骨质疏松症治疗，双膦酸盐类药物导致颌骨坏死
2022年8月4 日东京医科齿科大学宣布，已建立使用超分子聚轮烷抑制破骨细胞分化的新方法。本研究由东京大学生物材料与生物工程研究所有机生物材料系副教授田村笃志、由井伸彦教授，以及颌面外科研究生院研究生朱红霏、依田哲也教授组成的研究小组进行。研究成果发表在《生物材料科学》网络版。
在骨质疏松症中，由于破骨细胞过度吸收骨而导致骨量减少，临床上已明确高胆固醇血浆与骨质量有关，抑制胆固醇生物合成会增加骨密度。各种药物被用于治疗骨质疏松症，但抑制胆固醇生物合成的药物，如双膦酸盐（法呢基焦磷酸合成酶*制剂抑**），被认为是有效的。此外，最近报道了细胞内胆固醇作为调节破骨细胞分化的核受体ERRα（雌激素相关受体α）的内源性配体发挥作用，这表明胆固醇对于破骨细胞分化至关重要。然而，由于双膦酸盐会引起颌骨坏死，因此被认为是口腔外科领域的一个问题，期待开发具有新作用机制的骨质疏松症药物。
在这项研究中，课题组研究了直接作用于胆固醇的2-羟丙基β-CD（HP-β-CD），含β-CD的酸可降解聚轮烷（PRX）可用于降低胆固醇的积累，已证实破骨细胞分化将被抑制。
确认根据细胞内胆固醇的量促进破骨细胞分化
破骨细胞被 RANKL（核因子 κB 配体的受体激活剂）刺激的前体巨噬细胞融合和分化。为了验证巨噬细胞中胆固醇含量与破骨细胞分化程度之间的相关性，研究小组使用胆固醇/β-CD包合物增加RAW264.7细胞（小鼠源性巨噬细胞样细胞）中的胆固醇。人为增加用量，研究对破骨细胞分化的影响。结果，通过RANKL的作用，细胞内胆固醇水平升高，并且通过与RANKL一起添加胆固醇/β-CD包合物，细胞内胆固醇水平进一步升高。此时，控制破骨细胞分化的转录因子Nfatc1（活化T细胞胞质核因子1）的相对基因表达根据胆固醇的量而增加，并通过TRAP（抗酒石酸酸性磷酸酶）染色评估. 破骨细胞面积也随着胆固醇的增加而增加。根据该结果，认为破骨细胞的分化根据细胞内胆固醇的量而得到促进。
开发聚轮烷 (PRX)，一种 β-CD 的超分子形式，可有效降低细胞内胆固醇
研究小组接下来认为直接降低细胞内胆固醇会抑制破骨细胞分化，并使用研究小组最初开发的CD（HP-β-CD）和可酸分解的聚轮烷（PRX）进行了2-羟丙基β-验证。已知 HP-β-CD 可促进胆固醇排泄，并对 C 型尼曼-皮克病、动脉硬化和糖尿病肾病（其中胆固醇在细胞中积聚）表现出治疗效果。另一方面，PRX是一种超分子聚合物，旨在从细胞内溶酶体中释放β-CD，避免细胞毒性并降低细胞内胆固醇，比HP-β-CD更早的研究表明它也更优越。评价由RANKL引起的对胆固醇蓄积的影响的结果表明，PRX的作用降低了胆固醇蓄积。另一方面，即使HP-β-CD在相同浓度下起作用，胆固醇水平也没有变化，这表明以PRX的形式起作用可有效降低细胞内胆固醇水平。
PRX通过减少细胞内胆固醇积累有效抑制破骨细胞分化
此外，破骨细胞分化通过 TRAP 染色、肌动蛋白环形成和骨吸收坑形成进行评估。结果，在PRX的作用下，TRAP染色面积、肌动蛋白环数量和骨吸收坑面积减少。 PRX 还显着降低了 Nfatc1 等基因的表达水平，Nfatc1 是破骨细胞分化的指标。另一方面，HP-β-CD 处理的细胞显示破骨细胞分化效率没有变化。这些结果表明，PRX 通过减少细胞内胆固醇积累有效地抑制破骨细胞分化。
有望应用于骨质疏松症的治疗
已阐明胆固醇通过抑制胆固醇生物合成对破骨细胞分化至关重要。在这项研究中，阐明了通过使用研究小组独立开发的具有超分子结构的聚合物PRX直接降低胆固醇水平来抑制破骨细胞分化。
研究小组说“可以降低细胞内过量胆固醇的 PRX ，有望被用作具有新作用机制的骨质疏松症治疗剂。此外，由于 PRX 具有避免β-CD 的细胞毒性的结构特征，因此认为与骨质疏松症治疗相关的副作用将减少，未来的研究进展可期。”