本研究では、ウサギの膝関節骨関節症モデルにおいて、針刀療法が軟骨修復を促進するかどうかを調査しました。50匹のウサギを5つの群に割り当て、4週間にわたり週1回、針刀療法を施行しました。関節の腫脹、組織病理学、炎症性サイトカイン、およびcircPDE4B/RIC8A/p38 MAPK軸に関連するマーカーを評価し、その基礎となるメカニズムを探索しました。
研究記事
* These authors contributed equally
本研究では、ウサギの膝関節骨関節症モデルにおいて、針刀療法が軟骨修復を促進するかどうかを調査しました。50匹のウサギを5つの群に割り当て、4週間にわたり週1回、針刀療法を施行しました。関節の腫脹、組織病理学、炎症性サイトカイン、およびcircPDE4B/RIC8A/p38 MAPK軸に関連するマーカーを評価し、その基礎となるメカニズムを探索しました。
膝変形性関節症(KOA)は、進行性の軟骨変性と炎症を特徴とする。本研究では、ウサギKOAモデルにおける針刀療法の治療効果と、環状RNA phosphodiesterase 4B(circPDE4B)/resistance to inhibitors of cholinesterase 8A(RIC8A)/p38 mitogen-activated protein kinase(MAPK)シグナル伝達軸との関連を調査した。50匹のニュージーランドホワイトウサギを、対照群、KOAモデル群、セレコキシブ群、針刀療法群、および擬似針刀療法群の5群(各群n = 10)にランダムに割り当てた。KOAは改良Videman法を用いて誘導した。モデル作製から6週間後より、針刀療法を週1回4週間実施し、セレコキシブは24 mg/kgを1日1回経口投与により4週間投与した。膝の腫脹および軟骨の組織病理学的に評価した。軟骨組織ホモジネート中のinterleukin-1β(IL-1β)、tumor necrosis factor-α(TNF-α)、およびinterleukin-6(IL-6)のレベルを酵素結合免疫吸着法により測定した。軟骨代謝およびcircPDE4B/RIC8A/p38 MAPK軸に関連する遺伝子およびタンパク質の発現を、定量逆転写ポリメラーゼ連鎖反応およびウェスタンブロッティングにより評価した。KOAモデル群と比較して、針刀療法は膝の腫脹を軽減し、組織病理学的スコアを改善し、炎症性サイトカインレベルを低下させ、matrix metalloproteinase-3(MMP-3)、matrix metalloproteinase-13(MMP-13)、RIC8A、およびリン酸化p38 MAPKをダウンレギュレートし、SRY-box transcription factor 9(SOX9)、アグリカン、および相対的なcircPDE4Bをアップレギュレートした。その効果はセレコキシブと同等であったが、擬似針刀療法では有意な改善は見られなかった。これらの知見は、針刀療法がウサギKOAにおける炎症と軟骨変性を軽減し、それがcircPDE4B/RIC8A/p38 MAPK軸の調節に関連していることを示している。
膝関節骨関節炎(KOA)は、進行性の軟骨変性、滑膜炎症、軟骨下骨硬化、および骨棘形成を特徴とする、一般的で変性性の関節疾患である1,2,3。世界的な人口高齢化に伴い、KOAの発症率は上昇し続けており、世界中の中年および高齢者における関節機能不全と慢性疼痛の主要な原因となっている4,5,6。現在の臨床治療は、主に非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)や関節内へのコルチコステロイド注射などの薬物製剤による対症療法に焦点を当てている。しかし、疾患の進行を停止させたり、軟骨の修復を促進したりできる疾患修飾療法は依然として限られている7,8。
近年の研究により、膝関節症(KOA)の発症と進行において、非コードRNA(ncRNA)が重要な調節的役割を果たしていることが明らかになってきました9,10,11。これらのncRNAの中でも、環状RNA(circRNA)は、線状RNAよりも高い安定性を付与する特有の共有結合による閉環構造と、その多様な生物学的機能により、ますます注目を集めています12,13。Shenらは、circPDE4Bが分子スキャフォールドとして機能し、resistance to cholinesterase 8A (RIC8A)/p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) シグナル伝達経路抑制剤に対する耐性を調節することで、軟骨細胞の細胞外マトリックス代謝および炎症反応に影響を与えることを報告しました14。RIC8A/p38 MAPK経路は、軟骨細胞における炎症、異化作用、アポトーシス、および細胞老化の調節に重要な役割を果たしており、これらすべてが変形性関節症の発症に関与しています15。
鍼刀療法(Acupotomy)は、伝統的な中国医学の理論と現代の解剖学的原理を統合した低侵襲治療アプローチであり、膝関節症(KOA)の臨床管理において有望な有効性が示されています16,17。この手法では、専用の鍼刀を用いて軟部組織の癒着を剥離し、局所循環を改善させ、患部関節周囲のバイオメカニカルなバランスを回復させることで、KOA患者の疼痛を緩和し機能を改善します18。これらの報告された臨床的利点にもかかわらず、鍼刀療法の治療効果の根底にある分子メカニズム、特に軟骨修復に関与するcircRNA介在性シグナル伝達経路を調節する可能性については、依然としてほとんど解明されていません。
メカニズムとしては、鍼刀療法は関節周囲の軟部組織のリリースを通じて局所的な機械的刺激を発生させます。軟骨細胞はバイオメカニカルな信号に反応する機械刺激感受性細胞であり、circRNAが軟骨細胞の機械的刺激受容応答に関与することが示されています19,20。鍼刀療法が関節軟骨特異的なcircRNAの調節に関連しているという直接的な証拠は不足していますが、鍼刀療法によって生成された機械的信号がcircPDE4Bなどの機械刺激感受性circRNAを調節することは生物学的に妥当であると考えられます。この可能性が、本研究の根拠となりました。
