[O-KS-12-2] 異常関節運動制動が膝関節軟骨異化反応に及ぼす影響
Keywords:変形性膝関節症, 異常関節運動, 関節軟骨変性
【はじめに，目的】
変形性膝関節症は関節軟骨変性を主病変とした退行性疾患であり，関節不安定性が機械的ストレスとなり関節軟骨の変性が惹起される。変形性膝関節症に対する運動の効果について，疼痛やADL改善に関する報告は多いが，関節軟骨へ及ぼす影響は明らかにされていない。本研究の目的は，変形性膝関節症モデルとして確立されているACL切離モデルラットを用いて，異常な関節運動の制動が膝関節軟骨の異化反応に及ぼす影響を明らかにすることとする。
【方法】
6ヶ月齢Wistar系雄性ラット20匹を対象に，関節制動群（CAM群），ACL切離群（ACL-T群）に分類し，ACL-T群の対側後肢をControl群として各群10肢に分類した。さらに，各群10肢のうち5肢ずつを2週，4週群にそれぞれ分類した。モデル作成はラットの右後肢を対象とし，CAM群は外科的にACLを切離後，脛骨に骨孔を作成し，同部と大腿骨顆部部面にナイロン糸を通してループを形成することで脛骨の前方動揺を制動した。ACL-T群は外科的にACLを切離後，徒手的に脛骨の前方引き出しを行い，断裂の確認を行った。モデル作成後はゲージ内で自由飼育し，2週，4週経過時点で屠殺し，脛骨より関節軟骨を採取した。採取した軟骨からtotal RNAを抽出後，cDNAを合成し，合成したcDNAを鋳型として膝関節軟骨の異化に作用するタンパク分解酵素であるMMP13とそのインヒビターであるTIMP-1のプライマーを使用し，real time PCR法にてmRNAの発現量を解析した。発現量の解析はΔΔCt法を用い，Control群の発現量を1として各群のmRNA発現量を比較した。統計解析は，一元配置分散分析を用いて術後2週，4週時の各群におけるmRNA発現量を比較し，post-hoc検定としてTukey法を用いて分析した。
【結果】
2週時のMMP13は，ACL-T群：333.8倍，CAM群：1046.5倍の発現量を示し，TIMP-1はACL-T群，CAM群ともに1.4倍となった。4週時のMMP13は，ACL-T群：26.3倍，CAM群：5.3倍の発現量を示し，TIMP-1はACL-T群：2.1倍，CAM群：1.9倍となった。MMP13のmRNA発現量に関して，2週時ではControl群と比較してCAM群，ACL-T群において有意に増加し（P＜0.001），4週時ではControl群と比較してACL-T群において有意に増加した（P＜0.05）。
【結論】
2週時ではCAM群，ACL-T群，4週時ではACL-T群においてMMP13のmRNA発現量の有意な増加を示した。この要因として，CAM群では2週時において，手術による影響が関節内へ及んだ可能性や術後の運動変容などからMMP13のmRNA発現量の一時的な増加が認められたが，4週時ではそれらの回復と並行して発現量が低下した可能性が考えられる。一方，ACL-T群では軟骨異化反応が継時的に進行している可能性が考えられる。以上より，異常な関節運動の制動は膝関節軟骨の異化反応に影響を及ぼす可能性が示唆された。今後は，ACLを切離しない状態で関節制動術を施行した群との比較や運動学的分析を行うことでこれらの仮説を検証する必要がある。
変形性膝関節症は関節軟骨変性を主病変とした退行性疾患であり，関節不安定性が機械的ストレスとなり関節軟骨の変性が惹起される。変形性膝関節症に対する運動の効果について，疼痛やADL改善に関する報告は多いが，関節軟骨へ及ぼす影響は明らかにされていない。本研究の目的は，変形性膝関節症モデルとして確立されているACL切離モデルラットを用いて，異常な関節運動の制動が膝関節軟骨の異化反応に及ぼす影響を明らかにすることとする。
【方法】
6ヶ月齢Wistar系雄性ラット20匹を対象に，関節制動群（CAM群），ACL切離群（ACL-T群）に分類し，ACL-T群の対側後肢をControl群として各群10肢に分類した。さらに，各群10肢のうち5肢ずつを2週，4週群にそれぞれ分類した。モデル作成はラットの右後肢を対象とし，CAM群は外科的にACLを切離後，脛骨に骨孔を作成し，同部と大腿骨顆部部面にナイロン糸を通してループを形成することで脛骨の前方動揺を制動した。ACL-T群は外科的にACLを切離後，徒手的に脛骨の前方引き出しを行い，断裂の確認を行った。モデル作成後はゲージ内で自由飼育し，2週，4週経過時点で屠殺し，脛骨より関節軟骨を採取した。採取した軟骨からtotal RNAを抽出後，cDNAを合成し，合成したcDNAを鋳型として膝関節軟骨の異化に作用するタンパク分解酵素であるMMP13とそのインヒビターであるTIMP-1のプライマーを使用し，real time PCR法にてmRNAの発現量を解析した。発現量の解析はΔΔCt法を用い，Control群の発現量を1として各群のmRNA発現量を比較した。統計解析は，一元配置分散分析を用いて術後2週，4週時の各群におけるmRNA発現量を比較し，post-hoc検定としてTukey法を用いて分析した。
【結果】
2週時のMMP13は，ACL-T群：333.8倍，CAM群：1046.5倍の発現量を示し，TIMP-1はACL-T群，CAM群ともに1.4倍となった。4週時のMMP13は，ACL-T群：26.3倍，CAM群：5.3倍の発現量を示し，TIMP-1はACL-T群：2.1倍，CAM群：1.9倍となった。MMP13のmRNA発現量に関して，2週時ではControl群と比較してCAM群，ACL-T群において有意に増加し（P＜0.001），4週時ではControl群と比較してACL-T群において有意に増加した（P＜0.05）。
【結論】
2週時ではCAM群，ACL-T群，4週時ではACL-T群においてMMP13のmRNA発現量の有意な増加を示した。この要因として，CAM群では2週時において，手術による影響が関節内へ及んだ可能性や術後の運動変容などからMMP13のmRNA発現量の一時的な増加が認められたが，4週時ではそれらの回復と並行して発現量が低下した可能性が考えられる。一方，ACL-T群では軟骨異化反応が継時的に進行している可能性が考えられる。以上より，異常な関節運動の制動は膝関節軟骨の異化反応に影響を及ぼす可能性が示唆された。今後は，ACLを切離しない状態で関節制動術を施行した群との比較や運動学的分析を行うことでこれらの仮説を検証する必要がある。