アルカリホスファターゼの投与がマウスの歯周再生を促進する

Delivery of Alkaline Phosphatase Promotes Periodontal Regeneration in Mice.

抄録

ピロリン酸（PP）とリン酸（P）の比率を調節する因子は、バイオミネラリゼーション（biomineralization）を調節する。組織非特異的アルカリホスファターゼ（TNAP）は、強力な石灰化阻害物質であるPPを加水分解する重要なプロミネラリゼーション酵素である。本研究の目的は、歯周病の表現型を持つことが知られているボーンシアロプロテインノックアウトマウス( マウス) において、TNAP が歯周再生を促進するかどうかを確認することであった。TNAPの送達は、全身的（ミネラル標的TNAP-Dタンパク質を発現するレンチウイルス構築物による）または局所的（フェネストレーション欠損モデルへの組換えヒトTNAPの添加による）のいずれかで達成された。生後5日目にTNAP-Dを筋肉注射すると、生後30日目に循環アルカリホスファターゼ（ALP）レベルが5倍上昇し、マイクロCTと組織学で評価すると60日目には正常レベルに戻っていた。5週齢の野生型（WT）およびマウスの柵状欠損に組換えヒトTNAPを局所投与しても、長期の循環ALPレベルに変化はなく、術後45日目に組織をマイクロCTおよび組織学的に評価した。TNAPの全身および局所投与により、マウスでは歯槽骨量（それぞれ20％および37％）とセメント質厚（3倍および42倍）が有意に増加し、歯根膜付着と骨・セメント質マーカー局在が確認された。WTマウスでは、局所投与により再生セメント質と骨が有意に増加した。100-μg/mL bovine intestinal ALPを培養液に添加してin vitroでALPを増加させると、WTおよびOCCM.30セメント芽細胞において培地P濃度、鉱化およびマーカー遺伝子発現を増加させた。ナトリウムP共輸送の非特異的阻害剤であるphosphonoformic acidの使用により、ウシ腸管ALPの鉱化およびマーカー遺伝子発現への影響が、一部P輸送を介していることが示唆された。これらの知見は，in vivo および in vitro の複数のアプローチにより，P/PP 代謝の薬理学的調節が歯周病破壊を克服し再生を達成できることを初めて示すものである．

Factors regulating the ratio of pyrophosphate (PP) to phosphate (P) modulate biomineralization. Tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP) is a key promineralization enzyme that hydrolyzes the potent mineralization inhibitor PP. The goal of this study was to determine whether TNAP could promote periodontal regeneration in bone sialoprotein knockout mice ( mice), which are known to have a periodontal disease phenotype. Delivery of TNAP was accomplished either systemically (through a lentiviral construct expressing a mineral-targeted TNAP-D protein) or locally (through addition of recombinant human TNAP to a fenestration defect model). Systemic TNAP-D delivered by intramuscular injection at 5 d postnatal (dpn) increased circulating alkaline phosphatase (ALP) levels in mice by 5-fold at 30 dpn, with levels returning to normal by 60 dpn when tissues were evaluated by micro-computed tomography and histology. Local delivery of recombinant human TNAP to fenestration defects in 5-wk-old wild type (WT) and mice did not alter long-term circulating ALP levels, and tissues were evaluated by micro-computed tomography and histology at postoperative day 45. Systemic and local delivery of TNAP significantly increased alveolar bone volume (20% and 37%, respectively) and cementum thickness (3- and 42-fold) in mice, with evidence for periodontal ligament attachment and bone/cementum marker localization. Local delivery significantly increased regenerated cementum and bone in WT mice. Addition of 100-μg/mL bovine intestinal ALP to culture media to increase ALP in vitro increased media P concentration, mineralization, and and marker gene expression in WT and OCCM.30 cementoblasts. Use of phosphonoformic acid, a nonspecific inhibitor of sodium P cotransport, indicated that effects of bovine intestinal ALP on mineralization and marker gene expression were in part through P transport. These findings show for the first time through multiple in vivo and in vitro approaches that pharmacologic modulation of P/PP metabolism can overcome periodontal breakdown and accomplish regeneration.