Inhibition of abnormal calcification by augmented ENPP1 via Nrf2

通过 Nrf2 增强 ENPP1 抑制异常钙化

基本信息

批准号：
21K10197
负责人：
菅崎弘幸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tsurumi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K10197/
关键词：
Nrf2 異所性石灰化 ENPP1 ピロリン酸骨芽細胞分化石灰化

项目摘要

組織石灰化は健全な生体において厳密に制御されており、骨・歯などに限局されている。しかしながら軟組織の異所性石灰化、たとえば加齢に伴う大動脈石灰化などはQOLの著しい低下や致死的疾病状態など生体にとって有害である。抗酸化酵素発現マスターレギュレーターである転写因子Nrf2は骨芽細胞分化も抑制すると知られているが、Nrf2活性化と異所性石灰化の関連については未だ報告がない。石灰化抑制因子として知られるピロリン酸はENPP1によって産生され、異所性石灰化にENPP1機能低下が関与することが報告されている。我々は、in vitroにおいてNrf2活性化はENPP1発現を上昇させ、石灰化を抑制するデータを得ている。本研究課題では、Nrf2の活性化は石灰化抑制因子であるピロリン酸の産生酵素ENPP1発現を上昇させ異所性石灰化を抑制できると研究仮説を立て、その検証および分子生物学的制御機構についてin vitro、in vivo、ex vivo実験系を用いて解明することを目的として研究を行った。in vitro実験系において、骨芽細胞セルラインMC3T3-E1へのNrf2活性化剤はENPP1発現を増強させるデータが得られた。また石灰化培地で石灰化を促進させる場合にNrf2活性化剤を併用すると石灰化が抑制されること、および骨芽細胞分化が抑制されることが遺伝子レベルおよびアリザリンレッド染色で明らかとなった。また、in vivo実験系として、後縦靱帯骨化自然発症マウス（TTWマウス）飼育時にNrf2活性化剤を反復投与したところ、マイクロCT画像上で後縦靱帯の石灰化が阻止されることを明らかとした。以上から、Nrf2活性化はENPP1発現を上昇させ、局所におけるピロリン酸濃度を上昇させることで生体において異所性石灰化を阻止できる可能性が示唆された。

组织矿化在健康有机体中受到严格控制，并且局限于骨骼、牙齿等。然而，软组织的异位钙化，例如与衰老相关的主动脉钙化，对生物体有害，例如生活质量显着下降，甚至致命的疾病状态。转录因子 Nrf2 是抗氧化酶表达的主要调节因子，已知其可抑制成骨细胞分化，但 Nrf2 激活与异位矿化之间的关系尚未见报道。焦磷酸盐被称为钙化抑制剂，由 ENPP1 产生，据报道 ENPP1 功能降低与异位钙化有关。我们获得的数据表明，Nrf2 激活可增加 ENPP1 表达并抑制体外钙化。在本研究项目中，我们假设Nrf2的激活可以通过增加ENPP1（一种产生钙化抑制剂焦磷酸的酶）的表达来抑制异位钙化，并对其验证和分子生物学控制机制进行了研究。使用体外、体内和离体实验系统阐明这一点。在体外实验系统中，获得的数据表明成骨细胞系 MC3T3-E1 中的 Nrf2 激活剂增强了 ENPP1 表达。此外，在基因水平和茜素红染色中显示，当在钙化介质中促进钙化时，当组合使用Nrf2激活剂时钙化被抑制，并且成骨细胞分化被抑制。此外，作为体内实验系统，显微CT图像显示，当对自发性后纵韧带骨化小鼠（TTW小鼠）重复施用Nrf2激活剂时，后纵韧带钙化受到抑制。这些结果表明Nrf2激活增加ENPP1表达并增加局部焦磷酸盐浓度，这可能防止体内异位钙化。