インスリン抵抗性におけるERK2を介した臓器・血管連関の検討

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K09596
• Research Institution: National Defense Medical College
• Principal Investigator: 難波 貴之 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 病院 内科, 講師 (90726499)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 眞崎 暢之 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 内科学, 講師 (00364795) ; 佐藤 泰司 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 薬理学, 准教授 (10505267) ; 足立 健 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 内科学, 教授 (50231931) ; 東谷 卓美 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 内科学, 助教 (60781515)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: インスリン抵抗性 / 肥満 / ERK2 / 血管内皮障害 / 一酸化窒素 / 活性酸素種 / 二型糖尿病 / 脂肪肝

Outline of Annual Research Achievements

Metabolic Syndrome/2型糖尿病（Mets/DM2）は肥満（内臓脂肪蓄積）、脂質・糖代謝異常の複合病であり、インスリン抵抗性と血管内皮障害を特徴とする。インスリンは全身に作用するため、個々の臓器でのインスリン抵抗性による変化と、代謝・血流を介する臓器連関が病態探求・治療標的分子解明に重要である。本研究では、インスリンシグナルの主要分子であるExtracellular regulatory kinase2（ERK2）の肝細胞、血管内皮細胞、脂肪細胞特異的欠損マウスを用いて、インスリン/ERK2経路が臓器連関に与える影響を検討し、Mets/DM2の病態機序解明と治療分子標的の開拓を目的とする。本期間において、すでに解析が進んでいる肝臓ERK2欠損マウス を用いた薬理的標的探索と内皮ERK2欠損の他臓器への血流調節・代謝を介した連関を中心に検討する。
肝臓特異性ERK2欠損マウスの解析はほぼ完成し、肝臓でのSREBP1発現上昇とAMP-activated kinaseの活性低下が認められ、インスリン抵抗性時の脂肪合成増強が脂肪肝促進に働いていることが分かった。これが多彩な代謝変化を介して内皮障害に働くことが判明した。薬理的にはSERCA Activator CDN1163 が糖尿病の血管障害、インスリン抵抗性、骨格筋機能低下を改善することが判明した。内皮特異性ERK2欠損マウス（EE2KO）の高脂肪食負荷の検討が飛躍的に進んだ。EE2KOでは肥満時にNO合成が亢進して、通常肥満時に認められる血圧上昇が改善され、血管内皮機能が著明に改善した。更に、血管での酸化ストレスが低下し、その機序解析も進捗した。また、EE2KOではインスリン抵抗性が著明に改善し、内皮のERK2が魅力的な薬物標的であることが判明した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

肝臓特異性ERK2欠損マウスにおける脂肪肝増悪の機序として、SERCA2の機能低下による小胞体ストレスの関与に加えAMPKの低下を認め、薬剤標的となりうることが判明した。また、CDN1163は糖尿病マウスの脂肪肝と血管内皮障害を改善することが判明した。
内皮特異性ERK2欠損マウスでは同等の体重増加にもかかわらず血管内皮機能と脂肪肝、糖代謝の改善を認めた。その原因として血管壁NO産生の増加と活性酸素種の低下を認め、血圧低下の関与が認められた。このことについてシグナル伝達機構を調べたところERK2の下流にThromboxan Receptor (TP Receptor)を同定した。肥満マウスから採取した血管にTP　Receptor　阻害剤　S1886を投与したところ活性酸素種の減少と内皮機能の改善を認め、同様の所見をMEK Inhibitorでも認めた。このことより肥満・二型糖尿病の血管障害機序にMEK/ERK/TP Receptor/ROS経路によるNO 生理活性の低下が強く関与していることが分かった。また、現在行っている研究では、肥満食に加S1886を経口投与すると、糖代謝の改善、血管内皮機能改善、血圧低下、脂肪肝の改善を認めている。

