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心疾患モデルラットを用いたIV型コラーゲンα2鎖分解産物canstatinの心保護作用に関する基礎的検討

杉山 彰 北里大学

2021.07.20

概要

我が国 にお い て 高 齢 化 に よ る 心 疾 患 患 者 数 の 増 加 と そ れ に 伴 う医療費 増大 は 社 会 的 な 問 題 と な っ て い る 。 心 疾 患 の 治 療 は 根 治 手 術 以 外 の 大 部 分 を 薬 物 療 法 に 頼 っ て お り 、 既 存 薬 と は 異 な る 作 用 点 を 標 的 と し た よ り 効 果 的 な 新 規 治 療 薬 の 開 発 は 今なお 求 め ら れ て い る 。 IV 型 コ ラ ー ゲ ン α 2 鎖 の分解 産物 canstatin は 抗腫瘍 作用を 有 す る 生 理 活 性 物 質 で あ る 。 こ れ ま で に 心 筋 細 胞 保 護 作 用 を は じ め と す る 様々 な canstatin の 心 臓 構 成 細 胞 に お け る 生 理 活 性 が 明 ら か に な っ て い る が 、 これら の 生 理 活 性 が 生体レ ベルに お い て も 発 揮 さ れ る か は 不 明 で あ る 。 そ こ で 本 研 究 で は 各種 心 疾 患 モ デ ル 動 物 を 用 い て recombinant canstatin 投与実験を 行 う こ と に よ り canstatin の 心保護作用を 検証した。


1 . 健常 ラ ッ ト 心 臓 組 織 に 高 発 現 す る canstatin は 心 筋 梗 塞 後 の 梗塞 領 域 に お い て 発 現 が 低 下 する
第一章では canstatin の 心 保 護 作 用 検 討 を 行 う 前 段 階 と し て 、健常ラット の 全 身 臓 器 お よ び 心 筋 梗 塞 モ デ ル ラ ッ ト の 梗塞領域 における c a n s t a t i n 発 現 を 検 討 し た 。 Canstatin は 健 常 ラ ッ ト の 全身 臓 器 に 広 く 発 現 し て お り 、 特 に 腎 臓 と 心 臓 に 高 発 現 してい た 。 心 筋 梗 塞 モ デ ル ラ ッ ト の 梗 塞 領 域 に お い て canstatin 発現が 低下 し、 small interfering R N A 投 与 に よ る cathepsin S 発現抑制は これを 解除 した 。 以 上 の こ と か ら canstatin が 心 筋 梗 塞 後 の 梗 塞領域において cathepsin S に よ る 分 解 に よ り 発 現 が 低下 すること が 示唆 さ れ た ( J . Vet . Med . Sci . 2019 ) 。

2 . 心 筋 梗 塞 モ デ ル ラ ッ ト に お け る canstatin の 保 護 作 用
第 二 章 で は 心 筋 梗 塞 モ デ ル ラ ッ ト に recombinant canstatin を 投与 し 心 保 護 作 用 を 検 討 し た 。 Canstatin は 心 筋 梗 塞 後 の 生 存 率 低下、 左 室 拡 張 お よ び 心 機 能 低 下 を 改 善 し 、 梗 塞 領 域 の 瘢痕菲薄 化 や 非 梗 塞 領 域 の 心 リ モ デ リ ン グ ( 心 肥 大 お よ び 間 質 性 線維化 ) を抑 制 し た 。 ま た canstatin による 梗 塞 領 域 由 来 筋 線 維 芽 細 胞 の 増殖能 および matrix metalloproteinases 分泌能 亢進 作用 、 非 梗 塞 領域 における 心 筋 細 胞 の nuclear factor of activated T- cells( NFAT ) c4 核 内 移 行 や 心 線 維 芽 細 胞 の 筋 線 維 芽 細 胞 へ の 分化誘導 抑 制 作 用 が 心 保 護 作 用 機 序 の 一 部 で あ る こ と が 示 唆 さ れ た ( Sci . Rep . 2020 ; Eur. J. Pharmacol . 2017) 。

3. Isoproterenol 誘 発 心 肥 大 モ デ ル ラ ッ ト に お け る canstatin の保 護作用
第 二 章 に お い て recombinant canstatin 投与 が 心 筋 梗 塞 モ デ ル ラッ ト の 非 梗 塞 領 域 において 心 肥 大 と NFATc 4 核 内 移 行 を 抑制 する こと を 明 ら か に し た 。 第三 章 で は isoproterenol 誘発心肥大モデ ルラット を 用 い て canstatin の抗心肥大作用機序 の詳細 を 検討し た。 Recombinant canstatin 投与は isoproterenol による 心肥大、 calcineurin 活性化、 NFATc 4 核内移行および心 肥大関 連遺伝子 m R N A 発 現 増 加 を 抑 制 し た 。 また canstatin は 新 生 仔 ラ ッ ト 心 筋細胞 ( neonatal rat cardiomyocytes : N R C M s ) における isoproterenol誘導性 細胞内 Ca 2+ 濃度 ( [ C a 2+ ] i ) 上 昇 を 抑 制 し た こ と か ら 、canstatin の抗心肥大作用 は [ C a 2+ ] i 上昇 / calcineurin / N FATc 4 経路の 抑制を 介 す る こ と が 示 唆 さ れ た ( Eur. J. Pharmacol . 2020 ) 。

