in vitro血管モデルを用いた無機ヒ素暴露による心血管疾患の発生機序の解明

• Project/Area Number: 20K18910
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 58020:Hygiene and public health-related: including laboratory approach
• Research Institution: St. Marianna University School of Medicine
• Principal Investigator: 曹 洋 聖マリアンナ医科大学, 医学部, 講師 (70793751)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 無機ヒ素 / メチル化ヒ素 / 毒性 / 化学形態 / 価数 / 炎症性サイトカイン / 心血管疾患 / 内皮細胞 / 社会医学 / ヒ素

Outline of Research at the Start

近年、食事からの無機ヒ素暴露による心血管疾患の発症が新たな健康危機として懸念されるが、発症機序には不明な点が多い。ヒトでは摂取した無機ヒ素は肝臓にてメチル化され、その代謝物が血管内を循環することから、無機ヒ素として血管内皮との接触は僅かと推測される。しかし、従来の研究では無機ヒ素の代謝物を考慮した報告が少ない。本研究は、ヒトiPS細胞から分化誘導させた血管モデルを用いて、無機ヒ素暴露による心血管疾患の発生原因となるヒ素（化学形態と価数）は何かを解明し、炎症性サイトカインの発現解析を通じて心血管疾患の発生メカニズムを総合的に解明することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

現在、アジアや中南米諸国での無機ヒ素の飲料水汚染からの大規模な慢性ヒ素中毒は未だに根絶ができず、無機ヒ素暴露による生活習慣病の過剰発生が生じ、一方、非無機ヒ素汚染地域に生活する一般的な人々においても、食事からの無機ヒ素摂取による生活習慣病の増加が深刻な問題として理解されている。しかしながら、無機ヒ素暴露による心血管疾患の発症機序には不明な点が多く存在しており、動物実験の代替となるin vitro試験法が求められている。なお、ヒ素化合物は化学形態と価数により毒性が大きく異なることから、細胞内でのヒ素代謝の解明は重要な研究課題となる。
本研究の目的は、ヒトiPS細胞から分化誘導させた血管モデルを用いて、無機ヒ素暴露による心血管疾患の発生原因となる炎症性サイトカインの発現解析について、ヒ素の代謝と価数の役割も考慮し、無機ヒ素とその代謝物による心血管疾患の発生メカニズムを総合的に解明することであり、その最初の課題としてラット正常内皮細胞を用いて検証を試みた。
これまでの研究成果から、ラット正常内皮細胞に暴露したヒ素化合物（iAsIII, iAsV, MMAIII, MMAV）は、細胞の生存率、細胞死、酸化的ストレスなどの結果において、それらの毒作用は無機およびメチル化ヒ素に共通して3価は5価ヒ素より明確に強く、そして、メチル化ヒ素は無機ヒ素より強い毒性が生じる。血管内皮におけるヒ素による炎症性サイトカインの動態は検証可能な研究手法であることを明らかにしたことから、本研究の課題である、ヒトiPS細胞から分化誘導させた血管モデルでの研究の重要かつ必要性をあらためて明らかにした。