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研究活動

当科では様々な高度医療研究を行っております。

高安動脈炎の発症機序解明を目指した研究 担当:前嶋康浩/磯部光章

研究目的

難治性血管炎のひとつである高安動脈炎の発症および病状進展機序に、疾患感受性遺伝子の変異が関与していることを明らかにして、有効な治療法の開発を目指しています。

研究内容

高安動脈炎の疾患感受性遺伝子同定と発症機序の探索についての研究

難治性血管炎のひとつである高安動脈炎の発症および病状進展機序に、疾患感受性遺伝子の変異が関与していることを明らかにして、有効な治療法の開発を目指しています。

高安動脈炎は大動脈をはじめとする大型動脈が炎症に侵されて狭窄や拡張を生じ、多彩かつ重篤な症状を示す難治性疾患です。厚生労働省の統計によると、本邦で約5,000名の患者様がおられ、毎年およそ200名程度の方が新たに発症しております。約100年前に本邦で発見されて以来、患者数が多いこともあり、我が国が本疾患研究の先頭に立ってきました(Ishihara et al. JACC 2011)。高安動脈炎は自己免疫異常により病状が進展しますが、その発症機序については不明のままです。そのため治療は非特異的な免疫抑制療法に限られており、治療難渋例が多いのが現状です。

GWASの結果、各染色体上のSNP(X軸)と関連の強さ(Y軸)を示す。

GWASの結果、各染色体上のSNP(X軸)と関連の強さ(Y軸)を示す。

高安病患者の約98%は弧発例ですが、一卵性双生児の症例が存在することから、本症の発症に遺伝要因が関与している可能性は以前から指摘されてきました。以前に、本邦ではヒト白血球組織適合抗原(HLA)クラスI分子-B*52の陽性例では、陰性例と比較して重症例が多いことが報告されています。最近、私たちは共同研究グループと協力して高安病患者を対象とした全ゲノム関連解析(GWAS)を施行して高安病の疾患関連感受性遺伝子を発見しました(Terao C et al. Am J Hum Genet 2013)。その結果、既知の6番染色体上にあるHLA-B領域のほか、5番染色体上にあるIL12B領域と17番染色体上にあるMLX領域の一塩基多型(SNP)が高安病と関連していることを見いだしました(図)。しかしながら、これらのうちどの遺伝子が高安病の発症により重要な役割を担っているのかは不明のままです。

かつては自己免疫疾患の全てにおいて特異的な治療がない状態でしたが、近年の目覚ましい研究の進歩の成果として慢性関節リウマチや乾癬など一部の自己免疫疾患では抗サイトカイン療法などの有効な治療法が確立されるようになりました。その一方で、高安動脈炎の原因および病態進展機序の解明が他の自己免疫疾患と比較して後れを取った原因としては次のことが考えられます。

  • 1. 患者数が少ないため、系統的に病因や病態を調査・研究する機会が限られている。
  • 2. 遺伝子異常が発症に関与している可能性が高く、その候補遺伝子が発見されたばかりである。
  • 3. 高安病関連遺伝子の候補であるMLXは転写因子であること以外その機能がわかっていない。

問題点を解決するため、私たちは下記のような取り組みを通じて解決していく所存です。

1. 高安動脈炎の患者数は圧倒的にアジアに多いことがわかっております。当科外来には現在約100名の高安動脈炎の患者様が通院しておられ、過去の臨床データも含めると約150名の情報を有しております。このように、私たちが保有する高安動脈炎に関する情報は、単一施設のデータベースとしては世界最大級であり、系統的に高安動脈炎の病因や病態を調査・研究するにふさわしい施設であると考えます。

2. 高安動脈炎関連遺伝子の有力候補として、IL12B/MLX遺伝子が判明して、直ちに私たちおよび共同研究グループはこれらの遺伝子のSNPの変化がそれぞれの遺伝子の転写産物の質的・量的変化をきたしているかどうかと臨床症状との関連についての検討を開始し、研究成果を発信しつつあります。

3. MLXはE-boxに結合する、mycに類似した特徴を持つbHLH-Zip型転写因子です。その機能については不明な点が多く、免疫制御系との関わりについては今までの報告は皆無です。しかしながら、私たちはMLXがリンパ球に高発現していること、高安病患者で認められたSNPの変化により機能獲得性変異を起こしうることを見いだしており(Maejima Y. AHA Scientific Sessions 2014)、MLXと高安動脈炎の発症との関わりを検討することは、高安動脈炎の病因に迫りうる重要な研究課題であると考えております。

・主な業績(代表6編)

