健康な男性被験者のウォーキングおよびサイクリングに対する急性反応におけるさまざまな血清軟骨バイオマーカーの評価

バイオマーカーは、軟骨代謝を監視するために使用でき、関節構造の変化を検出するための予後マーカーまたは診断マーカーとして機能します (8)。 これらのバイオマーカーのほとんどは、軟骨細胞外マトリックス (ECM) の必須成分です。 軟骨バイオマーカーの測定は、浸透圧および機械的負荷により、タンパク質分解によって生成された ECM フラグメントの滑液中への流出、そして関節包からの流出が引き起こされるという原理に基づいています。 したがって、バイオマーカー濃度は、滑液、血液、尿中のイムノアッセイによって測定できます。 同様に、バイオマーカー濃度は、関節軟骨の健康と代謝に対する運動の急性または長期的な影響を調査するために使用されています。

最も研究されている血清軟骨バイオマーカーは、軟骨オリゴマー基質タンパク質 (COMP) です。 COMP はトロンボスポンジン 5 としても知られ、5 つの同一のサブユニットから構成される五量体糖タンパク質です。 各モノマーの C 末端は、コラーゲン II、コラーゲン IX、マトリリン、プロテオグリカンなどの多数の KDHM タンパク質と相互作用します (9)。 さらに、COMP はコラーゲンの分泌と原線維形成に影響を及ぼし、それによって原線維の形成速度、組織化、直径に影響を与えます (10)。 他の KDHM タンパク質との相互作用により、COMP は軟骨基質の組み立てと構造において重要な役割を果たし、その機械的特性を決定します。

これらの特性に基づいて、COMP は急性負荷に関して広く研究されており、機械感受性があることが示されています (11)。 血清 COMP レベルは、30 分間の中程度のランニング介入後に -16% から +39% の間で変化することが判明しました (12)。 しかし、膝の屈曲や腰部の屈曲/伸展の繰り返しなど、他の急性の運動に反応した血清濃度の上昇は検出されませんでした(13)。 これは、急性血清 COMP 応答が関節負荷特性に依存していることを示唆しています。

他の興味深いバイオマーカーは、軟骨 KDHM 成分の分解に関与するタンパク質分解酵素です。 マトリックスメタロプロテイナーゼ (MMP) は、基質特異性と一次構造が異なる酵素ファミリーです。

一部の MMP ファミリー メンバーは、KDHM リモデリングと病理学的分解の両方に役割を果たします。 例えば、MMP-3 (ストロメリシン) は、KDHM のほとんどの成分を分解し、MMP-9 (ゼラチナーゼ B) などの他の MMP を活性化します。MMP-9 (ゼラチナーゼ B) は、それ自体が OA の発症に重要な役割を果たします (14)。

YKL-40 は、軟骨の病因に関与するもう 1 つの KDHM タンパク質です。 YKL-40 の機能は詳細には定義されていませんが、グリコシラーゼとして一般的な組織リモデリングおよび炎症プロセスに関与していることが示されています (15)。 YKL-40 レベルは関節の炎症時に増加し、レジスチン レベルも炎症刺激によって上昇します。 レジスチンはアディポカインであり、当初はげっ歯類の肥満およびインスリン抵抗性と関連していました。

運動に対する MMP、YKL-40、およびレジスチンの濃度の反応は以前に調査されています。 マラソンランニングでは、ベースライン値と比較して、マラソン直後の血清MMP-3 (+142%)、YKL-40 (+56%)、およびレジスチン(+107%)濃度が増加することが示されています(16)。

II 型コラーゲンは関節軟骨の主成分です。 II 型コラーゲンの分解は、コラゲナーゼと MMP-9 の活性によって起こります。 Coll2-1 は、II 型コラーゲン分子の三重らせん上に位置する特異的なペプチド エピトープであり、軟骨変性のマーカーです。

Coll2-1 のニトロ化型は Coll2-1 NO2 と呼ばれ、酸化に関連した軟骨基質の分解を反映します。 Coll2-1 (-13%) および Coll2-1 NO2 (-19%) の血清濃度は、マラソン走行後に減少することが示されています (17)。

長岡ら。 (18) 激しい関節負荷にさらされたアスリートの軟骨コラーゲン代謝を評価しました。 彼らは、尿中の II 型コラーゲンの合成と分解の両方のバイオマーカーを測定しました。 その結果、特にバレーボール、バスケットボール、ハンドボールなど頻繁にジャンプする動作を行うアスリートでは、激しい関節負荷を伴う持久運動に反応して、II型コラーゲンの分解が増加することが示されました。

私たちの研究の目的は、軟骨細胞外マトリックス代謝を反映する血清バイオマーカー、COMP、YKL-40、およびMMP3の相関関係に対する、一般的に使用される2つの運動介入（ウォーキングとサイクリング）の急性効果を調べることでした。