RIC8A/p38 MAPKシグナル伝達軸におけるcircPDE4Bの調節的な役割に関する先行知見に基づき、本研究では、改良Videman法によって誘発されたKOAウサギモデルを用い、針刀療法がcircPDE4B/RIC8A/p38 MAPKシグナル伝達経路を調節することで軟骨修復を促進するという仮説を検証した。本研究において、他のKOA介入法ではなく針刀療法を選択した理由はいくつかある。第一に、主に症状の緩和を提供し、疾患修飾効果が限定的であることや長期的な有害事象の可能性が指摘されている非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)やセレコキシブなどの薬理学的薬剤7,8と比較して、針刀療法は局所の機械的要因と生物学的シグナル伝達経路の両方にアプローチする非薬理学的な手法である。第二に、繰り返しの関節内投与が必要であり、感染や関節損傷のリスクを伴う関節内ステロイドまたはヒアルロン酸注射とは異なり、針刀療法は関節周囲の軟部組織を標的とし、持続的なバイオメカニカルおよびバイオケミカルな効果を及ぼす可能性がある21。第三に、臨床的根拠により、KOA患者における疼痛軽減と関節機能改善において、針刀療法が従来の治療と同等またはそれ以上の成果を上げることが示されており、実験的研究では、針刀療法が炎症反応および軟骨細胞代謝を調節することが示唆されている21,22。しかし、針刀療法が軟骨保護効果を発揮する具体的な分子経路、特にcircRNAを介したシグナル伝達については、依然として十分に解明されていない。したがって、針刀療法とcircPDE4B/RIC8A/p38 MAPK軸との関連性を調査することは、新たなメカニズム的な洞察を提供し、KOAの疾患修飾介入としての針刀療法の有用性を裏付ける可能性がある16,18。主要エンドポイントは、膝関節の腫脹、軟骨変性の組織病理学的評価(MankinスコアおよびMoranスコア)、炎症性サイトカインレベル(interleukin-1β、tumor necrosis factor-α、interleukin-6)、軟骨代謝関連マーカーの発現(matrix metalloproteinase-3、matrix metalloproteinase-13、SRY-box transcription factor 9、aggrecan)、ならびにcircPDE4BおよびRIC8Aの発現、およびp38 MAPKのリン酸化とした。針刀療法は、4ステップ手技(縦的剥離、横的分離、結節の切開)を用い、選択した関節周囲の経穴に対して週1回、4週間実施した。針刀療法の効果を特徴づけ、KOAにおける潜在的な分子基盤を探究するために、組織病理学的評価、炎症性サイトカインの測定、および遺伝子とタンパク質の発現解析を行った。
すべての動物実験は、実験動物の飼育および使用に関する機関のガイドラインに従って実施され、安徽中医学大学の動物倫理委員会によって承認されました(承認番号:AHUCM-rabbits-2023195)。本プロトコルで使用した試薬、化学物質、ソフトウェア、およびツールは、材料表に記載されています。
1. 実験動物およびグループ分け
健康な成体オス・ニュージーランドホワイトウサギ50匹(6ヶ月齢、体重 2.0–2.5 kg)を南京市浦口区来福繁殖場(動物生産許可番号:SCXK (Su) 2024-0007)より調達した。すべての動物に対し、実験前に1週間の馴化給餌期間を設けた。特定の実験的仮説に基づくものではなく、手順の統一性を図るため、右膝を腫脹評価用、左膝を軟骨組織採取用とした。馴化後、ウサギをランダムに5つのグループ(各群 n = 10)に割り当てた:モデル作成処置および治療を行わないコントロール群、改変Videman法を用いてKOAを誘発させたKOAモデル群、モデル作成の6週間後に薬物治療を開始したセレコキシブ群、モデル作成の6週間後に鍼刀治療を開始した鍼刀群、およびモデル作成の6週間後に切開や剥離を伴わない刺針を開始した偽鍼刀群である。
2. KOAモデルの作製
対照群を除くすべてのウサギに、KOAを誘発させるための修正Videman法を施行した。動物は手術前に12時間絶食させた。麻酔は、3%ペントバルビタルナトリウムを30 mg/kgの用量で耳縁静脈より静脈内投与し、導入した。術野の定型的な準備、消毒、および滅菌ドレーピング後、膝関節の内側に沿って縦切開を施した。内側側副靭帯と前十字靭帯を順次切断し、内側半月板を完全に摘出した。その後、切開部を層状に縫合した。
術後感染のリスクを軽減するため、ペニシリンを 40,000 U/kg/day の用量で3日間連続して筋肉内投与した。手術後、ウサギをケージに戻し、関節を固定せずに自由に動作させた。
3. 擬似鍼刀治療
KOA造作から6週間後、擬似鍼刀治療群のウサギに対し、有効鍼刀治療と同様の触診および部位マーキング手順を行った。滅菌済みの使い捨て鍼刀(0.35 mm × 25 mm)を、マーキングした各部位の皮膚から皮下組織に達するまで垂直に刺入した。切開、剥離、横方向への操作、またはその他の機械的なリリース操作は行わなかった。鍼刀は、組織操作を行うことなく刺入後直ちに抜去した。擬似治療を週1回、4週間連続で実施した。
4. 針刀治療
KOAモデル作成から6週間後、針刀治療群のウサギを処置台上で固定した。患部膝関節周囲の関節周囲組織、特に膝蓋骨周囲および内側・外側関節裂隙周辺を触診し、索状構造や硬結を特定した。触診の結果に基づき4〜6箇所の治療点を決定し、皮膚上にマーキングした。
処置部位を剃毛し、通常の滅菌手順に従って消毒した。0.35 mm × 25 mmの滅菌使い捨て鍼刀を、骨表面に達するまで、標記した各点にゆっくりと垂直に刺入した。処置は4ステップの鍼刀法に従って実施した。まず縦方向のリリースを行い、次に横方向の剥離を行った。硬い結節に当たった場合は、鍼刀を通じて明確なリリース感が得られるまで切開した。処置後、鍼を抜き、各刺入部位を滅菌ガーゼで短時間圧迫し、粘着性ドレッシング材で覆った。治療は週1回、4週連続で実施した。
5. 薬剤投与
KOAモデル作製から6週間後、セレコキシブ群のウサギにセレコキシブ懸濁液を24 mg/kgの用量で1日1回、4週間連続で経口投与した。懸濁液は生理食塩水を用いて毎日調製した。サプライヤーおよびカタログ情報は材料表に記載されている。
6. 膝関節腫脹の評価
介入期間の終了時(KOAモデル作成後10週目)に、膝関節の腫脹を評価した。柔らかい絹糸を右膝関節の最も腫れている部位(通常は脛骨プラトーの高さ)に巻き付けた。その後、糸を取り外して定規で1 mm単位まで測定し、その記録された長さを膝周囲長と定義した。
相対膨潤率は、以下の式を用いて算出した:

7. サンプルの採取
介入期間の終了後、ウサギの耳縁静脈から3%ペントバルビタールナトリウムを30 mg/kgで静脈内投与し、麻酔をかけた。23番メスを用いて左膝関節を開き、脛骨プラトーおよび大腿骨顆部の関節面を露出させた。これらの領域から関節軟骨組織を採取した。
