Development of a comprehensive spatio-temporal understanding of the pathogenesis and progression of chronic kidney disease and the development of therapeutic strategies

• Project/Area Number: 21H02937
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53040:Nephrology-related
• Research Institution: Kawasaki Medical School
• Principal Investigator: 柏原 直樹 川崎医科大学, 医学部, 教授 (10233701)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 長洲 一 川崎医科大学, 医学部, 准教授 (40412176) ; 城所 研吾 川崎医科大学, 医学部, 講師 (50435020) ; 角谷 裕之 川崎医科大学, 医学部, 講師 (70509265)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2021: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: 慢性腎臓病 / 内皮細胞 / 血行動態変化 / 酸化ストレス / 線維化 / 内皮障害 / 繊維化

Outline of Research at the Start

腎臓病が腎内微小血行動態変化と非血行動態変化（炎症、線維化）により発症し、進展する。血行動態・非血行動態変化には相互連関が存在し、内皮障害はこの連関において中核的な役割を果たす。連関機序の包括的理解の深化をめざし、腎臓病の治療法開発につなげることを目標とする。内皮障害を起点として、糸球体、尿細管間質領域ともに、内皮/上皮病態連関が形成され、Keap-1/Nrf-2経路、NLRP3-inlammasome経路（慢性炎症）、Wnt/β-catenin経路（線維化）経路を介して病態が形成され進行する。以上の過程を詳細に解析し、新規治療法開発に繋げ、医療への貢献を果たしたい。

Outline of Annual Research Achievements

腎臓病が腎内微小血行動態変化と非血行動態変化（炎症、線維化）により発症し、進展することが判明している。血行動態・非血行動態変化には相互連関が存在し、内皮障害はこの連関において中核的な役割を果たすと考えるに至った。連関機序の時空間的な包括的理解の深化をめざし、腎臓病の有効な治療法開発につなげることを目標とする。内皮障害はROS/NO不均衡を特徴とする。これを起点として、糸球体、尿細管間質領域ともに、内皮/上皮病態連関が形成され、Keap-1/Nrf-2経路（酸化ストレス応答機序）、NLRP3-inlammasome経路（慢性炎症）、Wnt/β-catenin経路（線維化）経路を介して、微小血行動態変化、慢性炎症、線維化が輻輳して病態が形成され進行する。内皮障害がいかなる機序で、腎障害の2大基盤病態である血行動態変化と非血行動態変化（炎症、線維化）を惹起し、CKD発症と重症化に関与するのかを解明することを目的とする。
1)TRPC5/6を介したCaイオン動態がGFR調節に関与することを発見した。Keap-1/Nrf-2経路は抗酸化作用を介して、TRPCチャネルを制御し、上皮/メサンジウムのCa濃度変化を介して濾過面積、GFR調節に関与することを解明した。
2）内皮/上皮病態連関の分子機序解明
①正常内皮機能(eNOS/NO/sGC/PKG経路)はNLRP3-inlammasome経路（慢性炎症）を負に制御していることを明らかにした。②内皮機能障害によりこのブレーキが解除され、ROS/NO不均衡がメディエーターとして働き、炎症が惹起・増幅される（内皮/上皮病態連関）。
③糸球体障害（ポドサイト障害）、尿細管間質障害の両者に内皮/上皮病態連関が関係することを明らかにする。　内皮障害、ROS/NO不均衡、内皮/上皮病態連関の改善を介した治療戦略の構築へとつなげたい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

事前に探索的研究を実施し、必要な遺伝子改変動物の準備（作成、繁殖）ができており、順調に進捗することができた。小動物におけるGFR測定法は確立したものがなかったが、 Two-photonレーザー顕微鏡を活用してin vivoで計測する実験系を確立することができた。これらを活用することができた。また実験補助員、大学院生、分担研究者が研究手技に習熟しており、研究を加速することができた。

