心筋傷害ストレスに対する線維芽細胞の活性化制御におけるSTAT/SOCSの役割

• Project/Area Number: 20K08481
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53020:Cardiology-related
• Research Institution: Kurume University
• Principal Investigator: 安川 秀雄 久留米大学, 医学部, 准教授 (60289361)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: STAT3 / 線維化 / 心外膜肥厚 / 繊維芽細胞 / 心筋傷害ストレス / 心筋リモデリング / 線維芽細胞 / SOCS3 / 急性心筋梗塞 / SOCS1

Outline of Research at the Start

心筋傷害ストレスに対する心筋細胞における病態メカニズムの解析が進む一方で、心筋線維芽細胞の役割については不明な点が多い。SOCS1とSOCS3は、サイトカインによって発現が誘導され、STAT1とSTAT3の活性を強力に負に制御する。本研究の目的は、心筋梗塞による心筋虚血、高血圧による圧負荷やアンジオテンシンIIによる刺激による心筋傷害ストレス、心筋リモデリングや心不全などの病態における、心筋線維芽細胞内のSTAT1とSTAT3とその制御因子であるSOCS1とSOCS3の役割を明らかにすることである。

Outline of Annual Research Achievements

平滑筋特異的SOCSノックアウトマウスの表現系の解析
これまでに、平滑筋特異的SOCSノックアウトマウス(SOCS3-smKOマウス)は、野生型マウス(WTマウス)と比べ、生後6ヶ月以降に体重が優位に低下すること、優位に血圧が低下すること、心臓・体重比が優位に増大すること、優位な心筋間質の線維化と心外膜の肥厚を認めること、心エコーによる解析で、生後3ヶ月より、拡張能の低下を認めるようになることなどを明らかにしていた。また、Interleukin-6 (IL-6)投与後の心臓におけるSTAT3のリン酸化を免疫染色では、alpha-SMA陽性の平滑筋細胞よりはER-TR7陽性の繊維芽細胞において優位にSTAT3のリン酸化の亢進を認めた。さらに、生後 6ヶ月以降に、血中CRPは有意差を認めないが、血中IL-6がWTマウスに比べ 優位に高く、アルブミンが優位に低いことが確認された。心筋間質の線維化と心外膜の肥厚の機序を明らかにするために、線維化関連遺伝子のPCRアレイ解析を行ったところ、CTGF、PDGFbやTGFファミリー遺伝子の優位な発現上昇を認めた。このように、SOCS3-smKOマウスは、加齢に伴い心臓の線維化が亢進し心外膜肥厚と拡張障害を来しカヘキシー様の病態を呈することが明らかになった。
繊維芽細胞特異的SOCS3欠損マウスにおける梗塞後心不全モデルの解析
タモキシフェン誘導型Creマウスを用いて繊維芽細胞特異的SOCS3欠損マウス(SOCS3-fibKOマウス)を作成し、左前下降枝結紮により梗塞後心不全モデルを作成した。WTマウスに比べ死亡率に差はなかった。SOCS3-fibKOマウスは、梗塞後の左室・体重比が優位に小さく、心エコーによる左室リモデリングも抑制される傾向であった。シリウスレッド染色で梗塞巣の心筋線維化の亢進を認め、残存心筋が多い傾向であった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

M22-CreでSOCS3を欠失したマウスを作成し、死亡率の増加、左室拡張能や収縮能の低下、心外膜肥厚や心筋線維化の亢進、血圧低下、体重減少、血中IL-6の増加、血中アルブミンの低下など多彩な表現型を明らかにできている。さらに、IL-6を投与することにより、繊維芽細胞において優位にSTAT3のリン酸化の亢進を認めており、全身の繊維芽細胞における慢性的なIL-6によるSTAT3の活性化が、これらの表現型の発生機序であることが示唆され、メカニズムの解析も進んでいるため。これらの結果より、加齢における心臓の恒常性の維持における繊維芽細胞のIL-6-STAT3経路とその制御系であるSOCS3の重要性が明らかになったため、繊維芽細胞特異的SOCS3欠損マウスを作成し、さらの解析を進めている。同マウスの作成に時間を要し、遺伝子発現低下の確認にも時間を要したため、進捗がやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

SOCS3-smKOマウスにIL-6を投与することにより、繊維芽細胞において優位にSTAT3のリン酸化の亢進を認めており、SOCS3の免疫染色を行うことで、繊維芽細胞の SOCS3の発現低下を確認する。 また、ヒトの収縮性心膜炎や心外膜炎の症例において、組織におけるSTAT3のリン酸化やSOCS3の発現を評価し、ヒトの病態においてもSOCS3発現の低下やSTAT3活性化の亢進について評価する。繊維芽細胞特異的SOCS3欠損マウスにおける梗塞後左室リモデリング抑制の機序についても解析を進める。

