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糖尿病グループ

糖尿病グループ

２型糖尿病の病態の解明と新規治療法の開発

肥満に伴い発症する2型糖尿病においては、全身組織のインスリンが効果を示さないインスリン抵抗性の状態となる。研究グループでは、脂肪細胞のインスリン抵抗性が全身の代謝異常を引き起こし、メタボリックシンドロームを発症する原因となることを確認している（１）。さらに、インスリンシグナルを維持するために、インスリン受容体のon/offを制御するシグナルループの成果を報告している（2）。また、生体は食糧豊富な状態と飢餓の状態で、脂肪細胞におけるエネルギーを蓄えるシグナルと、逆にエネルギーを消費して代謝を維持するシグナルを使い分けていることを見出した（3,4）。現在、全身の代謝を改善するための新たな、褐色脂肪細胞活性化機構の解析を行っている（IDF-WPR Congress 2023/15th Scientific Meeting of AASD, Kyoto, Japan, 21th – 23th July, 2023）。

（参考文献）

  1. Sakaguchi M, Fujisaka S, Cai W, Winnay J.N, Konishi M, O'Neill B.T, Li M, García-Martín R, Takahashi H, Hu J, Kulkarni RN, Kahn CR. Adipocyte dynamics and reversible metabolic syndrome in mice with an inducible adipocyte-specific deletion of the insulin receptor.

Cell Metabolism 25(2):448-462, (2017).

  1. Sakaguchi M, Okagawa S, Okubo Y, Fukuda K, Igata M, Kondo T, Sato Y, Yoshizawa T, Fukuda T, Yamagata K, Cai W, Tseng YH, Sakaguchi N, Kahn CR, Araki E. Phosphatase Protector Alpha4 (α4) is involved in Adipocyte Maintenance and Mitochondrial Homeostasis through Regulation of Insulin Signaling

Nature Communications 13(1):6092, (2022).

  1. Sakaguchi M, Cai W, Wang CH, Cederquist CT, Damasio M, Homan EP, Batista T, Ramirez AK, Gupta MK, Steger M, Albrechtsen NJW, Singh SK, Araki E, Mann M, Enerbäck S, Kahn FoxK1 and FoxK2 in Insulin Regulation of Cellular and Mitochondrial Metabolism.

Nature Communications 10(1):1582, (2019).   

  1. Sakaguchi M. Adipose tissue plasticity and insulin signaling in the pathogenesis of type 2 diabetes. Diabetology Intl 15(10):28-33, (2023).

熱ストレス応答経路活性化とインスリン抵抗性・膵α/β細胞機能・動脈硬化症の関連

熱ストレス応答経路 (HSR: heat stress response)は、古生物から人類まで広く保存されている古典的ストレス応答経路であるが、インスリン抵抗性やインスリン分泌不全を呈する2型糖尿病においては、本来の生体機能保護作用を発揮するHSR機能が傷害され、糖代謝異常悪化や細胞機能低下、合併症発症に関わっている。

当教室では、遺伝子機能応用学講座と共同で薬理学的・物理的手法にてHSRを活性化し、2型糖尿病モデル動物やヒトにおいて、耐糖能改善・インスリン抵抗性改善・内臓脂肪減少・慢性炎症抑制・腎保護などの有効性を検証してきた。

