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血管生理学部

1. 肺動脈性肺高血圧症(PAH)病態形成での炎症性サイトカインの役割解明と新しい治療法開発

 当部では炎症性シグナルと肺動脈性肺高血圧症(PAH)の病態形成に着目して研究を進めている。肺動脈性肺高血圧症(PAH)は厚生労働省・指定難病で、その病態形成は遺伝性素因に加えて、炎症や感染、化学物質曝露などの何らかの外的刺激が加わり発症することが報告されている。我々は「炎症性サイトカインがPAHの病態形成にセカンドヒットとして重要な役割を担う」と仮説を立てて、低酸素誘発性肺高血圧症(HPH)モデルマウス系でIL-6/IL-21シグナル軸が肺動脈平滑筋細胞の増殖を促進して肺高血圧症での血管リモデリングを誘導することを報告した(図1:Proc Natl Acad Sci U S A. 112: E2677-86, 2015)。PAHモデル動物の中でHPHマウスは軽症~中等症であることを踏まえ、最重症のPAH動物モデルのSugen5416/Hypoxia/Normoxia(Su/Hx)ラットで検討を進めている。その結果、IL-6やIL-21はSu/HxラットでもPAH病態形成に重要な役割を担う事を見出している(投稿準備中)。IL-21特異的アプタマーをリボミック社と共同開発して、AMED支援下で研究を進めている(Step0: 2018~2019年度、Step1:2020~2022年度)。

肺動脈性肺高血圧症(PAH)病態形成での炎症性サイトカインの役割解明と新しい治療法開発 肺動脈性肺高血圧症(PAH)病態形成での炎症性サイトカインの役割解明と新しい治療法開発

図1.IL-6/IL-21シグナルによるPAH病態形成機構
A)低酸素誘発性肺高血圧マウスに抗IL-6受容体抗体(MR16-1)を投与すると、コントロール抗体投与群に比して有意に肺動脈中膜肥厚が抑制された
B)低酸素で肺動脈内皮細胞、肺動脈平滑筋細胞などでIL-6が産生された結果、肺にTh17細胞が動員される。IL-6依存的にTh17細胞からIL-21が産生されて、IL-21は肺胞マクロファージをM2マクロファージに誘導する。M2マクロファージは液性因子を介して肺動脈平滑筋細胞の増殖を促進する(PNAS2015)

2. PAH病態形成におけるアリルハイドロカーボン受容体の役割解明と新規の診断・治療法開発

 最重症PAHモデル動物のSu/Hxモデルでは、Sugen5416のVEGFR2阻害(血管新生阻害)作用が重症化の鍵と考えられていた。我々は、「Su5416が転写因子のアリルハイドロカーボン受容体(Aryl hydrocarbon receptor; AHR)を活性化することでPAH重症化を誘導する」ことを最近報告した(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 118: e2023899118; 2021)。AHRは芳香族炭化水素化合物のダイオキシンなどの環境ホルモン(毒物)や薬物と結合して活性化されて代謝酵素Cyp1A1, Cyp1B1等を誘導するほか、Th17細胞/制御性T細胞のバランス調節に関わることが知られるリガンド活性化型転写因子である。
 まず、PAH患者と健常者ボランティアより得られた血清でAHRアゴニスト活性を測定すると、PAH患者では健常者に比して有意にAHR活性が上昇していた。AHR活性は軽症より重症患者で高く重症度と相関し、AHRアゴニスト活性の高い群は低い群に比して死亡・肺移植・心不全入院などの複合イベントが有意に多く見られ、PAHの予後予測に有用と考えられた(図2A)。
 次に、Sprague-Dawley (SD)ラットへ強力な内因性AHRアゴニストである6-formylindolo[3,2-b]carbazole(FICZ)を投与して低酸素(Hx)負荷3週間と正酸素負荷を順次行うと、叢状病変様の病変を伴う重症PAH病態をラットに誘導できた(FICZ/Hxモデル)。一方、AHRアゴニスト活性を有さないVEGFR2阻害剤のKi8751やTAK-593を低酸素負荷と組み合わせてラットに負荷しても、PAH病態は誘導されなかった。そこで、AHR欠損(Ahr-/-)ラットを作製して上記のFICZ/Hxモデルで解析すると、Ahr-/-ラットはPAH病態形成に抵抗性を示して、SuHx 重症ラットモデルでもAhr-/-ラットはPAH病態形成に抵抗性を示し、叢状病変、内膜病変などの重症病理像は全く見られなかった。以上より、SuHxラットで重症PAH病態が誘導される主たる分子機序はAHR活性化によることが明らかとなった(図2B)。
 潰瘍性大腸炎の治療で有効性が報告される漢方薬「青黛」を服用した患者で薬剤性PAHの発症が近年報告されていた。青黛にはインディゴなどのAHRアゴニストが含まれるため、ラットに青黛の混餌された飼料を投与して低酸素負荷すると、野生型ではPAH病態が誘導されたが、Ahr-/-ラットはPAH病態が抑制され、青黛誘発性PAHにもAHRの関与が示唆された(図2B)。また、特発性PAH患者の剖検肺での免疫組織染色では、病変部でAHRの核内集積とAHR下流遺伝子のCYP1A1の発現が検出され、特発性PAH患者の肺でもAHR活性化が示された。以上より、AHRはPAHの発症・重症化に重要であることが明らかとなった(図3)。現在、我々はAMED支援の下で新しい診断法・治療法の開発を進めている。

