ストレプトゾトシン誘発糖尿病マウスにおけるリガチャー誘発性歯周炎の骨代謝マイクロアレイ解析

Bone metabolic microarray analysis of ligature-induced periodontitis in streptozotocin-induced diabetic mice.

• S Maekawa
• S Katagiri
• Y Takeuchi
• R Komazaki
• A Ohtsu
• S Udagawa
• Y Izumi

抄録

背景と目的:

歯周病は慢性感染症であり，骨の喪失を伴う疾患である．糖尿病患者では歯周組織破壊が進行することが多くの疫学研究で報告されているが、そのメカニズムは不明である。本研究では、ストレプトゾトシン誘発糖尿病マウスを用いて、リガチャー誘発性歯周炎モデルを用いて、糖尿病が歯周組織および歯槽骨減少にどのような影響を及ぼすかを総合的に検討した。

BACKGROUND AND OBJECTIVE: Periodontal disease is a chronic infectious disease that results in bone loss. Many epidemiological studies have reported the progression of periodontal tissue destruction in patients with diabetes; however, the associated mechanism remains unclear. In this study, we comprehensively investigated how diabetes affects the periodontal tissue and alveolar bone loss using a ligature-induced periodontitis model in streptozotocin-induced diabetic (STZ) mice.

材料および方法:

6wk齢のC57/BL6J雄性マウスにストレプトゾトシンを腹腔内注射して糖尿病を誘導した。9wk齢の野生型(WT)マウスとSTZマウスの上顎左第二大臼歯の周囲にシルクの結紮を行った。両群間の歯肉におけるmRNA発現レベルをDNAマイクロアレイと定量的ポリメラーゼ連鎖反応により、ライゲーション後1、3、7日目に調べた。歯周組織のタルトレート耐性酸ホスファターゼ染色およびアルカリホスファターゼ染色を行い、組織学的解析における破骨細胞および骨芽細胞の評価を行った。

MATERIAL AND METHODS: Diabetes was induced by intraperitoneal injection with streptozotocin in 6-wk-old C57/BL6J male mice. A silk ligature was tied around the maxillary left second molar in 9-wk-old wild-type (WT) and STZ mice. Bone loss was evaluated at 3 and 7 d after ligation. mRNA expression levels in the gingiva between the two groups were examined by DNA microarray and quantitative polymerase chain reaction at 1, 3 and 7 d post-ligation. Tartrate-resistant acid phosphatase and alkaline phosphatase staining of the periodontal tissue was performed for evaluation of osteoclasts and osteoblasts in histological analysis.

結果:

歯肉では、高血糖症によりオステオプロテガーリン（Opg）mRNA発現が上昇し、オステオカルシンmRNA発現が低下した。結紮した歯肉では、STZマウスではライゲーション後1日目に腫瘍壊死因子α（TNF-α）mRNA発現が上昇したが、WTマウスでは上昇しなかった。ライゲーション3日後には、STZマウスでは歯槽骨減少が認められたが、WTマウスでは認められなかった。また、ライゲーション後7日目には、WTマウスと比較してSTZマウスでは有意に重度の歯槽骨減少が認められた。DNAマイクロアレイを用いた骨代謝解析の結果、STZマウスでは結紮部位の歯肉におけるグリオーマ関連腫瘍遺伝子ホモログ1（Gli1）およびコラーゲンVI型アルファ1（Col6a1）のmRNA発現がWTマウスと比較して有意に低下していることが示された。定量的ポリメラーゼ連鎖反応により、STZマウスの結紮部位の歯肉では、WTマウスに比べてGli1とCol6a1のmRNA発現レベルが有意に低下していることが示された。組織学的解析では、STZマウスではアルカリホスファターゼ活性が低下していた。また、STZマウスでは結紮部位でtartrate-resistant acid phosphatase陽性多核細胞の増加が観察された。

RESULTS: In the gingiva, hyperglycemia upregulated the osteoprotegerin (Opg) mRNA expression and downregulated Osteocalcin mRNA expression. In the ligated gingiva, tumor necrosis factor-α (Tnf-α) mRNA expression was upregulated at 1 d post-ligation in STZ mice but not in WT mice. At 3 d post-ligation, alveolar bone loss was observed in STZ mice, but not in WT mice. Significantly severe alveolar bone loss was observed in STZ mice compared to WT mice at 7 d post-ligation. Bone metabolic analysis using DNA microarray showed significant downregulation in the mRNA expression of glioma-associated oncogene homologue 1 (Gli1) and collagen type VI alpha 1 (Col6a1) at the gingiva of the ligated site in STZ mice compared to that in WT mice. Quantitative polymerase chain reaction showed that Gli1 and Col6a1 mRNA expression levels were significantly downregulated in the gingiva of the ligated site in STZ mice compared to WT mice. Histological analysis showed lower alkaline phosphatase activity in STZ mice. In addition, an increased number of tartrate-resistant acid phosphatase-positive multinucleated cells were observed at the ligated sites in STZ mice.

結論:

これらの結果は、骨代謝のバランスが崩れると破骨細胞症を引き起こすことを示唆しており、この状態では早期に歯槽骨減少が起こる可能性があることを示唆しています。

CONCLUSIONS: These results suggest that an imbalance of bone metabolism causes osteoclastosis in insulin-deficient diabetes, and that alveolar bone loss could occur at an early phase under this condition.

© 2016 John Wiley & Sons A/S. Published by John Wiley & Sons Ltd.