大動脈瘤の新規治療薬の開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25670131
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 石川 義弘 横浜市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (40305470)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 薬理学 / 循環器・高血圧 / シグナル伝達 / 病理学 / 外科

Research Abstract

脂質異常症や高血圧、心不全に対する画期的な薬剤が次々と開発される中、大動脈瘤は数少ない未開発領域である。炎症性疾患や動脈硬化により動脈壁の脆弱化が進み、大血管が拡張あるいは壁解離が進行すると大動脈瘤を生ずる。大動脈瘤は加齢とともに進行するが、動脈瘤の治療は外科的な手術のみであり、進展を抑える薬理学的治療法はない。我々は血管リモデリングの研究を通じて、大動脈瘤にはプロスタグランジン受容体を通じた弾性線維の制御メカニズムが存在すること、さらに大動脈瘤の進展を抑制する薬物療法を見出した。さらに胎児血管系においてもプロスタグランジンが弾性線維形成に重要な役割を果たすことを見出した。とりわけ、これまで正常の大動脈では比較的発現が少ないとされていたプロスタグランジン受容体ＥＰ４は、大動脈瘤形成などの慢性炎症の結果発現が亢進していることが確立された。このことは、正常大動脈にはＥＰ４拮抗剤は作用しないが、病的な大動脈瘤を形成した部位において薬効を示すことを意味する。我々はＥＰ４シグナルが弾性線維の合成酵素の一つであるリジルオキシダーゼの活性を調整することによって、弾性線維の形成を強く制御すること、さらに弾性線維の分解酵素の活性も制御することによって、弾性線維のターンオーバーを強く制御することを培養細胞や動物モデルを用いて実証することができた。これらの実験結果から、これまで治療薬がないとされていた大動脈瘤疾患において、ＥＰ４拮抗剤を活用することによって、積極的な薬物療法が可能となると期待された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成２５年度はＥＰ４シグナルがどのように大動脈瘤において亢進しているかの検討を進めた。これまでの研究成果から、EP4拮抗剤を投与された大動脈の病理標本では、血管弾性線維の発現が保たれていた。これは弾性繊維成分であるエラスチンの、合成が亢進あるいは分解が低下したことを示す。エラスチンはタンパク分解酵素であるＭＭＰによって分解されることから、血管平滑筋組織におけるＭＭＰ活性を検討したところ分解活性が上昇し、EP4拮抗剤の存在下にて減少した。　さらに正常およびＥＰ４欠損マウスに様々な大動脈瘤形成術をほどこして大動脈瘤の形成を比較したところ、欠損マウスにおいて減少していることが分かった。これらのモデルでの検討から、リジルオキシダーゼの合成および分泌における分子レベルでの制御が解明され、EP4拮抗剤の投与により大動脈瘤病変の薬理学的治療が可能であることがわかってきた。これらの結果は、研究計画において予想されたように、炎症型大動脈瘤モデルにおいて、ＥＰ４拮抗剤により大動脈瘤の発症と進展の予防が可能と考えられる。

Strategy for Future Research Activity

血管平滑筋特異的なＥＰ４過大発現モデルでの大動脈瘤形成(平成２６年度計画にて予定)
当初の計画通りに本内容を平成２６年度は試行していく。マウス大動脈瘤組織を用いた器官培養実験では、高濃度のEP4拮抗剤ではMMP活性は亢進し、低濃度では抑制される。そこで、新鮮ヒト大動脈瘤組織においても同様に器官培養を行い、高濃度のEP4拮抗剤ではMMP活性は亢進し、低濃度では抑制されることを実証するとともに、MMPサブタイプとそれぞれの発現変化を比較検討する。またＥＰ４シグナルによって発現・分泌が亢進する物質を質量分析で解析していく。さらに血管平滑筋のＥＰ４発現が、動脈瘤発生に重要な役割を果たすことを実証するために、動物モデルにおいて、血管平滑筋特異的にＥＰ４を発現する遺伝子操作動物を作成した。血管平滑筋特異的なプロモーターを用いて、血管平滑筋にヒトＥＰ４を選択的に過大発現した。すでに３系統が得られており、十分なコロニーを確立することができた。すでに大動脈組織において弾性低下が判明している。そこで本モデルを用いて、ＥＰ４刺激による血管弾性線維形成の低下と動脈瘤病変の検討を行う。これまでの薬物治療は血圧降下など消極的なものだけである。このため動脈瘤そのものの進展を抑制する積極的な治療は存在しない。我々はＥＰ４シグナルの調節による弾性線維の制御により、積極的な大動脈瘤の薬物治療を開発する。大動脈瘤性疾患は循環器系疾患の薬物治療における最後の未開拓分野であり、この分野における萌芽的な研究として完成させたい。

Research Products

• [Journal Article] Geranylgeranylacetone protects the heart via caveolae and caveolin-3. (2014)
  • Author(s): Tsutsumi YM, Tsutsumi R, Hirokawa YT, Sakai Y, Hamaguchi E, Ishikawa Y, Yokoyama U, Kasai A, Kambe N, and Tanaka K.
