循環器系疾患における組織および血管内での活性酸素動態の無侵襲解析

• 研究課題/領域番号: 14207105
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用薬理学・医療系薬学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 内海 英雄 九州大学, 大学院・薬学研究院, 教授 (20101694)
• 研究分担者: 竹下 彰 九州大学, 大学院・医学研究院, 名誉教授 (30038814) ; 安井 久喬 九州大学, 大学院・医学研究院, 名誉教授 (20089923) ; 古賀 登 九州大学, 大学院・薬学研究院, 教授 (60161890) ; 平田 拓 山形大学, 工学部, 助教授 (60250958) ; 井口 登與志 九州大学, 大学院・医学研究院, 講師 (00294926) ; 輿石 一郎 九州大学, 薬学研究院, 助教授 (20170235) ; 門司 晃 九州大学, 医学研究院, 助手 (00294942)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 50,440千円 (直接経費: 38,800千円、間接経費: 11,640千円); 2004年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円); 2003年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円); 2002年度: 26,520千円 (直接経費: 20,400千円、間接経費: 6,120千円)
• キーワード: 活性酸素 / フリーラジカル / 電子スピン共鳴 / 糖尿病 / 肥満 / ニトロキシルラジカル / 生体計測ESR / スピンプローブ / 循環器疾患 / 無侵襲解析 / 心不全 / トランスジェニックマウス

研究概要

多くの循環器系疾患の成因・進展に活性酸素・フリーラジカルが関与することが示唆されている。生体内での活性酸素・フリーラジカルの産生を無侵襲解析するために、ニトロキシルラジカルをスピンプローブ剤として生体計測電子スピン共鳴(ESR)法で解析する方法を開発し、シグナル減衰速度を活性酸素産生の指標として、多くの病態モデル動物で活性酸素・フリーラジカルの関与を明らかにしてきた。
そこで本研究では、循環器系疾患である糖尿病や肥満のモデル動物における活性酸素産生を無侵襲測定した。糖尿病や肥満のモデル動物にニトロキシルラジカルであるカルバモイルプロキシルを尾静脈内投与して無侵襲計測したところ、対照群と比較してシグナル減衰速度が亢進し、その亢進はα-トコフェロールやSODにより抑制されたことから、モデル動物の血管内における活性酸素の産生が示唆された。また、この亢進はプロテインキナーゼC阻害剤CGP41251やNADPHオキシダーゼ阻害剤アポシニンにより抑制されたことから、活性酸素産生は血管内のNADPHオキシダーゼに由来する可能性が考えられた。
疾患における活性酸素動態の画像解析を行う上で、その生成部位を特定の臓器・組織と対応付けることは不可欠であることから、ESRI/MRI融像システムを試作した。膜透過性の異なるニトロキシルラジカルをマウスに尾静脈内投与してESRI/MRI計測を行い、血管内のみに分布するプローブ剤と組織内にも移行するプローブ剤との体内動態の相違を明らかにした。
また、ESR感度向上の目的でニトロキシルラジカルの窒素核を^<15>Nで標識した^<15>N標識プローブ剤、および^<15>Nニトロキシルラジカルの水素核を重水素で標識した^<15>N, D標識プローブ剤を合成した。さらに、動物計測における呼吸・拍動に由来するノイズを抑制するため、自動周波数チューニング制御(ATC)や自動マッチング制御(AMC)を開発し、生体計測での制御特性を検討した。
以上より、本研究では循環器系疾患の中で糖尿病や肥満における活性酸素動態の無侵襲解析を行い、血管内での活性酸素産生を明らかにした。今後、ESRI/MRI融像システムや新規合成プローブ剤の適用により活性酸素動態を高感度に画像解析することで、循環器系疾患の成因・進展における活性酸素・フリーラジカル動態の解明が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis and EPR studies of 2-N-tert-Butylaminoxylpurine derivatives (2005)
  • 著者名/発表者名: Kaneko, T, Aso, M, Koga, N, Suemune, H.
  • 雑誌名: ORGANIC LETTERS 7(2) ページ: 303-306
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Synthesis and EPR studies of 2-N-tert-Butylaminoxylpurine derivatives (2005)
  • 著者名/発表者名: Kaneko, T, Aso, M, Koga, N, Suemune, H
  • 雑誌名: Organic Letters 7 ページ: 303-306
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Overexpression of Inducible nitric oxide synthase in rostral ventrolateral medulla causes hypertension and sympathoexcitation via an increase in oxidative stress (2005)
  • 著者名/発表者名: Kimura, Y. et al.
