So-net無料ブログ作成
骨の吸収と形成・ストレス ブログトップ
前の10件 | -

骨芽細胞のこと [骨の吸収と形成・ストレス]

骨芽細胞のこと

 骨組織中で問題となる細胞は,骨細胞,骨芽細胞,破骨細胞,さらにそれの前駆細胞群ですが,骨芽細胞の思い出を書いておきます。

 骨芽細胞は,骨基質を形成する細胞ですが,いつまでも骨基質を形成しているのではなくて,一定量(としか言えないのですが)の骨基質を形成すると,骨形成を止めてしまい,骨組織中に活動を停止した状態でとどまります。これが,骨細胞の由来です。

 骨細胞は,骨組織中でネットワークを形成しているという重要な特徴があります。

 骨組織は,体を支える役割,運動をするときの支柱として役割が目立った機能ですが,カルシウムの貯蔵部位でもあります。カルシウムは,体の中でいくつかの重要な枠割りを果たしていたと思います。

 たとえば,カルシウムは,筋肉の収縮を起こすために必要だったり,食べ物の異化の過程でも触媒(?)としての役割もあったと思います。これらのカルシウムの役割は重要で,これらが行われなくと人間は動けなくなってします。これらに必要なカルシウムは骨組織から動員されるので,骨組織のカルシウム量が減少することになるでしょう。

 骨組織のカルシウム量が減って,多少骨が脆くなっても人間は,とりあえず生きていけます。適当な時期にカルシウムを補給していけば,骨組織は改修されて,カルシウム量が戻るでしょう。

 骨組織からのカルシウムを動員しよう,という情報は,骨組織中の骨細胞が伝達しているのではないか,と考える説があります。私もこの説が好きです。

 生体が生存し続けるためには,カルシウムを骨組織から動員するのですが,それを最終的に制御しているのが骨細胞である,というのが好きです。

 この辺りの話題はここまでにして,すべての骨芽細胞が骨細胞になるのではなくて,扁平化して骨表面を覆うものもあります。

 扁平化した骨芽細胞の微細構造は,細胞内小器官が未発達で,どの程度扁平かというと,薄いところでは0.1ミクロン以下と言われています。

 このくらい平べったくなると,骨形成能はないでしょう。

 扁平になった骨芽細胞をbone lining cellと呼ぶことがあるようです。Bone lining cellは,骨の表面に存在する扁平な形態の,骨形成能を持たなくなった骨芽細胞である,としておきます。Bone lining cellと,見たり聞いたりしたとき,それは何?と思っていたのは私だけでしょうか。

 また同様に,endosteal bone lining cellと呼ばれることもありますが,骨内膜表面に存在することに由来する命名でしょう。

 Bone lining cellは,石灰化した骨表面に直に接しているか,それとも類骨層みたいなのを介して骨表面に接しているかという問題があります。

 直に接しているのは無視して,骨表との間にある物が介在する方が注目されるのですが,その薄い層はオスミウム好性で,境界板と呼ばれています。

 境界板は,Lamina Limitansと呼ぶことのほうが多いと思います。

 ラミナ・リミタンスは,ボーン・ライニング・セルと骨との間にあるのだ,が分かるまでに何年かかったのだろう。

 Lamina Limitansの役割は,骨基質と組織液との間に介在する一種の障壁,と思っています。

 最後に,Lamina Limitansの生化学的意見を紹介します。なるほど,とは思いますが,よく分からない。

 ・・・・・Lamina Limitansと同様の構造が,成熟した骨細胞や骨小腔や骨細管壁にも認められることより,骨基質と組織液との間に介在する生物学的障壁の役割を果たしていると考えられる。さらに,鉛などを投与すると,Lamina Limitansに沈着するので,単に物質の拡散に対して障壁として作用しているのではなく,物質の吸着や濃縮の機能ももつ可能性がある。Lamina Limitansは扁平化した骨芽細胞の最終産物と思われ,糖タンパク質やコラーゲンの分解産物なども含んでいる可能性が推測される。休止期に至る間に骨芽細胞が一種のコラゲナーゼを分泌し,残っている未石灰化基質中のコラーゲンを分解・除去し,同時にその分解産物としてのペプチドが石灰化骨表面に残り,これらがLamina Limitans中に含まれ,破骨細胞の誘導・分化に関係しているとも考えられ・・・・・

