細胞間情報伝達は、生体を精巧に制御するための最も基本的なメカニズムであり、循環調節をはじめとする生体のホメオスタシスの維持に重要な役割を果している。
生化学部では、細胞間情報伝達を担う生理活性物質の中でも特にペプチド性因子に着目して新規因子の探索を行い、それらによる未知の情報伝達および生体制御機構の解明に取り組んでいる。新規ペプチドの同定は容易ではないが、その発見は非常に大きなインパクトを与えるだけでなく、全く異なった視点での研究展開をもたらす。実際、我々のグループによる心房性ナトリウム利尿ペプチド（ANP）（1984年）や脳性ナトリウム利尿ペプチド（BNP）（1988年）の発見によって、それまでポンプとしてのみ機能すると考えられていた心臓が、ホルモンを分泌する内分泌器官として位置付けられた。
また、脳から発見したC型ナトリウム利尿ペプチド（CNP）（1990年）が血管内皮細胞から分泌されるため、血管壁もペプチドホルモンを分泌する内分泌組織として捉えられた。一方で、これらの生理活性ペプチドの発見を基盤とした臨床応用研究も推進しており、その成果として、ANPとBNPは、それぞれ心不全の治療および診断薬として臨床応用されている。

　上記のような研究の経緯を背景として、生化学部では新規生理活性ペプチドの探索による循環調節因子の発見を優先課題としており、そのための新しい活性測定法や精製手技からなる探索法や構造解析法の開発を行っている。その結果として、 グレリンの発見（1999年）やオーファン受容体GPR66（FM3）の内因性リガンドとしてのニューロメジンUの同定（2000年）、さらにニューロメジンSの発見（2005年）や新規ペプチドNeuromedin U precursor-related peptide (NURP)の発見（2017年）等に繋げた。
また、循環器疾患の基盤となる肥満・糖尿病およびその関連疾患の理解と制御を目的として、肥満・エネルギー代謝調節に関与する未知のペプチド性生理活性物質の探索も実施している。

　生化学部で発見したペプチドについては、遺伝子発現および分泌調節、作用機序や新たな生理機能の解明等の基礎的研究を進めると共に、当センター研究所、病院およびセンター外の研究グループと連携して、病態生理的意義の解明や新しい診断、治療薬としての臨床応用を目指した研究も進めている。

　一方、上記ペプチド性因子に関する研究のみならず、当研究グループで発見した骨形成タンパク質（BMP-3b）等についても、新たな機能解析や病態生理的意義の解明に関しての研究を進めている。

○生化学部では、新規物質を基盤として、具体的には主に以下のテーマの研究を行っている。

1. ナトリウム利尿ペプチド・ファミリー（ANP, BNP, CNP）の新たな機能解明
2. ニューロメジンUとニューロメジンSに関する新たな研究
3. グレリン（Ghrelin）に関する研究
4. Bone morphogenetic protein-3bの新たな機能に関する研究
5. 新しい活性検出法を用いた新規生理活性ペプチドの探索に関する研究

1. ナトリウム利尿ペプチド・ファミリー（ANP, BNP, CNP）に関する研究

• 3種のナトリウム利尿ペプチド（NP）のうち、ANPとBNPは心臓で産生・分泌され、主に循環ホルモンとして機能する。ANPとBNPの共通受容体であるGuanylyl cyclase-A(GC-A)は、血管・心臓・腎臓等に発現している。昨年、NPの分解酵素阻害剤が慢性心不全治療薬として日本で承認され、本年は高血圧治療薬としても承認された。


従来、GC-Aは血管平滑筋に発現しており、ANPの降圧作用も血管平滑筋GC-A受容体を介したものと理解されてきた。しかしながら、我々がGC-Aのマウスモノクローナル抗体を用いてラットの臓器・組織における免疫組織染色を行ったところ、GC-Aは血管平滑筋のみならず血管内皮にも豊富に発現していた。
GC-AのコンディショナルノックアウトマウスにANPの静脈内持続静注を行ったところ、血管平滑筋特異的GC-A欠損マウスでは野生型マウスと同等の血圧低下を認めたが、血管内皮特異的GC-A欠損マウスではANP投与による血圧低下反応が消失していた。なおNOS3欠損マウスにおいては、ANP投与による血圧低下は野生型マウスと同等に認められた。これらの結果は、ANPが血管内皮GC-A受容体を介して、nitric oxide非依存性に血圧を下げることを示唆する。


• CNPは主には血管内皮細胞等で産生・作用する血管作動性ペプチドで、循環ホルモンANP/BNPとは異なり局所因子として、CNP特異的受容体Guanylyl cyclase-Bを介して作用する。最近、炎症細胞、線維芽細胞に対する役割として抗炎症・抗線維化作用も注目されている。