  • 雑誌名: CIRCULATION RESEARCH 96(2) ページ: 252-260
• [雑誌論文] Synthesis and EPR studies of 2-N-tert-Butylaminoxylpurine derivatives (2005)
  • 著者名/発表者名: Kaneko, T. et al.
  • 雑誌名: ORGANIC LETTERS 7(2) ページ: 303-306
• [雑誌論文] Non-invasive analysis of reactive oxygen species generated in rats with water immersion restraint-induced gastric lesions using in vivo electron spin resonance spectroscopy. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yasukawa, K., Kasazaki, K., Hyodo, F., Utsumi, H.
  • 雑誌名: Free Radic Res 38 ページ: 147-155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Overexpression of glutathione peroxidase prevents left ventricular remodeling and failure after myocardial infarction in mice. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shiomi, T., Tsutsui, H., Matsusaka, H., Murakami, K., Hayashidani, S., Ikeuchi, M., Wen, J., Kubota, T., Utsumi, H., Takeshita, A.
  • 雑誌名: Circulation 109 ページ: 544-549
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nox4 as the major catalytic component of an endothelial NAD(P)H oxidase. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ago, T., Kitazono, T., Ooboshi, H., Iyama, T., Han, Y.H., Takada, J., Wakisaka, M., Ibayashi, S., Utsumi, H., Iida, M.
  • 雑誌名: Circulation 109 ページ: 227-233
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] In vivo measurement of redox status in streptozotocin-induced diabetic rat using targeted nitroxyl probes (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamada, KI, Inoue, D, Matsumoto, S, Utsumi, H
  • 雑誌名: ANTIOXIDANTS & REDOX SIGNALING 6(3) ページ: 605-611
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Evidence for contribution of vascular NAD(P)H oxidase to increased oxidative stress in animal models of diabetes and obesity (2004)
  • 著者名/発表者名: Sonta, T, Inoguchi, T, Tsubouchi, H, Sekiguchi, N, Kobayashi, K, Matsumoto, S, Utsumi, H, Nawata, H
  • 雑誌名: FREE RADICAL BIOLOGY AND MEDICINE 37(1) ページ: 115-123
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Decoupling of automatic control systems in a continuous-wave electron paramagnetic resonance spectrometer for biomedical applications (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Hirata, H.Watanabe, M.Kumada, K.Itoh, H.Fujii
  • 雑誌名: NMR in Biomedicine 17(5) ページ: 295-302
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] In vivo oxygen radical generation in the skin of the protoporphyria model mouse with visible light exposure : An L-band ESR study (2004)
  • 著者名/発表者名: Takeshita, K, Takajo, T, Hirata, H, Ono, M, Utsumi, H.
  • 雑誌名: JOURNAL OF INVESTIGATIVE DERMATOLOGY 122(6) ページ: 1463-1470
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nonequivalent spectra of unpaired electrons in field and frequency modulation (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Hirata, T.Kuyama, M.Ono, Y.Shimoyama
  • 雑誌名: Journal of Magneic Resonance 168(2) ページ: 252-258
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Extensive use of polytetrafluoroethylene artificial grafts for prolapse of posterior mitral leaflet (2004)
  • 著者名/発表者名: Tomita Y, Yasui H, Iwai T, Nishida T, Morito S, Masuda M, Sano T, Nishimura Y, Tatewaki H.
  • 雑誌名: Ann Thorac Surg 78(3) ページ: 815-819
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] In vivo measurement of redox status in streptozotocin-induced diabetic rat using targeted nitroxyl probes. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamada, KI, Inoue, D, Matsumoto, S, Utsumi, H
  • 雑誌名: Antioxidants & Redox Signaling 6 ページ: 605-611
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Evidence for contribution of vascular NAD(P)H oxidase to increased oxidative stress in animal models of diabetes and obesitv (2004)
  • 著者名/発表者名: Sonta, T, Inoguchi, T, Tsubouchi, H, Sekiguchi, N, Kobayashi, K, Matsumoto, S, Utsumi, H, Nawata, H
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med 37 ページ: 115-123
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Decoupling of automatic control systems in a continuous-wave electron paramagnetic resonance spectrometer for biomedical applications (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Hirata, H.Watanabe, M.Kumada, K.Itoh, H.Fujii, Nawata, H
  • 雑誌名: NMR in Biomedicine 17 ページ: 295-302
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] In vivo oxygen radical generation in the skin of the protoporphyria model mouse with visible light exposure: An L-band ESR study (2004)
  • 著者名/発表者名: Takeshita, K, Takajo, T, Hirata, H, Ono, M, Utsumi, H
  • 雑誌名: Journal of Investigative Dermatology 17 ページ: 295-302
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Nonequivalent spectra of unpaired electrons in field and frequency modulation (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Hirata, T.Kuyama, M.Ono, Y.Shimoyama
  • 雑誌名: Journal of Magneic Resonance 168 ページ: 252-258
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Extensive use of polytetrafluoroethylene artificial grafts for prolapse of posterior mitral leaflet (2004)
  • 著者名/発表者名: Tomita Y, Yasui H, Iwai T, Nishida T, Morita S, Masuda M, Sano T, Nishimura Y, Tatewaki H
  • 雑誌名: Ann Thorac Surg 78 ページ: 815-819
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Evidence for contribution of vascular NAD(P)H oxidase to increased oxidative stress in animal models of diabetes and obesity (2004)
  • 著者名/発表者名: Sonta, T. et al.
