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肝細胞脂肪変性における酸化ストレス応答に関与する遊離アミノ酸の研究

佐野 晃俊 東北大学

2021.03.25

概要

【背景】
非アルコール性脂肪性肝疾患(Non-alcoholic fatty liver disease ; NAFLD)は肥満人口の増加とともに世界的に急増している慢性肝疾患であるが、肝硬変・肝細胞癌の素地となることから病態の解明・治療法の開発が急務である。NAFLD には門脈から肝臓に流入する各種代謝産物や細胞内ストレス応答を始めとする多因子が病態形成に関与する。

【目的】
本研究の目的は肝細胞脂肪変性(steatosis)に関与する門脈血中遊離アミノ酸(FAA)と酸化ストレス応答の関係を明らかにすることである。

【方法】
C57BL/6(Wild type ; WT)マウスと脂肪肝モデル ob/ob マウスの空腹時門脈血の FAA 組成に一致した無血清培地:Portal Blood Medium(PBM-wt、PBM-ob)を作成した。 予め脂肪酸で細胞内脂肪滴を誘導したマウス不死化肝細胞 (Immotalized mouse hepatocytes ; IMH)・初代マウス肝細胞・マウス肝由来オルガノイドを PBM 下に培養し、培養後の残存脂肪滴、各種ストレス応答因子および脂質輸送関連タンパク等を解析した。WT マウス、肝特異的 Kelch-like ECH-associated protein 1(Keap1)ノックアウトマウス(Keap1Δhepa)にアミノ酸改変食を与え各種検討を行った。NAFLD 患者(n=61)の肝病理組織中の脂肪滴面積を画像処理により定量化し、末梢血中メタボロームデータ等との相関関係を検討した。

【結果】
PBM-wt と比較し PBM-ob 下における培養で IMH に残存する脂質が増加した。更に ob/ob マウス門脈血において低濃度である 7 種類の FAA のうち L- Methionine(Met)および L-Tyrosine(Tyr)は濃度依存的に肝細胞からの脂質放出を促進し肝細胞脂肪変性を改善した。またMet・Tyr 欠損培地下では脂質輸送因子であるミクロソームトリグリセリド転送タンパク活性が低下した。Met・Tyr 欠損環境下では Keap1 発現非依存的に核内 Nuclear factor erythroid-2 related factor 2(Nrf2)発現低下を認めた。Met・Tyr の代謝産物産物であり核内 Nrf2 誘導因子となるフマル酸に着目したところ、Met・Tyr 欠損環境ではオレイン酸添加により上昇する細胞内フマル酸レベルが抑制され、細胞内脂質および活性酸素種(Reactive oxygen species ; ROS)の蓄積増加を伴った。フマル酸前駆体(ジメチルフマル酸)添加により細胞内脂質および ROS は減少し、フマル酸合成阻害剤により肝細胞内脂質は増加した。 Keap1Δhepa 由来オルガノイドでは Met・Tyr 欠損培地による脂肪変性が抑制された。 Met・Tyr 制限食を与えた WT マウスは NAFLD に類似した表現型を呈し、肝内フマル酸の減少に伴い核内 Nrf2 レベルも低下した。また Met・Tyr 制限食により末梢血中 TG-rich Very-low-density lipoprotein (VLDL)の低下を認め、肝細胞からの成熟 VLDL 合成の障害が示唆された。Nrf2 が過剰発現した Keap1Δhepa マウスでは Met・ Tyr 制限食による肝 steatosis 進展が抑制された。

また NAFLD 患者の脂肪滴面積定量データは遊離脂肪酸(Free fatty acids; FFA)/Met 比および FFA/Tyr 比と正の相関関係を認め、Met・Tyr と FFA レベルのインバランスが steatosis の病勢に関連することが示唆された。

【結語】
NAFLD では Met・Tyr の不足または代謝障害により、高脂肪酸暴露による肝内フマル酸レベルの上昇が抑制され、転写因子 Nrf2 を介した肝細胞内の成熟 VLDL合成が障害されている可能性が示唆された。遊離アミノ酸・フマル酸代謝および Keap1-Nrf2 系が NAFLD 患者における新規の治療ターゲットとなる可能性を示唆する。

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