Strategy for Future Research Activity

肝臓特異性ERK2欠損マウス とCDN1163についてはすでにまとまり学会発表を終えているので、論文化を行う。血管内皮特異性ERK2欠損マウスについてはin vivoでのS1886投与が終わったところでさらなる学会発表と論文化を行う。MEK/ERK2/TP receptor経路が人の肥満、糖尿病のDrug Target になるかを今後検討する。また、Gene Chip/Proteomics/Metabolomeを応用して血管内皮でのERK2の役割と新たなDrug Targetを探索する。ERK2が血管内皮において高血圧、動脈硬化、心不全、血管新生などについてどのような役割を果たすかについても検討して、これを標的とする診断・治療法を考案する。

Causes of Carryover

前年度に計画していたものの実施できなかった実験を次年度に行う予定であるため。

Research Products

• [Journal Article] Computed tomography-measured pulmonary artery to aorta ratio and EUTOS score for detecting dasatinib-induced pulmonary arterial hypertension (2019)
  • Author(s): Toya Takumi、Nagatomo Yuji、Kagami Kazuki、Yukino Midori、Yasuda Risako、Namba Takayuki、Ido Yasuo、Kobayashi Shinichi、Masaki Nobuyuki、Yada Hirotaka、Kimura Fumihiko、Adachi Takeshi
  • Journal Title: The International Journal of Cardiovascular Imaging Volume: 35 Pages: 1435～1442
  • DOI: doi: 10.1007/s10554-019-01548-2
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Rare Case of Rush Progression of Purulent Pericarditis by <i>Escherichia coli</i> in a Patient with Malignant Lymphoma (2018)
  • Author(s): Horii Shunpei、Yada Hirotaka、Ito Kei、Osaki Ayumu、Sato Atsushi、Kimura Toyokazu、Yasuda Risako、Toya Takumi、Namba Takayuki、Masaki Nobuyuki、Adachi Takeshi
  • Journal Title: International Heart Journal Volume: 59 Pages: 655～659
  • DOI: 10.1536/ihj.17-238
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Endothelial Extracellular Signal-Regulated Kinase 2 Induced Hypertension and Endothelial Dysfunction and Insulin Resistance in Obese (2018)
  • Author(s): Atsushi Sato, Toyokazu Kimura, Ayumu Osaki, Shunpei Horii, Kei Ito, Takumi Tohya, Nobuyuki Masaki, Takayuki Namba Takeshi Adachi.
  • Organizer: 82nd Japanese Circulation Society 2018
• [Presentation] Ectopic Fat Deposition with Organ Damages in Adipose Specific Extracellular Signal-Regulated Kinase 2 Deficient Mice with High Fat Diet (2018)
  • Author(s): Ayumu Osaki, Atsushi Sato, Toyokazu Kimura, Kei Ito, Takumi Tohya, Yasuo Ido, Nobuyuki Masaki, Takayuki Namba, Takeshi Adachi
  • Organizer: 82nd Japanese Circulation Society 2018
• [Presentation] Association between Total Cholesterol and Ratio of Direct to Total Bilirubin in Serum (2018)
  • Author(s): Masataka Mine, Nobuyuki Masaki, Tetsuya Hisada, Risako Yasuda, Takayuki Namba, Hirotaka Yada, Kenichi Hashimoto, Bonpei Takase, Takeshi Adachi
  • Organizer: 82nd Japanese Circulation Society 2018
• [Presentation] Histological Validation of Cardiac Magnetic Resonance T1 Mapping as an Indicator of Interstitial Myocardial Fibrosis in Non-Ischemic Cardiomyopathy Patients (2018)
  • Author(s): Takumi Toya, Nobuyuki Masaki, Katsumi Hayashi, Atsushi Sato, Ayumu Osaki, Kei Ito, Shunpei Horii, Risako Yasuda, Yasuo Ido, Takayuki Namba, Yuji Nagatomo, Hirotaka Yada, Takeshi Adachi
  • Organizer: 82nd Japanese Circulation Society 2018
• [Presentation] Increased Basal eNOS Activity in Freshly Isolated Endothelial Cells from Patients with Cardiovascular Disease (2018)
