骨格脱負荷における前駆細胞の骨芽細胞形成障害の可能性は、血管新生およびエネルギー代謝プロファイルの変化に関連しています

骨格のアンロードは骨量減少を引き起こします。これらの骨の変化は、骨芽細胞活性の障害に関連していることが示されています。本研究では、基礎となるメカニズムの調査のために、骨髄前駆細胞に対する骨格荷重の効果を評価しました。Wistarラットは、9日間後肢を降ろすか、コントロールとして作用するように無作為化されました。Micro-CTを使用して、骨格の除荷に応じて脛骨骨梁アーキテクチャの変化を検出しました。9日間の微小重力条件により、数が減少し、近位脛骨における骨骨路の間隔が増加しました。大腿骨骨髄サンプルの増殖能力が評価されました（線維芽細胞 - コロニー形成アッセイ）。QPCRを使用することにより、血管新生の選択されたマーカー（VEGFA; HIF1A; ANGPT1）、エネルギー代謝（PRKAA2; mTOR）、骨形成（runx2; alp; bglap; bmp4; bmp7）および骨吸収（bmp4; bmp7）および骨吸収（Acp5; tnfsf11; tnfsf11; tnfsfsf11）測定されました。後肢の降ろしに応じて、線維芽細胞前駆細胞の数が顕著に減少することを示しました。増殖のこの赤字には、後肢の灌流の変化と細胞エネルギーの恒常性が伴うことが示されました。微小重力に応答して、骨形成（runx2; alp; bglap）および脂肪生成（pparg; fabp4）分化の変化をスクリーニングした骨髄由来前駆細胞のex vivo培養アッセイ。無負荷ラットから誘導された前駆細胞は、コントロールと比較して骨形成分化の遅延と脂肪生成障害を示しました。このマルチレベルのアプローチのデータは、骨格の降ろしが前駆細胞段階での骨組織とその代謝に大きく影響することを示しています。骨髄集団の分子発現は、非活動によって誘発される骨格変化における細胞代謝ストレスの役割をサポートしています。

Skeletal unloading provokes bone loss. These bone alterations have been shown to be associated with impairment of osteoblastic activity. In the present study, we evaluated the effect of skeletal unloading on bone marrow progenitor cells, for exploration of the underlying mechanism. Wistar rats were randomized to be either hindlimb unloaded for 9 days or to act as controls. Micro-CT was used to detect tibial trabecular architecture changes in response to skeletal unloading. Microgravity conditions for 9 days resulted in a decreased number and an increased spacing of the bone trabeculae in the proximal tibia. The proliferative capacity of the femoral bone marrow samples was assessed (fibroblast-colony-forming assay). By using qPCR, the expression of selected markers of vascularization (Vegfa; Hif1a; Angpt1), energy metabolism (Prkaa2; Mtor), bone formation (Runx2; Alp; Bglap; Bmp2; Bmp4; Bmp7) and bone resorption (Acp5; Tnfsf11; Tnfrsf11b) in these bone marrow suspensions was measured. We demonstrated a striking decrease in the number of fibroblastic progenitors in response to hindlimb unloading. This deficit in proliferation was shown to be accompanied by altered hindlimb perfusion and cellular energy homeostasis. Ex vivo culture assays of the bone marrow-derived progenitor cells screened for osteogenic (Runx2; Alp; Bglap) and adipogenic (Pparg; Fabp4) differentiation alterations in response to microgravity. Induced progenitor cells from unloaded rats showed a delay in osteogenic differentiation and impaired adipogenic differentiation compared to control. The data of this multi-level approach demonstrate that skeletal unloading significantly affects the bone tissue and its metabolism at the progenitor stage. The molecular expressions of the bone marrow population support a role of cellular metabolic stresses in skeletal alterations induced by inactivity.