【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】18390230 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

循環器・高血圧 / 糖尿病 / トランスレーショナルリサーチ / 動脈硬化 / メタボリックシンドローム / 転写調節 / KLF5

【研究成果の概要】

本研究計画では、メタボリックシンドロームの進展と、その臨床的帰結として最重要な動脈硬化発症の分子機構について、血管と代謝臓器の両者に関してストレス応答に対する転写ネットワークの観点から横断的に研究を行ない、代謝ストレスなどの慢性的ストレスや慢性炎症状態がどのようにしてメタボリックシンドロームから動脈硬化性疾患を惹起するのかを明らかとすることを目的とする。さらに、転写ネットワークに対して作用する血管疾患及びメタボリックシンドロームへの治療戦略の開発を行う。そのために、代謝臓器の機能とストレス応答を制御するKLF5を中心とした転写調節ネットワークの解析を行い、KLF5が代謝ストレスに応じてエネルギー消費を制御していることを明らかとした。KLF5ヘテロノックアウトマウスは高脂肪食負荷に対してメタボリックシンドロームを呈しにくい表現型を呈するが、このメカニズムとして骨格筋細胞におけるKLF5の機能が重要である。KLF5の転写制御機構に関して、翻訳後修飾であるSUMO化がKLF5機能のスイッチングに重要であることを見いだした。SUMO化によってKLF5と相互作用するコレギュレータの入れ替えが生じ、このことが遺伝子発現を制御する。さらに、KLF5とPPARδとの相互作用が重要なことを見いだし、この相互作用がKLF5ネットワークの機能制御に重要であること、またPPARδのアゴニストを用いることによってKLF5の脱SUMO化を促進し、 KLF5機能を修飾できることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】16,730千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 2,130千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】15390284 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

糖尿病 / インスリン抵抗性 / インスリン受容体 / インスリン受容体基質 / アディポネクチン / 脂肪細胞 / 動脈硬化 / 代謝症候群 / 肥満 / レプチン / PPARγ / レプチン抵抗性改善薬

【研究成果の概要】

2型糖尿病におけるインスリン抵抗性の機序を明らかにするため、インスリン受容体基質(IRS)-2欠損マウスのインスリン抵抗性の機序を解析したところ、肝臓におけるインスリン抵抗性と中枢でのIRS-2欠損によるレプチン抵抗性による肥満が関与していた(Suzuki et al.,J.Biol.Chem.279,25039,2004)。また、視床下部特異的IRS-2欠損マウスの解析より、中枢でのIRS-2の欠損が肥満・インスリン抵抗性をきたすことが確認された(Kubota et al.,J.Clin.Invest.,114,917,2004)。一方、高脂肪食下のインスリン抵抗性には脂肪細胞でのアディポネクチンの発現や分泌の低下が関与している。アディポネクチンの受容体を発現クローニング法により同定した(Yamauchi et al.,Nature 423,762,2004)ところ、膜7回貫通型でAMPキナーゼ・PPARαなどの脂肪酸燃焼のパスウェイを活性化する作用を有していた。さらに、高脂肪食下・インスリン抵抗性のもとでは、このアディポネクチン受容体はダウンレギュレートされた(Tsuchida et al.,J.Biol.Chem.279,30817,2004)。脂肪細胞の肥大化に伴いインスリン抵抗性が増悪するが、肥大化の過程にはDGAT-2という中性脂肪合成の最終ステップの酵素が関与していることを明らかにした(Suzuki et al.,J Biol Chem.280,3331,2005)。血管障害に関してはIRS-1、IRS-2欠損マウスがともに代謝症候群を呈することと、血管においてはIRS-2が血管保護作用を担っていることを示した(Kubota et al.,Circulation 107,3073,2003)。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】14,800千円 (直接経費: 14,800千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】15590726 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アディポネクチン / 狭心症 / 糖尿病 / 代謝因子 / 動脈硬化 / 運動療法 / 運動耐容能 / 一酸化窒素(NO) / 高脂血症 / 肥満

【研究成果の概要】

高血圧・高脂血症・肥満のうちいくつかの合併症を有する急性・陳旧性心筋梗塞及び狭心症患者36例においてアディポネクチンと肥満度、血糖値、運動耐容能の間の関係について検討した。急性・陳旧性心筋梗塞等の心疾患患者において心臓リハビリテーション(心リハ)を行った群と、行わなかったコントロール群の2群にわけ、その前後でアディポネクチンなどと運動耐容能、呼気中一酸化窒素(NO)の変化について検討した。その結果、アディポネクチンは狭心症患者では8.1±5.9μg/mLと健常者の報告例と比べ低下していた。BMIは25.4±3.1であった。また、空腹時血糖は126±39mg/dL、HbA1cは5.9±1.2%と増加しており、耐糖能異常例・糖尿病例が多かった。最大酸素摂取量は正常予測値の68±12%と、中等度低下していた。さらに、アデイポネクチンは心リハ群では前の14.3±2.0から後に16.1±2.1μg/mLへと増加した(p<0.05)が、一方コントロール群では不変であった。最大酸素摂取量は心リハ群では前に比べ後で増加したが、一方コントロール群では不変であった。最大運動時の呼気NO排泄量は心リハ群では心リハ前に比べ後の方が増大したが、コントロール群では不変であった。以上より、虚血性心疾患患者においてアディポネクチンは低下していたが、これには肥満、糖尿病の影響が強いと考えられた。また、これらの患者では最大酸素摂取量、嫌気性代謝閾値などの運動耐容能も低下していたが、運動不足がアディポネクチンの低下に影響していると考えられた。さらに、心筋梗塞症例等の心疾患患者において心リハを行うと、低下していた最大酸素摂取量などの運動耐容能も改善するとともに、アディポネクチンの増加も同時に見られた。心疾患患者で多く見られるアディポネクチンの低下を心リハは改善し、インスリン抵抗性の改善につながると考えられた。心リハは運動時の呼気NO排泄量を増加させたが、血管内皮よりのNO産生を増加させ、血管内皮機能の改善を引き起こすと考えられた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】3,000千円 (直接経費: 3,000千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】14207045 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アディポネクチン受容体 / 肥満 / 糖尿病 / アディポネクチン抵抗性 / 脂肪酸燃焼 / 糖取り込み / 核内受容体型転写因子 / AMPキナーゼ / アディポネクチン / 脂質代謝異常 / インスリン抵抗性 / PPARγ / 動脈硬化 / レプチン

