膵β細胞ブドウ糖毒性から見た新規糖尿病治療薬の探索

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K08638
• Research Institution: Kawasaki Medical School
• Principal Investigator: 金藤 秀明 川崎医科大学, 医学部, 教授 (80448034)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 友彦 川崎医科大学, 医学部, 講師 (50454830)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: インスリン転写因子

Outline of Annual Research Achievements

２型糖尿病発症後に、膵β細胞が慢性的に高血糖に曝されると、β細胞におけるインスリン生合成および分泌障害はさらに顕著化するという悪循環に陥る。この現象はブドウ糖毒性として臨床的にも広く知られている。申請者らはこれまでにこのブドウ糖毒性の分子機構に酸化ストレスおよびその下流のストレスシグナル経路の活性化が関連することを報告している（Kaneto H et al. Int J Mol Sci, 2021; Kaneto H et al. J Diabetes, 2016; Matsuoka T, Kaneto H et al. Diabetes, 2010）。
また申請者らは一貫してインスリン遺伝子の極めて重要な転写因子であるMafAおよびPDX-1に関する研究に携わっている（Obata A, Kaneto H et al. Diabetologia, 2019; Kimura T, Kaneto H et al. Diabetes Obes Metab, 2018; Matsuoka T, Kaneto H et al. Diabetes, 2017; Sasaki S, Kaneto H et al. Diabetologia, 2015）。そうした中で申請者らは、ブドウ糖毒性による膵β細胞障害にはMafAおよびPDX-1の発現の低下が深く関与すること、またその分子メカニズムなどに関して論文報告している（Kaneto H et al. Int J Mol Sci, 2020; Yamamoto K, Kaneto H et al. J Biol Chem, 2013）。さらに、２型糖尿病モデルマウスにおいて、Cre-loxPシステムを用いて、MafAやPDX-1の発現を保持すると、インスリンの生合成、グルコース応答性インスリン分泌が改善し、血糖コントロールも改善することを報告している（Kaneto H et al. Biomedicines, 2022; Matsuoka T, Kaneto H et al. J Biol Chem, 2015）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

申請者らは既に、膵β細胞株 MIN6 において小分子化合物ライブラリーを用いたスクリーニングを進めており、MafA や PDX-1 の発現を増加させる因子をいくつか同定しているが、今後さらにスクリーニングを進める。既に同定された薬剤に関しては、健常マウスからの単離膵島での検討、また（ MafAやPDX-1の発現が低下している）糖尿病モデルマウスからの単離膵島での検討も進めている。SGLT2阻害剤でブドウ糖毒性を軽減させた際のMafAやPDX-1の発現量の変化の検討も既に開始しており、早期投与すれば MafA, PDX-1 などの発現が増加することは確認済みである。細胞培養系で良好な結果でも、動物実験では効果がない可能性もあり、SGLT2阻害薬を用いた検討も行い、新規糖尿病治療薬開発に繋がるようにしている。

Strategy for Future Research Activity

インスリン遺伝子の転写因子であるMafAやPDX-1の発現を増加させる因子を網羅的に検索する。具体的にはG protein- coupled receptor（GPCR）に結合する小分子化合物ライブラリーをはじめとする各種の小分子ライブラリーを順次β細胞株MIN6に投与して、RT-PCRにてMafAやPDX-1のmRNA発現を増やすことのできる因子を網羅的に検索する。その際にインスリンのmRNAの発現も増やしているかも同時に検討して総合的に評価する。現在までのスクリーニングにて既にいくつかの因子が同定されており、今後さらにスクリーニングを続ける。MIN6細胞にて変化を認めた薬剤に関してはマウスからの単離膵島においても同じ結果が得られるかを確認する。現在までのスクリーニングにて健常マウスおよび肥満２型糖尿病モデルdb/dbマウスからの単離膵島を用いた実験で既にいくつかの因子が同定されている。
さらに上記で選択された薬剤に関して、各薬剤の特徴に応じて肥満2型糖尿病モデルマウスであるdb/dbに静脈注射あるいは経口投与し、MafA, PDX-1 の発現量の変化、インスリン生合成、分泌能の変化、さらに血糖コントロールに変化を検討する。細胞培養系では良好な結果でも、動物実験では効果がない可能性もあり、可能性のある薬剤に関してはできるだけ多くの種類の薬剤での検討を計画している。

