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2020 年度 実施状況報告書

歯周病による心疾患発症メカニズムとEpac1の治療標的としての可能性

研究課題

研究課題/領域番号 18K06862
研究機関鶴見大学

研究代表者

奥村 敏  鶴見大学, 歯学部, 教授 (60233475)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード歯周病 / リポポリサッカライド / 心不全 / アポトーシス / 線維化 / シグナル伝達
研究実績の概要

【目的】
グラム陰性桿菌Porphyromonas gingivalisは歯周病の主要な原因菌であり、その内毒素 (PG-LPS) と心疾患との関連が示唆されているが、その詳細なメカニズムの解析は不十分である。本研究では「PG-LPSによる心筋細胞に発現するtoll-like receptor 4 (TLR4) への慢性刺激が心疾患発症を促進する」という仮説を立て、TLR4特異的遮断薬TAK242を用いて検討を行った。
【材料および方法】雄性マウス(C57BL6/J, 12週齢)を用いてPBS投与群(Control群)、PG-LPS投与群 (0.8mg/kg/day, ip)、 TLR4遮断薬 (TAK242) 投与群 (3mg/ kg/day, ip)、TAK242+PG-LPS併用投与群の4群を作成した。実験開始4週後に生理学解析(心エコー測定)・血清サイトカインレベル解析(Bio-Plexアッセイ法)・実験終了後心臓を摘出し組織学的解析・分子生物学的解析(ウェスタンブロット法:WB)を行った。
【結果】心エコーによる左室収縮能(LVEF:左室駆出率・FS:左室内径短縮率)はControl群に比較してLPS投与群では有意に低下したが、TAK242併用群では、その低下が有意に抑制されていた。Bio-Plexアッセイ法を用いた血清サイトカインレベルの評価は4群間に有意差は無かった。マッソントリクローム染色による線維化領域の割合はControl群に比較してLPS投与群で有意に高値を示したがTAK242併用群では、その上昇が有意に抑制されていた。TUNEL染色によるアポトーシス陽性心筋細胞数はControl群に比較してLPS群では有意に高値、アポトーシス抑制タンパクBCL-2の発現量は有意に低値を示したがTAK併用群では、これらの変化が有意に抑制されていた。
【考察および結論】PG-LPSの慢性投与による心筋リモデリングは、LPS投与に伴う単純な炎症性変化ではなく、PG-LPSによるTLR4への特異的刺激で誘導される心筋細胞死と置換性線維化に起因することが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
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

歯周病の主要な病原菌(Porphylomonas gingivalis:PG菌)由来のリポポリサッカライド(LPS)を中等度の歯周病患者で検出されるレベルの低濃度(0.8mg/kg/day)をマウス(57BL/6/J)に1週間投与することで心筋細胞のアポトーシス、心臓線維化領域の拡大、心機能の低下が見られた。またこれらの所見はTLR4遮断薬であるTAK-242を併用投与することで抑制された。今年度の研究成果と昨年度の研究成果よりTLR4シグナルと心臓型アデニル酸シクラーゼ(5型AC:AC5)-Epac(exchange protein direcly activated by cyclic AMP)経路が相互に関連してPG菌由来のLPSによる心不全発症を誘導している可能性が示唆された。

今後の研究の推進方策

AC5-Epac経路とTLR4シグナルがクロストークしているという仮説の検証を分子レベルで行う。研究代表者はAC5-Epac経路による心筋細胞のアポトーシス、心臓線維化、心機能低下は筋小胞体に存在するホスホランバンならびにリアノジン受容体の過剰なリン酸化による心筋細胞内カルシウム制御異常が原因であることを報告している(Okumura et al. J Clin Invest 2014)。本仮説が正しければPG-LPS投与群ではAC5-Epac1経路に関連するシグナルの活性化がみられるが、TAK-242併用投与群ではその変化が抑制されると考えている。また単離心筋細胞を用いてPG-LPS投与群ではカルシウムトランジェントが低下するがTAK-242併用投与群ではカルシウムトランジェントの低下が抑制されると考えている。以上の予想される実験結果を検証して研究成果を国際誌に原著論文で発表する。

次年度使用額が生じた理由

2020年度に行う実験が、新型コロナウイルス感染拡大のため国内在庫が欠品で、海外から取寄せの必要のある試薬類の入荷が遅延し論文投稿が遅れたため。現在論文投稿中(リバイス中)である。査読者より要求されている追加実験(カルシウムトランジェント測定と大腸菌由来LPSとPG-LPSの比較)を行う予定である。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Effects of occlusal disharmony on cardiac fibrosis, myocyte apoptosis and myocyte DNA damage in mice2020

    • 著者名/発表者名
      Yagisawa Y, Suita K, Ohnuki Y, Ishikawa M, Mototani Y, Ito A, Matsuo I, Hayakawa Y, Nariyama M, Umeki D, Saeki Y, Amitani Y, Nakamura Y, Tomonari H, Okumura S
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 15 ページ: e0236547

