腎疾患における生体内酸化ストレス動態の非侵襲的画像化解析と抗酸化療法への応用

• 研究課題/領域番号: 15790427
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 腎臓内科学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 平山 暁 筑波大学, 大学院・人間総合科学研究科, 講師 (20323298)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2004年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 2003年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: 電子スピン共鳴 / ESR(EPR)イメージング / スピンプローブ / 虚血再潅流急性腎不全 / 酸化ストレス / Nrf2 / 糖尿病性腎症 / phosphatidylcholine hydroperoxide

研究概要

本研究では,in vivo計測の利点を生かし,腎疾患発症前の段階からラジカル消去能を各臓器毎にESR画像化解析を行い,リアルタイムの酸化ストレス変化を追跡し,病態発症・進展への関与を明らかにすることを目的とした.
1.ストレプトゾトシン(STZ)投与Nrf2遺伝子欠損マウスにおける検討
In vivo ESR測定の結果STZ投与Nrf2遺伝子欠損マウスではSTZ投与野生型に比べスピンプローブCarbamoyl-PROXYLの消失半減期がSTZ投与1週後では短縮し,2週以降は延長に転じた.STZ投与モデルはNOの強い関与が知られているが,STZ投与Nrf2遺伝子欠損マウスにNO合成酵素阻害剤L-NAMEおよびマンニトールを投与するとCarbamoyl-PROXYL消失半減期は回復した.このことよりSTZ投与Nrf2遺伝子欠損マウスではペルオキシナイトライト-ヒドロキシラジカル系を介した酸化ストレス亢進が存在することが示唆された.
2.虚血再潅流障害による急性腎不全モデルにおける検討
片腎摘出,片腎30-45分の虚血再潅流モデル作成し,ESRイメージングにより腎局所での酸化ストレス変動評価の可能性を検討した.Carbamoyl-PROXYL静注後約30分間に4-6回程度のESRイメージが撮像可能であり,静注直後の像から特定された腎,肝など特定領域の画素値を経時的に片対数グラフにプロットするとR^2=0.90程度の相関関数を持って近似可能であった.この方法により得られた腎の半減期は,虚血再潅流後3日目に延長し,7日目では部分的な回復に留まることを示した.一方従来のL-band ESR測定では上腹部でのCarbamoyl-PROXYL半減期は7日目には虚血前のレベルに戻り,腎でのESRイメージングの結果と解離した.このため臓器ホモジネートを作成し,フェリシアン化カリウムを用いて臓器中の還元能をex vivoで測定したところ,その結果はESRイメージングの結果と合致するものであった.以上よりESRイメージング法が従来のL-band ESR法よりも腎障害時の酸化ストレス評価として適切であると考えられた.