PAH病態形成におけるアリルハイドロカーボン受容体の役割解明と新規の診断・治療法開発 PAH病態形成におけるアリルハイドロカーボン受容体の役割解明と新規の診断・治療法開発

図2
A.PAH患者では血清AHRアゴニスト活性が健常者より上昇しており、活性化能が高いほど重症で予後不良である
B. 野生型ではFICZや青黛などのAHRアゴニストを投与すると重症PAHが誘導されたが、AHR欠損ラットではPAH病変は誘導されなかった

PAH病態形成におけるアリルハイドロカーボン受容体の役割解明と新規の診断・治療法開発

図3.腸から吸収される食物や薬物、その他の体内で産生された化学物質などにより、肺動脈内皮細胞や骨髄由来免疫細胞においてAHRが活性化され、肺病変の炎症や骨髄由来のCD4陽性IL-21陽性T細胞やマクロファージの集積が誘導される。その結果、肺動脈でリモデリングが生じて肺動脈性肺高血圧症(PAH)が発症する(PNAS2021)
(国循プレスリリースも参照:https://www.ncvc.go.jp/pr/release/20210309_press/

3. PAH病態形成におけるRNA結合タンパク質Regnase-1の役割と新規の診断・治療法の開発

 低酸素により発現が誘導される炎症性サイトカインのInterleukin-6(IL-6)がPAH病態を促進することを、我々はPNAS誌で2015年に報告した。一方、PAH病態でどのような細胞において炎症性サイトカインが産生されて病態形成に寄与するかは不明であった。京都大学医学研究科医化学講座の竹内理教授、夜久愛大学院生(当部研修生)との共同研究で、免疫細胞の活性化や炎症を抑える役割を持つRegnase-1に焦点を当てて研究を進めて最近報告した(図4, Circulation. 2022 Sep 27;146(13):1006-1022)。Regnase-1は、IL-1やIL-6などの炎症性サイトカインをはじめとする免疫細胞活性化に関連するタンパク質をコードするmRNAを分解するRNaseとして機能して、免疫応答を抑制するタンパク質である。
 まず、肺高血圧症患者と健常者の末梢血単核球(Peripheral Blood Mononuclear Cells: PBMC)でのRegase-1遺伝子発現量(mRNA量)を比較したところ、肺高血圧症患者ではRegnase-1発現量が有意に低下しており、興味深い事にその予後とも関係が見られた。肺高血圧症のサブグループで見ると、特に膠原病性PAH(Connective tissue disease associated-PAH:CTD-PAH)患者のPBMCでRegnase-1発現量とPAH重症度が有意に負の相関が見られて、Regnase-1が肺高血圧症、特にCTD-PAHの病態に関与する可能性が示唆された。
 PAH病態と関連の深いIL-6やIL-1βなどの炎症性サイトカインは、免疫細胞の1サブタイプの骨髄系細胞で分泌されることを踏まえて、骨髄系細胞でRegnase-1を欠損する2系統のマウス(Regnase-1f/f; CD11c-CreとRegnase-1f/f; LysM-Cre)を作製・解析した。その結果、両系統のマウスは低酸素負荷や薬剤負荷をすることなくPAHを自然発症して、重症PAH患者で見られる病理像である叢状病変 (Plexiform lesion)を呈していた。これまで、マウスのPAHモデルでは叢状病変は殆ど誘導できないとされ、本マウスは重症のPAHモデル動物として非常に貴重で有用である。更に、これらのマウスではCTD-PAH患者に合併するがある肺静脈閉塞症様の病理像と右室のみならず左室にも心臓線維化が観察されて、これらの点からも重症CTD-PAH病態を模態するものと考えられる。
 上記マウスでは、Regnase-1欠損が肺胞マクロファージで共通して生じていたため、Regnase-1欠損マウスの肺胞マクロファージと肺動脈でトランスクリプトーム解析を施行したところ、Regnase-1はIL-1αIL-6PDGF-Bなどの遺伝子を標的とする可能性が示唆された。これらの阻害実験を行ったところ、IL-6とPDGFの阻害によってPAH病態の改善が見られた。
 以上より、肺胞マクロファージにおけるRegnase-1はIL-6、PDGFのmRNA分解を介してPAH病態を負に制御することが明らかとなった。現在、我々はAMED支援の下で、PAH病態でのRegnase-1の制御機構の解明と新規治療法の開発を進めている。
(国循プレスリリースも参照下さい:https://www.ncvc.go.jp/pr/release/pr_34090/



