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ラット虚血性心筋症モデルにおける左室形成術後の左室リモデリングに対するトレハロースの効果

稗田, 哲也 北海道大学

2022.03.24

概要

【背景と目的】
虚血性心筋症は、心不全の原因の一つであり、陳旧性心筋梗塞を原因とした心機能障害である.虚血性心筋症では、左室リモデリングと呼ばれる左室拡大と収縮能低下を認め、高度の左室リモデリングは予後不良因子である.虚血性心筋症に対する外科治療の一つとして、左室リモデリングに対する左室形成術がある.左室形成術の目的は①瘢痕組織の除外、②左室形態の改善、③拡大した左室の縮小である.しかし、欧米で実施された大規模無作為比較試験では、左室形成術の生命予後、運動耐容能に関する有効性は見出せなかった.その原因は明らかではないが、左室形成術の問題点として左室形成術後の左室リモデリングの再発が指摘されている.遠隔期の左室リモデリングの再発機序の解明により、左室形成術の治療成績の改善につながる可能性がある.
我々はこれまで、左室形成術後の左室リモデリングの再発と心筋オートファジーの関連を研究してきた.オートファジーは、細胞内で行われる自食作用の一つであり、「細胞内品質管理」と「エネルギー基質の供給」という二つの役割を持っている.オートファジーは、左室形成術後早期には抑制されるが、遠隔期に左室リモデリング再発とともに再活性化することが明らかとなった.さらに、遠隔期にオートファジー阻害剤を使用すると、左室リモデリングの程度は増悪した.この結果より我々は、左室形成術後におけるオートファジーが左室リモデリングの再発抑制に重要な役割を持っていると考えた.そこで、オートファジー活性化作用が報告されているトレハロースを投与することで、左室形成術後の左室リモデリングの再発を予防できるかどうかについて研究することとした.
本研究の目的は、ラット虚血性心筋症モデルに対する左室形成術後において、オートファジー活性作用をもつトレハロースの投与が、左室リモデリングの再発に及ぼす影響を明らかにすることである.

【対象と方法】
実験を計画するにあたり、研究の目的を鑑み、「ラット虚血性心筋症モデルに対する左室形成術後にオートファジー活性化作用を持つトレハロースの投与が左室リモデリングの再発を抑制する」という仮説のもと実験を行った.
週齢10週の雄のSprague-Dawleyラットを用いて、前下行枝結紮による心筋梗塞により虚血性心筋症モデルを作成した.心筋梗塞後28日目に左室形成術またはsham手術を行い、術後のトレハロース投与の有無により、sham(28日)群、左室形成術(28日)群、sham+トレハロース(28日)群、左室形成術+トレハロース(28日)群の4群に分類した.トレハロース投与群には、術後7日目から28日目まで10%トレハロース水溶液を経口で自由飲水させた.術後28日目に、経胸壁心エコーによる心機能評価を行った後に犠牲死させ、採取した心筋を用いてオートファジー活性化の指標となるmicrotubule-associated lightchain3-Ⅱ(LC3-Ⅱ)、p62/SQSTM1(p62)のタンパク発現をウェスタンブロッティングで測定した.オートファジーが活性化された場合には、一般的にLC3-Ⅱは増加し、p62は低下するため、両者を合わせてオートファジー活性の評価とした.
また、左室形成術後早期の効果を確認するために、上記とは別のラットを左室形成術またはsham手術後2日目に犠牲死させ、左室形成術(2日)群、sham(2日)群とした.

