ビタミンKによる腎脂肪毒性の改善作用と作用機構の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K19668
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 何 欣蓉 北海道大学, 保健科学研究院, 特任講師 (50815561)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ビタミンK / 近位尿細管細胞 / ミトコンドリア / 活性酸素種

Outline of Annual Research Achievements

【背景】近年、糖尿病性腎症では腎臓の近位尿細管細胞に脂肪滴の蓄積が起こることが報告された。この脂肪滴の蓄積によりミトコンドリア障害を起こし、過剰な活性酸素種（ROS）が生じることが予想され、細胞死に至ると考えられる。一方でビタミンKがミトコンドリアの電子伝達体として新たな機能性が報告された。よって、ビタミンKはミトコンドリア障害の改善作用を持つ可能性が考えられる。本研究でビタミンKによる腎近位尿細管細胞のROSの消去およびミトコンドリア障害の改善作用を示すことができれば新たな治療戦略になり得、患者の減少や医療費削減に貢献することができると考える。
【方法】腎臓近位尿細管由来HK-2細胞にGSH合成阻害剤であるブチオニンスルホキシイミン(BSO)を処理し、ROSを上昇させ細胞毒性を引き起こすモデルを確立する。その後、細胞の生存率やミトコンドリア障害に関連する遺伝子の発現量の測定、蛍光染色によりミトコンドリア品質の観察を行い、ビタミンKの添加によるHK-2細胞への保護効果とその作用機序を解明する。
【研究成果】BSOを添加して細胞毒性を引き起こした細胞でのROSの増加、およびミトコンドリア障害・断片化が引き起こされることが確認できた。またビタミンKを添加することにより、ミトコンドリアROSの減少、ミトコンドリア品質の改善が観察された。ミトコンドリアの品質（融合と分裂）に関わる遺伝子OPA1とDrp1の発現量がビタミンKの添加により、健常細胞と同じレベルに戻り、ビタミンKの添加によりミトコンドリア障害の改善が観察された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本申請ではビタミンKによる腎臓の脂肪蓄積とミトコンドリア障害の改善作用の解明のために、まず脂肪の蓄積によるROSが増加し、細胞死に至ることより、ROSを増加させ細胞毒性を引き起こすモデルを確立し、近位尿細管培養細胞への酸化ストレス負荷によるミトコンドリア機能への影響を検討すること、細胞毒性に対するビタミンKの保護作用の機序解明を行った。

Strategy for Future Research Activity

今後の研究は、現時点で明らかになったビタミンKによるHK-2細胞へのミトコンドリア保護効果について、さらに細胞外フラックスアナライザーを用いてミトコンドリアの電子伝達系の機能への影響を調べることと、動物実験による腎臓の脂質毒性への保護効果を検討すること。近年、ビタミンKの新規機能について、申請者がいくつのモデルを用いて調べた。ビタミンKが生活習慣病や糖尿病などに保護作用があることを示した。さらに、脂肪蓄積した腎臓近位尿細管細胞のATP産生の低下を確認し、ビタミンKの投与により脂質毒性に対する保護効果があるかどうか更なる検討を要する。この作用機序の解明による、ビタミンK投与の対象疾患を広げることができるかどうか検討する予定。