2019 Fiscal Year Research-status Report
糖尿病性腎臓病における代謝変容の解析とエネルギー代謝制御による新規治療の開発
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19K17717
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
藤井 健太郎 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 共同研究員 (70626390)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 急性腎障害 / キサンチオンキシダーゼ阻害薬 / 虚血性腎症 / エネルギー代謝障害 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マスイメージング法および急速凍結法を用い、腎臓における代謝産物を半定量的に可視化し、腎臓の部位によって異なる代謝変容を俯瞰的に明らかにした。10分間の腎動脈クリップによる短期完全腎虚血にて、腎全体でATPが低下し、腎皮質においては約80%のATP低下を認め、ATP, ADP, AMPの総和である総アデニル酸は腎皮質においてのみ低下を認めた。10分間虚血後24時間の再灌流を行っても、腎皮質における総アデニル酸とATPの低下は遷延し、腎機能の低下を認めた。Febuxostatはxanthine oxidase阻害作用によりヌクレオシド代謝経路をせき止め、salvage pathwayを賦活化させる薬剤である。Febuxostat投与により、虚血再灌流による腎障害は軽減し、皮質を中心とした全腎のATPおよび総アデニル酸の回復が促進した。培養ヒト尿細管細胞を無糖培地および1%低酸素下にて12時間培養(Oxygen glucose deprivation: OGD)後、通常培地にて16時間再酸素化を行い、OGD群においてATPの優位な低下と、尿細管細胞障害関連遺伝子の発現増加を認めたが、Febuxostatの添加により、ATP産生は回復し、遺伝子発現増加は抑制された。Salvage pathwayのkey enzymeであるHPRT-1のknockdownにより、尿細管細胞におけるFebuxostatによるATPの回復促進効果は消失した。すなわち、Febuxostatはsalvage pathwayを介したATP再合成促進により、尿細管細胞保護効果を発揮すると考えられた。虚血再灌流による腎障害機序において、酸化ストレス障害とエネルギー産生障害の可能性が示されているが、短時間虚血において、FebuxostatはATP産生回復促進を介し腎保護効果を発揮する可能性が示唆された。
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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
腎血流低下および再灌流による腎障害として、エネルギー産生障害もしくは酸化ストレス障害を介した尿細管細胞障害が知られている。40分間虚血後再灌流を行った腎臓では、酸化ストレスによる組織障害が顕著であるが、10分虚血後再灌流を行った腎臓では認められなかった。我々は質量分析イメージングと腎全体のメタボローム解析を組み合わせ、腎臓における低分子代謝産物の半定量的腎臓マスイメージング法を確立し、10分虚血後24時間再灌流を行った腎皮質でATP低下だけでなく総アデニル酸の喪失を呈することを見出した。次に、Febuxostat投与による腎皮質を中心とした全腎のATPおよび総アデニル酸の回復促進について、マスイメージングを用いて半定量的に示した。さらに培養ヒト尿細管 (HK-2) 細胞を無糖培地および1%低酸素インキュベーターにて12時間培養(Oxygen glucose deprivation: OGD)後、標識ヒポキサンチンを添加した通常培地にて16時間再酸素化を行い、標識ATPおよび標識総アデニレートがFebuxostatの投与により増加しており、FebuxostatによるATP産生回復はsalvage pathwayを介したものであることを示した。またFebuxostatはヌクレオシド代謝の阻害に伴う抗酸化作用と、hypoxanthineの増加によるsalvage pathwayを介したアデニル酸再合成促進作用を有すると考えられているが、HPRT-1をknockdownしたHK-2細胞では、Febuxostat添加による抗酸化作用は保たれたが、ATP産生促進作用と尿細管障害遺伝子の発現抑制は消失しており、Febuxostatによる尿細管細胞保護効果がHPRT-1に依存しているものと考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
我々は、虚血性腎障害において、Febuxostatが腎皮質の総アデニル酸とATPの回復促進により腎保護効果を発揮することを示した。そこで、動脈硬化性変化を基盤とし、慢性腎虚血を合併した病態である糖尿病性腎臓病(Diabetic kidney disease: DKD)における腎代謝変容について、マスイメージングを用いた可視化解析を行い、Febuxostatによる腎代謝変容の是正による腎保護効果を検証する。我々は慢性腎虚血を基盤としたDKDを模倣するモデルとして、STZ投与糖尿病モデルマウスの腎動脈に金属製コイルを巻きつけること（以下コイリング）で、腎血流を施術前の25%まで低下させたマウス（コイリング施術STZ投与糖尿病モデルマウス）を用い、コイリング施術後28日における腎臓マスイメージングとメタボローム解析を行い、慢性虚血腎におけるアデニル酸代謝変容と, Febuxostatによるアデニル酸代謝変容の治療的効果について空間的解析を行う。さらに腎機能、腎組織障害、遺伝子発現変化の解析を行う。そしてコイリング施術STZ投与糖尿病モデルマウスにFebuxostatの飲水投与を行い、コイリング施術後28日における腎臓マスイメージングとメタボローム解析により、Febuxostatによる治療的効果について解析を行う。さらに腎機能、腎臓組織障害、定量的PCR法による遺伝子発現変化の解析を行い、Febuxostatによるアデニル酸代謝の改善あるはPDH活性制御を介した腎保護効果を検証する。またFebuxostatによる腎保護効果について、低酸素培養下ヒト尿細管細胞による解析を行う。さらに、近位尿細管における腎代謝産物のメタボロームと代謝経路の代謝酵素の発現に関するトランスクリプトーム解析にて、代謝変容の真の原因となる代謝酵素を明らかにし、 新規腎保護戦略の開発を行う。
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