研究成果

• [雑誌論文] In vivo imaging of oxidative stress in ischemia-reperfusion renal injury using electron paramagnetic resonance. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirayama A. et al.
  • 雑誌名: American Journal of Physiology Renal Physiology 208・3
• [雑誌論文] Nrf2-deficiency improves autoimmune nephritis caused by the fas mutation lpr. (2004)
  • 著者名/発表者名: Morito N. et al.
  • 雑誌名: Kidney International 65・5 ページ: 1703-1713
• [雑誌論文] EPR imaging of reducing activity in Nrf2 transcriptional factor deficient mice. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hirayama A. et al.
  • 雑誌名: Free Radical Biology & Medicine 34・10 ページ: 1236-1242
• [雑誌論文] Nrf2 regulates the sensitivity of death receptor signals by affecting intracellular glutathione levels. (2003)
  • 著者名/発表者名: Morito N. et al.
  • 雑誌名: Oncogene 22・58 ページ: 9274-9281
• [雑誌論文] Electron paramagnetic resonance imaging of nitric oxide organ distribution in lipopolysuccaride treated mice (2003)
  • 著者名/発表者名: Hirayama A. et al.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biochemistry 244・1 ページ: 63-67
• [雑誌論文] Importance of renal mitochondria in the reduction of TEMPOL, a nitroxide radical. (2003)
  • 著者名/発表者名: Ueda A.et al.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biochemistry 244・1 ページ: 113-118
• [雑誌論文] Inhibition by heparin of protein kinase C activation and hydroxyl radical generation in puromycin aminonucleoside treated isolated rat (2003)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi K. et al.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biochemistry 244・1 ページ: 3-9
• [雑誌論文] The antioxidant EPC-K1 ameliorates brain injury by inhibiting lipid peroxidation in a rat model of transient focal cerebral ischemia. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kato N.et al.
  • 雑誌名: Acta Neurochir 145 ページ: 489-493
• [雑誌論文] Antioxidant capacity in rat skeletal muscle tissues determined by electron spin resonance. (2003)
  • 著者名/発表者名: Masuda K. et al.
  • 雑誌名: Comparative Biochemistry and Physiology Part B : Biochemistry and Molecular Biology 134・2 ページ: 215-220
• [雑誌論文] Oxidative stress during leukocyte absorption apheresis (2003)
  • 著者名/発表者名: Hirayama A. et al.
  • 雑誌名: Journal of Clinical Apheresis 18・2 ページ: 61-66
• [図書] Application of EPR Imaging to the Pathophysiological Analysis of Acute Renal Failure and Antioxidative Effects of Erythropoietin. In The Proceedings of the 12th Biennial Meeting of the Society for Free Radical Research International. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirayama A.et al.(edited by Boveris A.et al.)
  • 総ページ数: 395
  • 出版者: Medimond S.r.l.(Bologna, Italy)
• [図書] 腎とフリーラジカル 第7集・ESRイメージングによる腎抗酸化能変化のin vivo無侵襲定量解析法の確立とエリスロポエチンによる臓器保護効果測定への応用 (2004)
  • 著者名/発表者名: 平山 暁 他
  • 総ページ数: 190
  • 出版者: 東京医学社・東京
• [文献書誌] Hirayama A. et al.: "EPR imaging of reducing activity in Nrf2 transcriptional factor deficient mice."Free Radical Biology & Medicine. 34,10. 1236-1242 (2003)
• [文献書誌] Hirayama A.et al.: "Electron paramagnetic resonance imaging of nitric oxide organ distribution in lipopolysuccaride treated mice"Molecular and Cellular Biochemistry. 244,1. 63-67 (2003)
• [文献書誌] Ueda A.et al.: "Importance of renal mitochondria in the reduction of TEMPOL, a nitroxide radical."Molecular and Cellular Biochemistry. 244,1. 113-118 (2003)
• [文献書誌] Morito N.et al.: "Nrf2 regulates the sensitivity of death receptor signals by affecting intracellular glutathione levels."Oncogene. 22,58. 9274-9281 (2003)
• [文献書誌] Morito N.et al.: "Nrf2-dificiency improves autoimmune mephritis caused by the fas mutation lpr."Kidney International. (In press). (2004)
• [文献書誌] Masuda K.et al.: "Antioxidant capacity in rat skeletal muscle tissues determined by electron spin resonance."Comparative Biochemistry and Physiology Part B : Biochemistry and Molecular Biology. 134,2. 215-220 (2003)
• [文献書誌] 平山 暁 他: "ESRイメージングによる腎抗酸化能変化のin vivo無侵襲定量解析法の確立とエリスロポエチンによる臓器保護効果測定への応用"腎とフリーラジカル. 第7集(In press). (2004)
• [文献書誌] Aoyagi K.et al.: "Inhibition by heparin of protein kinase C activation and hydroxyl radical generation in puromycin aminonucleoside treated isolated rat hepatocytes"Mol.Cell.Biochem.. 244(1). 3-9 (2003)
• [文献書誌] Kato N.et al.: "The antioxidant EPC-K1 ameliorates brain injury by inhibiting lipid peroxidation in a rat model of transient focal cerebral ischemia."Acta Neurochir. 145. 489-493 (2003)
• [文献書誌] Hirayama A.et al.: "Oxidative stress during leukocyte absorption apheresis."Journal of Clinical Apheresis. 18(2). 61-66 (2003)