各軟骨サンプルを2つの部分に分けた。一方の部分は、組織病理学的検査のために4%パラホルムアルデヒドで固定した。もう一方の部分は、クライオチューブに入れ、液体窒素で急速凍結させ、分子解析を行うまで−80 °Cで保存した。すべての組織採取手順の完了直後、耳縁静脈から空気を急速に静脈注射し、空気塞栓によってウサギを安楽死させた。
各群10匹すべてのウサギ(n = 10)から採取した軟骨サンプルを用いて、組織学的染色ならびにMankinスコアおよびMoranスコアによる評価を行った。各群からランダムに選出した3匹のウサギから、代表的なヘマトキシリン・エオジン染色およびサフラニンO-ファストグリーン染色の画像を選択した。免疫組織化学染色およびウェスタンブロッティングは、各群からランダムに選出した3匹のウサギのサンプルを用いて行った(n = 3)。定量的逆転写ポリメラーゼ連鎖反応および酵素結合免疫吸着測定法は、各群からランダムに選出した6匹のウサギのサンプルを用いて行った(n = 6)。すべてのサブセット選出は、群割り当てに関する事前知識なしにランダムに実施した。
8. ヘマトキシリン・エオジン染色
4% パラホルムアルデヒドで固定した軟骨組織を、pH 7.4の10% エチレンジアミン四酢酸(EDTA)溶液中で4~6週間脱灰した。脱灰液は3日ごとに交換した。針による穿刺で脱灰を確認した後、組織を70%、80%、90%、95%、100%の段階的なエタノール系列で脱水し、キシレンで透徹させ、パラフィンに包埋した。包埋した組織をミクロトームを用いて厚さ 5 µm で切削し、切片をガラススライドに貼り付けた。
ヘマトキシリン・エオジン染色のために、切片を60 °Cで60分間加熱し、キシレンで5分間ずつ3回脱パラフィンを行った後、100%、95%、80%、70%のエタノール、続いて蒸留水を用いて順次親水化した。切片をヘマトキシリンで5分間染色し、流水下で10分間すすぎ、70%エタノールで調製した1%塩酸で2–3秒間分化させた後、蒸留水ですすぎた。次いで、切片をエオジンで2分間染色し、蒸留水ですすぎ、70%、80%、90%、95%、100%のエタノールを用いて脱水し、キシレンで透徹させた後、中性樹脂で封入した。軟骨形態を観察し、光学顕微鏡を用いて代表的な画像を取得した。
9. サフラニンO–ファストグリーン染色
パラフィン包埋した軟骨切片を、セクション8の記載通りに脱パラフィン化および親水化させた。切片をWeigert鉄ヘマトキシリンで5分間染色し、蒸留水で洗浄した。次いで、切片を0.05% Fast Green溶液で3分間染色し、1%酢酸で10–15秒間短時間洗浄した後、0.1% サフラニンO溶液で5分間染色した。
染色後、切片を95%および100%エタノールで速やかに脱水し、キシレンで透徹し、中性樹脂で封入した。染色した切片を光学顕微鏡を用いて観察した。プロテオグリカンの含有量を反映するサフラニンO染色の強度は、画像解析ソフトウェアを用いて半定量的に分析した。
10. 組織学的スコアリング
実験群の割り当てについて盲検化された2名の病理学者が、軟骨変性の程度を評価するため、MankinおよびMoranスコアリングシステムを用いて染色切片を独立して評価した。評価前に、すべての切片にランダムな識別コードを割り当てた。すべてのスコアリングが完了するまで、治療法の割り当ては病理学者に開示されなかった23。
11. 酵素結合免疫吸着測定法(ELISA)
凍結した軟骨組織を秤量し、pH 7.4のリン酸緩衝生理食塩水と混合して、氷上で十分にホモジナイズした。ホモジネートを4 °C、3,000 × gで20分間遠心分離し、分析用に上清を回収した。組織上清中のinterleukin-1β (IL-1β)、tumor necrosis factor-α (TNF-α)、およびinterleukin-6 (IL-6)の濃度を、ウサギ特異的ELISAキットを用いて製造者の指示に従って測定した。
12. 定量的逆転写ポリメラーゼ連鎖反応
フェノール・クロロホルム法を用いて、軟骨組織から全RNAを抽出した。簡潔に述べると、組織をRNA抽出試薬で溶解し、クロロホルムを加えて水層と有機層に分離させた。水層を回収し、イソプロパノールでRNAを沈殿させ、75%エタノールで洗浄後、風乾させてジエチルピロカーボネート処理水に溶解した。RNAの濃度および純度は分光光度計を用いて測定した。
逆転写に先立ち、ゲノムDNA除去試薬を用いて残留ゲノムDNAを除去した。次いで、逆転写キットを用いて、製造元のプロトコルに従い相補的DNAを合成した。定量PCRは、リアルタイムPCRシステムを用い、SYBR Greenベースの検出法で実施した。サイクル条件は、95 °Cで1分間の初期変性後、95 °Cで20秒間の変性と60 °Cで1分間のアニーリングおよび伸長反応を40サイクル繰り返した。増幅の特異性を評価するため、解離曲線分析を行った。
マトリックスメタロプロテイナーゼ-3 (MMP-3)、マトリックスメタロプロテイナーゼ-13 (MMP-13)、SRY-box転写因子9 (SOX9)、アグリカン、RIC8A、およびcircPDE4Bの発現レベルを測定した。内部標準遺伝子としてβ-actinを使用した。相対発現量は当該法を用いて算出した。プライマー配列は表1に記載している。
13. ウェスタンブロット分析
軟骨組織をフェニルメチルスルホニルフッ化物を添加したラジオ免疫沈降アッセイバッファーで溶解した。溶解液を4 °Cで12,000 × g、15分間遠心分離し、上清を全タンパク質画分として回収した。タンパク質濃度はビシンコニン酸アッセイを用いて測定した。
等量のタンパク質(1レーンあたり30 µg)を10% SDS-PAGE(ドデシル硫酸ナトリウム-ポリアクリルアミドゲル電気泳動)で分離し、メタノールで事前活性化したポリフッ化ビニリデン膜に転写した。転写は300 mA、4 °Cで行った。転写時間は以下の通りとした:aggrecan (250 kDa)を90分、MMP-3 (60 kDa)、RIC8A (59 kDa)、SOX9 (56 kDa)、MMP-13 (52 kDa)を50分、p38 MAPK (41 kDa)およびGAPDH (36 kDa)を40分。膜をTween 20含有Tris緩衝生理食塩水中の5%脱脂無水乳で、室温で2時間ブロッキングした。その後、膜を4 °Cで一晩、MMP-3 (1:2,000)、MMP-13 (1:1,000)、SOX9 (1:1,000)、aggrecan (1:1,000)、RIC8A (1:1,500)、リン酸化p38 MAPK (1:1,000)、および全p38 MAPK (1:2,000)に対する一次抗体とともにインキュベートした。ローディングコントロールとしてGAPDH (1:2,000)を用いた。Tween 20含有Tris緩衝生理食塩水で3回洗浄(各10分)した後、膜を西洋わさびペルオキシダーゼ標識二次抗体 (1:20,000) とともに室温で1.2時間インキュベートした。さらに3回洗浄した後、強化化学発光基質を用いてタンパク質バンドを可視化し、ゲルドキュメンテーションシステムを用いて画像化した。バンド強度はImageJソフトウェアを用いて定量し、GAPDHで標準化した。
