高血圧・肥満・糖尿病などといった生活習慣病は、駆出率の保たれた心不全(HFpEF)の要因となる心筋収縮拡張障害を引き起こす。HFpEFは生命予後が悪いため、これを早期に発見・診断し、治療介入を進めることが必須である。近年、食習慣の欧米化に伴う過体重(肥満)とインスリン抵抗性を有病する子供の数が増大している。特に日本人の過体重児では、インスリン抵抗性は高血糖ではなく脂質異常症と関連しており、成人期以前からすでに心機能低下や動脈硬化を引き起こしていると報告されている。食習慣の乱れは循環器系の老化を促進するため、初期の発症素因注目することが必要不可欠である。

　心臓生理機能部では、高輝度放射光を用いた高解像度生体イメージング技術および生理機能のin vivo 計測技術を駆使し、冠微小血管機能および心筋収縮タンパク質機能の両面から心・血管機能を解析することにより、加齢および種々の生活習慣病に起因する心・血管機能障害の発症機序解明を目指している。
また、予防・先制医療の観点から、運動や食習慣といった生活習慣の改善がどのように心・血管機能障害の発症を予防または改善するのかについて、遺伝子・タンパク質の網羅的発現解析やエピジェネティックな遺伝子発現制御に着目し、循環器疾患の予防法開発を目指している。

　現在の主な研究テーマは以下の4項目である。

1. 心室収縮低下および拡張障害の発症機序解明および運動による予防効果の解明
2. 生活習慣病による冠血管老化を引き起こす非血管細胞由来因子の解明
3. 循環器疾患の予防・治療をめざした生理活性ペプチドの研究
4. 家族性心筋症および心不全に対する新規治療薬の開発

1. 心室収縮低下および拡張障害の発症機序解明および運動による予防効果の解明

　生活習慣病、また2型糖尿病合併症の蔓延と共に心室拡張機能障害(以下、拡張障害)、さらにはHFpEFと呼ばれる拡張不全の心不全患者が増加している。現時点でHFpEFには効果的な治療法が無いため、HFpEF発症を予防するにはその前段階である拡張障害の早期診断および治療が必要である。そこで我々は拡張障害発症機序解明による早期診断、さらに、日常的運動による発症予防および早期治療法開発を目指している(AMED 循環器疾患・糖尿病等生活習慣病対策実用化研究事業2018-2020)。


　これまで本研究課題では、遺伝的背景により生活習慣病を自然発症するモデル動物を対象といて用いてきた。本年度も、遺伝要因は固定し、環境要因によって生活習慣病を発症するモデルマウスの開発を行った。B6D2F1系統マウスに高脂肪食を8週間負荷すると、皮下脂肪・内臓脂肪の増加による著明な体重増加と耐糖能異常が認められた。続く8週間の後にはさらなる体重増加に加えて、心拍出量は保たれているが拡張機能が低下し始めていることが心臓ストレイン解析により観察された。このモデルマウスに対して、最初の8週間の高脂肪食負荷期間後から普通食・低強度運動トレーニング(週5回)による生活習慣への介入を行ったところ、体重・耐糖能・心筋拡張機能すべてにおいて改善が認められた。このときの心臓組織サンプルを用いてRNA-Seq解析を行い、生活習慣の変化によって発現変動する遺伝子について、現在解析を進めており、拡張障害発症の超初期に関わる因子を探索中である。現在、高輝度放射光を用いた心筋散乱解析およびタンパク質発現定量解析により、生活習慣病の重要因子として細胞骨格の脱チロシン化また細胞骨格・筋フィラメントタンパク質のアセチル化が心筋細胞レベルで拡張障害を及ぼしていることが明らかになった。