  • Terao C, Ebana Y, Maejima Y, Isobe M, et al. Two susceptibility loci to Takayasu arteritis reveal a synergistic role of the IL12B and HLA-B regions in a Japanese population. Am J Hum Genet 93:289-97, 2013.
  • Ishihara T, Haraguchi G, Kamiishi T, Tezuka D, Inagaki H, Isobe M. Sensitive assessment of activity of Takayasu’s arteritis by pentraxin3, a new biomarker. J Am Coll Cardiol 57: 1712-3, 2011.
  • Tezuka D, Haraguchi G, Ishihara T, Ohigashi H, Inagaki H, Suzuki J, Hirao K, Isobe M. Role of FDG PET-CT in Takayasu arteritis: sensitive detection of recurrences. JACC Cardiovasc Imaging 5: 422-9, 2012.
  • Ishihara T, Haraguchi G, Tezuka D, Kamiishi T, Inagaki H, Isobe M. Diagnosis and assessment of Takayasu arteritis by multiple biomarkers. Circ J 77: 477-83, 2013.
  • Takamura C, Ohhigashi H, Ebana Y, Isobe M. New human leukocyte antigen risk allele in Japanese patients with Takayasu arteritis. Circ J 76:1697-702, 2012.
  • Ohigashi H, Isobe M, et al. Improved prognosis of Takayasu arteritis over the past decade–comprehensive analysis of 106 patients. Circ J 76: 1004-11, 2012.

心不全の分子機序の解明を目指した研究 担当:前嶋康浩

研究目的

私たちは、心不全の発症メカニズムを探索することにより、新たな心不全治療の標的を見いだそうとして日夜研究を行っております。その結果から得られた知見を臨床にフィードバックして、難治性の病態である心不全の治療に結びつけることを目的としています。

研究内容

1. 心筋細胞のストレスに対する適応・代償機転に関与する分子機序の解明

外的なストレスに対する心筋細胞の適応・代償機構として代表的なものとして心筋細胞の肥大が挙げられます。

図1:心筋細胞における細胞周期
   制御因子の多様な作用

図1:心筋細胞における細胞周期 制御因子の多様な作用

私たちの研究グループの前身である旧第二内科循環器研究室でははやくから心肥大と心不全の関わりについて着目し、心肥大を促進する液性因子としてエンドセリン(Ito H. Circ Res 1991; Ito H. JCI 1993; Ito H. Circulation 1994; Tamamori M. JCI 1996)やインスリン様成長因子(Ito H. Circ Res 1993; Ito H. JCI 1993; Adachi S. JMCC 1994)、心肥大を抑制する液性因子としてナトリウム利尿ペプチド(Adachi S. AJP 1995; Fujisaki H. JCI 1995; Tanaka M. JACC 1995)を見いだし、これらの因子が心肥大の制御にどのようにして関わっているのかというメカニズムを解明してきました。

殊にこれらのメカニズムがアンジオテンシンIIによる心肥大の促進機序に大きく関与していることを明らかにした発見は、現在の抗心不全治療の中心に位置付けられているACE阻害薬やアンジオテンシンII受容体拮抗薬を用いた治療の理論的な根幹となっており、非常に重視されています。さらに心筋細胞肥大をもたらすメカニズムに、細胞周期が関与していることも明らかにしてきました(Tamamori M. AJP 1998; Nozato T. JMCC 2001)(図1)。

図2:オートファジーと心機能低下の関わり

図2:オートファジーと心機能低下の関わり

近年、オートファジーと呼ばれる細胞内分解機構が細胞内の老廃物を浄化することで細胞の恒常性を保ち、神経細胞や心筋細胞のような非分裂細胞においては特にその生命維持に重要な役割を有していることが判ってきました。近年、細胞内タンパク品質管理の異常が心不全の原因になっているのではないかという、いわゆる「心臓におけるAlzheimer病説」が提唱されるようになり、心臓におけるオートファジーの役割がますます注目されています(Willis MS. NEJM 2013)。

提携研究施設であるラトガース・ニュージャージー医科大学細胞生物学教室・心臓血管研究所では心筋細胞におけるオートファジーの役割についての研究が精力的に進められています(Hariharan N, Maejima Y et al. Circ Res 2010: 2010 Annual Best Manuscript Award in Circulation Reseach、他多数)。私たちの研究グループは生物学の中で現在も大きな注目を浴びている分野のひとつであるオートファジーと心不全との関わりについての研究を大きな柱として捉えており、まだ未知の部分が多いオートファジーのメカニズムを解明していくことを目指しています(Maejima Y. Nat Med 2013)(図2)。