14. 免疫組織化学染色
パラフィン包埋した軟骨切片を脱パラフィンし、段階的なエタノール系列(キシレンで5分間ずつ3回置換した後、100%、95%、80%のエタノールにそれぞれ3分間浸漬)により親水化させた。抗原賦活化は、圧力鍋を用いて切片をEDTA緩衝液(pH 9.0)中で加熱することで行った。緩衝液を沸騰させ、加圧後、さらに2分間賦活化を続け、その後室温まで冷却した。内因性ペルオキシダーゼ活性を、3%過酸化水素を用いて室温で10分間ブロッキングした。洗浄後、ヤギ血清を用いて室温・暗所で20分間、非特異的結合をブロッキングした。
切片を、リン酸化p38 MAPKに対する一次抗体(1:800)およびリン酸化核内因子カッパB(NF-κB)に対する一次抗体(1:300)とともに、37 °Cで60分間インキュベートした。Tween 20を含むリン酸緩衝生理食塩水で3回洗浄した後、適切なホースラディッシュペルオキシダーゼ標識二次抗体とともに37 °Cで30分間インキュベートした。さらに3回洗浄した後、ジアミノベンジジンを用いて発色させ(顕微鏡下で制御)、続いてヘマトキシリンで対比染色(2分)を行い、70%エタノール含有1%塩酸で分化させ、炭酸リチウム溶液で青染(30 s)した。その後、切片を脱水、透徹、封入し、光学顕微鏡を用いて観察した。染色はImageJソフトウェアを用いて評価し、半定量分析のために積分光学的密度を算出した。
15. 統計解析
データは平均値 ± SEMとして提示する。多群間の比較には一元配置分散分析(one-way ANOVA)を行い、次いでTukeyのポストホックテストを実施した。P < 0.05 を統計的に有意であると見なした。
鍼刀療法は関節軟骨の組織学的変化を軽減する
図1AおよびBに示すように、KOAモデル群では対照群と比較して、膝周囲径および相対的な腫脹率が有意に増加していた。これらの指標はいずれも、鍼刀療法またはセレコキシブによる治療後に有意に減少したが、偽鍼刀療法ではKOAモデル群と比較して有意な改善は見られなかった。
図1C、Dに示されているように、Mankinスコアは対照群よりもKOAモデル群で有意に高く、アキュポトミーまたはセレコキシブによる治療後に有意に減少しました。偽アキュポトミー群では有意な減少は見られませんでした。Moranスコアは、これとは逆のパターンを示しました。
ヘマトキシリン・エオジン染色およびサフラニンO–ファストグリーン染色において、対照群と比較してKOAモデル群では、局所的な侵食を伴う関節軟骨表面の菲薄化および不連続性が認められた(図1E,F)。アキュポトミー(針刺し療法)およびセレコキシブは、軟骨の輪郭がより鮮明になり、構造的損傷が軽減されたことから、これらの病理学的変化を改善させた。対照的に、シャムアキュポトミー群はKOAモデル群と同様の病理学的特徴を示した。これらの結果は、アキュポトミーが関節の腫脹と軟骨変性を抑制し、KOAモデルにおける組織学的スコアを改善させるという、セレコキシブと同等の効果を有することを示している。
針刀療法による炎症性サイトカインレベルの低下
図2A–Cに示されるように、軟骨組織ホモジネート中のinterleukin-1β (IL-1β)、tumor necrosis factor-α (TNF-α)、およびinterleukin-6 (IL-6) の濃度は、対照群よりもKOAモデル群で有意に高かった。針刀療法またはセレコキシブによる治療は、これら3つの炎症性サイトカインすべてのレベルを有意に低下させた。対照的に、偽鍼刀群ではKOAモデル群と比較して有意な低下は見られなかった。
鍼刀療法はタンパク質レベルでRIC8A/p38 MAPKシグナル伝達経路を調節する
免疫組織化学的解析の結果、リン酸化p38ミトゲン活性化プロテインキナーゼ(p-p38 MAPK)およびリン酸化核因子カッパB(NF-κB)の発現は、KOAモデル群と比較して、鍼刀療法群およびセレコキシブ群で有意に低かった(図3A)。偽鍼刀療法群とKOAモデル群との間に有意な差は認められなかった。
ウェスタンブロット解析の結果、KOAモデル群では、対照群と比較してマトリックスメタロプロテイナーゼ-3 (MMP-3)、マトリックスメタロプロテイナーゼ-13 (MMP-13)、コリンエステラーゼ阻害剤抵抗性タンパク質8A (RIC8A) および p-p38 MAPK のタンパク質レベルが有意に高く、一方で軟骨合成関連タンパク質である SRY-box転写因子9 (SOX9) およびアグリカンのレベルは有意に低かった。KOAモデル群と比較して、鍼刀療法群およびセレコキシブ群では、MMP-3、MMP-13、RIC8A および p-p38 MAPK の発現が減少し、SOX9 およびアグリカンの発現が増加していた。偽鍼刀療法群では、KOAモデル群と同様のタンパク質発現パターンを示し、測定したタンパク質に有意な変化は見られなかった(図 3B–I)。これらの結果は、KOAに対する鍼刀療法およびセレコキシブの効果が、RIC8A/p38 MAPKシグナル伝達経路の調節に関連していることを示唆している。
鍼刀療法は転写レベルでRIC8A/p38 MAPKシグナリング経路を調節する
図4A–Gに示すように、MMP-3、MMP-13、およびRIC8Aの発現レベルは、対照群よりもKOAモデル群で有意に高く、一方でSOX9およびアグリカンの発現は有意に低かった。KOAモデル群と比較して、鍼刀療法およびセレコキシブはMMP-3、MMP-13、RIC8Aの発現を抑制し、SOX9およびアグリカンの発現を増加させた。偽鍼刀群では、測定された転写レベルにおいてKOAモデル群との有意な差は見られなかった。