Strategy for Future Research Activity

以下に順次取り組む。1）Keap-1/Nrf-2経路によるGFR・糸球体血行動態調節機序、腎保護機序の解明探索研究により、Keap-1/Nrf-2経路がGFR制御に重要な役割を果たすことが判明した。単一ネフロンGFR測定系でKeap1 Knockdown（Nrf2活性化モデル）マウスのGFRが上昇することを初めて発見した。GFRは、糸球体内外の静水圧/膠質浸透圧差、濾過係数Kf値により規定される。Nrf2活性化で輸入/輸出細動脈、糸球体内圧は変化しないことが示され、濾過係数Kf値変化の関与が示唆された。TRPC5/6を介したCaイオン動態がGFR調節に関与することを発見した。Keap-1/Nrf-2経路は抗酸化作用を介して、TRPCチャネルを制御し、上皮/メサンジウムのCa濃度変化を介して濾過係数、GFR調節に関与することを解明した。
(1)生体動物における正確なGFR測定系の確立：3つの方法を活用する。①２光子レ－ザ－顕微鏡を用いたin vivo imaging法によるsingle nephronGFR測定、②経皮的GFR測定:FITC-sinistrinを投与。③イヌリンクアランス計測：イヌリン-GFPの血中消失速度より算出。
(2)Keap1/Nrf2によるGFR制御、糸球体血行動態変化の解析
Nrf2-KO、Keap1-KD、また各マウスにRTA dh404（Nrf活性化剤、Reata社提供）投与後のGFR変化を計測する。(3)濾過係数Kf、有効濾過面積、糸球体構成細胞の収縮・弛緩の解析
培養メサンギウム・糸球体上皮細胞を用い、アンジオテンシンII、ATP刺激による細胞内Ca2＋濃度、細胞容積変化、RTA dh404による変化を評価する。（4）TRPC5/6阻害薬を用いて、糸球体内Caイオン濃度変化（in vivo imaging法で解析）、GFR変化を評価する。

