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振動治療による骨粗鬆症性骨折の治癒の促進。オステオサイトの役割
Enhancement of osteoporotic fracture healing by vibration treatment: The role of osteocytes.
PMID: 32654846 DOI: 10.1016/j.injury.2020.05.020.
抄録
世界的な高齢化問題により、骨粗鬆症性骨折の有病率が高い。骨粗鬆症性骨折の治癒の遅れや障害は、社会経済的負担を著しく増大させる。近年の集中的な動物実験や臨床研究により、炎症反応の低下、間葉系幹細胞の減少、血管新生の悪化など、骨粗鬆症性骨折の治癒の病態が明らかにされてきている。骨粗鬆症性骨折の治癒を促進することは、入院期間を短縮し、関連する合併症を減少させる上で重要である。機械的刺激は、骨粗鬆症性骨折患者のリハビリテーションのための最もよく受け入れられているアプローチである。近年、振動治療を含む機械的信号を提供するいくつかの新しい介入が広範囲に検討されており、骨粗鬆症性骨折の治癒はこれらの信号に非常によく反応することがわかった。振動治療は、骨粗鬆症性骨折の治癒を促進し、カルス形成、ミネラル化、リモデリングの改善をもたらす可能性がある。しかし、骨粗鬆症性骨折の骨がどのように機械的な信号を感知し、骨形成へと伝達するのかのメカニズムは、未だに解明されていない。骨細胞は骨組織に最も多く存在する細胞である。これまでのエビデンスの蓄積により、骨細胞は機械感覚細胞の一種であり、加齢に伴い形態が変化し、細胞密度が低下することが確認されています。一方、骨細胞は内分泌細胞として骨とミネラルの恒常性を調節する役割を果たしています。しかし、骨粗鬆症性骨折の治癒におけるオステオサイトの寄与については、ほとんど知られていない。最近、骨粗鬆症性骨折モデルラットを用いて、振動治療後のオステオサイトの形態学的・機能的変化を検討した。その結果、振動処理により、カナルクリの著しい伸長と様々なタンパク質（E11、DMP1、FGF23、sclerostin）の発現が変化し、特に骨細胞特異的象牙質マトリックスタンパク質1（DMP1）の発現が大幅に増加した。DMP1は、骨形成への機械的シグナルの中継に大きな役割を果たしている可能性があり、これを固めるためにはさらなる実験が必要であろう。最も重要なことは、振動治療は、中骨骨折モデルにおいて、ミネラル化を有意に増加させ、骨粗鬆症性骨折の治癒を加速させたことである。まとめると、骨粗鬆症性骨折の骨における機械的信号を感知し、下流の治癒を促進するための主要な細胞タイプは、オステオサイトである。振動治療は、骨粗鬆症性骨折患者に利益をもたらすために臨床応用される可能性が高いが、その有効性を検証するためには、無作為化比較試験が必要である。
The prevalence of osteoporotic fracture is high due to global aging problem. Delayed and impaired healing in osteoporotic fractures increase the socioeconomic burden significantly. Through intensive animal and clinical research in recent years, the pathogenesis of osteoporotic fracture healing is unveiled, including decreased inflammatory response, reduced mesenchymal stem cells and deteriorated angiogenesis, etc. The enhancement of osteoporotic fracture healing is important in shortening hospitalization, thus reducing related complications. Mechanical stimulation is currently the most well-accepted approach for rehabilitation of osteoporotic fracture patients. Some new interventions providing mechanical signals were explored extensively in recent years, including vibration treatment, and osteoporotic fracture healing was found to respond very well to these signals. Vibration treatment could accelerate osteoporotic fracture healing with improved callus formation, mineralization and remodeling. However, the mechanism of how osteoporotic fracture bones sense mechanical signals and relay to bone formation remains unanswered. Osteocytes are the most abundant cells in bone tissues. Cumulative evidence confirm that osteocyte is a type of mechanosensory cell and shows altered morphology and reduced cell density during aging. Meanwhile, osteocytes serve as endocrine cells to regulate bone and mineral homeostasis. However, the contribution of osteocytes in osteoporotic fracture healing is largely unknown. A recent in vivo study was conducted to examine the morphological and functional changes of osteocytes after vibration treatment in an osteoporotic metaphyseal fracture rat model. The findings demonstrated that vibration treatment induced significant outgrowth of canaliculi and altered expression of various proteins (E11, DMP1, FGF23 and sclerostin), particularly osteocyte-specific dentin matrix protein 1 (DMP1) which was greatly increased. DMP1 may play a major role in relaying mechanical signals to bone formation, which may require further experiments to consolidate. Most importantly, vibration treatment significantly increased the mineralization and accelerated the osteoporotic fracture healing in metaphyseal fracture model. In summary, osteocyte is the major cell type to sense mechanical signals and facilitate downstream healing in osteoporotic fracture bone. Vibration treatment has good potential to be translated for clinical application to benefit osteoporotic fracture patients, while randomized controlled trials are required to validate its efficacy.
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