D--概要
ビタミン D が「骨を強くする」ということは大昔から知られていましたが、この具体的な作用機構については意外とこれまで明らかにされていませんでした。特に、大きな謎とされていたのは、ビタミン D が in vitro（培 養容 器内 ）の実 験系では骨 を壊す破骨 細胞 を増やす（＝骨破壊を促す）ように作用することでした。
大 阪 大 学 生 命 機 能 研 究 科 ／医 学 系 研 究 科 ／免疫 学 フロン ティ ア研 究 セン タ ー (WPI-IFReC) の 菊 田
順 一 助 教 と石 井 優 教 授 らの研 究 グループは、これまで独自に立 ち上げてきた骨 組織のライブイメージング
系を活用して、ビタミン D が「破骨細胞を骨 に近づけないようにして血 管 へ引 き戻 す」ことで骨 破 壊 を抑 制していることを初 めて明 らかにしました。 今 回 の研 究
成 果 によって、骨 粗 しょう症 など骨 疾 患 の治 療 により効果的な骨破壊抑制薬の開発につながることが強く期待されます。

研究の背景
全国民の４人に１人が６５歳以上の超高齢社会を迎えている日本では、加 齢に伴う骨粗鬆症の患者数増加が大きな社会問題となっています。ビタミン D が骨破壊を抑制して骨を強くすることは以前から知られており、実際に活性型ビタミン D 製剤は骨粗鬆症の治療薬として今日でも汎用されています。しかしながら、ビタミン D がどうやって骨破壊を抑 制しているのかについては、これまでの骨研究の手法では十分に解明されてきませんでした。

本研究成果が社会に与える影響（本研究成果の意義）
本 研 究 グループはこれまで、骨 組 織 の内 部 を生 きたままイメージングすることで、破 骨 細 胞 の動 きを捉えるという、世界的にも独自の研究手法を立ち上げてきましたが、今回この手法を用いて解析することで、ビタミン D が骨を壊す破骨細胞を骨に引き寄せる受容体の発現を減らして、骨 に近づけないようにして骨破 壊 を抑 制 していることが初 めて分 かりました。こういった作 用の様 式が分 かることで、骨 疾 患の治 療により効果的な骨破壊抑制薬の開発につながることが強く期待されます。

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研究の詳細な説明＜研究の背景＞
ビタミン D は生物活性を有する代表的な脂溶性ビタミンであり、腸や腎臓においてカルシウム輸送体の発現を調節することで生体内でのカルシウム濃度調節に関与している。その一方で、ビタミン D は骨に作用し、骨破 壊を抑 えることで「骨を強くする（＝骨 密 度を増加 させる）」ことが昔 から知 られていた。実際に、活性型ビタミン D 製剤は本邦でも骨粗鬆症の治療薬として汎用されてきており、その有効性が証明されてきた。しかしながら、このビタミン D による骨破壊抑制作用のメカニズムの詳細、すなわち「ビタミン D がなぜ骨破壊を抑制するのか」ということについては長い間不明のままであった。特に、大きな謎とされてきたことは、in vitro（培養容器 内）の実験系では、ビタミン D は骨を破壊する能力をもつ破骨細胞をさらに増やす（＝骨 破 壊 を促 す）ように作 用 することが知 られており、in vivo（生 体 内 ）との実 験 系 の違いの中に、謎を解く鍵があると考えられていた。
In vitro（培養容器内）と in vivo（生体内）の間には様々な違 いがあるが、中 でも大 きな違 いとして「細 胞 の動 きと数 の違い」が挙げられる。In vitro の系では、実験者がある一定数の細 胞 を培 養 容 器 に入 れて観 察 するため、細 胞 の動 きは見 られないし、新たな細胞が入ってきたり、逆に出て行ったりすることもない。しかし、in vivo（生体内）で血流が保たれている環境
では、常に細胞が出入りしている。これは in vitro の系との決定的な違いである。
本 研 究 グループは、これまでに特 殊 な顕 微 鏡 を用 いることで、骨組織内を生きたままで（in vivo で）イメージングすることに世 界 に先 駆 けて成 功 し、これを用 いて破 骨 細 胞 が骨 破 壊部 位 に来 たり、逆 に出 ていったりする様 子 をリアルタイムに解析してきた（Nature 2009; J Exp Med 2010; J Clin Invest 2013,etc）。特 に、血 液 を流 れているマクロファージから分 化 する破骨 細 胞 が、血 中 から骨 に引 き寄 せられる過 程が、スフィンゴシン１リン酸 （S1P）という物 質 によって制 御 されていることを明 らかにしてきた。S1P は血中に多く存在するが、破骨細胞は S1Pに対 する２つの 異 なる種 類 の 受 容 体 を持 っている。それは、S1P に近 づくように（＝血 管 の方 に）進 むための「１型 受 容 体（S1PR1）」と、逆に S1P から遠ざかるように（＝骨の方に）進む「２型 受 容 体 （S1PR2）」である。破 骨 細 胞 はこの２つの受 容 体を、車 のアクセルとブレーキのようにうまく使 い分 けて動 いていることが、生体イメージング系で明らかにされてきた。

＜ビタミンDはS1PR2の発現を減らすことで、破骨細胞を骨から血管へ戻している＞
本研究グループは、ビタミン D がこの破骨細胞の「動き」の制 御 に関 わっているかもしれないという仮 説 を立 てて、以 下 の実験を行った。まず、ビタミン D で処理した破骨細胞と、通常の状 態 の破 骨 細 胞 で、S1P（血 管 内 に多 く存 在 ）に対 する細2