  • 雑誌名: FREE RADICAL BIOLOGY AND MEDICINE 37(1) ページ: 115-123
• [雑誌論文] In vivo measurement of redox status in streptozotocin-induced diabetic rat using targeted nitroxyl probes (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamada, KI. et al.
  • 雑誌名: ANTIOXIDANTS & REDOX SIGNALING 6(3) ページ: 605-611
• [雑誌論文] In vivo oxygen radical generation in the skin of the protoporphyria model mouse with visible light exposure : An L-band ESR study (2004)
  • 著者名/発表者名: Takeshita, K. et al.
  • 雑誌名: JOURNAL OF INVESTIGATIVE DERMATOLOGY 122(6) ページ: 1463-1470
• [雑誌論文] Impaired endothelial function of the umbilical artery after fetal cardiac bypass. (2004)
  • 著者名/発表者名: Oishi, Y. et al.
  • 雑誌名: THE ANNALS OF THORACIC SURGERY 78(6) ページ: 1999-2003
• [雑誌論文] Association between the expression of inducible nitric oxide synthase by chondrocytes and its nitric oxide-generating activity in adjuvant arthritis in rats. (2003)
  • 著者名/発表者名: Yonekura, Y., Koshiishi, I., Yamada, K., Mori, A., Uchida, S., Nakamura, T., Utsumi, H.
  • 雑誌名: Nitric Oxide 8 ページ: 164-169
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Application of in vivo ESR spectroscopy to measurement of cerebrovascular ROS generation in stroke. (2003)
  • 著者名/発表者名: Yamato, M., Egashira, T., Utsumi, H.
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med 35 ページ: 1619-1631
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Confirmation of superoxide generation via xanthine oxidase in streptozotocin-induced diabetic mice. (2003)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, S., Koshiishi, I., Inoguchi, T., Nawata, H., Utsumi, H.
  • 雑誌名: Free Radic Res 37 ページ: 767-772
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Overexpression of tumor necrosis factor-alpha increases production of hydroxyl radical in murine myocardium. (2003)
  • 著者名/発表者名: Machida, Y., Kubota, T., Kawamura, N., Funakoshi, H., Ide, T., Utsumi, H., Li, Y.Y., Feldman, A.M., Tsutsui, H., Shimokawa, H., Takeshita, A
  • 雑誌名: Am J Physiol Heart Circ Physiol 284
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Application of in vivo ESR spectroscopy to pharmaceutical sciences : Evaluation of in vivo inhibitory mechanism of antigastric lesion drugs. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kasazaki, K., Yasukawa, K., Sano, H., Yamada, K., Utsumi, H
  • 雑誌名: Appl Magn Reson 23 ページ: 585-595
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Non-invasive analysis of reactive oxygen species generated in NH_4OH-induced gastric lesions of rats using a 300 MHz in vivo ESR technique. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kasazaki, K., Yasukawa, K., Sano, H., Utsumi, H.
  • 雑誌名: Free Radic Res 37 ページ: 757-766
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] In vivo electron spin resonance-computed tomography/nitroxyl probe technique for non-invasive analysis of oxidative injuries. (2003)
  • 著者名/発表者名: Utsumi, H., Yamada, K.
  • 雑誌名: Arch Biochem Biophys 416 ページ: 1-8
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Protein kinase C-dependent increase in reactive oxygen species (ROS) production in vascular tissues of diabetes : role of vascular NAD(P)H oxidase. (2003)
  • 著者名/発表者名: Inoguchi, T., Sonta, T., Tsubouchi, H., Etoh, T., Kakimoto, M., Sonoda, N., Sato, N., Sekiguchi, N., Kobayashi, K., Sumimoto, H., Utsumi, H., Nawata, H.