慢性炎症疾患である肥満・糖尿病は、循環器疾患の基盤となる。そこでこれまで、CNPの脂肪細胞を標的とした新たな抗肥満作用や脂肪肝炎で生じる肝線維化（NASH）改善作用を見出してきた。NASHは、近年になり患者数が増加し、腎不全の合併率が高く臨床的にも問題となっている。
そこで、NASHの腎障害におけるCNPの作用を検討した。NASHモデル（高脂肪、高コレステロール、高フルクトース食誘導性）の腎臓において、肥大化している糸球体や線維化に関連する皮質の萎縮部位が出現していたが、CNP過剰発現マウスでは、それぞれが減少し、CNPによる腎不全改善作用が示された。
次に、本作用の検証の為、4種の腎障害モデルを作製し、CNPの作用を検討している。糖尿病性腎症では、腎臓におけるCNPの発現レベルが増加していることは明らかになったが、その明確な作用は見いだせなかった。現在、腎線維化モデル、5/6腎摘モデル、虚血再灌流モデルマウスでの検討とともに、前述の作用メカニズム解明研究を進めている。
2. ニューロメジンUとニューロメジンSに関する新たな研究

• ニューロメジンU（NMU）とニューロメジンS（NMS）は、当研究室で発見した神経ペプチドであり、同一の活性部位を有するため共通の受容体(1型および2型)を介して機能する。
  これまでに、NMUとNMSの代表的な機能として、中枢性摂食・エネルギー代謝調節やサーカディアンリズムの形成、血圧・心拍数増加による循環調節、中枢性体温調節等を示した。
  中枢においてNMSとNMUは同様の作用を誘発するが、興味深いことにNMSの活性はNMUに比して約10倍強力であった。
  また近年では、NMU/NMS受容体の選択的アゴニストを開発するとともに、NMU前駆体タンパク質からもう一つの生理活性ペプチドとして強力なプロラクチン分泌促進活性を持つNMU precursor-related peptide（NURP）が産生されることを示した。


NMS前駆体タンパク質の構造には、NMU前駆体タンパク質と保存された複数の限定切断部位が存在することから、新規生理活性ペプチドとしてNMS precursor-related peptide（NSRP）が産生されることが推測され、ラジオイムノアッセイによりラットの脳でNSRPの産生を確認した。NSRPをラットの脳室内へ投与したところ、自発運動活性の増加と体温の上昇が観察されたが、摂餌量は変化しなかった。
同様の活性はNURPを脳室内投与した場合でも観察されているが、NSRPの活性はNURPと比較して明らかに弱かった。また、脳室内投与したNURPは強力にプロラクチンの分泌を誘導するが、同用量のNSRPを投与してもプロラクチンの分泌誘導は観察されなかった。NSRPとNURPの構造に一定の相同性が認められることとあわせて考察すると、両ペプチドは受容体を共有しているが、それへの親和性はかなり異なると考えられる。
3. グレリン（Ghrelin）に関する研究

• グレリンや受容体の構造と分子進化、また活性とそれらの関連を明らかにするため、鳥類、爬虫類、両生類、魚類等の非哺乳脊椎動物を材料に研究を進めている。
  これまで、軟骨魚類や真骨魚類、両生類が哺乳類にはないユニークな構造をもつこと、またグレリンが哺乳類のみならず非哺乳脊椎動物でも下垂体から成長ホルモン分泌促進、あるいは摂食、消化管運動を調節すること等、グレリンの分子進化や構造、活性について特異かつ重要な知見を得ている。


鳥類のキジにおいてキジモチリンがキジの小腸収縮に関与していること、モチリンがウシガエル、トノサマガエル、ネッタイツメガエルの胃腸管収縮に関与しているがグレリンはネッタイツメガエルの胃腸管収縮にのみ関与していること、またサケグレリンがラットにおいて摂食量を増加させ、その抗酸化作用によってドキソルビシン誘導性の心筋アポトーシスを減少させることを見出した。
4. Bone morphogenetic protein-3bの新たな機能に関する研究

• Bone morphogenetic protein-3b (BMP-3b)は、我々が骨組織より1996年に同定したタンパク質である。BMP-3bは、構造上BMPファミリーに属するが、他のBMPファミリーとは異なる独自の作用を有している。例えば、Smad2/3系を介した骨形成抑制作用や脂肪細胞分化抑制作用等である。BMP-3bは、循環調節に重要な部位に存在しており、これら組織における新たな機能解明を目指した研究を推進している。