200624a.jpg



強靱さを選んだ仙椎 [骨の吸収と形成・ストレス]

 仙椎は,歯科の領域からは離れたところにあるのですが,解剖学のときに必ず話題となる部分でした。

 ヒトの仙骨は5個の仙椎から形成されています。

 幼児のころは,5個の仙椎はバラバラに遊離しています。

 成長に伴って,椎体間を連結している軟骨性の椎間円板の骨化が進むので,各椎体が癒合ししていき,青年期には1個の仙骨になります。

 仙椎が癒合して仙骨となっていく現象は,霊長類だけでなく,他の動物でも見られるそうです。

 なお,仙椎の数は,動物の種によって違いがあるので,仙骨を形成している仙椎の数は一定ではありません。

 仙椎は背骨(脊柱)の最後尾を構成しているのですが,脊柱を構成している椎骨は,各椎体間に椎間円板をもっていて,仙椎(仙骨)のように癒合していません。椎骨はバラバラに分離しているので,その運動量を大きくすることができます。

 とは言っても,脊柱を大きく動かすことは一般人では難しいかもしれませんが,サーカスの曲芸では,脊柱の彎曲芸を見ることができます。

 サーカスの曲芸だけでなく,オリンピックの床運動での激しい動きを可能にしているのは,数珠状にならんだ多数の椎骨と,これを束ねている椎間円板の共同作業によります。

 ヒト以外では,ネコの背伸びも脊柱の柔軟性のおかげです。

 脊柱の中で仙椎だけは,柔軟であることを放棄して,一塊に癒合して仙骨となっています。おそらく,仙椎は,可動性よりも強靭性を選んだのでしょう。



骨の種類と構造 [骨の吸収と形成・ストレス]

 骨は,形態的に,つまりその外形から大きく2つに分けることができます。管状骨と扁平骨です。

 管状骨は細長い管状の外形を示す骨で,骨といえばこれを頭に浮かべることができます。その長さから,管状骨をさらに2つに分けることがあります。管状骨は,長管状骨(長管骨)と短管状骨に分けられるのですが,これらは管状骨と扁平骨との差はなく,その長さの違いによるだけです。

 長管骨は,腕や足などの骨格となっている骨で,上腕骨,脛骨,大腿骨などがあります。なお,歯科の分野に含まれる顎顔面部を構成する下顎骨も長管骨に分類することができます。

 短管状骨は,短い管状骨で,指の骨を想像してください。これは,歯科の分野では登場しません。

 また,扁平骨は,扁平な形をしているもので,大きなものでは肩甲骨があります。顔面頭部を構成している骨は,下顎骨を除けば,この扁平骨となります。

 管状骨も扁平骨も,関節面を持つならば,その関節面は関節軟骨で覆われています。関節面以外の部分は,皮質骨という硬い骨(緻密骨)が外壁をつくっています。この皮質骨でできている部分は,骨皮質ともいいます。骨の硬さは,この皮質骨(骨皮質)の構造と性質によります。

 骨皮質の内部には,海綿状あるいは蜂の巣状の多孔性の骨が存在しており,これを海綿骨といいます。海綿骨は,皮質骨のように硬くなく,骨の硬いという性質には貢献していません。



破骨細胞の共存培養系 [骨の吸収と形成・ストレス]