  • Journal Title: Life Sciences. Volume: 101 Pages: 43-48
  • DOI: 10.1016/j.lfs.2014.02.019. Epub 2014 Feb 26.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prostaglandin E2 Inhibits Elastogenesis in the Ductus Arteriosus via EP4 Signaling. (2014)
  • Author(s): Yokoyama U, Minamisawa S, Shioda A, Ishiwata R, Jin MH, Masuda M, Asou T, Sugimoto Y, Aoki H, Nakamura T, and Ishikawa Y
  • Journal Title: Circulation. Volume: 129 Pages: 487-496
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.113.004726
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-Dimensional Multilayers of Smooth Muscle Cells as a New Experimental Model for Vascular Elastic Fiber Formation Studies. (2014)
  • Author(s): Ishiwata R, Yokoyama U, Matsusaki M, Yoshiya A, Kadowaki K, Ichikaww Y, Umemura M, Fujita T,Minamisawa S, Shimoda H, Mitsuru Akashi M, and Ishikawa Y.
  • Journal Title: Atherosclerosis. Volume: 233 Pages: 590-600
  • DOI: 10.1016/j.atherosclerosis.2014.01.045.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Store-operated Ca2+ entry (SOCE) Regulates Melanoma Proliferation and Cell Migration. (2014)
  • Author(s): Umemura M, Baljinnyam E, Feske S, De Lorenzo MS ,Lai-Hua Xie LH, Feng X, 1, Itoh K, Makino A, Fujita T,Yokoyama U, Iwatsubo M, Chen S, Goydos JS, Ishikawa Y, and Iwatsubo K
  • Journal Title: PLoS ONE. Volume: 9 Pages: e89292
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0089292
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protection of cardiomyocytes from the hypoxia-mediated injury by a peptide targeting the activator of G-protein signaling 8. (2014)
  • Author(s): Sato M, Hiraoka M, Suzuki H, Sakima M, Mamun, AA, Yamane Y, Fujita T, Yokoyama U, Okumura S, and Ishikawa Y.
  • Journal Title: PLoS ONE. Volume: 9 Pages: e91980
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0091980
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hyperthermia generated with ferucarbotran (Resovist®) in an alternating magnetic field enhances cisplatin-induced apoptosis of cultured human oral cancer cells. (2014)
  • Author(s): Sato I, Umemura M, Mitsudo K, Kioi M, Nakashima H, Iwai T, Fujita T, Yokoyama U, Okumura S, Feng X, Ito K, Miyajima A, Makino A, Iwai M, Eguchi H, Iwai T, and Ishikawa Y:
  • Journal Title: J. Physiol. Sci. Volume: 64 Pages: 177-183
  • DOI: 10.1007/s12576-014-0309-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Disruption of Epac1 decreasesphosphorylation of phospholamban and protects theheart against stresses. (2014)
  • Author(s): Okumura S, Fujita T, Cai W, Jin M, Namekata I, Mototani Y, Jin HL, Ohnuki Y, Tsuneoka Y, Kurotani R, Suita Km Kawakami Y, Hamaguchi S, Abe T, Kiyonari H, Tsunematsu T, Bai Y, Suzuki S, Hidaka Y, Umemura M, Ichikawa Y, Yokoyama U, Sato M, Ishikawa F, Izumi-Nakaseko H, Adachi-Akahane S, Tanaka H, and Ishikawa Y.
  • Journal Title: J. Clin. Invest. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
• [Journal Article] Epac1 increases migration of endothelial cells and melanoma cells via FGF2-mediated paracrine signaling. (2014)
  • Author(s): Baljinnyam E, Umemura M, Chuang C, De Lorenzo M, Iwatsubo M, Chen S, Goydos J, Ishikawa Y, Whitelock J, and Iwatsubo K.
