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Mechanism of hepatic steatosis caused by depletion of arachidonic acid-containing phosphatidylinositol synthase

田中, 悠貴 東京大学 DOI:10.15083/0002007119

2023.03.24

概要

審 査 の 結 果 の 要 旨
⽒名

⽥中 悠貴

⾮アルコール性脂肪性肝疾患 (Non-Alcoholic Fatty Liver Disease, NAFLD)は、単純性脂肪肝
と肝炎・線維化を伴う⾮アルコール性脂肪性肝炎(Non-Alcoholic Steatohepatitis, NASH)の総称
であり、世界的に有病率が急増している。NAFLD の⼤部分は単純性脂肪肝であるが、⼀部の患
者では重症化し、NASH を経て肝硬変や肝がんへと進⾏するため、脂肪肝の重症化を抑制する
事が⼤きな課題となっている。しかしながら、脂肪肝の発症や重症化のメカニズムの全容は不明
であり、治療法も確⽴されていない。最近、ゲノムワイド関連解析からリン脂質代謝酵素の⼀つ
である LPIAT1 (Lysophosphatidylinositol acyltransferase 1)の⼀塩基多型による発現低下が
NAFLD の発症リスクとなることが報告され、注⽬されている。LPIAT1 はホスファチジルイノ
シトール (PI)にアラキドン酸を導⼊する活性を有する脂肪酸リモデリング酵素であり、これま
でに肝細胞特異的 LPIAT1 ⽋損マウスの肝臓には中性脂質であるトリグリセリド (TG)が蓄積
し、脂肪肝を⾃然発症することが明らかになっている。しかしながら LPIAT1 の⽋損が脂肪肝
の発症を引き起こすメカニズム、また LPIAT1 の⽋損と NAFLD の重症化との関連は不明であ
った。⽥中は主に培養細胞を⽤いて LPIAT1 の⽋損による脂肪肝の発症機構を解析するととも
に、⾼脂肪⾷負荷マウスを⽤いて LPIAT1 の⽋損と NAFLD の重症化との関連を検証した。
肝細胞内に TG が蓄積する原因として、TG の分泌抑制、合成亢進、分解抑制の 3 つの可能性
が考えられる。最初に肝細胞特異的 LPIAT1 ⽋損マウスに対し、リポプロテインリパーゼの阻
害剤を投与し⾎中の TG の分解を抑制した時の⾎中 TG の増加量を測定することで肝細胞から
の TG の分泌能を評価したが、野⽣型マウスと⽐較して TG の分泌は低下していなかった。次
に TG の合成、分解能について評価するために、肝癌由来細胞株である Huh-7 において LPIAT1
⽋損細胞を作製した。作製した LPIAT1 ⽋損細胞では肝細胞特異的 LPIAT1 ⽋損マウスの肝臓
と同様に、アラキドン酸含有 PI が著しく減少し、TG が顕著に蓄積した。また[14C]オレイン酸
を 24 時間細胞に取り込ませたところ、LPIAT1 ⽋損細胞では TG 中の放射活性が増加しており、
TG の合成もしくは分解過程に異常が⽣じていることが⽰唆された。そこで[14C]グリセロール
を細胞に取り込ませた後に [14C]グリセロール不含培地に交換し、経時的に TG 中の放射活性を
測定することにより TG の消失過程(分解と分泌)を解析した。その結果、LPIAT1 ⽋損細胞では
TG の消失速度に差はみられなかった。以上のことから、LPIAT1 ⽋損細胞では TG の分解、分
泌には異常が⾒られず、TG 合成が亢進していることが⽰唆された。TG 合成はインスリンシグ
ナルや TG 合成酵素の発現を制御する SREBP1 の下流で活性化することが知られている。しか
し LPIAT1 ⽋損細胞ではインスリンシグナルや SREBP1 の活性化は⽣じておらず、別の機構で
TG 合成が亢進していることが考えられた。
LPIAT1 ⽋損細胞で TG 合成が亢進するメカニズムの⼿掛かりを得るためにリピドミクス解析
を⾏った。その結果、LPIAT1 ⽋損細胞では PI の脂肪酸組成の変化に加えて、PI 合成の前駆体
である CDP-DAG が蓄積しており、PI 代謝に異常が⽣じていることが⽰唆された。そこで [14C]
グリセロールの短時間でのリン脂質画分への取り込みによりリン脂質合成速度を評価したとこ