  • 雑誌名: J Am Soc Nephrol 14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Control characteristics of an automatic matching control system for in vivo EPR spectroscopy (2003)
  • 著者名/発表者名: H.Hirata, Y.Yamaguchi, T.Takahashi, Z.-W.Luo
  • 雑誌名: Magnetic Resonance in Medicine 50 ページ: 223-227
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Probucol attenuates left ventricular dysfunction and remodeling in tachycardia-induced heart failure : roles of oxidative stress and inflammation. (2002)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, R., Egasira, K., Machida, Y., Hayashidani, S., Takeya, M., Utsumi, H., Tsutsui, H., Takeshita, A.
  • 雑誌名: Circulation 106 ページ: 362-367
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Amyloid-beta-protein (A beta)(25-35)-associated free radical generation is strongly influenced by the aggregational state of the peptides (2002)
  • 著者名/発表者名: Monji, A., Utsumi, H., Ueda, T., Imoto, T., Yoshida, I., Hashioka, S., Tashiro, K., Tashiro, N
  • 雑誌名: Life Science 70 ページ: 833-841
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Probucol attenuates left ventricular dysfunction and remodeling in tachycardia-induced heart failure : roles of oxidative stress and inflammation. (2002)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, R., Egashira, K., Machida, Y., Hayashidani, S., Takeya, M., Utsumi, H., Tsutsui, H., Takeshita, A.
  • 雑誌名: Circulation 106 ページ: 362-367
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Amyloid-beta-protein (A beta) (25-35)-associated free radical generation is strongly influenced by the aggregational state of the peptides (2002)
  • 著者名/発表者名: Monji, A., Utsumi, H., Ueda, T., Imoto, T., Yoshida, I., Hashioka, S., Tashiro, K., Tashiro, N
  • 雑誌名: Life Science 70 ページ: 833-841
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Shiomi T, Tsutsui H, Matsusaka H, Murakami K, Hayashidani S, Ikeuchi M, Wen J, Kubota T, Utsumi H, Takeshita A: "Overexpression of glutathione peroxidase prevents left ventricular remodeling and failure after myocardial infarction in mice"Circulation. 109(4). 544-549 (2004)
• [文献書誌] Ago T, Kitazono T, Ooboshi H, Iyama T, Han YH, Takada J, Wakisaka M, Ibayashi S, Utsumi H, Iida M: "Nox4 as the major catalytic component of an endothelial NAD(P)H oxidase"Circulation. 109(2). 227-233 (2004)
• [文献書誌] Yamato M, Egashira T, Utsumi H.: "Application of in vivo ESR spectroscopy to measurement of cerebrovascular ROS generation in stroke"Free Radic Biol Med.. 35(12). 1619-1633 (2003)
• [文献書誌] Matsumoto S, Kosiishi I, Inoguchi T, Nawata H, Utsumi H.: "Confirmation of superoxide generation via xanthine oxidase in streptozotocin-induced diabetic mice"Free Radic Res.. 37(7). 767-772 (2003)
• [文献書誌] Inoguchi T, Sonta T, Tsubouchi H, Etoh T, Kakimoto M, Sonoda N, Sato N, Sekiguchi N, Kobayashi K, Sumimoto H, Utsumi H, Nawata H.: "Protein kinase C-dependent increase in reactive oxygen species (ROS) production in vascular tissues of diabetes : role of vascular NAD(P)H oxidase"J Am soc Nephrol. 14(8). S227-S232 (2003)
• [文献書誌] Machida Y, Kubota T, Kawamura N, Funakoshi H, Ide T, Utsumi H, Li YY, Feldman Am, Tsutsui H, Shimokawa H, Takeshita A: "Overexpression of tumor necrosis factor-α increases production of hydroxyl radical in murine myocardium"Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol.. 284(2). H449-H455 (2003)
• [文献書誌] Utsumi H, Seno H, Naruse M, Matsumoto K, Ichikawa K, Oi T.: "Nitroxyl probes for brain research and their application to brain imaging"Methods Enzymol.. 352. 494-506 (2002)
• [文献書誌] Nakamura R, Egashira K, Machida Y, Hayashidani S, Takeya M, Utsumi H, Tsutsui H, Takeshita A.: "Probucol attenuates left ventricular dysfunction and remodeling in tachycardia-induced heart failure : roles of oxidative stress and inflammation"Circulation. 106(3). 362-367 (2002)
• [文献書誌] Monji A, Utsumi H, Ueda T, Imoto T, Yoshida I, Kashioka S, Tashiro K, Tashiro N.: "Amyloid-β-protein (Aβ)(25-35)-associated free radical generation is strongly influenced by the aggregational state of the peptide"Life Sci.. 70(7). 833-841 (2002)
• [文献書誌] Kim SH, Ichikawa K, Koshiishi I, Utsumi H.: "Development of rapid in vitro assay for oxidative liver injury and its application to 230 chemicals"Water Sci. Technol.. 46(11-12). 337-341 (2002)