鍼刀療法はcircPDE4Bの相対的な発現量も増加させ、その治療効果がcircPDE4B/RIC8A/p38 MAPKシグナル伝達軸の調節および炎症性・異化性シグナルの抑制に関連していることを示しました。
データ可用性:
ELISA、H&E染色、免疫組織化学、RT‑qPCR、サフラニンO–ファストグリーン染色、およびウェスタンブロットデータを含む、本研究の知見を裏付ける生データは、Figshareリポジトリ(https://doi.org/10.6084/m9.figshare.33090935)にて公開されています。

図1. 針刀療法は膝変形性関節症モデルウサギの膝の腫脹および関節軟骨変性を抑制する。(A) 膝囲。 (B) 膝腫脹相対比。 (C) Mankin組織学的スコア。 (D) Moran組織学的スコア。 (E) 対照群、KOAモデル群、セレコキシブ群、針刀療法群、および偽針刀療法群における関節軟骨の代表的なヘマトキシリン・エオシン染色切片。 (F) 5つの実験群からの代表的なサフラニンO-ファストグリーン染色切片。組織学的スコアリング(MankinおよびMoran)は、各群10匹すべて(n = 10)のサンプルを用いて行い、H&E染色およびサフラニンO-ファストグリーン染色の代表画像は、各群からランダムに選出した3匹のウサギから取得した。データは平均値 ± SEMで示す。統計的比較は、一元配置分散分析の後、Tukeyのポストホックテストを用いて行った。水平バーは比較した群を示す。P < 0.05, P < 0.01, P < 0.001。スケールバーは100 µm。略語:KOA = 膝変形性関節症、SEM = 平均標準誤差。こちらをクリックして、この図の拡大表示を確認してください。

図2. 鍼刀療法は、膝関節骨関節炎モデルラビットにおける炎症性サイトカインレベルを低下させる。 (A) インターロイキン-1β濃度 (B) インターロイキン-6濃度 (C)腫瘍壊死因子-α濃度。サイトカイン濃度は、各群6匹のウサギ(n = 6)から採取したサンプルを用いて、酵素結合免疫吸着法(ELISA)により測定した。データは平均値 ± 標準誤差(SEM)で示す。統計学的比較は、一元配置分散分析を行い、続いてTukeyのポストホックテストを用いて実施した。水平線は比較した群を示す。 P < 0.05, P < 0.01、および P < 0.001. 略語:IL-1β = インターロイキン-1β、IL-6 = インターロイキン-6、KOA = 変形性膝関節症、SEM = 平均標準誤差、TNF-α = 腫瘍壊死因子-α。 この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。

図3. 膝変形性関節症ラビットにおける炎症および軟骨代謝関連タンパク質に対する鍼刀療法の調節作用 (A対照群、KOAモデル群、セレコキシブ投与群、針刀治療群、および偽針刀治療群の関節軟骨における、リン酸化核内因子カッパBおよびリン酸化p38ミトゲン活性化プロテインキナーゼの発現を示す代表的な免疫組織化学染色像。スケールバー、 100 µm. (B) SOX9、RIC8A、MMP-13、リン酸化p38 MAPK、総p38 MAPK、MMP-3、アグリカン、およびGAPDHの発現を示す代表的なウェスタンブロット。 (C) GAPDHで標準化したアグリカンのデンシトメトリー定量。 (D) GAPDHで標準化したMMP-13の定量。 (E) GAPDHで標準化したMMP-3の定量。 (F) GAPDHで標準化した全p38 MAPKの定量。 (G) GAPDHで標準化したリン酸化p38 MAPKの定量。 (HGAPDHで標準化したSOX9の定量。I) GAPDHで正規化したRIC8Aの定量。ウェスタンブロット分析は、1群あたり3匹のウサギからのサンプルを用いて実施した(n = 3)。データは平均値 ± 標準誤差(SEM)で示す。統計的比較は、一元配置分散分析後、Tukeyのポストホック検定を用いて行った。水平バーは比較した群を示す。 P < 0.05, P < 0.01、および P < 0.001. 略語:GAPDH = グリセルアルデヒド-3-リン酸脱水素酵素、KOA = 変形性膝関節症、MAPK = ミトゲン活性化プロテインキナーゼ、MMP-3 = マトリックスメタロプロテインアーゼ-3、MMP-13 = マトリックスメタロプロテインアーゼ-13、NF-κB = 核内因子カッパB、p-NF-κB = リン酸化核内因子カッパB、p-p38 MAPK = リン酸化p38 MAPK、RIC8A = コリンエステラーゼ阻害剤耐性タンパク質8A、SEM = 平均標準誤差、SOX9 = SRYボックス転写因子9。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4. 鍼刀療法は、膝関節骨粗鬆症のウサギにおける軟骨代謝関連転写物およびcircPDE4Bの発現を調節する。 (A) アグレカンの相対的発現量 (B) MMP-3の相対発現量 (C) MMP-13の相対発現量。 (D) p38 MAPKの相対発現量。 (E) SOX9の相対発現量。 (F) circPDE4Bの相対的発現量。 (G) RIC8Aの相対的発現量。発現量は定量逆転写ポリメラーゼ連鎖反応により測定し、リファレンス遺伝子で標準化した。解析は1群あたり6匹のウサギのサンプルを用いて行った(n = 6)。データは平均値 ± 標準誤差(SEM)で示す。統計学的比較は、一元配置分散分析後、Tukeyのポストホックテストを用いて行った。水平バーは比較したグループを示す。 P < 0.05, P < 0.01、および P < 0.001. 略語:circPDE4B = 環状RNAホスホジエステラーゼ4B、KOA = 膝変形性関節症、MAPK = ミトゲン活性化プロテインキナーゼ、MMP-3 = マトリックスメタロプロテインアーゼ-3、MMP-13 = マトリックスメタロプロテインアーゼ-13、RIC8A = コリンエステラーゼ阻害剤耐性タンパク質8A、SEM = 平均標準誤差、SOX9 = SRYボックス転写因子9。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
| 遺伝子 | アンプリコンサイズ | フォワードプライマー | リバースプライマー |
| (bp) | (5'→3') | (5'→3') | |
| β-アクチン | 113 | CAGCCCTCCTTCATCGGTAT | GACATGACGTTGTTGGCGTA |
| MMP-3 | 108 | TGTGAGTTGAAGTGGCTCAT | CCTGTTTGAACACCCGTAAC |
