機能性ナノ分子によるマクロファージ機能変換と慢性腎臓病の治療

• 研究課題/領域番号: 23K25222
• 補助金の研究課題番号: 22H03968 (2022-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2022-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90120:生体材料学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人国立循環器病研究センター
• 研究代表者: 姜 貞勲 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 室長 (50423512)
• 研究分担者: 猪口 淳一 琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (10403924) ; 村田 正治 九州大学, 先端医療オープンイノベーションセンター, 教授 (30304744) ; 戸井田 力 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (40611554)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円); 2024年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 慢性腎臓病 / マクロファージ細胞 / ナノ医薬 / 炎症制御 / 組織修復 / ナノ分子 / 抗炎症

研究開始時の研究の概要

腎臓組織の炎症と線維化が惹起されて重症化すると、慢性腎臓病（chronic kidney disease: CKD）に至り、最悪の場合は末期腎不全に陥る。腎損傷部位に浸潤する炎症性M1型マクロファージは腎炎と腎線維化においてキーとなる細胞であり、慢性腎臓病の進行に深く関わっている。もし、炎症性M1型マクロファージを抗炎症・組織修復性M2型マクロファージに機能変換ができる手段が存在すれば、腎線維化の抑制と腎損傷部位の修復の両方が期待できる。本研究では、M1型からM2型に機能変換を可能とする機能性ナノ分子による腎炎と腎線維化の抑制および腎損傷部位の修復を評価し、CKDの治療剤としての可能性を探る。

研究実績の概要

機能性ナノ分子（抗炎症性タンパク質をナノ分子本体に修飾したもの）による治療効果における分子メカニズムを理解するために、機能性ナノ分子の受容体の同定を行った。ナノ分子本体（抗炎症性タンパク質非修飾）にある脂質がマクロファージ細胞を認識する重要な分子であると判断し、その受容体を標的とした阻害実験を実施した。阻害剤の存在下では、マクロファージ細胞による機能性ナノ分子の貪食量が有意に減少することを確認した。一方、ナノ分子に修飾された抗炎症性タンパク質はナノ分子本体の受容体には結合しなかった。これらの結果から、機能性ナノ分子は抗炎症性タンパク質によるSTAT3の刺激に加え、ナノ分子本体の受容体の下流に存在するSTAT3を同時に刺激することで、相乗的に抗炎症効果を上げることが分かった。
また、長時間の高脂肪食給餌による腎傷害と機能性ナノ分子の投与による改善効果を検証した。高脂肪食給餌マウスは通常食給餌マウスに比べて糸球体（glomerulus）のサイズが有意に拡大することを確認した。高脂肪食給餌マウスに機能性ナノ分子とPBSを投与した場合、機能性ナノ分子投与群はPBS投与群に比べ、糸球体の肥大を顕著に抑制することが確認できた。線維化組織は高脂肪食給餌により若干増加している傾向が見られたが、機能性ナノ分子投与による治療効果に加え、より詳細な検討が必要であると判断した。さらに、PAS染色や、尿細管の傷害マーカーによる免疫染色を行い、尿細管の膨張と傷害に対する治療効果を入念に確認する必要があり、引き続き検討する予定である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

機能性ナノ分子の受容体の同定は予定通りに実施し、機能性ナノ分子による抗炎症効果にナノ分子本体の受容体が深く関与することを証明した。一方、抗炎症性タンパク質はナノ分子本体の受容体には結合しなかったことから、抗炎症性タンパク質の受容体とナノ分子本体の受容体、それぞれのシグナルが相乗的に働いて抗炎症効果を増大させることを明らかにした。さらに、我々が既に報告した修飾法でプロテインＧ修飾ナノ分子を作製した。このナノ分子は血中安定性に優れていることを再度確認したため、抗炎症性タンパク質との共修飾も視野に入れている。
肥満は腎臓病の原因の一つであるため、高脂肪食給餌マウスにおける機能性ナノ分子の治療評価を検討した。機能性ナノ分子の投与による糸球体のサイズの減少を確認した。しかし、線維化や尿細管に対する治療効果を明らかにするためには更なる検討が必要であることが分かった。

今後の研究の推進方策

1）機能性ナノ分子の最適化：異なる二種類の機能性ナノ分子（100 nm以下と300 nmのサイズ）を作製し、炎症性マクロファージ細胞における抗炎症効果の差を検証する。また、機能性ナノ分子をマウスの尾静脈から投与し、血中安定性、体内動態、各組織（肝蔵、脾臓、腎臓、肺、および心臓）への蓄積などを調べると同時に、機能性ナノ分子の毒性も確認する予定である。
2）高脂肪食給餌マウスにおける治療効果の検討：長時間の高脂肪食給餌による腎臓の異変と機能性ナノ分子の投与による改善効果に関する追加評価として、組織切片評価（糸球体肥大、HE染色；炎症性細胞浸潤、F4/80染色；線維化組織、シリウスレッド染色またはマッソントリクローム染色；石灰化、von Kossa染色）を行う。
3）慢性腎臓病のマウスモデルにおける治療効果の検討：腎部分摘除（5/6腎摘除）マウスモデルあるいはアデニン誘発慢性腎臓病マウスモデルを作製し、機能性ナノ分子の投与による機能改善効果を確認する予定である。また、分子メカニズムの解明のために、機能性ナノ分子の添加によるマクロファージ細胞の表現型の変化に加え、サイトカイン産生パターンの変化を調べる。