2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the mechanism of aortic aneurysm development based on mechanotransduction and prediction of aortic aneurysm rupture
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20H03762
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
柳沢 裕美 筑波大学, 生存ダイナミクス研究センター, 教授 (40746301)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平松 祐司 筑波大学, 医学医療系, 教授 (30302417)
安藤 正浩 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 次席研究員(研究院講師) (50620803)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 大動脈瘤 / 細胞外マトリクス / メカノトランスダクション / ラベルフリーイメージング / 大動脈瘤破裂 / ラマン分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大動脈瘤は慢性的不可逆的に拡大するが自覚症状に乏しい。また破裂時の死亡率が高いため、瘤の発生や成長を早期に阻止し、瘤破裂を未然に防ぐことができれば、大きな福音となる。そのためには、①瘤発生と成長のメカニズムの解明と②瘤破裂の予測技術の開発が必要である。本研究では、大動脈瘤形成に関与する分子メカニズムを明らかにすること、ラマン分光法を用いたラベルフリーイメージングにより血管壁破綻（破裂）の予測技術基盤の創出を行うことを目的とする。
①に関して、２年度は、我々が確立した生後発症の胸部大動脈瘤マウスモデル（Fbln4SMKO）を用いて、前年度に同定したTSP1上流制御因子とシグナル伝達経路が大動脈の内皮細胞や平滑筋細胞でどのように作用しているか、細胞特異的な機能を検索した。その手段として、内皮細胞と平滑筋細胞でFbln4を欠損させたDKOマウスを作製した。DKOマウスでは大動脈弁の肥厚が観察され、大動脈弁直上の血流が乱流を起こすことを見出した。
②に関して、野生型、大動脈の弾性線維が障害されているが大動脈瘤は発症しないマウス（Fbln5KO）、弾性線維が障害されかつ大動脈瘤を発症するマウス（Fbln4SMKO）の３タイプを用いて、ラマン分光イメージングを行なった。さらに、多変量解析を用いてそれぞれ獲得されたスペクトルをさらに分解し、大動脈瘤に特異的なラマンスペクトル成分を弾性線維と膠原線維で同定した。誘導型の大動脈破裂のマウスモデルの解析を継続して行なった。
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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
計画１）内皮細胞と平滑筋細胞からFbln4を欠損させたDKOマウスを作製した。DKOはFbln4SMKOと比べて上行大動脈瘤の範囲が拡大し、大動脈弓から下行大動脈にかけて大動脈瘤が見られた。ドップラーでは、大動脈弁からの流出路にて乱流の発生が認められた。Fbln4の内皮細胞機能には、細胞と細胞のジャンクションを保持する機能があるのではないかと推測された。さらに、DKOでは大動脈弁の肥厚が認められ、Fbln4による弁形成のへの関与が示された。
計画２）前年度の解析から、TSP1は細胞外環境（弾性線維―平滑筋細胞連結：elastin contractile units; ECU の有無）により、血管壁の恒常性維持への関与が異なることが示唆された。すなわち、ECUが障害されている場合、大動脈瘤の発症を促進すること、ECUが保持されている場合、メカニカルストレスに応答してマトリクスによる接着斑を増強することがわかった。そこで、thoracic aortic constriction (TAC)モデルを用いて、TSP1の大動脈壁での局在がどのように変化するかを検討した。
計画３）本年は、fibrillin-1の発現量が野生型の25％以下となっているFbn1mgRマウスを導入して、TSP1をはじめとするメカニカルストレス因子の発現を検討した。Fbln4SMKOと同様に、Fbn1mgRでもTSP1は大動脈瘤で増加していることが確認できた。
計画４）本年度は、Fbln4SMKOにアンギオテンシンを投与し、瘤破裂をおこす条件を設定した。投与後２４時間と７２時間、すなわち大動脈の破裂発症頻度が０と50％の条件で大動脈を採取した（n=6）。ラマンイメージングとRNAシークエンスを組み合わせた解析を行なっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年の成果を踏まえ、血管壁に生じるメカニカルストレスと血管疾患、メカニカルストレスの原因となる病態、弾性線維などのマトリクスと平滑筋細胞骨格との力学的アンバランスや、大動脈弁と大動脈がどのように共同して恒常性を保つかをさらに検討する。また、今まで採取した手術サンプルを用いて、トランスクリプトームと臨床症状との関連、メカニカルストレス因子の発現などを解析していく。
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