2017 Fiscal Year Research-status Report
大動脈解離における血管平滑筋STAT3の保護的役割の解明
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16K10669
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| Research Institution | Kurume University |
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Principal Investigator |
平方 佐季 久留米大学, 医学部, 助教 (60597425)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 啓之 久留米大学, 医学部, 教授 (70197466)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 大動脈解離 / 大血管 / 分子生物学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大動脈解離は致命的な疾患であり、その病態は解明されておらず、手術以外の治療や病態を評価するバイオマーカーもない。解離組織では、IL-6が高発現し、その下流のSTAT3が血管平滑筋細胞及びマクロファージで活性化しているが、その役割は不明である。コラーゲン架橋酵素阻害薬とアンジオテンシンⅡの2週間投与で解離が発症・進行するマウスモデルを開発し、平滑筋特異的なSTAT3応答抑制マウス(smStat3KO)及びSTAT3応答亢進マウス(smSocs3KO)を用いてモデルを作成し研究を進めてきた。平滑筋STAT3応答亢進マウスでは、外膜の細胞増殖、コラーゲン線維及び強度が増加し、解離が抑制された。マクロファージ特異的なSTAT3応答亢進マウスでは、炎症促進性のM1分化が誘導され解離が促進されることを発見した。
以上から、平滑筋細胞STAT3破壊阻止、マクロファージSTAT3活性化は破壊促進という相反する機能を担うことが明らかとなり、平滑筋STAT3による外膜強化・大動脈保護機構を解明することで大動脈解離発症後の組織破壊を阻止できる可能性に着目した。解離における外膜強化を①STAT3活性化②外膜細胞増殖③細胞外マトリックス(ECM)形成促進に分けて解明し、解離進行阻止両方の開発に挑戦することで病態モニタリング法を検証することを目的とした。
まずは包括的なネットワーク解析でこれまで得た知見と考え合わせ、平滑筋Stat3活性化が持続する軽度炎症で組織強度を向上させ、解離刺激への耐性を獲得していると考えた。タンパク定量評価でも平滑筋Stat3活性化は、強い炎症応答を惹起し、初期応答を抑制した。smSocs3KOマウスの大動脈では解離刺激に対する初期応答が強く抑制され、解離進展が抑制されているという、外膜強化・大動脈保護機構を解明するにあたりさらに深みをますことのできる知見を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
マウス解離モデルで発症に先立って起こる1221遺伝子の発現変化に基づき、トランスクリプトーム解析データからベイジアンネットワーク理論による発現制御ネットワークを同定した。ネットワーク解析から、細胞増殖、炎症関連、細胞遊走、筋細胞分化、低酸素応答に関わる遺伝子群が密接に関連して制御される発現制御クラスターを形成していることが明らかとなり、更に発現制御クラスター同士が相互に関連することを見出した。
解離刺激は、初期に細胞周期関連の発現クラスターを活性化させ、次いで炎症関連発現クラスターの活性化と細胞遊走、筋細胞分化に関わるクラスターの制御を引き起こした。平滑筋STAT3応答亢進マウスでは、解離刺激前から炎症関連クラスターの発現がわずかに亢進し、解離刺激後には、野生型と比較してより強い炎症関連クラスターが活性化し、刺激後の早期応答である細胞増殖応答は強く抑制された。
以上から、smSocs3KOでは無刺激でも軽度の炎症応答が持続している一方で、解離刺激後の早期応答である増殖応答は強く抑制されていることが示された。これまで申請者が得た知見と考え合わせると、平滑筋STAT3活性化は持続する軽度の炎症により組織強度が向上し、解離刺激への耐性を獲得していると考えられた。そのため、smSocs3KOマウスの大動脈では解離刺激に対する初期応答は強く抑制され、解離への進展が抑制されていることが示唆された。タンパク定量評価でも、smSocs3KOは無刺激で強い炎症応答を認め、野生型でみられる細胞周期やECM合成にかかわるタンパクの活性化といった初期応答を認めなかった。
平滑筋STAT3活性化は破壊阻止に働くという知見を補強する結果であり、解離発症後の組織破壊を阻止できる可能により近づく知見を得たことで、進行阻止療法の開発や病態モニタリング法の検証という本研究の目的の達成に向けて更なる解明が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、平滑筋細胞を中心に、外膜及びECMに着目した詳細な解析を進めていくことで、外膜強化応答発動、外膜細胞増殖、ECM増加を中心とした、平滑筋STAT3による外膜強化・大動脈保護機構を解き明かし、大動脈壁破壊を阻止する画期的な治療法開発を目指す。また、これらに基づく病態モニタリング法を検証する。