 破骨細胞は,骨細胞を吸収できる多核巨細胞で,その起源はマクロファージです。

 破骨細胞の研究で有利な点は,形成と分化の過程を視覚的に確認できることと,骨吸収能を培養系で再現できることにあります

 この培養系というのが,いわゆる破骨細胞の分化を解析するための共存培養系で,1988年に高橋直之先生により発表されたものです。

 マウスの骨芽細胞(頭蓋冠由来だったと思う)と脾臓の血液細胞(脾細胞のことで破骨細胞の前駆細胞である)を用いた共存培養系です。

 破骨細胞の前駆細胞である脾細胞だけを培養しただけでは,破骨細胞は出現してきません。脾細胞と骨芽細胞を共存培養して,さらに骨吸収促進因子が存在することで,はじめて破骨細胞が形成・分化してきます。

 つまり,破骨細胞の分化には,骨吸収ではなくて骨形成に関与している骨芽細胞(これは骨髄間質細胞でもよい)の存在が必須であるということです。

 1990年頃,破骨細胞の分化と機能は,骨芽細胞の細胞膜上に発現する破骨細胞分化因子によって厳密に調節されている,という仮説が提唱されていました。

 この破骨細胞分化因子を同定することは,世界の破骨細胞研究の最重要課題となり,当時この分野をリードしていた英国のDr.チャンバースらをはじめ,多くの研究者がこの因子を追い求めていました。

 20世紀最後の10年間に行われた破骨細胞分化因子発見の研究合戦は,なかなか成果が出ず,20世紀中にこの因子を同定することは不可能だろう,というあきらめの空気が支配するようになりました。

 ところが,1997年に,予想外の分野から,破骨細胞分化因子が発見されて,RANKLと命名されました。



血液凝固とGlaタンパク質 [骨の吸収と形成・ストレス]

 血液凝固には12種類の血漿タンパク質と組織リポタンパク質,カルシウムイオン,血小板由来のリン脂質などが関与すると考えられている。

 この血液凝固に関与する12種類の血漿タンパク質の内,4種類がビタミンK依存性のGla含有タンパク質である。

 Gla含有タンパク質は,カルシウムイオンを介してリン脂質膜に結合する性質を持っており,リン脂質膜に結合してから活性化され,セリンプロテアーゼと同様の生理活性をもつようになると考えられている。

 また,血漿中には,血液凝固とは関係のないGla含有タンパク質が5種類存在する。プロテインCは抗血液凝固作用をもつといわれており,血液凝固の制御あるいは停止する機能に関与すると考えられている。

 Glaの存在する部位は,アミノ末端から40残基くらいの間に限局して存在するので,Glaが限局するアミノ末端側はタンパク質の表面に存在していて,カルシウムイオンとタンパク質が結合しやすい状態になっていると考えられる。

 ただし,血液凝固反応に関与するGla含有タンパク質のカルシウム結合能は,細胞内カルシウム代謝に関与するカルモヂュリンなどのカルシウム結合タンパク質に比べて低い。

 血液凝固反応に関与するGla含有タンパク質は,カルシウムイオンを介して,リン脂質膜に結合する。これによって,各因子の活性化を効率化しているのだろう。この活性化は,リン脂質膜の表面において限局的に行われているという特徴がある。このことは,活性化因子が血液中に拡散することを防ぎ,凝固反応を集中させて,効率を上げているのだろう。さらに,凝固反応を創傷部位(開口部)に限局して,他の部位に凝固反応を誘発しない工夫を実現しているとも考えられる。


2007-10-24 19:51  nice!(0)  コメント(0) 

オステオカルシンの1,25(OH)2D3による調節 [骨の吸収と形成・ストレス]

 骨代謝では,さまざまなホルモンが関与しており,ビタミンD,副甲状腺ホルモン(PTH),カルシトニン(CT)などは,オステオカルシンレベルを調節することによって,骨に対する作用を行っている可能性が考えられる。

 この可能性が考えられたきっかけは,骨芽細胞由来の細胞を培養すると,培養液中に分泌されてくるオステオカルシンは,1,25(OH)2D3を添加することによって増大することが観察されたことである。

