活性化FGFR3は、離断性骨形成マウスモデルにおいて軟骨内骨化を促進することにより骨形成を促進する

Activated FGFR3 promotes bone formation via accelerating endochondral ossification in mouse model of distraction osteogenesis.

抄録

軟骨無形成症(ACH)は、線維芽細胞増殖因子受容体3(FGFR3)遺伝子の機能獲得型変異によって引き起こされる、最も一般的な低身長骨格形成異常症の一つである。気晴らし骨造成（DO）は、一部の国ではACHの低身長に対する治療法の選択肢となっている。通常、ACH患者はDOにおいてより早い治癒を示すが、新しく形成される骨の詳細については検討されていない。我々はDOのモデルマウスを開発し、ACHトランスジェニックマウス（Fgfr3マウス）の新生骨を組織学的、形態学的に解析した。DOのプロトコールは2種類設定し、short-DOは5日間の潜伏期と5日間のdistractionで構成され、24時間あたり0.4mmの速度でdistractionを行った。long-DOは同じ潜伏期と7日間のdistractionで構成され、12時間あたり0.3mmの速度でdistractionを行った。カルス形成は、どちらのプロトコールでも、骨充填スコアによってX線学的に評価され、マイクロCTスキャンによって定量化された。組織形態学的解析は、Villanueva Goldner、Safranin-O/Fast green、tartrate-resistant acid phosphatase、type X collagenなどの様々な染色により、short-DOプロトコールで行った。骨充填スコアは、いずれのプロトコールにおいても、Fgfr3マウスが野生型マウスよりも有意に高かった。骨体積、骨体積／組織体積を含む個々の骨パラメータも、両プロトコールにおいてFgfr3マウスが野生型マウスよりも有意に高かった。Fgfr3マウスでは、海綿骨周囲の破骨細胞と同様に骨芽細胞の数も増加していた。ディストラクション部位の軟骨組織は、Fgfr3マウスではコンソリデーション期において野生型マウスに比べて急速に消失した。同様に、X型コラーゲン陽性細胞もFgfr3マウスでは同時期に著しく減少した。Fgfr3マウスは、DO後に骨再生の促進を示した。軟骨内骨化の促進は、Fgfr3マウスの治癒の早さに寄与している可能性がある。

Achondroplasia (ACH) is one of the most common short-limbed skeletal dysplasias caused by gain-of-function mutations in the fibroblast growth factor receptors 3 (FGFR3) gene. Distraction osteogenesis (DO) is a treatment option for short stature in ACH in some countries. Although the patients with ACH usually show faster healing in DO, details of the newly formed bone have not been examined. We have developed a mouse model of DO and analyzed new bone regenerates of the transgenic mice with ACH (Fgfr3 mice) histologically and morphologically. We established two kinds of DO protocols, the short-DO consisted of 5days of latency period followed by 5days of distraction with a rate of 0.4mm per 24h, and the long-DO consisted of the same latency period followed by 7days of distraction with a rate of 0.3mm per 12h. The callus formation was evaluated radiologically by bone fill score and quantified by micro-CT scan in both protocols. The histomorphometric analysis was performed in the short-DO protocol by various stainings, including Villanueva Goldner, Safranin-O/Fast green, tartrate-resistant acid phosphatase, and type X collagen. Bone fill scores were significantly higher in Fgfr3 mice than in wild-type mice in both protocols. The individual bone parameters, including bone volume and bone volume/tissue volume, were also significantly higher in Fgfr3 mice than in wild-type mice in both protocols. The numbers of osteoblasts, as well as osteoclasts, around the trabecular bone were increased in Fgfr3 mice. Cartilaginous tissues of the distraction region rapidly disappeared in Fgfr3 mice compared to wild-type mice during the consolidation phase. Similarly, type X collagen-positive cells were markedly decreased in Fgfr3 mice during the same period. Fgfr3 mice exhibited accelerated bone regeneration after DO. Accelerated endochondral ossification could contribute to faster healing in Fgfr3 mice.