膵島、腺房細胞クロストークを利用した2型糖尿病β細胞容積改善の試み

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K08521
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 水上 浩哉 弘前大学, 医学研究科, 教授 (00374819)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: Carbonic anhydrase IX / 膵島 / β細胞 / 2型糖尿病

Outline of Annual Research Achievements

2型糖尿病（T2D）の発症機序の一つに膵島細胞機能不全がある。その原因に膵島β細胞容積の低下がある。T2Dにおける膵島病理学的変化に低酸素の関与が想定されている。ところが、ヒトのT2D膵島が実際低酸素になっているのかは未だ不明である。そこで、組織学的に検討したところ、低酸素関連分子であるCarbonic　anhydrase-IX（CA-IX）がヒトT2D症例の一部および肥満型T2Dモデルdb/dbマウス膵島周囲腺房細胞にのみ発現が亢進していた。このことは、肥満型T2Dにおいて、腺房細胞にCA-IXの発現が亢進していることを予想させた。特に、db/dbマウスはインスリン分泌が過剰であるため、β細胞から分泌されるインスリンを含む液性因子がその発現を調整していると考えた。
そこで、膵島周囲の腺房細胞CA-IXの生理的役割を解明するため、CA-IX阻害剤を2週間db/dbマウスに投与したところ、耐糖能の改善が認められた。CA-IXノックアウトマウスを作製し、高脂肪食を負荷してインスリン抵抗性を誘導した。しかしながら、高脂肪食負荷では血糖の改善は明らかではなく、腺房細胞にもCA-IXの発現亢進は明らかではなかった。
マウス膵臓から腺房細胞を単離、ex vivoの培養をおこなった。単離腺房細胞では、CA-IXの発現が認められている。しかしながら、インスリン刺激では明らかなCA-IXの発現亢進は認められず、他の因子がその発現に関与していると考えられた。デフェロキサミンを投与してHIF1aを活性化して腺房細胞におけるCA-IXの発現亢進を試みた。しかしながら、デフェロキサミン投与により、細胞障害が起きて細胞死が誘導された。刺激濃度を変更し、検討を加えたが明らかなCA-IXの発現亢進は認められなかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

1.　db/dbマウスとCA-IXノックアウトマウスの交配実験をしているが、まだ実験に使えるほどの群を得られていない。
2.　高脂肪食負荷CA-IXノックアウトマウスで腺房細胞に明らかなCA-IXの発現亢進が認められなかった。
3.　ex vivoの腺房細胞の単離実験を行っているが、CA-IXの発現亢進を起こす因子を見出せていない。デフェロキサミンなどを用いてHIF1aを活性化したが、明らかな発現亢進は見られなかった。

Strategy for Future Research Activity

1.　db/dbマウスとCA-IXノックアウトマウスの交配実験ではマウスの実験スペースの問題もあるため、実験スペースの増加を検討している。より多いケージでマウス数を増やして、実験に用いることができるマウスを確保する予定である。
2.　db/dbマウスの膵臓をプロテオミクスにかけて、網羅的にその発現変化を検討する予定である。
3.　CA-IXノックアウトマウスにインスリン受容体阻害薬を投与することにより、インスリンの過分泌を誘発する。それによりβ細胞の酸素消費を亢進させることによりCA-IXの腺房細胞における発現亢進を誘発する予定である。
4.　ex vivoにおける腺房細胞の単離実験においては、細胞を低酸素状態にしてHIF1aを活性化させ、CA-IXの発現を亢進する予定である。

Causes of Carryover

次年度の研究を充実させた方が研究遂行上、有益であると判断し、今年度の計画を見直した結果、当初予定額との差額が生じた。令和５年度はdb/db+CA-IX欠損マウスを用いた網羅的解析を予定している。