  • Journal Title: Pigment Cell & Melanoma Research. Volume: Epub ahead of print Pages: -
  • DOI: 10.1111/pcmr.12250 [Epub ahead of print]
• [Journal Article] The prostanoid EP4 receptor and its signaling pathway. (2013)
  • Author(s): Yokoyama U, Iwatsubo K, Umemura M, Fujita T,and Ishikawa Y
  • Journal Title: Pharmacol Rev. Volume: 65 Pages: 1010-1052
  • DOI: 10.1124/pr.112.007195
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Type Type 5 Adenylyl Cyclase Increases Oxidative Stress by Transcriptional Regulation of MnSOD via the Sirt1/FoxO3a Pathway. (2013)
  • Author(s): Lai L, Yan L, Gao S, Hu CL, Hui G, Davidow A, Park M, Bravo C, Iwatsubo K Ishikawa Y, Auwerx, J, Sinclair D, Vatner SF, and Vatner DE
  • Journal Title: Circulation. Volume: 127 Pages: 1692-1701
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.112.001212.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A role for Piezo2 in EPAC1-dependent mechanical allodynia. (2013)
  • Author(s): Eijkelkamp N, Linley JE, Torres JM, Bee L , Dickenson AH,Gringhuis M , Minett MS, Hong GS, Lee E, Oh U, Ishikawa Y, Zwartkuis FJ , Cox JJ, and Wood, JN
  • Journal Title: Nature Commun. Volume: 4 Pages: 1682
  • DOI: 10.1038/ncomms2673,2013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hight-dose zoledronic acid narrows the periodontal space in rats. (2013)
  • Author(s): Okamoto Y, Hirota M, Monden Y, Murata S, Koyama C, Mitsudo K, Iwai T, Ishikawa Y,and Tohnai I
  • Journal Title: Int J Oral Maxillofac Surg. Volume: 2 Pages: 627-631
  • DOI: 10.1016/j.ijom.2012.11.011,
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Balancing GRK2/ Epac1levels prevents and relieves chronic pain. (2013)
  • Author(s): Wang H, Heijnen CJ, van Velthoven CTJ, Willemen HLDM, Ishikawa Y, Zhang X, Sood AK, Vroon A, Eijkelkamp N, and Kavelaars A
  • Journal Title: J. Clin. Invest. Volume: 123 Pages: 5023-5034
  • DOI: 10.1172/JCI66241.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Adenylyl cyclase type 5 in cardiac disease, metabolism and aging. (2013)
  • Author(s): Vatner SF, Park M, Yan L, Lee G, Lai L, Iwatsubo K, Ishikawa Y, Pessin J, and Vatner DE
  • Journal Title: Am J Physiol Heart Circ Physiol. Volume: 305 Pages: H1-8
  • DOI: 10.1152/ajpheart.00080.2013.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 新生児期における浸透圧感受性TRPチャネルの役割. (2013)
  • Author(s): 横山詩子, 青木理加, 南沢 享, 石川義弘
  • Organizer: 筋生理の集い
  • Place of Presentation: 東京慈恵会医科大学 (東京都）
  • Year and Date: 20131221-20131221
• [Presentation] Prostaglandin Eシグナルによるlysyl oxidase分解亢進が動脈管弾性線維の形成不良を引き起こす. (2013)
  • Author(s): 南沢 享, 横山詩子, 青木浩樹, 中邨智之, 石川義弘
  • Organizer: 生理研研究会―心血管膜輸送分子の構造・機能・病態の統合的研究戦略
  • Place of Presentation: 自然科学研究機構 生理学研究所（愛知県）
  • Year and Date: 20131127-20131128
• [Presentation] 心臓型アデニル酸シクラーゼの選択的阻害剤ビダラビンによる不整脈治療の可能性. (2013)
  • Author(s): 吹田憲治, 藤田孝之, 石川義弘
  • Organizer: 生理学研究所研究会, ―心血管膜輸送分子の構造・機能・病態の統合的研究戦略.
  • Place of Presentation: 自然科学研究機構 生理学研究所（愛知県）
  • Year and Date: 20131127-20131128
• [Presentation] Therapeutic Effect of EP4 Antagonist on Advanced Abdominal Aortic Aneurysm. (2013)
  • Author(s): Yokoyama U, Ishiwata R, Arakawa N, Suzuki S, Masuda M, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 86th Scientific Session, American Heart Association.