ろ LPIAT1 ⽋損細胞では PI への[14C]グリセロールの取り込みが亢進しており、PI 合成が亢進
していることが明らかになった。しかしながら LPIAT1 ⽋損細胞では PI の合成が亢進している
にも関わらず PI の総量が増加することはなく、むしろ減少している傾向にあった。そこで、[14C]
グリセロールを 12 時間細胞に取り込ませた後に[14C]グリセロールを含まない培地に培地交換
し、PI からの放射活性の減少度合いを測定することで PI 分解速度を評価したところ、LPIAT1
⽋損細胞では PI からの放射活性の減少が著しく、PI 分解が亢進していることが明らかになっ
た。これらの結果から、LPIAT1 ⽋損細胞では PI の脂肪酸組成の変化に伴い PI の合成、分解が
亢進し、PI 代謝回転が亢進していることが明らかになった。
⽥中は PI 代謝回転の亢進が TG 合成の亢進を引き起こしているのではないかと仮説を⽴てた。
そこで[14C]グリセロールによるチェイス実験を⾏い、各脂質画分中の放射活性を測定すること
で、分解された PI の流れを解析した。その結果、LPIAT1 ⽋損細胞では PI と TG のみ放射活性
に変化がみられ、LPIAT1 ⽋損細胞で減少した PI 中の放射活性と増加した TG 中の放射活性が
ほぼ⼀致した。このことから LPIAT1 ⽋損細胞で分解された PI が TG 合成に使⽤されているこ
とが⽰唆された。PI はホスホリパーゼ C (PLC)により TG の前駆体であるジアシルグリセロー
ル(DG)に代謝され得る。そこで PLC 反応の産物であるイノシトール 1-リン酸 (IP1)量を測定
したところ、LPIAT1 ⽋損細胞では IP1 が顕著に蓄積しており、PLC 活性が亢進していることが
明らかになった。以上の結果から、LPIAT1 ⽋損細胞では PI の合成と PLC による PI の分解が
亢進し、産⽣された DG が TG 合成に使⽤されることで TG 合成が亢進することが⽰唆された。
最後に⽥中は、LPIAT1 の⽋損が NAFLD の重症化に及ぼす影響を解析した。肝細胞特異的
LPIAT1 ⽋損マウスに対して⾼脂肪⾷を 18 週間与え、肝細胞における LPIAT1 の⽋損が炎症・
線維化に及ぼす影響を解析した。肝細胞特異的 LPIAT1 ⽋損マウスでは⾼脂肪⾷負荷時に野⽣
型マウスと⽐較して⾎中肝障害マーカーの値が顕著に上昇しており、肝障害が増悪しているこ
とが明らかになった。また肝細胞特異的 LPIAT1 ⽋損マウスの肝臓では⾼脂肪⾷負荷時に炎症
性サイトカインや線維化に関わる遺伝⼦の発現が顕著に上昇しており、炎症、線維化が増悪して
いることが明らかになった。以上の結果から肝細胞における LPIAT1 の⽋損が脂肪肝の発症だ
けでなく、炎症や線維化といった脂肪肝の重症化過程にも関わることが⽰唆された。
本研究において⽥中は、LPIAT1 ⽋損肝細胞では PI 代謝回転の亢進が TG 合成の亢進を引き起
こすという脂肪肝発症機構を⾒出し、これまで全く知られていなかった膜リン脂質と TG の代
謝的クロストークの存在を⽰唆した。この代謝経路を担う PLC は、PI の脂肪酸組成の変化を認
識し、アラキドン酸を持たない PI を選択的に分解する酵素であることが推測される。本酵素は
NAFLD の新たな治療標的になることが期待される。また⽥中は LPIAT1 の⽋損が脂肪肝の発
症だけでなく脂肪肝の重症化過程にも関わることを⾒出した。本研究の成果は未だ治療法が確
⽴されていない NAFLD の病態の理解に貢献し、治療戦略の考案につながることが期待される
重要な知⾒である。
よって本論⽂は博⼠(薬科学)の学位請求論⽂として合格と認められる。

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Acknowledgements

本研究を進めるにあたり、終始御指導くださりました東京⼤学⼤学院 薬学系研究科

衛⽣化学教室の⻘⽊淳賢 教授、河野望 准教授、(独) 医療品医療機器総合機構 審査セ

ンター・レギュラトリーサイエンスセンターの新井洋由 センター⻑、University of

California Los Angeles の嶋中雄太 研究員に⼼より感謝致します。特に⽇々の研究⽅針

を直接指導してくださった河野望 准教授、嶋中雄太 研究員には⼤変お世話になりまし

た。先⽣⽅との⽇々の議論により研究者として⼤きく成⻑することができました。これ

までのご指導、ご鞭撻に深く感謝致します。

マウスの代謝解析について、共同研究を⾏なっていただいた東京⼤学⼤学院 医学系

研究科 内科学専攻 ⽣体防御腫瘍内科学講座 ⼭内敏正 先⽣、公共財団法⼈朝⽇⽣命成

⼈病研究所 窪⽥哲也 先⽣、東京⼤学 医学部付属病院 窪⽥直⼈ 先⽣に⼼より感謝致

します。また論⽂の投稿に際し、Gothenburg University の Stefano Romeo 教授、およ

び研究グループの皆様には⼤変お世話になりました。⼼より感謝申し上げます。

⽇々の研究⽣活を共にし、本研究を様々な⾯で⽀えて下さいました衛⽣化学教室の皆

様に⼼より感謝致します。優秀で賑やかな皆様に囲まれて、とても充実した研究室⽣活

を送ることができました。また⽇々の研究⽣活を⽀えてくださりました、⾼⽥祥恵さん、

伏間貴⼦さん、⼤澤由季⼦さん、道村彩美さんに深く感謝致します。

最後に、いつも応援し、学⽣⽣活を⽀えてくれた⽗、⺟、妹、祖⽗、祖⺟に⼼より感

謝します。皆様のおかげで研究に打ち込むことができ充実した 3 年間を過ごすことがで

きました。本当にありがとうございました。

2021 年 1 ⽉ 7 ⽇

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