Research Products

• [Journal Article] Effect of the Diabetic Nephropathy Aggravation Prevention Program on medical visit behavior in individuals under the municipal national health insurance (2023)
  • Author(s): Ikeda A, Fujii M, Ohno Y, Godai K, Li Y, Nakamura Y, Yabe D, Tsushita K, Kashihara N, Kamide K, Kabayama M
  • Journal Title: Journal of Diabetes Investigation Volume: in press Issue: 6 Pages: 782-791
  • DOI: 10.1111/jdi.14006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Current status of the rapid decline in renal function due to diabetes mellitus and its associated factors: analysis using the National Database of Health Checkups in Japan (2023)
  • Author(s): Fujii M, Ohno Y, Ikeda A, Godai K, Li Y, Nakamura Y, Yabe D, Tsushita K, Kashihara N, Kamide K, Kabayama M
  • Journal Title: Hypertension Research Volume: in press Issue: 5 Pages: 1075-1089
  • DOI: 10.1038/s41440-023-01185-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The renoprotective effect of esaxerenone independent of blood pressure lowering: a post hoc mediation analysis of the ESAX-DN trial (2023)
  • Author(s): Okuda Y, Ito S, Kashihara N, Shikata K, Nangaku M, Wada T, Sawanobori T, Taguri M
  • Journal Title: Hypertension Research Volume: 46 Issue: 2 Pages: 437-444
  • DOI: 10.1038/s41440-022-01008-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Machine-learning-based Web system for the prediction of chronic kidney disease progression and mortality (2023)
  • Author(s): Kanda E, Epureanu B, Adachi T, Kashihara N.
  • Journal Title: PLOS Digital Health Volume: 2 Issue: 1 Pages: e0000188-e0000188
  • DOI: 10.1371/journal.pdig.0000188
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Randomized Controlled Trial of Whole-Body Vibration on Gait Ability and Balance among Older Hemodialysis Patients (2023)
  • Author(s): Asahina Y, Sakaguchi Y, Kajimoto S, Hattori K, Oka T, Kaimori JY, Kashihara N, Isaka Y
  • Journal Title: Clinical Journal of the American Society of Nephrology Volume: 18 Issue: 1 Pages: 84-90
  • DOI: 10.2215/cjn.0000000000000018
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genome-wide association study of the risk of chronic kidney disease and kidney-related traits in the Japanese population: J-Kidney-Biobank (2022)
  • Author(s): Sugawara Yuka、Hirakawa Yosuke、Nagasu Hajime、Narita Akira、Katayama Akihiro、Wada Jun、Shimizu Miho、Wada Takashi、Kitamura Hiromasa、Nakano Toshiaki、Yokoi Hideki、Yanagita Motoko、Goto Shin、Narita Ichiei、Koshiba Seizo、Tamiya Gen、Nangaku Masaomi、Yamamoto Masayuki、Kashihara Naoki
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 68 Issue: 2 Pages: 55-64
  • DOI: 10.1038/s10038-022-01094-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Correlates and Consequences of an Acute Change in eGFR in Response to the SGLT2 Inhibitor Dapagliflozin in Patients with CKD (2022)
  • Author(s): Jongs N, Chertow GM, Greene T, McMurray JJV, Langkilde AM, Correa-Rotter R, Kashihara N, Rossing P, Sjostrom CD, Stefansson BV, Toto RD, Wheeler DC, Heerspink HJL; DAPA-CKD Trial Committees and Investigators; Members of the DAPA-CKD Trial Committees and Investigators
  • Journal Title: Journal of the American Society of Nephrology Volume: 33 Issue: 11 Pages: 2094-2107
  • DOI: 10.1681/asn.2022030306
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Chronic kidney disease and clinical outcomes in patients with COVID-19 in Japan (2022)
  • Author(s): Sato R, Matsuzawa Y, Ogawa H, Kimura K, Tsuboi N, Yokoo T, Okada H, Konishi M, Kirigaya J, Fukui K, Tsukahara K, Shimizu H, Iwabuchi K, Yamada Y, Saka K, Takeuchi I, Kashihara N, Tamura K
  • Journal Title: Clinical and Experimental Nephrology Volume: 26 Issue: 10 Pages: 974-981
  • DOI: 10.1007/s10157-022-02240-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The associations of the national health and productivity management program with corporate profits in Japan (2022)
  • Author(s): Yano Y, Kanegae H, Node K, Mizuno A, Nishiyama A, Rakugi H, Itoh H, Kitaoka K, Kashihara N, Ikeno F, Tsuji I, Okada K
  • Journal Title: Epidemiology and Health Volume: 44 Pages: e2022080-e2022080
  • DOI: 10.4178/epih.e2022080
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Low Adherence to Kidney Disease: Improving Global Outcomes 2012 CKD Clinical Practice Guidelines Despite Clear Evidence of Utility (2022)