【研究成果の概要】

肥満ではアデイポネクチンが低下し、糖尿病・代謝症候群の原因となっており、その補充がAMPキナーゼ(Nat.Med.8:1288,2002)やPPARαを活性化し、これらの効果的な治療手段となることを示した(Nat.Med.7:941,2001)。また、アディポネクチンの欠損により炎症性の内膜肥厚が増悪し(J.Biol.Chem.277:25863,2002)、アデイポネクチンの発現がapoE欠損マウスの動脈硬化巣の形成を抑制することを示した(J.Biol.Chem.278:2461,2003)。
脂肪細胞由来の抗糖尿病・抗動脈硬化ホルモン、アデイポネクチンの作用メカニズムと病態生理学的意義を明らかにするためにはアデイポネクチン受容体の同定が最重要課題である。私共は、特異的結合を指標にした発現クローニング法により、骨格筋に多く発現するアデイポネクチン受容体(AdipoR)1と肝臓に多く発現するAdipoR2の同定に世界で初めて成功した(Nature 423:762,2003)。興味深いことにAdipoR1と2は7回膜貫通型の構造を有すると考えられたが、既知のG蛋白質共役型受容体ファミリーとは構造的・機能的に異なったファミリーに属するものと考えられた。AdipoR1もしくはR2の培養細胞への発現、あるいは逆にsiRNAを用いた内因性の発現レベルを低下させる実験により、AdipoR1とR2はそれぞれ、骨格筋に強く作用するC末側のglobular領域のアデイポネクチン及び肝臓に強く作用する全長アデイポネクチンの受容体であり、AMPK、p38MAPK及びPPARαの活性化を介し、脂肪酸燃焼や糖取込み促進作用を伝達していることを示した。更にob/obマウスの骨格筋・脂肪組織においては、AdipoR1・R2の発現量が低下し、それと共にアディポネクチンの膜分画への結合、AMPキナーゼ活性化が低下するのが認められ、アディポネクチン抵抗性が存在することが示唆された(J.Biol.Chem.投稿中)。
同定したアデイポネクチン受容体に対する作動薬やアディポネクチン抵抗性改善薬の開発は、糖尿病・高脂血症などのリスクファクターを低減させる間接作用と血管壁に対する直接作用の両方を有する代謝症候群の根本的な治療法開発の道を切り開くものと強く期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2002 - 2003

【配分額】50,310千円 (直接経費: 38,700千円、間接経費: 11,610千円)

【研究分野】循環器内科学

【研究領域課題番号】14370219 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

細胞老化 / 血管老化 / テロメア / Ras / アンジオテンシンII / インスリン / Akt / p53 / p21 / 動脈硬化 / 動脈瘤 / 糖尿病

【研究成果の概要】

我々はヒトから得られた動脈サンプルを検討し、非動脈硬化巣では老化細胞を認めないのに対し、動脈硬化病変においては老化した血管細胞を認めることをはじめて明らかにした。またこれらの老化細胞では血管細胞機能障害の形質を示していたことから細胞レベルでの老化が血管老化・動脈硬化の新たなメカニズムの一つであると考えられた。そのメカニズムを検討するため、我々は当初、テロメア、テロメレースに注目し研究を進めた。その結果、テロメア機能不全による血管細胞老化とそれに伴う細胞機能障害が動脈硬化の病態生理に深く関与しており、細胞老化抑制による血管老化治療の可能性を示唆した。さらに我々は、動脈硬化巣における細胞老化のメカニズムとしてテロメア短縮だけでなく過剰な増殖シグナルによるRas/ERKの活性化も関与し、それらによるサイトカインの誘導が炎症の亢進やプラークの不安定化に重要であることを観察している。アンジオテンシンIIはRas/ERKを活性化し、様々な血管疾患に関与していることが知られている。本研究において我々は、アンジオテンシンIIにより血管細胞の老化が促進され動脈硬化が進展すること、老化シグナル制御によりその効果が抑制されることなどを観察した。酵母・線虫ではインスリン・Aktシグナルの低下により寿命が延長するが、ヒトの老化に対する作用は明らかではなかった。これに対して我々は、インスリン・Aktシグナルがヒト血管内皮細胞の寿命をnegativeに調節していることを世界で初めて明らかにした。インスリン・Aktシグナルによって老化した血管内皮細胞は様々な機能障害の形質を示したこと、糖尿病患者の動脈硬化巣や糖尿病マウスの血管において老化した血管細胞が多数存在し、それらの細胞でのAkt活性が上昇していたことから、糖尿病はインスリン・Aktシグナルの過剰な活性化によって生じる一種の早老症候群であると言える。以上のように、細胞レベルの老化の促進が血管の老化の病態生理に関与しており、老化シグナルの制御は、今後新たな血管治療のストラテジーとなりうると考えられた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】7,600千円 (直接経費: 7,600千円)