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0236547

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of occlusal disharmony on susceptibility to atrial fibrillation in mice2020

    • 著者名/発表者名
      Suita K, Yagisawa Y, Ohnuki Y, Umeki D, Nariyama M, Ito A, Hayakawa Y, Matsuo I, Mototani Y, Saeki Y, Okumura S
    • 雑誌名

      Sci Rep

      巻: 10 ページ: 13765

    • DOI

      10.1038/s41598-020-70791-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Gender differences in eating behavior and masticatory performance: An analysis of the Three-Factor-Eating Questionnaire and its association with the body mass index in healthy subjects2020

    • 著者名/発表者名
      Shiozawa K, Mototani Y, Suita K, Ito A, Matsuo I, Hayakawa Y, Kiyomoto K, Tsunoda M, Nariyama M, Ohnuki Y, Okumura S
    • 雑誌名

      J Oral Biosci

      巻: 62 ページ: 359-362

    • DOI

      10.1016/j.job.2020.09.005

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Epac作動薬がマウス心筋の収縮タンパク質リン酸化と収縮性に及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      大貫芳樹、吹田憲治、奥村 敏
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会/第98回日本生理学会大会 合同大会
  • [学会発表] 咬合不調和のストレスがマウスの心機能に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      吹田憲治、大貫芳樹、奥村 敏
    • 学会等名
      第126回日本解剖学会総会・全国学術集会/第98回日本生理学会大会 合同大会
    • 招待講演
  • [学会発表] Mitf遺伝子変異による咬筋のオートファジー抑制2020

    • 著者名/発表者名
      成山明具美、奥村 敏、朝田芳信
    • 学会等名
      第58回小児歯科学会大会
  • [学会発表] Porphylomonas gingivalis由来の内毒素による心疾患発症におけるToll様受容体4遮断薬の抑制効果2020

    • 著者名/発表者名
      松尾一朗、長野孝俊、奥村 敏、五味一博
    • 学会等名
      第63回春季日本歯周病学会学術大会
  • [学会発表] 口腔ストレスに起因する心疾患に対する抗ヘルペス薬 (ビダラビン) の予防効果2020

    • 著者名/発表者名
      早川佳男、吹田憲治、大貫芳樹、石川美佐緒、伊藤愛子、八木澤由佳、松尾一朗、奥村 敏、河原 博
    • 学会等名
      第40回日本歯科薬物療法学会学術大会
  • [学会発表] Mitf遺伝子変異が咬筋における組織リモデリングに及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      成山明具美、大貫芳樹、吹田憲治、伊藤愛子、石川美佐緒、松尾一朗、早川佳男、梅木大輔、朝田芳信、奥村 敏
    • 学会等名
      第62回歯科基礎医学会学術大会
  • [学会発表] Porphylomonas gingivalis由来LPSの慢性投与下におけるβ-アドレナリン受容体シグナルを介した心機能低下に対する影響2020

    • 著者名/発表者名
      松尾一朗、吹田憲治、早川佳男、清本賢一、角田通則、伊藤愛子、石川美佐緒、大貫芳樹、五味一博、奥村 敏
    • 学会等名
      第62回歯科基礎医学会学術大会
  • [学会発表] 抗ヘルペス薬(ビダラビン)は咬合異常に起因する心機能障害に対して心機能に影響を及ぼすことなく予防効果を示す2020

    • 著者名/発表者名
      早川佳男、大貫芳樹、吹田憲治、石川美佐緒、伊藤愛子、松尾一朗、清本賢一、角田通則、河原 博、奥村 敏
    • 学会等名
      第62回歯科基礎医学会学術大会
  • [学会発表] 咬合異常によるストレスはレニンアンジオテンシン系を介し心機能に影響を及ぼす2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤愛子、大貫芳樹、梅木大輔、吹田憲治、石川美佐緒、八木澤由佳、松尾一朗、早川佳男、友成 博、奥村 敏
    • 学会等名
      第62回歯科基礎医学会学術大会
  • [学会発表] Role of renin-angiotensin system for the development of cardiac dysfunction induced by occlusal disharmony2020

    • 著者名/発表者名
      Ito A, Umeki D, Ishikawa M, Yagisawa Y, Okumura S, Tomonari H
    • 学会等名
      The 9th International Orthodontic Congress
    • 国際学会
  • [学会発表] Porphylomonas gingivalis由来のLPSによる心疾患メカニズムの解明2020

    • 著者名/発表者名
      松尾一朗、長野孝俊、奥村 敏、五味一博
    • 学会等名
      第63回秋季日本歯周病学会学術大会
  • [図書] 基礎歯科生理学 第7版2020

    • 著者名/発表者名
      岩田幸一、井上富雄、舩橋誠、加藤隆文 編集 奥村敏他30名執筆
    • 総ページ数
      500
    • 出版者
      医歯薬出版株式会社
    • ISBN
      978-4-263-45846-4

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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