2. 生活習慣病に起因する血管老化の因子および運動不耐性

　冠動脈性血管老化進行因子の生理的基盤、および、内皮細胞および平滑筋細胞における炎症・酸化ストレスによる機能・形態変化への非血管細胞の役割解明について研究を行っている。GKラット、生活習慣病モデル(ZFDM)、C57Bl6 hybridマウス、老化促進モデル(SAMP8/TaSlc)および対照マウス(SAMR1/TaSlc)を用いて慢性高脂肪飼料による循環器系老化促進を再現し、in vivoで心機能および冠微小血管に及ぼす変化を検討している。本年度、生活習慣病モデル(ZFDM)を用いて座りがちなラットと運動トレーニングを受けたラットの運動時の骨格筋血流調節を調べた(文部科学研究費補助金)。ZFDMラットモデルにおいて、筋収縮に対する血管および血流応答を維持するための内皮依存性血管拡張メカニズムのうち、KCaチャネルの寄与が運動トレーニングによって増加することを明らかにした(J Physiol 600(12):2919-2938,2022)。以前の報告では、糖尿病が、冠血管機能障害や冠血管リモデリングを誘発し、心筋灌流を次第に低下させ、心機能障害や心不全を引き起こす機序を明らかにした(Clinical Science 135:327-346, 2021)。その延長線上に、GKラットにおいて心筋灌流低下および左心室収縮異常に寄与するPKC/Rhoキナゼーまた、iNOS誘発による障害メカニズムを解明している(論文執筆中)。

3. 循環器疾患の予防・治療をめざした生理活性ペプチドの研究

　生体内に元来存在する生理活性ペプチドの外因性投与が循環器疾患や、糖尿病などの生活習慣病に対して予防・治療的な効果を示すものがあることがわかってきた。我々は放射光微小血管イメージングなどの研究手法を用いて、心臓をはじめとした生体臓器内微小血管に対する様々な生理活性ペプチドの効果を調べている。また、新規生理活性ペプチドに着目した循環器疾患の成因に関する基盤的研究も推進している。これまでに、心臓の線維芽細胞により産生・分泌されるペプチドを新規に同定しており、本年度は、本ペプチドの全身での発現部位を検討した。ラットでの発現組織を定量PCRで検討した結果、骨格筋と脂肪組織で本ペプチドの前駆体タンパク質のmRNAの強い発現が認められた。また、マウスでは脂肪組織よりも骨格筋で顕著な発現が認められたため、本ペプチドの主要な発現・産生部位は骨格筋であることが強く示唆された。近年、骨格筋は、マイオカインと総称される様々な分泌性生理活性物質を介して、エネルギー代謝をはじめとする生体機能の制御に幅広く関与しているため、本ペプチドもマイオカインとして機能している可能性が示された。

4. 家族性心筋症および心不全に対する新規治療薬の開発

　高齢化に加えて高血圧・肥満・糖尿病などの様々なリスク因子が重なることにより病態が多様化・複雑化している心不全や難治性心筋症に対して、より効果的な新しい治療薬の開発を企業との共同研究により目指している。様々な心不全モデル、心筋症モデル動物を用いて、新規化合物による治療効果を検証していくと共に、心不全病態の増悪に寄与する酸化ストレスやミトコンドリア機能障害にも着目して、新しい心不全治療薬の開発に貢献する。その一つとして、心不全に対しての細胞内Ca²⁺ 濃度の過剰上昇に関わるメカノセンサーチャネルの1つTRPV2を標的とした阻害剤、阻害抗体の機能解析を進めている(大日住友製薬)。さらに、肺高血圧症の治療薬候補の調査を継続している。また別のアプローチとして、心不全患者に対する強心剤としても利用されるユビキノン(別名：コエンザイムQ)の新たな制御機構を明らかにすることで、新たなアプローチからの心不全治療薬の開発を目指している。これまでに機能未知のユビキノン結合タンパク質のノックアウトマウスを作製・解析することで、未知の細胞内ユビキノン調節機構の存在を見出している。複数の研究助成(科学技術振興機構 ACT-X、文部科学研究費補助金 研究活動スタート支援、武田科学振興財団、持田記念医学薬学振興財団、難病医学研究財団)のサポートの基、更なる詳細な解析を進めている。また本年度は肥大型心筋症の治療を目指して責任遺伝子MYBPC3の切断変異欠損マウスを作成し、心血管機能評価を行った。