| MMP-13 | 119 | GGCTCCTAGGCAAGTACAAT | GTGTACGCCCATCAGGATAA |
| SOX9 | 85 | GGAGGAAGTCGGTGAAGAAT | GCCTTGAAGATGGCGTTG |
| アグリカン | 70 | TTGATGAGTGCCTTTCAAGC | CATGTGAAAGAGTCGATGGC |
| RIC8A | 100 | ATAAACTTTCCAGAGAGGAGTTGC | TCGATGACAGAGTACTGGTTG |
| p38 MAPK | 103 | TGTTCAAGGTCTCCCACAAG | TGCAGCTCCCTTATGATCTG |
| CircPDE4B | 174 | GTCATTTTGCCGAACTCCC | CATTATCATCTGCCGTCACTG |
表1:定量逆転写ポリメラーゼ連鎖反応に使用したプライマー配列。 表には、標的遺伝子、予想されるアンプリコンサイズ、および5′から3′方向のフォワードおよびリバースプライマー配列が記載されています。略称:bp = 塩基対、circPDE4B = 環状RNAホスホジエステラーゼ4B、MAPK = ミトゲン活性化プロテインキナーゼ、MMP-3 = マトリックスメタロプロテインアーゼ-3、MMP-13 = マトリックスメタロプロテインアーゼ-13、RIC8A = コリンエステラーゼ阻害剤耐性タンパク質8A、SOX9 = SRYボックス転写因子9。
本研究では、膝関節骨変形症(KOA)のウサギモデルにおける針刀療法の治療効果を評価し、circPDE4Bの発現とRIC8A/p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK) シグナル伝達軸との関連性を明らかにしました。針刀療法は、関節の腫脹および組織病理学的変化を改善し、転写およびタンパク質の両レベルで炎症および軟骨代謝に関連するマーカーを変化させました。
acupotomy治療後のinterleukin-1β、tumor necrosis factor-α、およびinterleukin-6の減少は、 previously reported なacupotomyの免疫調節作用21と一致していた。これらのサイトカインは、マトリックス分解酵素を促進し、細胞外マトリックスの合成を抑制することで、軟骨変性に寄与する22,24,25。転写およびタンパク質レベルにおけるmatrix metalloproteinase-3 (MMP-3)およびmatrix metalloproteinase-13 (MMP-13)の同時減少は、acupotomyがKOAに関連する異化活性を抑制することを示唆している。
注目すべき知見は、アキュポトミー(針刀療法)によって誘導されたcircPDE4B発現の変化と、RIC8A/p38 MAPKパスウェイの調節との間に関連が見られたことです。このパスウェイの異常な活性化は、炎症、酸化ストレス、および細胞外マトリックスの分解に関連しています。アキュポトミー後のRIC8A発現の減少およびp38 MAPKリン酸化の抑制は、本治療がこのパスウェイ内のシグナル伝達バランスの回復に寄与する可能性を示唆しています。circPDE4BとRIC8A/p38 MAPK関連マーカーの相対的な変化が協調的に起こっていることは、以前に提案されたように26,27circPDE4Bが分子スキャフォールドとして機能するという仮説と一致しています。しかし、今回の知見は相関関係を示すものであり、circPDE4Bがアキュポトミーの治療効果を媒介していることを立証するものではありません。因果関係を特定するには、機能喪失(loss-of-function)および機能獲得(gain-of-function)研究が必要です。
アキュポトミーとcircRNA調節の潜在的な関連性は、本研究における重要な側面である。機械的刺激がいくつかの組織においてcircRNAの発現に影響を与えることが示されている28,29,30,31。しかし、アキュポトミーによる機械的刺激と、関節軟骨特異的なcircRNAの調節を結びつける直接的な根拠は依然として限られている。処置後に観察されたcircPDE4Bの相対的発現の変化は、機械的刺激への直接的な反応であるか、あるいは炎症の軽減に対する間接的な反応であるかのいずれかである可能性がある。制御された機械的刺激と軟骨細胞特異的なcircPDE4Bの操作を組み合わせた今後の研究により、これらの可能性を区別することが可能になると考えられる。
鍼刀療法とセレコキシブは、その作用機序は異なるものの、多くの測定項目において同様の傾向を示しました。この収束については、いくつかの説明が考えられます。第一に、両治療法がRIC8A/p38 MAPK軸や核内因子カッパBシグナル伝達を含む共通の下流経路に作用している可能性があります。第二に、観察された類似性は、経路特異的な効果ではなく、軟骨保護の共通の特性を反映している可能性があります。第三に、選択されたマーカーが炎症および軟骨代謝の共通の終点を示しており、そのため異なる上流メカニズムを区別するには不十分であった可能性があります。有効性が同様であることは、メカニズムが同一であることを意味するのではなく、両介入が変形性関節症の病理ネットワーク26,32,33の共通成分に影響を及ぼしている可能性を示唆しています。トランスクリプトームやプロテオームのプロファイリングなどのバイアスを排除したアプローチにより、治療特異的な分子シグネチャーを定義できる可能性があります。
針刀療法とセレコキシブと同等の効果が得られたことは、臨床的にも意義があると考えられます。針刀療法は、長期的な薬物使用に伴う副作用を回避しつつ、関節周囲の力学的要因に対処できる非薬物的な治療オプションを提供できる可能性があります。しかし、ウサギモデルではヒトの膝関節骨粗鬆症(KOA)の複雑性を完全に再現できないため、この解釈には注意が必要です。これらの前臨床的な知見をより広範な臨床応用に役立てるためには、さらなるトランスレーショナル研究および臨床研究が必要です。
いくつかの制限事項を認める必要がある。第一に、circPDE4BとRIC8A/p38 MAPK軸との関連性が、機能喪失または機能獲得実験を用いて検証されていない。第二に、ウサギモデルおよび4週間の治療期間を用いているため、ヒトの疾患や長期的な転帰に関する結論を出すには限界がある。第三に、分子アッセイに使用した動物のサブセットが比較的小さかったため、群間のわずかな差の検出が制限された可能性がある。第四に、選択したマーカーパネルでは、治療特異的な上流メカニズムを区別できない可能性がある。最後に、針刀療法とセレコキシブに対する反応が同様であったことから、これら2つの介入が収束的な経路を介して作用しているのか、あるいは独立した経路を介しているのかを判断するためにさらなる調査が必要である。