4. 虚血 / 再 灌 流 ( ischemia / reperfusion : I / R ) 誘 発 心 室 性 不 整 脈 に 対する canstatin の 保 護 作 用
再 灌 流 療 法 は 急 性 心 筋 梗 塞 治 療 の 第 一 選 択 肢 で あ る が、それ に伴う I / R 障害 が 問 題 と な っ て い る 。 I /R 障 害 に よ る reactive oxygen species ( R O S ) 産生と そ の 後 の 過剰な [ C a 2+ ] i 上昇 は不整脈 の 原 因 と な る 。 第 三 章 において canstatin が N R C M s において isoproterenol 誘導性 [ C a 2+ ] i 上 昇 を 抑 制 し た た め 、 第 四 章 で は recombinant canstatin 投与が I / R 誘 発 心 室 性 不 整 脈 を [ C a 2+ ] i 制御 機構の調節 を 介 し て 抑制する と の 仮 説 を 検 証 し た 。 Canstatin はラ ッ ト に お い て I / R 誘 発 心 室 性 不 整 脈 の 発 生 時 間 を 減 少 さ せ た 。次に N R C M s に oxygen glucose deprivation / reperfusion ( O G D / R ) 刺激を行い in vitro で I / R 障害 を 再現 した。 Canstatin は O G D / R 刺激による nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase ( N O X ) 活性化 と ROS 産生 、 さらに H 2 O 2 誘導性 [ C a 2+ ] i 上 昇 を 抑 制し た 。 以 上 の こ と か ら canstatin が N OX を介する R OS 産生や [ C a 2+ ] i 上 昇 を 抑 制 す る こ と に よ り I /R 誘 発 心 室 性 不 整 脈 に 対 し て保 護 的 に 働 く こ と が 明 ら か と な っ た 。

5. Monocrotaline 誘発肺高血圧症 モデルラットにおけるcanstatin の 保 護 作 用および 血漿 canstatin 濃 度 と 病 態 進 展 の 関 連
肺 動 脈 性 肺 高 血 圧 症 は 異 常 な 肺 動 脈 圧 亢 進 と 右 心 リ モ デ リ ング の 進 行 に よ る 右 心 不 全 を 特 徴 と す る 進行性 疾 患 で 、 我 が 国 で難 病 に 指 定 さ れ て い る 。第 二 章 お よ び 第 三 章 に お い て canstatinが 心 リ モ デ リ ン グ に 対 し て 保 護 的に 働い た こ と か ら 、 第五章で は m onocrotaline 誘 発 肺 高 血 圧 症 モ デ ル ラ ッ ト の 右 心 リ モ デ リ ング に 及ぼす recombinant canstatin 投 与 の 影響 を 検 討 し た 。 さらに 第 一 章 に お い て canstatin 発現 が 心 筋 梗 塞 モデル ラット の梗塞領 域で 低下 し た こ と か ら 、 第 五 章 で は monocrotaline 誘 発 肺 高 血 圧症 モ デ ル ラ ッ ト の 血漿 canstatin 濃度 お よ び 各 臓 器 の canstatin 発現 を 解析し た 。 Canstatin は 肺 高 血 圧 症 モ デ ル ラ ッ ト の 肺動脈圧 上 昇 に 影 響 を 及 ぼ す こ と な く 、 右 心 リ モ デ リ ン グ ( 心 肥 大 お よ び間質性 線 維 化 ) を 抑 制 し た 。 ま た 肺 高 血 圧 症 モ デ ル ラ ッ ト の 血漿 canstatin 濃度や右心室、肺お よび腎 臓における canstatin 発現は 低下 し て お り 、 血 漿 canstatin 濃度は 肺 動 脈 血 流 加 速 時 間 / 右心室 駆出時間比 の低下 や 右 心 室 重 量 / 体 重 比 の増加 と い っ た 肺 高血圧 症病態の 重 症 度 と 強 い 相 関 を 示 し た ( Int . J. Mol. Sci . 2020 ) 。

結 論 と し て 本 研 究 は recombinant canstatin 投与が 各種 心疾患モ デルラット に お い て 心保護 的 に 働 く こ と を 明 ら か に し 、心 リモ デ リ ン グ 制 御 を 主 目 的 と し た 新 た な 心 疾 患 治 療 法 の 可 能 性 を 提 示した 。 ま た 各 心 疾 患 モ デ ル ラ ッ ト の 組 織 中 お よ び 血漿 中にお いて canstatin が減少すること も 明 ら か に し 、 バ イ オ マ ー カ ー と し て の 応 用 可 能 性 も 示した。 本 研 究 で 得 ら れ た 新 た な 知 見 が ヒ ト 医 療 ま た は 獣 医 療 に お け る canstatin を 標 的 と し た 画 期 的 な 心 疾 患 治 療 法 ・ 診 断 法 の 開 発 に 貢 献 す る こ と が 期 待 さ れ る 。

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