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関節におけるヒアルロン酸の保護作用

高分子ヒアルロン酸には、軟骨保護作用、抗炎症作用、滑膜増殖抑制作用、軟骨変性抑制作用、軟骨修復促進作用、疼痛抑制作用が報告されています。

「軟骨保護作用」の実態は不明ですが、軟骨細胞培養系でIL−1あるいはTNF−alphaによるプロテオグリカンの遊離をヒアルロン酸が強力に抑制することを報告しました。

この作用は、多くのヒアルロン酸の作用のなかで最も顕著であり、その後多くの研究者が、さまざまな軟骨モデル系で、同様なプロテオグリカン遊離抑制作用を観察しました。

ヒアルロン酸によるプロテオグリカン遊離の抑制は、ヒアルロン酸がMMPなどの蛋白分解酵素の合成を抑制するためであると考えられます。

しかし、ヒアルロン酸はマトリックス分子の通過を非選択的に抑制する障壁膜を細胞周囲に形成させるのではないかと考えました。

ウサギ関節軟骨細胞培養系に、ヒアルロン酸、ヒアルロン酸オリゴ糖鎖、ヘパリン、コンドロイチン硫酸、デキストランを同濃度(1 mg/ml)添加して、遊離してくる蛋白をSDS−電気泳動で分析したところ、ヒアルロン酸のみが、多くの蛋白の遊離を非選択的に強く抑制しました。

なお、0.1 mg/ml の低濃度では、ヒアルロン酸はフィブロネクチンの遊離のみを選択的に抑制しました。

一方、高分子ヒアルロン酸は、retinoic acid処置してアグリカンを産生しなくなった軟骨細胞培養系、および線維芽細胞あるいは滑膜細胞培養系では、1 mg/ml の高濃度でも蛋白の遊離をほとんど抑制せず、フィブロネクチンの遊離のみを選択的に抑制しました。

つまり蛋白不透過膜を形成させるには、ヒアルロン酸と結合するプロテオグリカンが高レベルに存在する必要があったのです。

一方、調べたすべての細胞系で、ヒアルロン酸は低濃度からフィブロネクチンとの複合体をつくりました。フィブロネクチンは、コラーゲン、ヘパラン硫酸、コンドロイチン硫酸以外に細胞膜のインテグリンとも結合するので、ヒアルロン酸−フィブロネクチンの複合体はヒアルロン酸単独よりも細胞周囲に複雑なネットワークを形成する可能性があります。

軟骨細胞周囲では、ヒアルロン酸は大量のアグリカンとも結合するので、細胞膜周囲にできたヒアルロン酸−フィブロネクチン−アグリカンのネットワークは、他分子に対する緻密な立体障壁となるに違いありません。

またその陰電荷も、蛋白の通過に影響すると推察されます。

以前から、軟骨は抗体などの高分子蛋白の通過を抑制することが知られていました。しかし外来性のヒアルロン酸の添加が、蛋白非透過性膜の形成を誘導することはこれまで示されていませんでした。

またヒアルロン酸受容体であるCD44を強制発現したCOS細胞において、ヒアルロン酸とアグリカンの添加が赤血球などの粒子を通過させないpericellular matrixを3時間以内に形成すること、 このpericellular matrix形成は、CD44抗体、ヒアルロン酸オリゴマー、ヒアルロニダーゼにより阻害されることが観察されていました。

しかし、ヒアルロン酸添加により形成されたpericellular matrixの蛋白透過性についてはこれまで検討されていませんでした。

関節に注射したヒアルロン酸は、障害された軟骨マトリックスに浸透して蛋白非透過性の膜を形成して、細胞により合成されたマトリックス分子の放散を防ぎ沈着を促進すると推察されます。

一方、ヒアルロン酸により形成されたpericellular matrixは、低分子のペプチド(成長因子など)の通過には影響しませんでした。

つまりヒアルロン酸−アグリカン−フィブロネクチンは分子量依存性の半透膜となり、有用高分子物質の蓄積を促すと考えられます。

同時に、ヒアルロン酸半透膜は有害物質や抗体の侵入および炎症細胞の侵入を抑制するに違いありません。

関節におけるヒアルロン酸の保護作用は、基本的にはこのような半透膜/保護膜形成に起因していると考えられます。

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管理人からのコメント

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