結論
ウサギのKOAモデルにおいて、アキュポトミー(針刀療法)は関節の腫脹、炎症性サイトカインレベル、軟骨変性、および異化マーカーの発現を抑制した。これらの効果は、circPDE4Bの相対的な発現量の変化およびRIC8A/p38 MAPKシグナル伝達軸の調節に関連していた。今回の知見は相関関係を示すものであるため、circPDE4Bがアキュポトミーの治療効果を直接的に媒介しているかを確認するには、さらなるメカニズム研究が必要である。
著者らは、本論文で報告された研究に影響を及ぼす可能性のある競合する経済的利益または個人的な関係がないことを宣言します。
本研究は、中国国家自然科学基金(助成金番号:81774436)、安徽省臨床医学研究転換プロジェクト(助成金番号:202427b10020136)、安徽省教育局科学研究プロジェクト(助成金番号:2023AH050824)、安徽省健康研究プログラム(助成金番号:AHWJ2023A30123)、および安徽省中医師協会伝統中国医学継承・革新研究プロジェクト(助成金番号:2024ZYYXH153)の支援を受けて行われました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 3% 過酸化水素 | Fuzhou Maixin Biotech | SP kit-A3 | 免疫組織化学において内因性ペルオキシダーゼ活性をブロックする。 |
| 4% パラホルムアルデヒド | Biosharp | BL539A | 脱灰および組織学的処理の前に軟骨組織を固定する。 |
| 酢酸 | Merck | A6283 | 70% エタノール中の 1% 塩酸の調製に使用する。 |
| 粘着包帯 | Zhejiang Renkang | RK-8802 | 鍼刀療法後に使用する。 |
| Aggrecan 抗体 | Proteintech | 13880-1-AP | 軟骨タンパク質抽出物中の aggrecan を検出するために使用する一次抗体。 |
| 無水エタノール | Sinopharm Chemical Reagent | 10009228 | 組織学的処理中の組織の脱水および切片の親水化に使用する。 |
| BCA タンパク質定量キット | Thermo Fisher Scientific | A55860 | タンパク質濃度を決定するために使用する。 |
| セレコキシブ | Biochempartner | BCP02156 | 経口投与による対照薬物治療。 |
| 遠心分離機 | Anhui Jiawen Instruments | JW-3021HR | 遠心分離による組織溶解液およびホモジネートの清澄化に使用する。 |
| クロロホルム | Nanjing Reagent | 67-66-3 | 全 RNA 抽出中の相分離に使用する。 |
| クエン酸緩衝液, pH 6.0 | ZSGB-BIO | ZLI-9065 | 免疫組織化学の前に行う熱誘起抗原賦活化に使用する。 |
| クライオチューブ | NEST Biotechnology | 607001 | 凍結サンプルの保存に使用する。 |
| DAB 基質 | Fuzhou Maixin Biotech | Kit-5230 | HRP ラベル化された免疫組織化学シグナルの可視化に使用する発色基質。 |
| DEPC 処理水 | Generay Biotech | D1007 | RNA の溶解および分子生物学的手法に使用する RNase フリーの水。 |
| 使い捨て鍼刀, 0.35 mm × 25 mm | Ma'anshan Bond Medical Equipment | GB3525R | 鍼刀療法および偽鍼刀療法に使用する滅菌針刀。 |
| EDTA | biosharp | BL617A | 軟骨含有組織用の脱灰溶液の調製に使用する。 |
| 強化化学発光基質 | Thermo 340958 | 340958 | ウェスタンブロットのバンドを可視化するために使用する。 |
| エオジン溶液 | Zhuhai Beso | BA4022 | ヘマトキシリン・エオジン染色に使用する対比染色剤。 |
| ファストグリーン溶液 | Solarbio | G1371 | サフラニン O–ファストグリーン染色に使用する対比染色剤。 |
| GAPDH 抗体 | Zsbio | TA-08 | ウェスタンブロットのローディングコントロールとして使用する(現在は記載されていない)。 |
| ゲルイメージングシステム | Shanghai Peiqing Technology | JS-1070P | ウェスタンブロットの化学発光画像をキャプチャする。 |
| ガラス顕微鏡スライド | CITOTEST | 188105 | 切片の貼付に使用する。 |
| ヤギ抗マウス IgG, HRP 結合 | ZSGB-BIO | ZB-2305 | マウス一次抗体用の HRP 結合二次抗体。 |
| ヤギ抗ウサギ IgG, HRP 結合 | ZSGB-BIO | ZB-2301 | ウサギ一次抗体用の HRP 結合二次抗体。 |
| ヤギ血清 | ZSGB-BIO | ZLI-9056 | 免疫組織化学における非特異的な抗体結合をブロックする。 |
| GraphPad Prism, version 10 | GraphPad Software | Not applicable | 統計解析およびグラフ作成に使用する。 |
| ヘマトキシリン溶液 | Zhuhai Beso | BA4041 | ヘマトキシリン・エオジン染色および免疫組織化学の対比染色に使用する核染色剤。 |
| ホモジナイザー | Witeg | SGCR-5-553-722 | ELISA および分子解析のために軟骨組織をホモジナイズする。 |
| 塩酸 | Merck | 7607 | 70% エタノール中の 1% 塩酸の調製に使用する。 |
| Image Lab ソフトウェア | Bio-Rad | Not applicable | ウェスタンブロットバンドのデンシトメトリー解析に使用する。 |
