本キチン ｡キ トサン学会, 日本栄養食 糧学会,日本栄養改善学会,日本病態栄養学会,日本フー ドファクター学会など,多数の学会の理事や評議員を務め ている.またナ厚生労働省の薬事 ,食品衛生審議会の専門 委農 として特J j %保健周食品などについても詳 しい.
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