  • Author(s): James G, Garcia Sanchez JJ, Carrero JJ, Kumar S, Pecoits-Filho R, Heerspink HJL, Nolan S, Lam CSP, Chen H, Kanda E, Kashihara N, Arnold M, Kosiborod MN, Lainscak M, Pollock C, Wheeler DC.
  • Journal Title: Kidney International Reports Volume: 7 Issue: 9 Pages: 2059-2070
  • DOI: 10.1016/j.ekir.2022.05.033
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Randomized, double-blind, placebo-controlled phase 3 study of bardoxolone methyl in patients with diabetic kidney disease: Design and baseline characteristics of AYAME study (2022)
  • Author(s): Nangaku M, Takama H, Ichikawa T, Mukai K, Kojima M, Suzuki Y, Watada H, Wada T, Ueki K, Narita I, Kashihara N, Kadowaki T, Hase H, Akizawa T
  • Journal Title: Nephrology Dialysis Transplantation Volume: in press Issue: 5 Pages: 1204-1216
  • DOI: 10.1093/ndt/gfac242
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Analysis of inflammatory cytokines and estimated glomerular filtration rate decline in Japanese patients with diabetic kidney disease: a pilot study (2022)
  • Author(s): Yuka Sugawara, Yosuke Hirakawa, Koki Mise, Kosuke Kashiwabara, Ko Hanai, Satoshi Yamaguchi, Akihiro Katayama, Yasuhiro Onishi, Yui Yoshida, Naoki Kashihara, Yutaka Matsuyama, Tetsuya Babazono, Masaomi Nangaku, Jun Wada
  • Journal Title: Biomarkers in Medicine Volume: 16 Issue: 10 Pages: 759-770
  • DOI: 10.2217/bmm-2021-1104
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduction in the magnitude of serum potassium elevation in combination therapy with esaxerenone (CS‐3150) and sodium‐glucose co‐transporter‐2 inhibitor in patients with diabetic kidney disease: Subanalysis of two phase 3 studies (2022)
  • Author(s): Shikata Kenichi、Ito Sadayoshi、Kashihara Naoki、Nangaku Masaomi、Wada Takashi、Okuda Yasuyuki、Sawanobori Tomoko、Sugimoto Kotaro
  • Journal Title: Journal of Diabetes Investigation Volume: - Issue: 7 Pages: 1190-1202
  • DOI: 10.1111/jdi.13778
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Gross hematuria after SARS-CoV-2 vaccination: questionnaire survey in Japan (2022)
  • Author(s): Matsuzaki K, Aoki R, Nihei Y, Suzuki H, Kihara M, Yokoo T, Kashihara N, Narita I, Suzuki Y
  • Journal Title: Clinical and Experimental Nephrology Volume: 26 Issue: 4 Pages: 316-322
  • DOI: 10.1007/s10157-021-02157-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Kidney vascular congestion exacerbates acute kidney injury in mice (2022)
  • Author(s): Kitani T、Kidokoro K、Nakata T、Kirita Y、Nakamura I、Nakai K、Yagi-Tomita A、Ida T、Uehara-Watanabe N、Ikeda K、Yamashita N、Humphreys BD、Kashihara N、Matoba S、Tamagaki K、Kusaba T
  • Journal Title: Kidney International Volume: 101 Issue: 3 Pages: 551-562
  • DOI: 10.1016/j.kint.2021.11.015
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of Neutrophil Dynamics Change by Protective Effect of Tadalafil After Renal Ischemia/Reperfusion Using In Vivo Real-time Imaging (2022)
  • Author(s): Maruyama Y、Araki M、Kidokoro K、Sogawa Y、Yoshinaga K、Mitsui Y、Sadahira T、Wada K、Watanabe M、Watanabe T、Kashihara N、Nasu Y
  • Journal Title: Transplantation Volume: 106 Issue: 2 Pages: 280-288
  • DOI: 10.1097/tp.0000000000003803
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Trans-ethnic Mendelian-randomization study reveals causal relationships between cardiometabolic factors and chronic kidney disease (2022)
  • Author(s): Zheng J、Zhang Y、Rasheed H、Walker V、Sugawara Y、Li J、Leng Y、Elsworth B、Wootton RE、Fang S、Yang Q、Burgess S、Haycock PC、Borges MC、Cho Y、Carnegie R、Howell A、Robinson J、Thomas LF、Brumpton BM、Hveem K、Hallan S、Franceschini N、Morris AP、Kottgen A、Pattaro C、Wuttke M、Yamamoto M、Kashihara N、et al
  • Journal Title: International Journal of Epidemiology Volume: 50 Issue: 6 Pages: 1995-2010
  • DOI: 10.1093/ije/dyab203
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Efficacy and safety of esaxerenone (CS-3150) in Japanese patients with type 2 diabetes and macroalbuminuria: a multicenter, single-arm, open-label phase III study (2021)
  • Author(s): Ito S、Kashihara N、Shikata K、Nangaku M、Wada T、Okuda Y、Sawanobori T
  • Journal Title: Clinical and Experimental Nephrology Volume: 25 Issue: 10 Pages: 1070-1078
  • DOI: 10.1007/s10157-021-02075-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dipeptidyl peptidase-4 inhibitor linagliptin reduces urinary albumin excretion through the protection of glomerular endothelial function (2021)