  • Author(s): Nobuyuki Masaki, Youhei Yamashita, Toshiyuki Yamada, Yasuo Ido, Risako Yasuda, Takumi Tohya, Takayuki Nanba, Yuji Nagatomo, Hirotaka Yada, Kenichi Hashimoto, Bonpei Takase, Takeshi Adachi
  • Organizer: 82nd Japanese Circulation Society 2018
• [Presentation] SERCA2 C674S heterozygote kock-in mice with angioteinsion II infusion leads to QT prologation and lethal ventricular arrhythmia due to impaired sarcoplasmic reticulum Ca2+ handling (2018)
  • Author(s): Kei Ito, Hirotaka Yada, Shunpei Horii, Takumi Toya, Yasunaga Shiraishi, Toyokazu Kimura, Ayumu Osaki, Atsushi Sato, Risako Yasuda, Takayuki Namba, Yuji Nagatomo, Nobuyuki Masaki, Yasuo Ido, Bonpei Takase, Takeshi Adachi
  • Organizer: European Society of Cardiology 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Angiotensin II loading in SERCA2 C674S heterozygote knock-in mice leads to QT prolongation and lethal ventricular arrhythmia (2018)
  • Author(s): Kei Ito, Hirotaka Yada, Shunpei Horii, Takumi Toya, Yasunaga Shiraishi, Toyokazu Kimura, Ayumu Osaki, Atsushi Sato, Risako Yasuda, Takayuki Namba, Yuji Nagatomo, Nobuyuki Masaki, Yasuo Ido, Bonpei Takase, Takeshi Adachi
  • Organizer: 日本不整脈学会総会YIA 最優秀賞
• [Presentation] Adipose Extracellular Signal-Regulated Kinase 2 Protect From Ectopic Fat Depositions and Endothelial Dysfunction in Obesity (2018)
  • Author(s): Ayumu Osaki, Yasushi Satoh, Shogo Endo, Atsushi Sato, Toyokazu Kimura, Kei Ito, Takumi Toya, Ysauo Ido, Takayuki Namba, Takeshi Adachi
  • Organizer: 91th American Heart Association, Scientific Session 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High Fat/ High Sucrose Diet Did Not Induce Endothelial Dysfunction but Impaired the Reduction of Vascular Tone with Adipose Tissue in Aortic Ring from Mice (2018)
  • Author(s): Ayumu Osaki, Atsushi Sato, Toyokazu Kimura, Shunpei Horii, Kei Ito, Takumi Toya, Ysauo Ido, Nobuyuki Masaki, Takayuki Namba, Takeshi Adachi
  • Organizer: 91th American Heart Association, Scientific Session 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Adipose Extracellular Signal-Regulated Kinase 2 Deficiency Impaired Endothelial Function and the Modulation of Vascular Tone with Adipose Tissue (2018)
  • Author(s): Ayumu Osaki, Yasushi Satoh, Shogo Endo, Atsushi Sato, Toyokazu Kimura, Kei Ito, Takumi Toya, Ysauo Ido, Takayuki Namba, Takeshi Adachi
  • Organizer: 91th American Heart Association, Scientific Session 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SERCA2 C674S heterozygote knock-in mice leads to QT prolongation and lethal ventricular arrhythmia by catecholamine injection and hypertrophy with Angiotensin II. (2018)
  • Author(s): Kei Ito, Hirotaka Yada, Shunpei Horii, Takumi Toya, Yasunaga Shiraishi, Toyokazu Kimura, Ayumu Osaki, Atsushi Sato, Risako Yasuda, Takayuki Namba, Yuji Nagatomo, Nobuyuki Masaki, Yasuo Ido, Bonpei Takase, Takeshi Adachi
  • Organizer: 91th American Heart Association, Scientific Session 2018
  • Int'l Joint Research