図4.(上)肺高血圧症患者のPBMCではRegnase-1 遺伝子発現量の低下がみられ、Regnase-1遺伝子発現量の低い患者群では高い患者群より予後が有意に不良であった。また、CTD-PAH患者では肺高血圧症の重症度の平均肺動脈圧とRegnase-1 遺伝子発現量が負の相関を示した。
(下)骨髄球系細胞でRegnase-1が欠損するマウスは肺高血圧症を自然発症して、重症のCTD-PAH病態を呈する。肺胞マクロファージにおけるRegnase-1はIL-6やPDGFのmRNAの分解を介してPAH病態を負に制御すると考えられる。

4. 高安動脈炎の病態解明、新しい治療法の開発

 高安動脈炎は大動脈とその主要分枝血管に原因不明の炎症から狭窄・閉塞、拡大(瘤)を来す厚労省指定難病である。その治療は第1選択薬にステロイドが使用されるが、減量過程で半数以上に再燃が見られる。ステロイド治療抵抗性を示す難治性高安動脈炎患者4例に対して、我々は抗IL-6受容体抗体トシリズマブ(TCZ)が有効性を示すことを報告した(Int Heart J. 54, 406, 2013)。2014年から日本で難治性高安動脈炎に対してTCZ皮下注製剤の治験が進められ (Ann Rheum Dis. 77, 348, 2018)、2017年8月にTCZは厚労省から保険承認された。治験でのTCZ治療の約2年間の解析から、TCZは顕著なステロイド減量効果と患者HRQoLの改善に有用であることが示された(Rheumatology. 2020; 77: 348-354)。血管炎症候群ガイドライン (2018年3月改訂)では、高安動脈炎患者でステロイド治療抵抗性を示す症例にTCZは推奨されている。また、高安動脈炎患者でのTCZ治療の画像所見への影響も事後解析を行って、血管壁肥厚、狭窄/閉塞、拡大/瘤、造影効果等に対して増悪を抑制する効果が期待される結果が得られたが、一方で血管壁肥厚では2年間で40%弱に新規病変出現が見られて、壁肥厚所見が新規に観察される患者は難治性の可能性があり厳密な画像検査フォローが必要と示唆された(Rheumatology. accepted)。

5. 血管病とMicrobiomeの関連性の解明

 さまざまな循環器疾患で口内・腸内細菌叢解析を進めている。①PAH患者(国循肺循環科)、②脳卒中患者(国循脳神経内科)、③心疾患患者(国循心不全科)、④大型血管炎患者(阪大免疫内科)を対象として、AMED等の支援を受けて新しい診断法・治療法の開発に取り組んでいる。

最終更新日:2022年10月14日

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