2018 Fiscal Year Annual Research Report
Research on the molecular mechanism of intracranial calcification and novel therapies
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17H04198
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| Research Institution | Gifu Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
保住 功 岐阜薬科大学, 薬学部, 教授 (20242430)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 祐一 岐阜大学, 医学部附属病院, 講師 (00392366)
栗田 尚佳 岐阜薬科大学, 薬学部, 講師 (00746315)
大沢 匡毅 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (10344029)
田中 真生 国際医療福祉大学, 医学部, 講師 (30774252)
位田 雅俊 岐阜薬科大学, 薬学部, 准教授 (70512424)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 脳内石灰化 / 特発性基底核石灰化症（IBGC） / 原発性家族性脳石灰化症（PFBC） / リン酸 (Pi) / リン酸トランスポーター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳内に石灰化をきたす疾患は様々ある。その中で原因が不明で、脳内にのみ石灰化をきたす疾患が特発性基底核石灰化症(Idiopathic basal ganglia calcification; IBGC)である。我々は昨年度、IBGC特にSLC20A2遺伝子に変異を認めた患者の髄液中の無機リン酸（Pi）が高値であることを報告し、脳内石灰化をともなう疾患全般において、その傾向が認められることを確認している。そこで、我々は、脳内石灰化症においては髄液中の高Piが、glymphathic system、perivascular lymphatic drainage pthwayと呼ばれている、いわゆる脳内のリンパ系を通って、毛細血管周囲腔、小動脈平滑筋に、Caを始めとする重金属と錯体を形成して沈着していく病態を提唱した（Brain Nerve. 71:59-66、2019）。一方、腎不全でみられる石灰化は一般に血清中の高Piが関与するものと考えられている。本年度は、IBGC患者の中でSLC20A2とPDGFB遺伝子に変異を持つ患者のiPS細胞を用いて、血管内皮細胞に分化させ、機能解析を行った。SLC20A2変異患者のiPS細胞から分化させた血管内皮細胞では、細胞内へのPiの取り込みが著減していた。PDGFB変異患者のiPS細胞から分化させた血管内皮細胞では、培養液中のPDGF-BBの値が半減していた。これらは患者iPS細胞を用いて、患者の病態を再現することができたと考えられる。今後、これらの分子の石灰化の発症機構における役割を明らかにする。石灰化における分子機構の解明は、IBGCのみならず、脳内石灰化症、血管中膜に石灰化をきたすメルケベルク型動脈硬化症の分子機構の解明と創薬開発の基盤となる。
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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
脳内石灰化をきたす患者の中で、原因が明らかな疾患を除外し、原因があきらかでない特発性基底核石灰化症（idiopathic basal ganglia calcification: IBGCと略す）の遺伝子検査を行った。原因遺伝子として、これまでSLC20A2, PDGFRB, PDGFB, XPR1, MYORGの5つが報告されている。これまでの倫理委員会、患者から同意書を得て施行された我々の検索では、家族性IBGC(FIBGC)の40%にSLC20A2変異、10%にPDGFB変異を認め、残り半数は原因不明であった。倫理委員会、患者から同意書を得て、遺伝子変異を認めた患者の血液からiPS細胞の作製を行った。SLC20A2変異患者のiPS細胞から分化させた血管内皮細胞では、細胞内への32Piの取り込みがコントロールと比べて著減していた (BBRC, 10:303-308, 2019)。また、PDGFB変異患者のiPS細胞から分化させた血管内皮細胞では、培養液中のPDGF-BBの値が半減していた(Sci Rep 9:5698, 2019)。これらは患者iPS細胞を用いて、患者の病態を再現することができたと考えられる。昨年の検索結果と合わせ、脳内石灰化の基本病態には細胞内へのPiの取り込みにより、細胞内低Pi、細胞外高Pi状態、すなわちPiホメオスタシスの破綻があると推測された。そこで我々は、SLC20A2の転写活性をあげるタミバロテン、SLC20A1にコードされるPiT-1を活性化させるエストロゲンと同様の作用をしめすラロキシフェン等について、マウス由来血管細胞を用いて、細胞保護効果を検討し、それらの有効性を確認した。これらの薬剤は脳内石灰化症、動脈硬化症に有効である可能性が示唆され、また石灰化の分子病態の解明に役立つものと考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
脳内石灰化の分子機構の解明を原因遺伝子が明らかなSLC20A2-associated IBGC, PDGFB -associated IBGCの病態解明を軸に進めていく。脳内石灰化における基礎的および臨床的な病態の解明と治療薬開発を行う。
(1) 脳内石灰における基礎病態の解明: 我々の初年度の検討から、脳内石灰化の基礎病態の一つには、細胞外のPの上昇、細胞内Pの低下があることが推定された。2年目で、これらのSLC20A2、PDGFB変異患者iPS細胞を用いて、血管内皮細胞に分化させ、その機能異常を再現することができた。さらに、神経細胞やグリア細胞に分化させて、細胞内低リン状態の確認、比較を行う。また、遺伝子変異に関してはCRISPR-Cas9を用いた遺伝子修復を試み、Pi取り込み能などの機能改善を調べる。
(2) 治療薬の開発: 細胞内Pの低下によってミトコンドリアの機能異常が生じる。初年度に論文としたミトコンドリア異常を改善する5-aminolevulinic acid (5-ALA)、2年目に見出したタミバロテン、ラロキシフェン等の他にも細胞内へのPの取り込みを改善する薬についても検討を行う。これらの薬剤を用いて、作製中である遺伝子改変マウスを使って、それらの有効性、安全性について検討を行う。
(3) 臨床病態の解明: 初年度では、特発性基底核石灰化症の髄液のPi濃度が高値であることを論文として報告した。脳内石灰化をきたしている症例（ミトコンドリア脳筋症、さらには筋萎縮性側索硬化症、正常圧水頭症、アルツハイマー病など）の髄液中のPi濃度を測定し、脳内石灰化における髄液P値、さらには細胞内外のPiの役割、その詳細な調節機構について明らかにしてゆく。また25(OH)VitD3、1.25(OH)2Vit D3、FGF23など脳内石灰化に関する因子、バイオマーカーの検索を行う。
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