  • Author(s): Kondo M, Kidokoro K, Uchida A, Kadoya H, Umeno R, Tokuyama A, Wada Y, Nagasu H, Kanda E, Sasaki T, Kashihara N
  • Journal Title: Kawasaki Medical Journal Volume: 47 Pages: 131-141
  • DOI: 10.11482/KMJ-E202147131
  • ISSN: 0385-0234, 2434-3404
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Endothelial Dysfunction Accelerates Impairment of Mitochondrial Function in Ageing Kidneys via Inflammasome Activation (2021)
  • Author(s): Wada Y、Umeno R、Nagasu H、Kondo M、Tokuyama A、Kadoya H、Kidokoro K、Taniguchi S、Takahashi M、Sasaki T、Kashihara N
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 22 Issue: 17 Pages: 9269-9269
  • DOI: 10.3390/ijms22179269
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 進行性腎障害における糸球体高血圧に対するアプローチ (2022)
  • Author(s): 城所 研吾、柏原 直樹
  • Organizer: 第65回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 腎疾患進展におけるインフラマソーム活性化の意義 (2022)
  • Author(s): 角谷裕之、長洲一、岸誠司、佐々木環、柏原直樹
  • Organizer: 第65回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] Endothelial dysfunction exacerbates kidney dysfunction in ageing kidney via activation of inflammasome (2022)
  • Author(s): Yoshihisa Wada, Hajime Nagasu, Hiroyuki Kadoya, Naoki Kashihara
  • Organizer: the29th ISH (The 29th Scientific Meeting of the International Society of Hypertension)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] eNOS/NO signaling regulates renal interstitial fibrosis by increasing cytoplasmic beta-catenin degradation (2022)
  • Author(s): Masanobu Takasu, Hiroyuki Kadoya, Hajime Nagasu, Seiji Kishi, Tamaki Sasaki, Naoki Kashihara
  • Organizer: the29th ISH (The 29th Scientific Meeting of the International Society of Hypertension)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] eNOS-NO pathway modulates AKI to CKD transition in IRI model mice via regulation of βCatenin translocation (2022)
  • Author(s): Masanobu Takasu, Megumi Kondo, Hajime Nagasu, Hiroyuki Kadoya, Seiji Kishi, Kengo Kidokoro, Naoki Kashihara
  • Organizer: the29th ISH (The 29th Scientific Meeting of the International Society of Hypertension)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] eNOS-NO pathway regulates inflammasome activation in diabetic mice via modulation of CEBP translocation (2022)
  • Author(s): Hajime Nagasu, Reiko Umeno, Hiroyuki Kadoya, Naoki Kashihara
  • Organizer: the29th ISH (The 29th Scientific Meeting of the International Society of Hypertension)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dual Disruption of Endothelial Nitric Oxide Synthase and ApoE Gene Accelerates Kidney Fibrosis and Aging After Injury (2022)
  • Author(s): Seiji Kishi, Kenji Nishimura, Naoki Kashihara
  • Organizer: the29th ISH (The 29th Scientific Meeting of the International Society of Hypertension)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Glomerular Hemodynamic Changes with SGLT2 Inhibition in Type 2 Diabetic Rats Using In Vivo Imaging (2022)
  • Author(s): Rie Tatsugawa, Yoshihisa Wada, Kengo Kidokoro, Naoki Kashihara
  • Organizer: the29th ISH (The 29th Scientific Meeting of the International Society of Hypertension)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulatory mechanism of glomerular filtration rate by the Keap1/Nrf2 pathway (2022)
  • Author(s): Kengo Kidokoro, Hiroyuki Kadoya, Naoki Kashihara
  • Organizer: the29th ISH (The 29th Scientific Meeting of the International Society of Hypertension)
• [Presentation] 糖尿病性腎臓病の進展にはインフラマソームの活性化が関与する (2022)
  • Author(s): 梅野怜奈、長洲一、角谷裕之、城所研吾、岸 誠司、柏原直樹
  • Organizer: 第３３回日本糖尿病性腎症研究会
• [Presentation] Underlying mechanisms and therapeutic strategy for CKD/DKD :focusing on oxidative stress and endothelial injury. (2021)
  • Author(s): Kashihara N
  • Organizer: 第64回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] マクロファージにおけるNrf2活性化はインフラマソーム活性化制御により糖尿病性腎臓病の進展を抑制する (2021)
  • Author(s): 近藤恵、長洲一、梅野怜奈、城所研吾、柏原直樹
  • Organizer: 第64回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] 2型糖尿病モデル動物におけるSGLT2阻害薬、RAS阻害薬による糸球体血行動態変化の解析 (2021)
  • Author(s): 和田佳久、城所研吾、近藤恵、佐々木環、柏原直樹
  • Organizer: 第64回日本腎臓学会学術総会
• [Presentation] SGLT2阻害薬による内皮NOS機能異常改善を介した腎保護効果の検証 (2021)
  • Author(s): 近藤恵、城所研吾、角谷裕之、和田佳久、長洲一、佐々木環、柏原直樹
  • Organizer: 第21回日本NO学会
• [Remarks] 川崎医科大学 腎臓・高血圧内科学ホームページ
  • URL: http://www.kawasaki-jinzo.net/