 つまり,1,25(OH)2D3の添加によりオステオカルシンの合成と分泌が促進されるが,アクチノマイシンDによって阻害された。このことより,1,25(OH)2D3がアクチノマイシンDの感受性部位に作用して,オステオカルシンの合成と分泌を促進していると考えることができるのである。



成人のオステオカルシンレベル [骨の吸収と形成・ストレス]

 まず,データとして,血清オステオカルシンレベルと尿中へのGlaタンパク質の排泄量は,50歳を境として,加齢とともに上昇する傾向があり,これは女性において著明です。

 また,尿中へのオステオカルシンの排泄量は,女性では50歳以前にすでに上昇しており,50歳以降も上昇する傾向が続きます。このような傾向は男性では認められません。

 成人では,血清オステオカルシンレベルの上昇は,血清アルカリホスファターゼ活性の上昇と正の相関があります。つまり,アルカリホスファターゼ活性は骨形成の指標ですから,オステオカルシンレベルは骨形成を反映して変動すると言えるでしょう。

 また,男性では,血清オステオカルシンレベルの上昇は,尿中へのGlaタンパク質およびハイドロキシプロリンの排泄量の増加と相関があります。つまり,ハイドロキシプロリンの排泄量は,骨吸収の指標と考えられますから,オステオカルシンレベルは骨吸収を反映しても変動すると言えます。

 すると,成人における血清オステオカルシンレベルは,骨形成と骨吸収の両者を反映しており(成人で破骨のリモデリングは行われているものの骨の成長はないため),骨のターンオーバーが著しい場合に上昇する,と考えることができます。

 たとえば,骨のターンオーバーが増加している場合,つまり,Paget病,甲状腺あるいは副甲状腺の機能亢進症,ガンの骨への転移などでは,血清オステオカルシンレベルが上昇しています。

 もう少し進めて,

 尿中へのオステオカルシンの排泄量は,男女とも,血清アルカリホスファターゼ活性とは負の相関にあります。さらに,男性では,尿中へのハイドロキシプロリンの排泄量(これは骨吸収の指標となる)と正の相関にあります。

 つまり,オステオカルシンの排泄量は増加した状態では,骨形成の指標となるアルカリホスファターゼ活性が減少していることになり,オステオカルシンレベルは,骨形成を反映して変動することが考えられます。

 なお,尿中へのオステオカルシンの排泄においては,腎機能も関係してくるので,その点も含めて検討する必要はありますが,骨吸収に伴った変動を反映している部分もあると思います。

 以上より,成人におけるオステオカルシンの役割は,共役した骨吸収と骨形成において,ある時は骨形成に,またある時は骨吸収に働くというような,調節因子としての役割,と考えることができると思います。

 これは,オステオカルシンの,骨吸収と骨形成における役割について,血清オステオカルシンレベル,アルカリホスファターゼ活性,Glaタンパク質,ハイドロキシプロリンなどの測定値を用いて考察したものであり,血清オステオカルシンレベルの意義についての考察は行っていない。オステオカルシンの臨床検査における意義あるいは応用の範囲については,医科の分野であるので,歯科医としての言及はない。



新生児のオステオカルシンレベル [骨の吸収と形成・ストレス]

 出生時のオステオカルシンレベルは,臍帯血から測定されているので,知ることができます。臍帯血のオステオカルシンレベルは,母体血に比べて著しく高く(5倍以上),また,臍帯血と母体血のオステオカルシンレベルの間には相関が認められないといわれています。このことより,胎児側では,すでにオステオカルシンが生成されている,と推察できます。

 オステオカルシンレベルは,生後7日までは増大しますが,1カ月目に一時的に低下し,そのレベルが3カ月頃まで持続されるといわれています。なお,尿中へのオステオカルシンの排泄量は3カ月頃まで増大しますが,Glaタンパク質の排泄量には著明な変動は観察されないといいます。

