重度のマグネシウム欠乏は、全身の骨密度を低下させ、炎症性骨吸収を悪化させる

Severe magnesium deficiency compromises systemic bone mineral density and aggravates inflammatory bone resorption.

抄録

我々は、歯周病（PD）を誘発したラットにおいて、マグネシウム（Mg）の摂取不足が骨代謝に及ぼす影響を評価することを目的とした。Holtzmanラットを無作為に2つのグループに分けた。対照群は標準的な食餌を与えられた動物、試験群は90％のMgが欠乏した食餌を与えられた動物である。飼料を与えて60日後に，すべての動物の左下の第一大臼歯に結紮を行い，歯周病を誘発した。動物は結紮後30日目に安楽死させた。血液と尿を採取し，酵素結合免疫吸着法によりMg，カルシウム，オステオカルシン（OCN），アルカリホスファターゼ，副甲状腺ホルモン（PTH）の血清濃度を，またデオキシピリジノリン（DPD）の尿中濃度を測定した。L4腰椎と下顎骨のマイクロCTにより、全身の骨密度（BMD）、骨量、骨の構造パラメータを評価した。タルトレート耐性酸性フォスファターゼ染色と、誘導性一酸化窒素合成酵素（iNOS）、Runt関連転写因子2（RUNX2）、CD86、CD80、増殖細胞核抗原、血管内皮増殖因子、OCN、オステオポンチンの免疫組織化学（IHC）分析を行った。逆転写ポリメラーゼ連鎖反応を用いて、receptor-activator of nuclear factor-kB ligand, osteoprotegerin (OPG), interleukin (IL)-6のmRNA発現を評価した。Mgが欠乏すると、PTHとDPDの濃度が高くなり、全身および下顎骨のBMDが有意に低下し、歯槽骨と海綿骨の損失も大きくなった。また、破骨細胞の有意な増加が認められた。IHC分析では、iNOSの発現が有意に増加し、OCNとRUNX2の発現が減少した。また、IL-6 mRNAの発現が増加し、OPG mRNAの発現が減少しました。Mgの欠乏は、脊椎骨の骨代謝の変化を示す全身的な影響を引き起こし、免疫細胞と間質細胞の両方に影響を与え、リガチャー誘発歯周炎モデルの炎症性骨吸収を悪化させた。

We sought to evaluate the effects of magnesium (Mg) intake deficiency on bone metabolism in rats with induced periodontal disease (PD). Holtzman rats were randomly divided into two groups: Control - animals fed a standard diet and test - animals fed a diet with 90% Mg deficiency. After 60 days on the diets, all animals received ligature on the lower left first molars to induce PD. Animals were euthanized after 30 days following ligature placement. Blood and urine were collected for determination of serum concentrations of Mg, calcium, osteocalcin (OCN), alkaline phosphatase and parathyroid hormone (PTH) by enzyme-linked immunosorbent assay, and the urinary concentration of deoxypyridinoline (DPD). Systemic bone mineral density (BMD), bone volume and architectural bone parameters were evaluated by micro-CT in L4 lumbar vertebrae and mandible. Tartrate-resistant acid phosphatase staining and immunohistochemical (IHC) analysis of inducible nitric oxide synthase (iNOS), Runt-related transcription factor 2 (RUNX2), CD86, CD80, proliferating cell nuclear antigen, vascular endothelial growth factor, OCN and osteopontin were investigated. Reverse-transcription polymerase chain reaction was employed to assess mRNA expression of receptor-activator of nuclear factor-kB ligand, osteoprotegerin (OPG) and interleukin (IL)-6. Mg deficiency was associated with higher concentrations of PTH and DPD, and significant decrease on both systemic and mandibular BMD, as well as greater severity of alveolar and trabecular bone loss. Significant increase in osteoclasts was observed in the test group with PD. IHC analysis showed significant increase in the expression of iNOS and decreased expression of OCN and RUNX2. Increased IL-6 mRNA and decreased OPG mRNA expressions were evidenced in the test group with PD. Mg deficiency caused systemic effects indicative of altered bone metabolism in the vertebrae and affected both immune and stromal cells, aggravating inflammatory bone resorption in the ligature-induced model of periodontitis.