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トピックス〔ビタミン 95 巻トピックス

α- ケトグルタル酸は加齢による骨粗鬆症を防ぐ$OSKDNHWRJOXWDUDWHSUHYHQWVDJHUHODWHGRVWHRSRURVLV骨粗鬆症は骨量低下と骨組織の構造異常により骨折命の延伸に寄与することが報告され注目されているの危険性が増大する疾患である 1）．我が国における大（図 1）6）-8）．昨年，Wang ら 9）はマウスに ĮKG を投与

腿骨頚部の骨粗鬆症有病率は，80 歳以降の男性ではすることにより老齢マウスの骨粗鬆症リスクを抑え，2）10％程度であるのに対して女性では 60％以上もある ．

また老齢由来骨髄由来間葉系幹細胞の生理機能および同様に C57BL6J マウスでもこの傾向は共通し，6 月齢骨分化能を回復させることを報告した．本稿では，の雌マウス大腿骨の骨梁量は 2 月齢に比べて 70％（雄は 25 〜 35％）ほど少ない 3）．既存の骨粗鬆症治療薬でWang らの研究報告を概説する．
ヒトとマウスの血漿 ĮKG 濃度は加齢により低下すあるビスホスホネート製剤 4），組換えヒト副甲状腺ホルる 10）11）．実際に 19 月齢の C57BL6J マウスの血漿 ĮKGモン 5）などは，有効性や副作用に未だ課題も残る．

濃度は，3 月齢の半分以下であった．そこで 18 月齢マ
ウスに 0.25，0.75％の ĮKG 含有飲料水を 1 か月間与え

近年，エネルギー（ATP）産生に重要な TCA 回路の
中 間 体 で あ る Į-ケ ト グ ル タ ル 酸（alpha-ketoglutarate,て飼育した．すると血漿 ĮKG 濃度は 3 月齢と同程度ĮKG）が胚性幹細胞の多分化能性維持やヒト多能性幹にまで回復した．また，19 月齢マウスでの第 4 腰椎の細胞の分化促進，そして線虫の寿命やマウスの健康寿

骨体積，骨梁数，骨梁幅は 3 月齢マウスに比べて低く，

図1

ĮKG の生体への有用性

TCA 回路の中間体である Į-ケトグルタル酸（ĮKG）は，胚性幹細胞の多分化能性維持やヒト多能性幹細胞の分化促進，そして線虫の寿命やマウスの健康寿命の延伸に寄与することが報告されている 6）-9）．

5・6 号（6 月）2021〕

トピックス

291

骨梁間隔が大きい．そして，同様に ĮKG 含有飲料水

齢由来間葉系幹細胞での ĮKG の効果を評価するため，で飼育すると 3 月齢と同程度にまで回復した．次に，

3 月齢および 18 月齢マウスの脛骨と大腿骨から骨髄由骨石灰化を評価するため，リン酸カルシウム塩と炭酸来間葉系幹細胞を単離した．18 月齢マウスの骨髄由来カルシウム塩を検出する Von Kossa 染色，破骨細胞数を評価するため，酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼを間葉系幹細胞内の ĮKG 濃度は，3 月齢に比べて低かった．そして，2 mM の ĮKG 含有培地で培養すると 18

検 出 す る Tartrate-Resistant Acid Phosphatase（TRAP）染月齢マウスの骨髄由来間葉系幹細胞の細胞内 ĮKG 濃色を第 4 腰椎の断面で行った．すると 19 月齢マウス度，5-エチニル-2’-デオキシウリジン（EdU）の取り込み，では単位骨梁周囲長あたりの骨芽細胞数および破骨細コロニー形成数，遊走能，細胞数，アルカリフォスファ

胞，石灰化速度，骨形成速度が 3 月齢マウスの半分程度に低下していたが，ĮKG 含有飲料水の摂取により回ターゼ活性，カルシウム沈着量は増加した．また，
Runx2，Sp7，Col1a1，Alp の遺伝子発現は対照群に比復した．さらに 0.75％ ĮKG 含有，または不含飲料水（対べて高かった．これは，ĮKG が骨髄由来間葉系幹細胞照群）で 1 か月間飼育した老齢の雌マウスから間葉系の老化により低下した増殖能，コロニー形成能，遊走幹細胞を単離し，骨形成誘導培地で培養後にアルカリ能，骨分化能を高めたことを示している．