最近の研究にて、BMP-3bが脂肪細胞由来の新たなアディポサイトカインとして脂肪細胞分化抑制作用や、エネルギー消費亢進を伴う抗肥満作用を示すことを見出した。
脂肪細胞は、骨格筋の中では加齢等が起因となり異所性に生じて、それが骨格筋の萎縮（サルコペニア）の原因と考えられている。BMP-3bは、骨格筋に存在する脂肪細胞の元となる間葉系前駆細胞（SM-IMP）に多く存在し、骨格筋維持に重要な役割を果たしており、例えばBMP3b KOは加齢性サルコペニア病態の増悪作用を示した。
一方、BMP-3b Tg（SM-IPMで過剰発現）を長期飼育（2年半程度）した加齢性サルコペニアにおける作用を調べると、Tgは、Wtと比較して骨格筋重量が増加し、骨格筋内の筋肉神経接合部分の変性が改善しており、SM-IPM由来のBMP-3bによるサルコペニア改善作用を明らかにした。
これらからBMP-3bは、SM-IPMから分泌されパラクリン作用として骨格筋細胞、神経細胞を標的としてその健全性の維持作用、同時にSM-IPMに対しオートクライン作用により、その脂肪細胞への分化抑制作用という両面で加齢性サルコペニアの改善作用を示していると考えられる。
5. 新しい活性検出法の構築と新規生理活性ペプチドの探索に関する研究

• 生理活性ペプチドは、それぞれ特異的な受容体を介して細胞に情報を伝達しており、受容体の多くはGタンパク質共役型受容体（GPCR）である。リガンドが不明なため機能が知られてないGPCR遺伝子（オーファンGPCR）は数多く存在し、内因性リガンド探索による新規ペプチドの同定が期待されている。これまでに、生化学部ではこの手法を用いて、グレリンやニューロメジンU、ニューロメジンSを単離・同定している。
  現在でも新たな活性検出法の導入や未知の細胞間情報伝達機構に着目し、新規ペプチド探索を進めている。


循環器疾患と密接に関わる肥満症や糖尿病に対して直接的な役割を果たす腸内細菌叢に着目し、腸管管腔内に産生される未知のペプチド性因子を探索した。ラット腸内要物よりペプチド画分を調製し、オーファンおよびリガンド既知GPCR発現細胞に作用させ、これまで構築した活性検出系を活用し、系統的にスクリーニングを実施した。
その結果、循環・代謝調節に関わる受容体に作用する新規ペプチド候補の検出に成功した。今後、活性を指標にイオン交換、逆相HPLCを組み合わせて精製を行い、リガンド同定を目指す。

1. Sakai N, Ohno H, Yoshida M, Iwamoto E, Kurogi A, Jiang DF, Sato T, Miyazato M, Kojima M, Kato J, Ida T. Characterization of putative tachykinin peptides in Caenorhabditis elegans. Biochemical and Biophysical Research Communications. 559, 197-202, 2021.
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3. Yoshihara F, Hosoda H, Doi T, Yoshida M, Kitamura K, Yamamoto H, Asaumi Y, Ishibashi-Ueda H, Kishida M, Arisato T, Matsuo M, Miyazato M, Yasuda S. Combined evaluation of plasma B-type natriuretic peptide and urinary liver-type fatty acid-binding protein/creatinine ratio is related to worsening renal function in patients undergoing elective percutaneous coronary intervention. Clinical and Experimental Nephrology. 25, 1319-1328, 2021.
4. Zhang SY, Teraoka H, Kaiya H, Kitazawa T. Motilin- and ghrelin-induced contractions in isolated gastrointestinal strips from three species of frogs. General and Comparative Endocrinology. 300, 113649, 2021.
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6. Kurosawa T, Minato K, Ikemoto-Uezumi M, Hino J, Tsuchida K, Uezumi A. Transgenic Expression of Bmp3b in Mesenchymal Progenitors Mitigates Age-Related Muscle Mass Loss and Neuromuscular Junction Degeneration. International Journal of Molecular Sciences. 22, 10246, 2021.
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9. An JS, Tsuji K, Onuma H, Araya N, Isono M, Hoshino T, Inomata K, Hino J, Miyazato M, Hosoda H, Kangawa K, Nakagawa Y, Katagiri H, Miyatake K, Sekiya I, Muneta T, Koga H. Inhibition of fibrotic changes in infrapatellar fat pad alleviates persistent pain and articular cartilage degeneration in monoiodoacetic acid-induced rat arthritis model. Osteoarthritis and Cartilage. 29, 380-388, 2021.
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