  • Place of Presentation: Dallas, USA
  • Year and Date: 20131116-20131120
• [Presentation] Decreased Serum Osmolality Augments the Closure of the Ductus Arteriosus in Neonates. (2013)
  • Author(s): Yokoyama U, Aoki R, Ichikawa Y, Iwasaki S, Seki K, Nishimaki S, Yokota S, Minamisawa S, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 86th Scientific Session, American Heart Association.
  • Place of Presentation: Dallas, USA
  • Year and Date: 20131116-20131120
• [Presentation] Prostaglandin E2 Receptor EP4 Signaling in Vascular Smooth Muscle Decreased Elasticity of the Aorta. (2013)
  • Author(s): Ichikawa Y, Yokoyama U, Iwamoto M, Yokota S, Minamisawa S, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 86th Scientific Session, American Heart Association.
  • Place of Presentation: Dallas, USA
  • Year and Date: 20131116-20131120
• [Presentation] Anti-fibrotic Effect of Prostaglandin E2-EP4 in the Heart. (2013)
  • Author(s): Ishiwata R, Yokoyama U, Inoue S, Ichikawa Y, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 86th Scientific Session, American Heart Association.
  • Place of Presentation: Dallas, USA
  • Year and Date: 20131116-20131120
• [Presentation] A novel nano-magnetic particle with cytotoxic and a novel technology of designing intrinsic ferromagnetism compound. (2013)
  • Author(s): Umemura M, Eguchi H, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 72nd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association.
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Year and Date: 20131003-20131005
• [Presentation] A conventional anti-cancer drug designed artificially with ferromagnetic, EI2573M. (2013)
  • Author(s): Iwai M, Umemura M, Sato I, Nagasako A, Feng X, Hoshino Y, Inoue S, Aoki I, Eguchi H. Ishikawa Y
  • Organizer: The 72nd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association.
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Year and Date: 20131003-20131005
• [Presentation] Cardiac overexpression of Translationally Controlled Tumor Protein (TCTP) prevents the development of doxorubicin-induced heart failure. (2013)
  • Author(s): Fujita T, Cai W, Hidaka Y, Jin H, Jin M, Suita K, Ishikawa Y.
  • Organizer: European Socirty of Cardiology.
  • Place of Presentation: Amsterdam, Netherlands
  • Year and Date: 20130830-20130904
• [Presentation] 温熱治療における新規磁性抗がん剤の役割 (2013)
  • Author(s): 石川義弘
  • Organizer: 第30回日本ハイパーサーミア学会
  • Place of Presentation: 横浜シンポジア（神奈川県）
  • Year and Date: 20130830-20130831
  • Invited
• [Presentation] 抗がん作用を有する新規磁性微粒子を用いたハイパーサーミアへの応用. (2013)
  • Author(s): 佐藤 格, 光藤健司, 梅村将就, 來生 知, 中島英行, 馮 先鋒, 江口晴樹, 石川義弘, 藤内 祝
  • Organizer: 第30回ハイパーサーミア学会
  • Place of Presentation: 横浜シンポジア（神奈川県）
  • Year and Date: 20130830-20130831
• [Presentation] 大動脈瘤進展におけるプロスタグランディンE-EP4の役割. (2013)
  • Author(s): 石渡 遼, 横山詩子, 石川義弘
  • Organizer: 第6回大動脈分子病態研究会
  • Place of Presentation: 久留米大学循環器病研究所（福岡県）
  • Year and Date: 20130822-20130823
• [Presentation] 出生後血清浸透圧変化からみた動脈管開存症発症リスク因子の検討. (2013)
  • Author(s): 青木理加, 横山詩子, 藤田秀次郎, 市川泰広, 岩崎志穂, 関 和男, 西巻 滋, 横田俊平, 石川義弘
  • Organizer: 第49回日本周産期新生児学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Year and Date: 20130714-20130716
• [Presentation] Mouse Overexpressing Prostaglandin E Receptor EP4 in Vascular Smooth Muscle Cells Decreased Elasticity of the Aorta. (2013)
  • Author(s): Ichikawa Y, Yokoyama U, Jin M, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 7th TAKAO International symposium.
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都）
  • Year and Date: 20130713-20130715
• [Presentation] Prostaglandin E2-EP4 signaling promotes secretion of the lipid-relating proteoglycan buglycan in human coronary arteries during development. (2013)
  • Author(s): Kumagaya S, Yokoyama U, Sato A, Nishihara H, Inoue T, Minamisawa S, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 7th TAKAO International symposium.
