マウス高脂肪食誘発変形性関節症モデルにおける関節組織の初期反応：サイトカインの泉としてのIPFPの極めて重要な役割

Initial responses of articular tissues in a murine high-fat diet-induced osteoarthritis model: pivotal role of the IPFP as a cytokine fountain.

抄録

肥満および高体重指数は、変形性関節症（OA）の高い発症率と関連している。本研究の目的は、膝関節症発症に対する高脂肪食（HFD）の亜急性効果における膝蓋下脂肪パッド（IPFP）の関与を調べることである。C57BL/6J雄マウスに7週齢から高脂肪食または通常食を与えた。組織切片を免疫組織学的に評価した。IPFPを摘出し、リアルタイムRT-PCR解析を用いてmRNA発現プロファイルを比較した。HFD群ではHFD投与8週後から変形性関節症の変化が始まった。骨棘形成に先立って、滑膜細胞数の増加と脛骨高原前縁での血管新生が認められた。定量的組織学的分析によると、HFD群では8週間後に骨棘体積が有意に増加し、IPFP体積、個々の脂肪細胞の大きさ、IPFP内の血管数も増加した。組織形態学的解析から、骨棘面積はIPFP面積、個々の脂肪細胞面積および血管面積と有意に関連していた。リアルタイムRT-PCR解析では、8週間の高脂血症食後、IPFPにおける炎症性サイトカイン、成長因子、アディポカインのmRNA発現の上昇が示された。これらの所見は、HFD8週間後のCD68マクロファージマーカーの発現上昇と並行していた。アディポカインの発現レベルは、TNF-α、VEGFおよびTGF-βの発現と有意に相関していた。免疫組織学的解析の結果、Namptタンパク質はIPFP、特に骨棘形成部位周辺に高発現していた。軟骨細胞のアポトーシスと増殖はともに骨棘形成部位で亢進しており、この部位で細胞のターンオーバーが高いことを示していた。これらの観察から、IPFPは骨棘の形成に極めて重要な役割を果たしており、HFDに応答する分泌器官として機能していることが示唆された。

Obesity and high body mass index are associated with a higher incidence of osteoarthritis (OA). The aim of this study is to investigate the involvement of the infrapatellar fat pad (IPFP) in the sub-acute effect of a high fat diet (HFD) on the development of knee-OA. C57BL/6J male mice were fed either a HFD or a normal diet beginning at seven weeks of age. Tissue sections were evaluated with immunohistological analysis. The IPFP was excised, and mRNA expression profiles were compared using real-time RT-PCR analysis. Osteoarthritic changes were initiated in the HFD group after eight weeks of the HFD. Increased synovial cell number and angiogenesis at the anterior edge of the tibial plateau were exhibited prior to osteophyte formation. Quantitative histological analysis indicated that osteophyte volume was significantly increased in the HFD group after eight weeks, along with an increase in the IPFP volume, the size of individual adipocytes and the number of vessels in the IPFP. Histomorphometrical analysis revealed osteophyte area was significantly associated with IPFP area, individual adipocyte area and vascular area. Real-time RT-PCR analysis demonstrated elevated mRNA expression of inflammatory cytokines, growth factor, and adipokines in the IPFP after eight weeks of the HFD. These findings are in parallel with increased expression of the CD68 macrophage marker after eight weeks of the HFD. Expression levels of the adipokines were significantly correlated with expression of TNF-α, VEGF and TGF-β. Immunohistological analysis revealed that the Nampt protein was highly expressed in the IPFP especially around the site of osteophyte formation. Apoptosis and proliferation of chondrocytes were both enhanced at the site of osteophyte formation, indicating higher cell turnover at this region. These observations suggest the IPFP plays a pivotal role in the formation of osteophytes and functions as a secretory organ in response to a HFD.