胞遊走を、特殊な培養装置を用いて測定した。この結果、ビタミン D で処 理 した破 骨 細 胞 は、S1P の方 向 に対 してよく進 むことが分 かった。即ち、ビタミン D は破骨細胞を血管の方向へ動かしやすいということが明らかとなった。
次に、どのようにしてビタミン D がこうした作用を発揮するかを調べるた
めに、破骨細胞の動きを調節している S1P の受容体（１型や２型）の発現を調べた。その結果 、ビタミン D 投与によって、破骨 細胞 を骨 側に引き寄せる２型受容 体（S1PR2）が少なくなることが明 らかとなった（右図 ）。一方で、S1P の１型受容体や、その他の細胞遊走関連受容体の発現はいずれも変化がなかった。つまり、ビタミン D は破骨細胞に作用して、破骨細 胞 が骨 に近 づくための受 容 体 （S1PR2）を減 らすことにより、骨 から遠ざける（＝血管側へ移動させる）ということが明らかになった。これはビタミン D の作用としては、これまで全く明らかにされてこなかった新しいメカニズムである。

＜ビタミン D で治療中の骨の中の破骨細胞は、確かに S1PR2 が減っている＞
すでに述べたように、ビタミン D は骨粗鬆症の治療薬として、臨床的にもすでによく使用されている。次に、実際にビタミン D で治療中の骨の中で、本当にこういったことが起こっているのかについて解析を行った。骨粗 鬆症 を人為 的に誘導したマウス（OVX）に、天然の活 性型ビタミン D（1.25D）や、現在の臨 床現場でよく使用 されている最 新の活性型ビタミン D 誘 導体（ELD）を投与すると、骨密 度が回復している様子が観察される（下図 A，B）。この状態で骨組織から破骨細胞を取り出してきて、その S1PR2 の量を測定してみると、確かに天然型・誘導型のビタミン D のいずれの場合でも、S1PR2 の発現が有意に低下していることが分かった（下図 C）。これらのことから、ビタミン D で治療して骨破壊が抑えられている骨の内部では、確かに破骨細胞を骨に引き寄せる受容体である S1PR2 の発現が低下していることが証明された。

ビタミン D による骨粗鬆症マウスの治療実験．Sham は対象群（骨粗鬆症を誘導しないもの），OVX が骨粗鬆症を誘導したもの，BMD は骨密度を示す．Vehicle は薬剤未投与群，1.25D が天然型の活性型ビタミン D，ELD（エルデカルシトール）が臨床現場で用いられているビタミン D 誘導体をそれぞれ投与したもの．

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＜ビタミン D で治療中の骨の中では、確かに破骨細胞が血管の方に動いて行っている＞
それでは最後に、ビタミン D で治療中の骨の中では、破骨細胞の動きがどのようになっているのか、本研 究 グループが得 意 とする骨 組 織 内 のライブイメージング系 を活 用 して解 析 を行 った。その結 果 、 これまでの結果と相関するように、確かにビタミン D（天然型の 1.25D と臨床で使用される誘導体の ELD の双方とも）で治療した状態の骨の内部では、破骨細胞の動きが大きくなっており、骨から血中へと流れ出ている様子が観察された。

これらの結果を総合すると、ビタミン D は破骨細胞を骨に引き寄せる受容体である S1PR2 を減らすことにより、破 骨 細 胞 を骨から遠 ざけることで骨 破 壊 を抑 制 していることが 明 らかとなった。これは、これまで長年にわたって謎であったビタミン D の骨破壊抑制作用のメカニズムを具体的に明らかにした初めての研究成果であり、医療的にも大きなインパクトがあるものと考える。古くからある治療法・生体現象を、イメージングを含 めた最 新 の研 究 技 術 で謎 解 きを行 った本 研 究 は、生 物 学 における温 故 知 新 の一 つの姿 であり、今後のライフサイエンス研究においても重要な方向性を提起するものであると確信する。

4日 常 診 療 で頻 用 され、有 効 性 も十 分 に確 立 している薬 剤 でも、意 外 とその作 用 機 序 が明 らかとなっていないものは相当数に上る。ビタミン D もその典型であり、大昔から「骨を強くする」と漠然と信じられていたものの、その具体的な作用は長い間不明であった。特に、in vitro の培養系ではビタミン D が破骨細胞の数を増やして、骨を壊す側へ働くことが知られており、大きな矛盾とされてきた。これが、ビタミン D が日本 に比 べて欧 米 では骨疾 患 治 療 薬 としてあまり普 及 していない大 きな理 由 の一 つである（欧 米 では薬 物の作用機序の解明がより強く求められる傾向にある）。今回の発見により、ビタミン D の薬効が明らかになったことで、より「安心して」ビタミン D 製剤を臨床現場で使用していくことが可能になった他、より有効性の高い活性型ビタミン D 製剤、もしくはその誘導体の開発につなげることが強く期待される。

＜掲載論文・雑誌＞"S1P-mediated osteoclast precursor monocyte migration is a critical point of control inanti-bone-resorptive actions of active vitamin D"（活性型ビタミン D は S1P による破骨細胞の運動制御機構を調節することにより骨破壊を抑制する）
雑誌: 米国科学アカデミー紀要 (Proceedings of the National Academy of Sciences )2013 年 4 月 8 日 (15:00 , EST) online 掲載

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