Research Products

• [Journal Article] Multidisciplinary team-based palliative care for heart failure and food intake at the end of life. (2021)
  • Author(s): Shibata T, Mawatari K, Nakashima N, Shimozono K, Ushijima K, Yamaji Y, Tetsuka K, Murakami M, Okabe K, Yanai T, Nohara S, Takahashi J, Aoki H, Yasukawa H, Fukumoto Y
  • Journal Title: Nutrients Volume: 13 Issue: 7 Pages: 2387-2387
  • DOI: 10.3390/nu13072387
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] SOCS3 deficiency in cardiomyocytes elevates sensitivity of ischemic preconditioning that synergistically ameliorates myocardial ischemia reperfusion injury. (2021)
  • Author(s): Nohara S, Yamamoto M, Yasukawa H, Nagata T, Takahashi J, Shimozono K, Yanai T, Sasaki T, Okabe K, Shibata T, Akagaki D, Mawatari K, Fukumoto Y
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 16 Issue: 7 Pages: e0254712-e0254712
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0254712
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High Salt Intake Worsens Aortic Dissection in Mice (2020)
  • Author(s): Nishida Norifumi、Aoki Hiroki、Ohno-Urabe Satoko、Nishihara Michihide、Furusho Aya、Hirakata Saki、Hayashi Makiko、Ito Sohei、Yamada Hiroshi、Hirata Yuichiro、Yasukawa Hideo、Imaizumi Tsutomu、Tanaka Hiroyuki、Fukumoto Yoshihiro
  • Journal Title: Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology Volume: 40 Issue: 1 Pages: 189-205
  • DOI: 10.1161/atvbaha.119.313336
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic Deletion of Socs3 in Smooth?Muscle Cells Ameliorates Aortic?Dissection in Mice (2020)
  • Author(s): Hirakata Saki、Aoki Hiroki、Ohno-Urabe Satoko、Nishihara Michihide、Furusho Aya、Nishida Norifumi、Ito Sohei、Hayashi Makiko、Yasukawa Hideo、Imaizumi Tsutomu、Hiromatsu Sinichi、Tanaka Hiroyuki、Fukumoto Yoshihiro
  • Journal Title: JACC: Basic to Translational Science Volume: 5 Issue: 2 Pages: 126-144
  • DOI: 10.1016/j.jacbts.2019.10.010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interleukin-22 Directly Activates Myocardial STAT3 Signaling Pathway and Prevents Myocardial Ischemia Reperfusion Injury. (2020)
  • Author(s): Takahashi J, Yamamoto M, Yasukawa H, Nohara S, Nagata T, Shimozono K, Yanai T, Sasaki T, Okabe K, Shibata T, Mawatari K, Kakuma T, Aoki H, Fukumoto Y.
  • Journal Title: J Am Heart Assoc. Volume: 9 Issue: 8
  • DOI: 10.1161/jaha.119.014814
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 加齢に伴う心臓の線維化と拡張能における非心筋細胞のSOCS3の役割 (2022)
  • Author(s): 1.草場晴子、山本真衣、楊井俊之、岡部浩太、赤垣大樹、芝尾昂大、柴田龍宏、髙橋甚彌、野原正一郎、佐々木知子、安川秀雄、福本義弘
  • Organizer: 第133回日本循環器学会九州地方会
• [Presentation] 心室リモデリングにおけるInterleukin-22の多面的作用 (2022)
  • Author(s): 本真衣、安川秀雄、髙橋甚彌、野原正一郎、佐々木知子、岡部浩太、赤垣大樹、芝尾昂大、楊井俊之、柴田龍宏、福本義弘
  • Organizer: 第133回日本循環器学会九州地方会
• [Presentation] Genetic deletion of interleukin-22 prevents angiotensin II-induced cardiac diastolic dysfunction in mouse. (2021)
  • Author(s): 1.Yamamoto M, Yasukawa H, Takahashi J, Nohara S, Sasaki T, Shibata T, Yanai T, Okabe K, Akagaki D, Fukumoto Y
  • Organizer: The American Heart Association Scientific Sessions 2021, A Live Broadcast Event
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Smooth Muscle Cell-Specific SOCS3 Deficiency Promote Pericardial Fibrosis and Diastolic Dysfunction in Aging Mice. (2021)
  • Author(s): Yanai T, Yasukawa H, Mawatari K, Sasaki T, Takahashi J, Nohara S, Shimozono K, Shibata T, Okabe K,Akagaki D, Yamamoto M, Fukumoto Y
  • Organizer: 第85回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Smooth Muscle Cell-Specific SOCS3 Deficiency Promote Pericardial Fibrosis and Diastolic Dysfunction in Aging mice (2020)
  • Author(s): Yanai T, Yasukawa H, Mawatari K, Sasaki T, Takahashi J, Nohara S, Shimozono K, Shibata T, Okabe K, Yamamoto M, Fukumoto Y
  • Organizer: European Society of Cardiology (ESC) Congress
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 久留米大学医学部心臓血管内科