現在、HSR活性化と膵α/β細胞機能回復やマクロファージ極性変化を伴う動脈硬化症改善などの効果およびその分子メカニズム解明を目指している。

（参考文献）

    1. Bouchi R, Kondo T, Ohta Y, Goto A, Tanaka D, Satoh H, Yabe D, Nishimura R, Harada N, Kamiya H, Suzuki R, Yamauchi T; JDS Committee on Consensus Statement Development. A consensus statement from the Japan Diabetes Society: A proposed algorithm for pharmacotherapy in people with type 2 diabetes. J Diabetes Investig. 2023 Jan;14(1):151-164.
    2. Bouchi R, Kondo T, Ohta Y, Goto A, Tanaka D, Satoh H, Yabe D, Nishimura R, Harada N, Kamiya H, Suzuki R, Yamauchi T. A consensus statement from the Japan Diabetes Society (JDS): a proposed algorithm for pharmacotherapy in people with type 2 diabetes. Diabetol Int. 2022 Dec 23;14(1):1-14.
    3. Kondo T, Miyakawa N, Kitano S, Watanabe T, Goto R, Suico MA, Sato M, Takaki Y, Sakaguchi M, Igata M, Kawashima J, Motoshima H, Matsumura T, Kai H, Araki E. Activation of heat shock response improves biomarkers of NAFLD in patients with metabolic diseases. Endocr Connect. 2021 May 19;10(5):521-533
    4. Kitano S, Kondo T, Matsuyama R, Ono K, Goto R, Takaki Y, Hanatani S, Sakaguchi M, Igata M, Kawashima J, Motoshima H, Matsumura T, Kai H, Araki E. Impact of hepatic HSP72 on insulin signaling. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2019 Feb 1;316(2):E305-E318.
    5. Teramoto K, Tsurekawa Y, Suico MA, Kaseda S, Omachi K, Yokota T, Kamura M, Piruzyan M, Kondo T, Shuto T, Araki E, Kai H. Mild electrical stimulation with heat shock attenuates renal pathology in adriamycin-induced nephrotic syndrome mouse model. Sci Rep. 2020 Oct 30;10(1):18719.
    6. Goto R, Kondo T, Ono K, Kitano S, Miyakawa N, Watanabe T, Sakaguchi M, Sato M, Igata M, Kawashima J, Motoshima H, Matsumura T, Shimoda S, Araki E. Mineralocorticoid Receptor May Regulate Glucose Homeostasis through the Induction of IL-6 and GLP-1 in Pancreatic Islets. J Clin Med. 2019 May 14;8(5):674.
    7. Kondo T, Sasaki K, Matsuyama R, Morino-Koga S, Adachi H, Suico MA, Kawashima J, Motoshima H, Furukawa N, Kai H, Araki E. Hyperthermia with mild electrical stimulation protects pancreatic β-cells from cell stresses and apoptosis. 2012 Apr;61(4):838-47.
    8. Kondo T, Koga S, Matsuyama R, Miyagawa K, Goto R, Kai H, Araki E. Heat shock response regulates insulin sensitivity and glucose homeostasis: pathophysiological impact and therapeutic potential. Curr Diabetes Rev. 2011 Jul;7(4):264-9.
    9. Adachi H, Kondo T, Ogawa R, Sasaki K, Morino-Koga S, Sakakida M, Kawashima J, Motoshima H, Furukawa N, Tsuruzoe K, Miyamura N, Kai H, Araki E. An acylic polyisoprenoid derivative, geranylgeranylacetone protects against visceral adiposity and insulin resistance in high-fat-fed mice. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2010 Nov;299(5):E764-71.
    10. Morino S, Kondo T, Sasaki K, Adachi H, Suico MA, Sekimoto E, Matsuda T, Shuto T, Araki E, Kai H. Mild electrical stimulation with heat shock ameliorates insulin resistance via enhanced insulin signaling. PLoS One. 2008;3(12):e4068.
    11.  Morino S, Suico MA, Kondo T, Sekimoto E, Yano S, Matsuda T, Matsuno T, Shuto T, Araki E, Kai H. Mild electrical stimulation increases ubiquitinated proteins and Hsp72 in A549 cells via attenuation of proteasomal degradation. J Pharmacol Sci. 2008 Oct;108(2):222-6.

