心臓虚血再灌流障害の病態形成に関わるレドックス代謝破綻と酸化脂質種生成機序の解明

• 研究課題/領域番号: 23KJ1944
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分53020:循環器内科学関連
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 市原 元気 東海大学, 医学研究科 代謝疾患研究センター, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2023-04-25 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 心筋梗塞 / 虚血再灌流障害

研究開始時の研究の概要

まずは虚血再灌流障害における詳細なRedox代謝変化を詳細に検討するため、空間的および時間的な網羅的代謝解析技術を確立する。マイクロ波による心臓処理を行うことで代謝産物の死後のdegradationを完全に抑制し、虚血再灌流時のRedox代謝産物の局在の可視化を試みる。さらに、虚血および再灌流に伴いダイナミックに変化する代謝産物の推移を時間軸で把握するために、メタボローム解析とマイクロダイアリシス法を組み合わせた解析に挑戦する。これらの結果から、虚血時におよび再灌流時の心筋細胞内外で生じている生命現象を包括的に把握し、これまでにない虚血再灌流障害の治療標的分子を探索する。

研究実績の概要

虚血性心疾患は世界中で死因の大きな割合を占める一方で、虚血再灌流障害に対する有効な治療法は確立していない。この虚血再灌流障害の病態には、活性酸素種が関与していることが従来より報告されている。虚血中に細胞内でコハク酸が蓄積し、再灌流時に急激な再酸素化が生じると、ミトコンドリアの電子伝達系においで電子の逆流現象（Reverse Electron Transport）が生じて多量の活性酸素種が発生する。これらの活性酸素種はミトコンドリアを含めた細胞内の種々の酵素やトランスポーターの活性を障害し、細胞の恒常性維持機構を破綻させる。近年では活性酸素種が脂質に及ぼす影響についても注目されており、酸化脂質の虚血再灌流障害の病態への関与についてはフェロトーシスに代表されるような特定の形態の細胞死につながると考えられている。しかし虚血再灌流の過程においてどの場所にどのタイミングで生じた活性酸素種がどれほどの影響をもつのかについては明らかでない。これを解明するため、今年度は通常のストレスを与えていないマウスを用いて各種臓器を採取し、液体クロマトグラフィー質量分析を通じて基礎的な解析を行った。18O安定同位体酸素を吸入することで、酸素添加酵素によって生成される生理活性物質の代謝経路の活性化度を評価した。その結果、各種臓器で異なる比率でモノアミンのターンオーバーがあることなどを特定した。今後はさらに生理的なストレスや病的なモデルを用いて解析を進める方針である。

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

基礎的な検討に加えて、心筋梗塞モデルおよび心臓虚血再灌流モデルの作製を計画しているためである。これに際して、マイクロウェーブ法を用いて心臓サンプルを処理し、各種安定同位体代謝物を使ったメタボリックイメージングによるFlux解析の可能性を検証する。具体的には、梗塞部、梗塞周辺部、非梗塞部での代謝の変化を調査し、代謝産物を介した心筋組織内の細胞間コミュニケーションを解析する。また、虚血部位の代謝変化を時空間的な分布を詳細に把握する。

今後の研究の推進方策

今後の研究では、質量分析のスクリーニング能力を活かして心筋梗塞および虚血再灌流流域での新規の代謝産物を探索する。これにより、未知のバイオマーカーの同定や、虚血再灌流障害軽減のための手法を創出する予定である。これらの取り組みにより、心臓疾患における代謝の理解を深め、新たな治療法や診断手法の開発に貢献することを目指す。

研究成果

• [雑誌論文] MRP1-Dependent Extracellular Release of Glutathione Induces Cardiomyocyte Ferroptosis After Ischemia-Reperfusion (2023)
  • 著者名/発表者名: Genki Ichihara, Yoshinori Katsumata, Yuki Sugiura, Yuta Matsuoka, Rae Maeda, Jin Endo, Atsushi Anzai, Kohsuke Shirakawa, Hidenori Moriyama, Hiroki Kitakata, Takahiro Hiraide, Shinichi Goto, Seien Ko, Yuji Iwasawa, Kazuhisa Sugai, Kyohei Daigo, Shinya Goto, Kazuki Sato, Ken-Ichi Yamada, Makoto Suematsu, et al.
  • 雑誌名: Circulation Research 巻: 133 号: 10 ページ: 861-876
  • DOI: 10.1161/circresaha.123.323517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 心臓拡散MRI (2023)
  • 著者名/発表者名: 市原元気
  • 学会等名: 日本核磁気共鳴医学会
  • 招待講演
• [学会発表] MRP1-Dependent Extracellular Release of Glutathione Induces Cardiomyocyte Ferroptosis After Ischemia-Reperfusion (2023)
  • 著者名/発表者名: Genki Ichihara
  • 学会等名: Keystone Symposia
  • 国際学会
• [学会発表] MRP1-Dependent Extracellular Release of Glutathione Induces Cardiomyocyte Ferroptosis After Ischemia-Reperfusion (2023)
  • 著者名/発表者名: Genki Ichihara
  • 学会等名: AHA Scientific Session
  • 国際学会