2. 心筋細胞死に関与する分子機序の解明

持続的かつ過度なストレスを受けた心筋細胞の代償機構はやがて破綻し、心機能低下に陥り、心不全を発症します。このプロセスにおける重要な因子は個々の心筋細胞の収縮力低下や、心筋細胞死による心筋細胞の脱落ならびに線維化など間質の変化であると考えられています。心筋細胞死には壊死・アポトーシスなどいくつかのタイプがありますが、旧第二内科循環器研究室は世界ではじめて心不全の病態に心筋細胞のアポトーシスが関与していることを報告しました(Tanaka M. Circ Res 1994)。

さらに、分裂細胞では細胞の増殖、心筋細胞では心肥大に重要な役割を担っている細胞周期が心筋細胞のアポトースに大きく関与していることも証明してきました(Adachi S. Circ Res 2001; Maejima Y. Cardiovasc Res 2003)(図1)。さらに、私たちは一酸化窒素(NO)が細胞周期の制御やS-nitrosylation(システイン残基の-SHを-SNOに修飾し、蛋白の機能を制御すること)によるcaspase-3活性の抑制を介して心筋細胞のアポトーシスを阻害していることを立証しました(Maejima Y. JMCC 2005)。

図3:Mst1によりリン酸化を受けたFoxO1は多様な作用を示す

図3:Mst1によりリン酸化を受けたFoxO1は多様な作用を示す

フォークヘッド型転写因子のひとつであるFoxO1における転写後調節が心筋細胞の生死にいかなる役割を果たしているのかについても私たちの研究グループの主要なプロジェクトのひとつです。FoxO1はアポトーシスを促進する作用がある一方で、抗酸化作用やDNA修復を促進する作用も有するなど細胞の生死を二面的に制御しているユニークな転写因子です(図3)。その多様性はFoxO1を上流で制御しているキナーゼや脱アセチル化酵素などによる転写後調節の多様性に依存していると考えられています。前者の代表例としてAkt, Mst1, cdk2などがあり、後者の代表例として長寿因子としても注目されているSirt1があります。私たちは主にMst1などのキナーゼが心不全の病態においてFoxO1の作用をどのようにして制御しているのかについて研究を進めております(Maejima Y. AHA Marcus Award 2012)(図3)。

・主な業績(代表6編)

  • Maejima Y, Kyoi S, Zhai P, Liu T, Li H, Ivessa A, Sciarretta S, Del Re DP, Zablocki D, Hsu CP, Lim DS, Isobe M, Sadoshima J. Mst1 inhibits autophagy by promoting the interaction between Beclin1 and Bcl-2. Nat Med 19: 1478-1488, 2013.
  • Usui S*, Maejima Y*, Pain J, Hong C, Cho J, Park JY, Zablocki D, Tian B, Glass DJ, Sadoshima J. Endogenous muscle atrophy F-box mediates pressure overload-induced cardiac hypertrophy through regulation of NF-kB. Circ Res 109: 161-171, 2011. *Equally contribution.
  • Maejima Y, Usui S, Zhai P, Takamura M, Kaneko S, Zablocki D, Yokota M, Isobe M, Sadoshima J. MuRF1 negatively regulates pathological cardiac hypertrophy through downregulation of calcineurin A. Circ Heart Fail 7: 479-490, 2014.
  • Maejima Y, Adachi S, Ito H, Isobe M. Induction of premature senescence in cardiomyocytes by oxidative stress as a novel mechanism of myocardial dysfunction. Aging Cell 7:125-136, 2008.
  • Maejima Y, Adachi S, Ito H, Nobori K, Tamamori-Adachi M, Isobe M. Nitric oxide inhibits ischemia/reperfusion-induced myocardial apoptosis by modulating cyclin A-associated kinase activity. Cardiovasc Res 59:308-320, 2003.
  • Maejima Y, Adachi S, Morikawa K, Ito H, Isobe M. Nitric oxide inhibits myocardial apoptosis by preventing caspase-3 activity via S-nitrosylation. J Mol Cell Cardiol 38:163-174, 2005.

さらに、私たちは心筋細胞において早期老化が起こり、心筋障害の機序の一つになっていることも明らかにしています。細胞の老化が酸化ストレス等により短期間のうちに誘導される現象は早期老化と呼ばれます。私たちは心筋細胞においても細胞周期の抑制が起こることで早期老化が誘導され、心筋障害の一因となっている可能性を示しました(Maejima Y. Aging Cell 2008)(図1)。

私たちの研究グループは研究成果で得られた知見を効果的でかつ副作用の少ない心不全治療薬の開発に結びつけることを目指しています。このため、市販されている薬剤のもつ新規の抗心不全作用を発見する研究にも積極的に取り組んでいます(Maejima Y. Lab invest 2011)。