Causes of Carryover

実験に用いる試薬などが予定よりも安価に入手できたため、「次年度使用額（B-A）」欄が114,699円と「0」より大きくなっています。これに関しましては、実験計画ところにも記載しましたPCRの実験などに使用予定としています。

Research Products

• [Journal Article] Molecular mechanism of pancreatic beta-cell failure in type 2 diabetes mellitus. (2022)
  • Author(s): Kaneto H, Kimura T, Shimoda M, Obata A, Sanada J, Fushimi Y, Matsuoka T, and Kaku K.
  • Journal Title: Biomedicines Volume: 10 Pages: 818
  • DOI: 10.3390/biomedicines10040818
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Favorable effects of imeglimin on pancreatic beta-cells: Imeglimin enhances insulin secretion, preserves the number of insulin granules, improves morphology in mitochondria, and reduces apoptosis in type 2 diabetic mice. (2022)
  • Author(s): Sanada J, Obata A, Fushimi Y, Kimura T, Shimoda M, Nakanishi S, Mune T, Kaku K, and Kaneto H.
  • Journal Title: Scientific Rep. Volume: 12 Pages: 13220
  • DOI: 10.1038/s41598-022-17657-3
• [Journal Article] Association between changes in pancreatic morphology and vascular complications in subjects with type 2 diabetes mellitus: A retrospective study. (2022)
  • Author(s): Iwamoto Y, Kimura T, Tatsumi F, Sugisaki T, Kubo M, Nakao E, Dan K, Wamata R, Iwamoto H, Takahashi K, Sanada J, Fushimi Y, Katakura Y, Shimoda M, Nakanishi S, Mune T, Kaku K, and Kaneto H.
  • Journal Title: Scientific Rep. Volume: 12 Pages: 17166
  • DOI: 10.1038/s41598-022-21688-1
• [Journal Article] Glucagon test is a useful predictor of withdrawal from insulin therapy in subjects with type 2 diabetes mellitus. (2022)
  • Author(s): Iwamoto Y, Kimura T, Tatsumi F, Sugisaki T, Kubo M, Nakao E, Dan K, Wamata R, Iwamoto H, Takahashi K, Sanada J, Fushimi Y, Katakura Y, Shimoda M, Nakanishi S, Mune T, Kaku K, and Kaneto H.
  • Journal Title: Front. Endocrinol. Volume: 13 Pages: 871660
  • DOI: 10.3389/fendo.2022.871660
• [Journal Article] Effect of hyperglycemia-related acute metabolic disturbance on thyroid function parameters in adults. (2022)
  • Author(s): Iwamoto Y, Kimura T, Tatsumi F, Sugisaki T, Kubo M, Nakao E, Dan K, Wamata R, Iwamoto H, Takahashi K, Sanada J, Fushimi Y, Katakura Y, Shimoda M, Nakanishi S, Mune T, Kaku K, and Kaneto H.
  • Journal Title: Front. Endocrinol. Volume: 13 Pages: 869869
  • DOI: 10.3389/fendo.2022.869869
• [Journal Article] Correlation of Baba's diabetic neuropathy classification with various diabetes-related complications. (2022)
  • Author(s): Iwamoto Y, Nakanishi S, Itoh T, Iwamoto H, Sanada J, Fushimi Y, Katakura Y, Kimura T, Tatsumi F, Shimoda M, Mune T, Kaku K, and Kaneto H.
  • Journal Title: Front. Endocrinol. Volume: 13 Pages: 1054934
  • DOI: 10.3389/fendo.2022.1054934