 乳児において,血清オステオカルシン濃度は非常に高く(成人の約10倍),尿中へのGlaタンパク質の排泄量は成人の3~4倍ですが,尿中へのオステオカルシンの排泄量については乳児と成人の間に著明な差は認められません。

 おそらく,新生児や乳児のように骨形成がさかんな時期では,オステオカルシンは排泄されるよりも体内に保持されている,と考えることができます。



オステオカルシンによる石灰化の調節 [骨の吸収と形成・ストレス]

 オステオカルシンの作用で,in vitroで観察できる代表的なものとして,ハイドロキシアパタイトの結晶化を阻害することをあげることができます。

 リン酸カルシウム塩が過飽和となるような状態をin vitroで設定しておいて,リン酸カルシウム塩の沈殿してくる様相を観察します。

 オステオカルシンを添加していない場合には,数時間後からリン酸カルシウム塩の析出してくるのが観察されます。

 一方,オステオカルシンを添加した場合には,その沈殿の出現が著しく遅延します。

 このように,オステオカルシンは,ハイドロキシアパタイトの結晶化を阻害しています。その意義としては,オステオカルシンは,時間をかけて,ゆっくりとリン酸カルシウム塩をハイドロキシアパタイトの形で結晶化させる作用をもっている,と考えることもできます。

 ラットにワーファリンを投与し,骨のオステオカルシンレベルを正常の2~3%にまで低下させたPriceらの実験では,骨端軟骨部分の異常な石灰化像と,骨端線の閉鎖が観察されています。

 これは,オステオカルシンの減少した状態において,リン酸カルシウム塩がハイドロキシアパタイトに急激に結晶化してしまったために,異常な石灰化が起こったと考えられます。

 すなわち,オステオカルシンは,骨の石灰化の過程を調節するタンパク質(ただし唯一とは限らない)と考えることができる,と思っています。



BGP(オステオカルシン)とMGP [骨の吸収と形成・ストレス]

 bone Gla protein,略してBGPは,骨の石灰化に関与する因子という意味でオステオカルシンosteocalcinとも呼ばれています。これは,個体の発生過程において,石灰化の進行に伴って増加します。また,MGPはmatrix Gla proteinの略です。

 BGPとMGPは骨(とくに骨皮質)をEDTAなどで脱灰したときに抽出されてくるもので,このとき無機成分とともに可溶化してくる非コラーゲン成分の1つがBGPであり,可溶化されないコラーゲン成分をさらに6Mグアニジン塩酸を用いて抽出後に精製したものがMGPです。

BGP(オステオカルシン)の性質

 分子量5.000~6.000のタンパク質
 約50残基のアミノ酸から成る
 1分子あたり3残基のGlaを含有する
 グルタミン酸やアスパラギン酸などの酸性アミノ酸を多く含有する
 骨の非コラーゲン性タンパク質の10~20%を占める

MGPの性質

 分子量は約14.000と推定される
 1分子中にGlaを5残基含有する
 骨におけるMGPの含有量はBGPの約1/10(骨1gあたり約0.4mg)
 分子量約40.000の前駆体が存在(するらしい)

 γーカルボキシグルタミン酸(Gla)を含有するビタミンK依存性のタンパク質は,血液凝固因子だけでなく,BGPやMGPのように骨にも存在し,骨の石灰化に関与していると考えられています。

 BGPとMGPは,免疫学的に交叉生を示さないことから,異なるタンパク質と考えて差し支えないと考えています。



前の10件 | - 骨の吸収と形成・ストレス ブログトップ

このブログの更新情報が届きます

すでにブログをお持ちの方は[こちら]
メッセージを送る


この広告は前回の更新から一定期間経過したブログに表示されています。更新すると自動で解除されます。

×

この広告は1年以上新しい記事の更新がないブログに表示されております。