【結果】
左室形成術(2日) 群では、 s h a m (2日) 群と比して左室拡張末期径は小さく( 7 . 2 ± 0 . 5 v s . 11 . 0 ± 0 . 3 m m 、 P < 0 . 01 ) 、左室短縮率は大きかったが( 28 . 0 % ± 3 . 7 % vs . 16 . 5 % ± 2 . 5% 、 P < 0 . 0 1 ) 、左室形成術 (28日) 群では左室拡張末期径および左室短縮率は、それぞれs h a m ( 2 8日)群と同等であった.この結果は、左室形成術後早期には左室径の縮小と左室収縮能の改善効果が見られたが、 遠隔期にはその効果が消失していることを示しており、本研究においても左室形成術後遠隔期の左室リモデリングの再発を確認した. 一方、左室形成術+トレハロース( 2 8日) 群において、左室拡張末期径は左室形成術( 2 8日) 群と比して小さく( 9 . 5 ± 0 . 4 v s . 10 . 9± 0 . 4 m m 、 P < 0 . 0 5 ) 、左室短縮率は大きかった( 33 . 7 % ± 5 . 5 % vs . 14 . 6 % ± 1 . 8 % 、 P < 0 . 01 ) .この結果より、左室形成術後にトレハロースを投与することで、 遠隔期の左室リモデリングの再発が抑制されたことが示された.
オートファジー活性に関しては、左室形成術(2日) 群では、 s h a m ( 2日)群と比してL C3 - Ⅱは小さく(0 . 6 ± 0 . 0 2 v s . 1 . 6 ± 0 . 3 a r b i t r a r y unit 、 P < 0 . 0 5 ) 、 p 6 2は大きかった( 2 . 5 ± 0 . 3 vs . 1 . 0 ± 0 . 1 a r b i t r a r y u n i t 、 P < 0 . 0 1 ) . 一方、左室形成術(28日) 群では、左室形成術(2日) 群よりも、 L C 3 - Ⅱは大きく( 3 . 4 ± 0 . 3 v s . 0 . 6 ± 0 . 03 a r b i t r a r y u n i t 、 P < 0 . 0 1 ) 、 p 6 2は小さく(0 . 9 ± 0 . 4 v s . 2 . 5 ± 0 . 5 a r b i t r a r y u n i t 、 P < 0 . 01 ) 、それぞれs h a m (28日) 群と同等であった.この結果より、左室形成術後のオートファジー活性は早期にs h a m 群よりも抑制されるが、 遠隔期には回復してs h a m 群と同等になることが示された. 一方で、左室形成術+トレハロース( 2 8日) 群では左室形成術( 2 8日)群と比して、 L C 3 - Ⅱには差を認めなかったが、 p 6 2は有意に小さかった( 0 . 1 ± 0 . 1 v s . 0 . 9 ± 0 . 4 a r b i t r a r y u n it 、 P < 0 . 05) .この結果より、トレハロースを投与することで、左室形成術後遠隔期のオートファジー活性は、左室形成術単独よりも亢進したことが示唆された.

【考察】
我々は先行研究において、左室形成術後にオートファジー阻害剤を投与すると、術後遠隔期の左室リモデリング再発の程度が増悪することを見出した.一方本研究では、左室形成術後にオートファジー活性化作用のあるトレハロースを投与することで左室リモデリング再発が抑制されることを示した.これらの結果は、左室形成術後の左室リモデリング再発に対してオートファジーが抑制的に働いており、トレハロースが左室リモデリング再発抑制のためのアジュバント療法となりうることを示唆している.
本研究でオートファジー活性化評価のために用いたLC3-Ⅱとp62は、特殊な状況下で変化することがあり、トレハロースによるオートファジー活性化を裏付けるためには、蛍光タンパクプローブを用いたオートファジー活性の定量的評価やオートファジー阻害剤を併用した実験が今後求められる.また、トレハロースにはオートファジー活性化以外にも心保護的作用が存在するため、トレハロースの左室リモデリング再発抑制機序の解明は、今後の重要な課題である.

【結論】
ラット虚血性心筋症モデルに対する左室形成術後に、オートファジー活性化作用のあるトレハロースを投与することで、左室形成術単独に比して左室リモデリング再発は抑制され、オートファジー活性が亢進することが示された.トレハロースが左室リモデリング再発を抑制する機序に関して、オートファジーの定量的評価に関する研究と、トレハロースの持つオートファジー活性化以外の心保護的作用に関する研究は、今後の重要な課題である.

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