インスリン抵抗性にともなう血管壁細胞酸化ストレスの分子機構

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12671108
• Research Institution: Shiga University of Medical Science
• Principal Investigator: 柏木 厚典 滋賀医科大学, 医学部, 助教授 (20127210)
• Keywords: インスリン抵抗性 / 酸化ストレス / NO / テトラヒドロビオプテリン(BH4) / 内皮型NO合成酵素 / NADPHオキシダーゼ / 血管機能 / 冠攣縮性狭心症

Research Abstract

インスリン抵抗性状態における大動脈壁内皮型NO合成酵素(eNOS)活性調節異常の分子機構
(1)インスリン抵抗性と血管壁酸化ストレス:インスリン抵抗性状態では血管内皮細胞に由来する活性酸素産生過剰。この異常は血管内皮細胞特異的で、eNOS活性異常とNADPHオキシダーゼ異常による(Kashiwagi A.et al.Am J Physiol 277:E976 1999,Shinozaki K,et al.Eur J Pharmacol 394:295,2000)。eNOS由来の活性酸素はeNOS活性化補酵素テトラヒドロビオプテリン(BH4)の濃度の減少による。BH4生合成系律速酵素(GTP-cyclohydrolase I,GTP-CH1)及びBH2からBH4への再生系酵素(dihydropteridine reductase,DHPR)がインスリンにより活性化されるが、インスリン抵抗性状態で低下し、BH4の減少、BH2の上昇をきたすことがeNOS活性低下の主要な要因である(Shinozaki K.et al.Diabetes,48:2437-2445,1999)。
(2)インスリン抵抗性動物へのBH4投与による影響:BH4含量の低下がインスリン抵抗性動物の血管内皮機構異常の最も重要な因子であることを証明するために、高果糖食ラットに外因性に1カ月間BH4を投与して血管機能異常の是正を検討した。その結果、eNOS活性の正常化、血管壁酸化ストレスの減少と関連する遺伝子発現異常が是正された(Shinozaki K et al.Circ Res,87:566,2000)。
(3)新しい遺伝子治療の検討:生体の微量物質の生合成酵素を骨格筋に過剰発現させ、生体内で微量物質が減少したためにおこる機能障害を治療する治療戦略を提示する。具体的には、BH4生合成系の律速酵素GTP-CH1遺伝子を発現ベクターpCAGGSに挿入し、Atelocollagen(Nature Med 5:707,1999)とそのGTP-CH1遺伝子が挿入されたベクターを混合し、インスリン抵抗性Zucker fatty ratsの骨格筋中に筋肉内注射した。その結果対照ラットの40%に減少した大動脈壁BH4含量が正常化し、eNOS活性の是正、過剰な血管壁酸化ストレスが正常化した(論文発表予定)。
●これら異常が、我が国に多いヒト冠攣縮性狭心症発症の病態として重要であることを明らかにした(論文発表予定)。

Research Products

• [Publications] Morino K,Maegawa H,Fujita T,Takahara N,Egawa K,Kashiwagi A.and Kikkawa R.: "Insulin-induced JNK activation is negatively regulated by protein kinase C delta"Endocrinology. (in press).
• [Publications] Obata T,Yaffe M.B,Leparc G G,Piro E T,Maegawa H,Kashiwagi A,Kikkawa R,and Cantley L C.: "Use of peptide and protein library screening to define optimal substrate motifs for AKT/PKB"J.Biol.Chem. 275. 36108-36115 (2000)
• [Publications] Egawa K,Nagashima N,Shrma PM,Maegawa H,Nagai Y,Kashiwagi A,Kikkawa R,and Olefsky JM.: "Persistent activation of phosphatidlylinositol 3-kinase cause insulin resistance due to accelerated insulin-induced IRS-1 degradation in 3T3-L1 adipocytes."Endocrinology. 141. 1930-1935, (2000)
• [Publications] Shinozaki K,Nishio Y,Okamura T,Yoshida Y,Maegawa H,Kojima H,Masada M,Toda N,Kikkawa R,and Kashiwagi A.: "Oral administration of tetrahydrobiopterin prevents endothelial dysfunction and vascular oxidative stress in the aortas of insulin-resistant rats."Circ Res. 87. 566-573 (2000)
• [Publications] Koya D.,Haneda M,Nakagawa H,Isshiki K,Sato H,Maeda S,Sugimoto T,Yasuda H,Kashiwagi A,Way DR,King GL,Kikkawa R.: "Amelioration of accelerated diabetic mesangial expansion by treatment with a PKC β inhibitor in diabetic db/db mice, a rodent model for type 2 diabetes."FASEB. 14. 439-447 (2000)
• [Publications] Shinozaki K,Okamura T,Nishio Y,Kashiwagi,A Kikkawa R,Toda N.: "Evaluation of endothelial free radical release by vascular tension responses in insulin-resistant rat aorta."Eur J Pharmacol. 394. 295-299 (2000)