フォスファターゼ染色，およびアリザリンレッド S 染
色を行い，骨形成能を評価した．0.75％ ĮKG 含有培地

次に，細胞老化を誘導した骨髄由来間葉系幹細胞を用いて ĮKG の効果を検討した．2 mM ĮKG 含有培地でで培養した場合，対照群に比べてカルシウム沈着量が多く，骨形成に関わる Runx2，Alp，Bglap の遺伝子発培養した 18 月齢マウスの骨髄由来間葉系幹細胞の分現が高かった．しかし，アルカリフォスファターゼ活性や骨形成に関わる Sp7，Col1a1 の遺伝子発現に差はした．また，細胞老化で遺伝子発現が高くなることが知られる p16，p21，p53，Il6 の遺伝子発現は対照群よみられなかった．

り低かった．さらに DNA 傷害の指標である ȖH2A-X

C57BL6J マウスの骨梁体積は，性成熟が完了する 23）

裂回数は対照群に比べて多く，継代可能な回数も増加の蛍光免疫染色，および細胞老化の指標として用いら

月齢でピークを迎える ．Wang らは，ĮKG が加齢にれる SA-ȕ-Gal 染色も対照群に比べて陽性細胞数が少よる骨量減少を抑えると考え，C57BL6J 雌マウスを 2月齢から ĮKG 含有，または不含飲料水（対照群）で飼なかった．また，過酸化水素水により細胞老化を誘導育した 4 月齢および 6 月齢マウスの大腿骨は，加齢にした骨髄由来間葉系幹細胞の SA-ȕ-Gal 陽性細胞数は，
ĮKG 添加により減少した．これらの結果は，骨髄由来間葉系幹細胞の細胞老化を ĮKG が改善することを示

よる骨体積，骨梁数の減少が抑制され，骨梁間隔の増している．

育した．すると対照群に比べて ĮKG 含有飲料水で飼加も抑制された．一方，骨梁幅は対照群と変わらなかっ

骨髄由来間葉系幹細胞では，加齢により骨形成や幹た．また，大腿骨の単位骨梁周囲長あたりの骨芽細胞細胞性に関わる遺伝子発現を制御するヒストン修飾が変化する 14）．Wang らは ĮKG が骨髄由来間葉系幹細胞数および破骨細胞数は，加齢により減少した．しかし，
ĮKG 含有飲料水の摂取により 4 月齢および 6 月齢マウでのヒストン修飾に及ぼす影響を調べた．18 月齢マウスでは 2 月齢マウスよりも単位骨梁周囲長あたりの骨ス骨髄由来間葉系幹細胞での遺伝子発現抑制に寄与す芽細胞数および破骨細胞数が増加した．また，頸椎，腰椎でも ĮKG 摂取による同様の効果が確認された．

るヒストン修飾である H3K9me3（ヒストン H3 の 9 番

骨折後の回復速度は加齢に伴い遅くなる 12）．Wang
らは骨折後の回復速度を ĮKG 摂取が高めるかを検証

目 リ ジ ン の ト リ メ チ ル 化 ）と H3K27me3 の 総 量 は，ĮKG 添加により減少した．一方，遺伝子発現の亢進に寄与するヒストン修飾である H3K9ac（ヒストン H3 のす る た め，24 〜 26 月 齢 の Sprague Dawley ラ ッ ト に9 番目リジンのアセチル化）と H3K27ac の総量に変化

0.75% α KG 含有，または不含飲料水（対照群）を与えはみられなかった．また，老齢マウスの腰椎切片を用て飼育し，2 週間後に大腿骨をドリルで損傷させた．
ĮKG 含有飲料水で飼育したラットの術後 2 週間目でのいて間葉系幹細胞マーカーである LepR と H3K9me3
ま た は H3K27me3 を 二 重 蛍 光 免 疫 染 色 し た と こ ろ，大腿骨の骨密度，骨量，単位骨梁周囲長あたりの骨芽LepR 陽性細胞あたり H3K9me3 または H3K27me3 陽性

細胞数および破骨細胞数は対照群に比べて多かった．

細胞の占める割合は，ĮKG 含有飲料水を 1 か月摂取す

これは，ĮKG 摂取が骨折後の回復速度を高めたことをることにより減少した．これらの結果は，ĮKG がヒス示している．
老齢由来間葉系幹細胞は増殖能，コロニー形成能，遊走能，骨分化能が低下している 13）．Wang らは，老トン H3 のメチル化を減らすことにより骨髄由来間葉系幹細胞の遺伝子発現に影響する可能性を示唆している．