具体的には、炎症細胞に作用せず平滑筋STAT3を活性化するIL-22が解離に及ぼす効果を検証することで、機械的ストレスによる平滑筋STAT3活性化機構応答発動機構を解明する。また、外膜中の細胞を評価することで外膜細胞増殖の意義を解明する。その他、トランスクリプトーム解析の結果を参考に、ECM増加因子を同定することでそのメカニズムを明らかにする。以上の検証により詳細なメカニズムの解明を目指し、治療法の開発、バイオマーカーの開発へとつないでいくことを目標とする。申請者らは、チロシンキナーゼ阻害薬ゲフィチニブが解離モデルの増殖応答を強く抑制することを確認しており、それを用いることで解離進展への効果も検証する。
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| Causes of Carryover |
（理由）前年度までで十分な手技を確立したことでより効率良く実験を進めることかでき、使用物品などの節約が可能であったためと考える。
（使用計画）さらに研究を進めていく上で、引き続きマウスの購入、飼育費、組織培養試薬や生化学実験の消耗品費用及び人件費として使用する。
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Research Products
(8 results)
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[Presentation] STAT3 in Smooth Muscle Cells Prevents Progression of Aortic Dissection by Reinforcing the Physical Strength of Aortic Walls2018
Author(s)
Saki Hirakata, Hiroki Aoki, Michihide Nishihara, Satoko Ohno, Aya Furusho, Norifumi Nishida, Sohei Ito, Makiko Hayashi, Youhei Hashimoto, Ryohei Majima, Yoshihiro Fukumoto
Organizer
第82回日本循環器学会学術集会
Int'l Joint Research
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[Presentation] High Salt and IL-17 Synergistically Worsen Aortic Dissection by Dysregulation of Extracellular Matrix2018
Author(s)
Norifumi Nishida, Hiroki Aoki, Michihide Nishihara, Satoko Ohno, Aya Furusho, Saki Hirakata, Sohei Ito, Makiko Hayashi, Youhei Hashimoto, Ryohei Majima, Yoshihiro Fukumoto
Organizer
第82回日本循環器学会学術集会
Int'l Joint Research
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[Presentation] Macrophage Stat3 Exacerbates Aortic Dissection through Dysregulated Differentiation of Macrophages and Smooth Muscle Cells2018
Author(s)
Satoko Ohno, Hiroki Aoki, Michihide Nishihara, Aya Furusho, Saki Hirakata, Norifumi Nishida, Sohei Ito, Makiko Hayashi, Youhei Hashimoto, Ryohei Majima, Yoshihiro Fukumoto
Organizer
第82回日本循環器学会学術集会
Int'l Joint Research
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[Presentation] MRTF-A Mediates Development of Aortic Dissection Through Aortic Smooth Muscle Cell Apoptosis and Inflammatory Response2018
Author(s)
Sohei Ito, Hiroki Aoki, Michihide Nishihara, Satoko Ohno, Aya Furusho, Saki Hirakata, Norifumi Nishida, Makiko Hayashi, Youhei Hashimoto, Koichiro Kuwahara, Yoshihiro Fukumoto
Organizer
第82回日本循環器学会学術集会
Int'l Joint Research