| Image-Pro Plus, version 6.0 | Media Cybernetics | Not applicable | サフラニン O 染色の強度の半定量解析に使用する。 |
| イソプロパノール | Sinopharm Chemical Reagent | SCR40007960 | 全 RNA 抽出中の RNA 沈殿に使用する。 |
| 光学顕微鏡 | Olympus | CX41 | 染色された軟骨切片の観察および撮像に使用する。 |
| 医療用マーカー | edding | 497985 | 処置ポイントの印付けに使用する。 |
| メタノール | Shanghai Suyi | 20180427 | PVDF 膜の活性化に使用する。 |
| ミクロトーム | Leica | RM2016 | パラフィン包埋組織を 5 µm の厚さで切断する。 |
| MMP-13 抗体 | Bioss | bs-0575R | マトリックスメタロプロテイナーゼ-13 を検出するために使用する一次抗体。 |
| MMP-3 抗体 | Bioss | bs-43017R | マトリックスメタロプロテイナーゼ-3 を検出するために使用する一次抗体。 |
| 中性樹脂 | Wuxi Jiangyuan | ZLI-9516 | 染色された組織切片の永久標本作成に使用する封入剤。 |
| ニュージーランドホワイトウサギ (雄, 6 ヶ月齢, 体重 2.0–2.5 kg) | Nanjing Pukou District Laifu Breeding Farm | SCXK (Su) 2024-0007 | 膝変形性関節症モデル作成および治療評価に使用する実験動物。 |
| 23 番メス刃 | Caisson | SCX08-100PC | サンプル採取時に使用する。 |
| 脱脂乾乳 | Gene | 9999S | ブロッキング剤として使用する。 |
| p38 MAPK 抗体 | Bioss | bs-0637R | 総 p38 MAPK を検出するために使用する一次抗体。 |
| パラフィンワックス | Thermo | 8330 | 組織の包埋に使用する。 |
| PBS | ZSGB-BIO | ZLI-9062 | 組織のホモジナイズ、洗浄、および試薬の調製に使用する。 |
| ペニシリン | Jilin Huamu Animal Health Products | Not applicable | 術後に 40,000 U/kg/day で使用する。 |
| ペントバルビタールナトリウム | Beijing Chemical Reagents | 61222 | 麻酔として 3%, 30 mg/kg で使用する。 |
| リン酸緩衝生理食塩水 | beyotime | ST448 | 免疫組織化学中の組織ホモジナイズおよび洗浄に使用する。 |
| 生理食塩水 | servicevio | G4702 | セレコキシブ懸濁液の調製に使用する。 |
| PMSF | Beyotime | ST506 | タンパク質抽出時の溶解緩衝液に添加するプロテアーゼ阻害剤。 |
| p-NF-κB 抗体 | Santa | sc-136548 | 免疫組織化学的解析において p- NF-κB を検出するために使用する一次抗体。 |
| p-p38 MAPK 抗体 | Bioss | bs-5476R | リン酸化 p38 MAPK を検出するために使用する一次抗体。 |
| PrimeScript RT Reagent Kit with gDNA Eraser | TaKaRa | RR047A | ゲノム DNA の除去および RNA から cDNA への逆転写に使用する。 |
| PVDF 膜 | Millipore | IPVH00010 | ウェスタンブロッティング中のタンパク質転写に使用する膜。 |
| ウサギ IL-1β ELISA キット | Jiyinmei | JYM0011Rb | 解析サンプル中のウサギインターロイキン-1β を定量する。 |
| ウサギ IL-6 ELISA キット | Jiyinmei | JYM0006Rb | 解析サンプル中のウサギインターロイキン-6 を定量する。 |
| ウサギ TNF-α ELISA キット | Jiyinmei | JYM0003Rb | 解析サンプル中のウサギ腫瘍壊死因子-α を定量する。 |
| リアルタイム PCR システム | Thermo Fisher Scientific | PIKOREAL 96 | 蛍光ベースの定量 PCR 増幅を行う。 |
| RIC8A 抗体 | Bioss | bs-11355R | RIC8A を検出するために使用する一次抗体。 |
| RIPA 溶解緩衝液 | Beyotime | P0013B | 軟骨組織から全タンパク質を抽出する。 |
| サフラニン O 溶液 | Solarbio | G1371 | サフラニン O–ファストグリーン組織学において軟骨プロテオグリカンを染色する。 |
| SDS-PAGE 試薬またはプレキャストゲル | Solarbio | S8010 | ゲルの濃度または製品を含む。 |
| SOX9 抗体 | Bioss | bs-4177R | SOX9 を検出するために使用する一次抗体。 |
| 分光光度計 | Nanjing Wuyi Technology | OD1000+ | RNA 濃度および純度を測定する。 |
| 滅菌ガーゼ | Zhende | V505463 | 針抜去後の圧迫に使用する。 |
| SYBR Green Master Mix | Novoprotein | E096-01B | 定量 PCR に使用する蛍光試薬。 |
| Tris 緩衝生理食塩水 | Solarbio | T8060 | ウェスタンブロッティング用の洗浄およびブロッキング緩衝液の調製に使用する。 |
| TRIzol 試薬 | Life Technologies | 15596018 | 全 RNA 抽出に使用するフェノール–グアニジニウム試薬。 |
| Tween 20 | Solarbio | T8220 | Tris 緩衝生理食塩水およびリン酸緩衝生理食塩水洗浄液に添加する非イオン性界面活性剤。 |
| ワイガート鉄ヘマトキシリン溶液 | Merck | 1.15973 | サフラニン O–ファストグリーン染色に使用する。 |
| キシレン | Sinopharm Chemical Reagent | 10023428 | 脱パラフィンおよび組織の透徹に使用する。 |