糖尿病患者の歯周組織再生初期段階におけるエナメル質マトリックス誘導体の酸化防止効果

Antioxidant effect of enamel matrix derivative for early phase of periodontal tissue regeneration in diabetes.

抄録

背景:

糖尿病は，高血糖による酸化ストレスを介して様々な組織で代謝異常を引き起こす．本研究では、エナメルマトリックスデリバティブ（EMD）が糖尿病患者の歯周組織再生に与える抗酸化作用について検討することを目的とした。

BACKGROUND: Diabetes involves metabolic disorders in various tissues via hyperglycemia-induced oxidative stress. This study aimed to investigate the antioxidative effect of enamel matrix derivative (EMD) on periodontal regeneration in diabetes.

方法:

22匹のラットをストレプトゾトシン（STZ）誘発糖尿病群とコントロール群に等分割した。高血糖導入2カ月後に尿中8-ヒドロキシ-2'-デオキシグアノシンを測定し、全身の酸化ストレスを測定した。両側上顎臼歯部の骨内欠損にEMDまたは生理食塩水を塗布し，炎症マーカーと酸化ストレスマーカーのmRNA発現量を定量した（n＝6）．術後7日目に組織測定とスーパーオキシドジスムターゼ-1（SOD-1）の免疫組織化学を行った（n=5）．in vitro実験では、ラット大腿骨から骨髄由来間葉系幹細胞を分離し、高グルコース（HG）またはコントロール培地にて培養した。活性酸素の測定とアリザリンレッド染色は、EMDの有無にかかわらず行った。

METHODS: Twenty-two rats were equally divided into streptozotocin (STZ)-induced diabetes or control group. Two months after induction of hyperglycemia, systemic oxidative stress was measured using urinary 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine. EMD or saline was applied into the intrabony defects created in the bilateral maxillary molar. mRNA expressions of inflammatory and oxidative stress markers were quantified (n = 6). Histometric analyses and immunohistochemistry of superoxide dismutase-1 (SOD-1) were performed 7 days postoperatively (n = 5). For in vitro experiments, the bone marrow-derived mesenchymal stem cells were isolated from rat femur and cultured in a high glucose (HG) or control medium. Reactive oxygen species (ROS) measurement and alizarin red staining were performed with/without EMD.

結果:

全身的な酸化ストレスは、糖尿病群で有意に高値を示した。EMD投与部位では，糖尿病群・非糖尿病群ともに結合組織の付着とセメント質形成が有意に増加した．ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸酸化酵素2および4の発現は，糖尿病・非糖尿病ラットともにEMD処理部位でEMD未処理部位に比べ有意に低下していた．免疫組織化学的には、EMD処理部位でSOD-1の発現が有意に高いことが示された。In vitroでは、HG培養はコントロールと比較して有意に高いROS産生を示したが、EMDによりダウンレギュレートされた。また、EMDは石灰化障害を有意に回復させた。

RESULTS: Systemic oxidative stress was significantly higher in the diabetic group. The connective tissue attachment and cementum formation were significantly increased at EMD-treated sites in both diabetic and non-diabetic groups. The expression of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase two and four was significantly lower at EMD-treated sites than at EMD-untreated sites in both diabetic and non-diabetic rats. Immunohistochemistry showed significantly higher SOD-1 expression at the EMD-treated site. In vitro, HG culture had significantly higher ROS production compared with control, which was downregulated by EMD. EMD treatment significantly recovered the impaired calcification in HG.

結論:

STZ誘発糖尿病ラットの骨欠損部において，EMDは高血糖による酸化ストレスを抑制し，初期創傷治癒および歯周組織再生を促進した．

CONCLUSION: EMD promoted early-phase wound healing and periodontal tissue regeneration in the surgically created bony defect of STZ-induced diabetic rat by suppressing hyperglycemia-induced oxidative stress.