アクアポリン4の黄斑浮腫への関与と、その制御による治療

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K10909
• Research Institution: Osaka Medical College
• Principal Investigator: 喜田 照代 大阪医科大学, 医学部, 講師 (90610105)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 奥 英弘 大阪医科大学, 医学部, 准教授 (90177163)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: アクアポリン４ / 一酸化窒素 / ミュラー細胞 / VEGF / 網膜血管細胞

Outline of Annual Research Achievements

アクアポリン(AQP)は脳浮腫の発症や治癒に関与している水チャネルで、網膜血管や網膜ミュラー細胞にも発現している。また一方で、血管内皮由来弛緩因子である一酸化窒素NOは、AQP4の機能や発現に関与し、また血流調節にも影響をおよぼすため、神経網膜内の水移動に関与している可能性が高いと考えられている。
臨床では、視力低下を引き起こす糖尿病黄斑浮腫の発症に血管透過性亢進を引き起こす血管内皮増殖因子(VEGF)が関与することは既に周知の事実で、現在抗VEGF療法が広く行われているが、反復投与が必要であり、また難治性の黄斑浮腫が散見される。
そこで、健常ラットおよび糖尿病ラットにおいて、VEGF硝子体投与による網膜におけるAQP4発現の有無について検討した。網膜切片の免染では、VEGF染色もAQP4染色もストレプトゾトシン誘発糖尿病ラットで増強し、AQP4染色では特に網膜内層の染色が増強された。次にvitro実験として、培養細胞の網膜ミュラー細胞を用いてアクアポリン４阻害剤のTGN-020を投与した場合、low glucoseとhigh glucose状態で細胞容積が変化するかFACS解析したところ、TGN-020を前投与するとhigh glucose状態では細胞容積は減少した。また、AQP4発現の調節に一酸化窒素NOの関与が示唆されており、NOの蛍光probeであるDAFを用いてlow glucoseとhigh glucose状態でミュラー細胞のFACS解析を行ったところ、high glucose状態でDAFの蛍光は増強した。糖尿病網膜浮腫の機序の一つとして、VEGFだけでなくAQP4とNOを介した網膜ミュラー細胞浮腫の関与の可能性が考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

目標通り、今年の国際学会ARVOにて、"Possible involvement of aquaporin 4 and nitric oxide in the high glucose-induced swelling of Muller cells in rat retina"という演題で実験成果を発表した。また、日本眼科学会の糖尿病網膜症のシンポジウムでも実験データをお示しした。

Strategy for Future Research Activity

今後は、網膜ミュラー細胞だけでなく、網膜血管内皮細胞についても検討し、また、アクアポリン４の一酸化窒素を介した網膜血流への影響については、レーザースペックル法で実際に血流測定を試みる予定である。
また、今回実験と文献検索を進めてきて、酸化ストレスがHIF-1の発現を介してVEGFやアクアポリン４の発現を誘導することがわかっているので、網膜における酸化ストレスの関与についても実験も計画し、アクアポリン４の網膜浮腫への関与についてさらに検討したいと思う。

Causes of Carryover

次年度では、次のステップとして、アクアポリン４の網膜血流への影響をvivoで調べるため、レーザースペックル装置のラット用測定用補助具が必要となりその補助具や培養細胞を購入予定で次年度使用額が必要であるため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

今までの実験データの再現性を確認し、アクアポリン４の網膜血流への影響をvivoで検討する。また、vitro実験としては、網膜ミュラー細胞だけでなく、網膜血管細胞も用いて今年度と同様FACS解析も行う。

Research Products

• [Journal Article] Negative impact of AQP-4 channel inhibition on survival of retinal ganglion cells and glutamate metabolism after crushing optic nerve. (2016)
  • Author(s): Nishikawa Y, Oku H, Morishita S, Horie T, Kida T, Mimura M, Fukumoto M, Kojima S, Ikeda T.
  • Journal Title: Exp Eye Res Volume: 146 Pages: 118-127
  • DOI: 10.1016/j.exer.2015.12.012.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] NADPH oxidase-mediated ROS production determines insulin’s action on the retinal microvasculature. (2015)
  • Author(s): Kida T, Oku H, Horie T, Matsuo J, Kobayashi T, Fukumoto M, Ikeda T
  • Journal Title: Invest Ophthalmol Vis Sci Volume: 56 Pages: 6754-6761
  • DOI: 10.1167/iovs.15-17534.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Nitric Oxide Increases the Expression of Aquaporin-4 Protein in Rat Optic Nerve Astrocytes through the Cyclic Guanosine Monophosphate/Protein Kinase G Pathway. (2015)
  • Author(s): Oku H, Morishita S, Horie T, Kida T, Mimura M, Fukumoto M, Kojima S, Ikeda T.
  • Journal Title: Ophthalmic Res Volume: 54 Pages: 212-221
  • DOI: 10.1159/000440846.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Possible involvement of aquaporin 4 and nitric oxide in the high glucose-induced swelling of Muller cells in rat retina. (2016)
  • Author(s): Teruyo Kida, Hidehiro Oku, Masanori Fukumoto, Yoshitaka Okuda, Seita Morishita, Taeko Horie, Hiroyuki Suzuki, Takatoshi Kobayashi, and Tsunehiko Ikeda
  • Organizer: ARVO(Association for Research in Vision and Ophthalmology )
  • Place of Presentation: シアトル(アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2016-05-01 – 2016-05-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シンポジウム (2016)
  • Author(s): 喜田照代
  • Organizer: 第120回日本眼科学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(宮城県・仙台)
  • Year and Date: 2016-04-07 – 2016-04-10
  • Invited