292〔ビタミン 95 巻トピックス

最後に，Wang らは ĮKG が骨髄由来間葉系幹細胞の2Department of Biological Science, Tokyo Metropolitan

遺伝子発現に及ぼす影響を RNA-seq を用いて網羅的にUniversity調べた．すると，ĮKG 添加により発現が亢進した遺伝

Yuta Doshida1,2, Akihito Ishigami1,2子の中に骨形成に関わる 2 つの遺伝子群が多く含まれていた．そのうち骨分化に重要な遺伝子である Bmp2，1

東京都健康長寿医療センター研究所 分子老化制御

2

東京都立大学 理学研究科

Bmp4，および幹細胞の未分化性維持に重要な遺伝子で土志田

裕太 1,2，石神生命科学専攻昭人 1,2ある Nanog について，そのプロモーター領域のヒストン修飾をクロマチン免疫沈降法により調べた．すると
ĮKG 添 加により，Bmp2，Nanog プロモーター領 域の利益相反自己申告：申告すべきものなし

H3K9me3，及び Bmp2，Bmp4，Nanog プロモーター領（2021.2.5 受付）

域の H3K27me3 が減少していた．また，ヒストン脱メチル化酵素阻害剤の JIB 04 を共存培養すると遺伝子発現の亢進が抑制された．さらに ĮKG 添加による H3K9me3

文および H3K27me3 の減少も抑制された．ヒストン脱メチル化酵素である JMJC ファミリーの活性化には，補酵素として ĮKG が必要である 15）．しかし，ヒストンメチル基転移酵素およびヒストン脱メチル化酵素の遺伝子発現は ĮKG の有無で変化しなかった．これらの結果は ĮKG が補酵素としてヒストン脱メチル化酵素を活性化し，Bmp2，Bmp4，Nanog の遺伝子プロモーター

献1）World Health O. (1994) Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis : report of aWHO study group [˪˪ meeting held in Rome from 22 to 25 June1992]˪.˪ World Health Organization2）Yoshimura N, Muraki S, Oka H, Mabuchi A, En-Yo Y, Yoshida M,Saika A, Yoshida H, Suzuki T, Yamamoto S, Ishibashi H, Kawaguchi H, Nakamura K, Akune T (2009) Prevalence of knee osteoar-

領域の H3K9me3 および H3K27me3 を減らすことを示

thritis, lumbar spondylosis, and osteoporosis in Japanese men andしている．

women: the research on osteoarthritis/osteoporosis against disabil-Wang らは，高齢マウスに ĮKG を与えて骨量の増加を確認した．また，ĮKG 投与は高齢マウスの低下した骨髄由来間葉系幹細胞の増殖能，遊走能，骨分化能を向上させた．そして，その作用メカニズムは ĮKG による Bmp2，Bmp4，Nanog の遺伝子プロモーター領域の H3K9me3，H3K27me3 の減少であることを示した．
エネルギー産生に重要な TCA 回路の中間体である
ĮKG は，他の骨粗鬆症治療薬に比べて摂取時のアレルギー反応が生ずる危険性は極めて少ない．今後，ヒトで ĮKG の長期，または多量に摂取した際の影響を十分に検討する必要はあるが，安全な骨粗鬆症治療薬としての活用が期待できる．高齢者が骨折により，寝たきりの生活を余儀なくされる事態を回避できるかもし

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れない．また，ĮKG は骨粗鬆症以外にもマウスの健康

7）Chin RM, Fu X, Pai MY, Vergnes L, Hwang H, Deng G, Diep S,寿命を延伸する効果が報告されている（図 1）8）．今後，
ĮKG 含有製品が市販され，日常的に多くの人が気軽にLomenick B, Meli VS, Monsalve GC, Hu E, Whelan SA, WangĮKG を摂取できるようになればヒトの健康寿命も延伸

Nili M, Krall AS, Godwin HA, Chang HR, Faull KF, Guo F, Jiang

できるかもしれない．

JX, Jung G, Solis GM, Fazlollahi F, Kaweeteerawat C, Quach A,M, Trauger SA, Saghatelian A, Braas D, Christofk HR, Clarke CF,Teitell MA, Petrascheck M, Reue K, Jung ME, Frand AR, Huang J

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1

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