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都）
  • Year and Date: 20130713-20130715
• [Presentation] Prostaglandin E2-EP4 signaling inhibits vascular elastic fiber formation in the ductus arteriosus. (2013)
  • Author(s): Ishiwata R, Yokoyama U, Jin M, Masuda M, Asou T, Sugimoto Y, Aoki H, Nakamura T, Minamisawa S, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 7th TAKAO International symposium.
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター（東京都）
  • Year and Date: 20130713-20130715
• [Presentation] EP4シグナル制御による大動脈瘤の治療開発. (2013)
  • Author(s): 石渡 遼, 横山詩子, 石川義弘
  • Organizer: 新学術領域 「自然炎症」+「脂質マシナリー」若手ワークショップ
  • Place of Presentation: ルネッサンスリゾート鳴門（徳島県）
  • Year and Date: 20130702-20130704
• [Presentation] Inhibitor of cardiac adenylyl cyclase prevents atrial fibrillation in mice. HD Physiology. (2013)
  • Author(s): Suita K, Cai W, Jin H, Jin M, Fujita T, Okumura S, Ishikawa Y.
  • Organizer: HD Physiology, the 2nd International Symposium.
  • Place of Presentation: 丸ノ内ＭＹＰＬＡＺＡ（東京都）
  • Year and Date: 20130628-20130629
• [Presentation] 新規抗癌剤を用いた口腔癌に対するハイパーサーミアの開発. (2013)
  • Author(s): 佐藤 格, 光藤健司, 梅村将就, 江口晴樹, 石川義弘, 藤内 祝
  • Organizer: 第37回日本頭頸部癌学会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都）
  • Year and Date: 20130613-20130614
• [Presentation] Store-operated Ca2+ entry (SOCE) regulates melanoma progression. (2013)
  • Author(s): Umemura M, Baljinnyam E, Lorenzo M.S.De, Feske S, Xie L, Ishikawa Y, and Iwatsubo K
  • Organizer: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting.
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 20130408-20130412
• [Presentation] Application of a novel nano-magnetic anti-cancer drug to hyperthermia. (2013)
  • Author(s): Umemura M, Fukumura H, Sato I, Feng X, Izuka H, Eguchi H, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting.
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 20130408-20130412
• [Presentation] Targeted drug delivery system and magnetic resonance imaging with intrinsic ferromagnetic nano-particle compound. (2013)
  • Author(s): Eguchi H, Hirata K, Kurotani R, Fukumura H, Singh D.J, Yamamoto M, Sato I, Umemura M, Yamamoto M, Nagashima Y, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting.
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 20130408-20130412
• [Presentation] Thermochemotherapy with controlled drug delivery using a novel magnetic anti-cancer drug. (2013)
  • Author(s): Sato I, Mitsudo K, Umemura M, Feng X, Fukumura H, Eguchi H, Nakashima H, Kioi M, Tohnai, Ishikawa Y..
  • Organizer: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting.
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 20130408-20130412
• [Presentation] Novel thermo-chemotherapy using a new magnetic anti-cancer drug. (2013)
  • Author(s): Sato I, Umemura M, Mitsudo K, Feng X, Baba J, Nakashima H, Kioi M, Eguchi H, Tohnai I, Ishikawa Y.
  • Organizer: The 104 American Association for Cancer Research Annual meeting, Washington.
  • Place of Presentation: Washington DC, USA
  • Year and Date: 20130408-20130412
• [Book] 遺伝子医学ＭＯＯＫ24 最新生理活性脂質研究-実験手法、基礎的知識とその応用- 「大動脈瘤の進展とPGE2」 (2013)
  • Author(s): 横山詩子、金美花、石川義弘
  • Total Pages: 312
  • Publisher: メディカルドゥ社
• [Remarks] 横浜市立大学大学院医学研究科 循環制御医学 ホームページ
  • URL: http://www-user.yokohama-cu.ac.jp/~seiri1/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 三次元組織体及びその製造方法 (2013)
  • Inventor(s): 横山詩子、石川義弘、明石満、松崎典弥
  • Industrial Property Rights Holder: 公立大学法人横浜市立大学、国立大学法人大阪大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2013-212966
  • Filing Date: 2013-10-10