細胞内ストレス関連遺伝子制御による糖代謝への影響

糖尿病には、慢性高血糖に伴う様々な代謝異常が併存している。近年では、慢性炎症、酸化ストレス、小胞体ストレスなどの作用によりインスリン抵抗性や膵β細胞の機能障害が増悪させることが示されてきている。当研究室では小胞体ストレスセンサー分子や分子シャペロンの発現制御を行うことにより、糖代謝異常により障害された細胞・生体機能の改善を目指している。

（参考文献）

1.Murata Y, Tsuruzoe K, Kawashima J, Furukawa N, Kondo T, Motoshima H, Igata M, Taketa K, Sasaki K, Kishikawa H, Kahn CR, Toyonaga T, Araki E. IRS-1 transgenic mice show increased epididymal fat mass and insulin resistance. Biochem Biophys Res Commun. 364(2):301-307, 2007.

2.Kodama S, Toyonaga T, Kondo T, Matsumoto K, Tsuruzoe K, Kawashima J, Goto H, Kume K, Kume S, Sakakida M, Araki E. Enhanced expression of PDX-1 and Ngn3 by exendin-4 during beta cell regeneration in STZ-treated mice. Biochem Biophys Res Commun. 327(4):1170-1178, 2005.

3.Araki E, Oyadomari S, Mori M. Impact of endoplasmic reticulum stress pathway on pancreatic beta-cells and diabetes mellitus. Exp Biol Med (Maywood). 228:1213-1217, 2003.

4.Araki E, Oyadomari S, Mori M. Endoplasmic reticulum stress and diabetes mellitus. Intern Med. 42(1):7-14, 2003.
Oyadomari S, Araki E, Mori M. Endoplasmic reticulum stress-mediated apoptosis in pancreatic beta-cells. Apoptosis. 7:335-345, 2002.

5.Oyadomari S, Koizumi A, Takeda K, Gotoh T, Akira S, Araki E, Mori M. Targeted disruption of the Chop gene delays endoplasmic reticulum stress-mediated diabetes. J Clin Invest. 109:525-532, 2002.

6.Oyadomari S, Takeda K, Takiguchi M, Gotoh T, Matsumoto M, Wada I, Akira S, Araki E, Mori M. Nitric oxide-induced apoptosis in pancreatic beta cells is mediated by the endoplasmic reticulum stress pathway. Proc Natl Acad Sci USA. 98:10845-10850, 2001.

7.Tsuruzoe K, Emkey R, Kriauciunas KM, Ueki K, Kahn CR. Insulin receptor substrate 3 (IRS-3) and IRS-4 impair IRS-1- and IRS-2-mediated signaling. Mol Cell Biol. 21:26-38, 2001.

8.Matsuda K, Araki E, Yoshimura R, Tsuruzoe K, Furukawa N, Kaneko K, Motoshima H, Yoshizato K, Kishikawa H, Shichiri M. Cell-specific regulation of IRS-1 gene expression: role of E box and C/EBP binding site in HepG2 cells and CHO cells. Diabetes. 46:354-362, 1997.

9Araki E, Lipes MA, Patti M.NAKAZAWA@SMIEE.JP, Bruning JC, Haag B 3rd, Johnson RS, Kahn CR. Alternative pathway of insulin signalling in mice with targeted disruption of the IRS-1 gene. Nature. 372:186-190, 1994.

インスリン作用伝達分子の発現制御と疾患病態における意義

これまでにインスリン受容体の主要基質であるIRS-1,IRS-2の発現制御の分子機構を明らかにし、また肥満病態におけるIRS発現異常の機序や、IRSを強制的に発現増強した際の糖代謝への影響について検討してきた。今後IRSを標的とする治療への言及を行うと共に、他の内分泌臓器におけるIRSの役割についての解析を行う。

（参考文献）

  1. Shirakami A, Toyonaga T, Tsuruzoe K, Shirotani T, Matsumoto K, Yoshizato K, Kawashima J, Hirashima Y, Miyamura N, Kahn CR, Araki E. Heterozygous knockout of the IRS-1 gene in mice enhances obesity-linked insulin resistance: a possible model for the development of diabetes mellitus. J Endocrinol. 174:309-319, 2002.
  2. Kawashima J, Tsuruzoe K, Motoshima H, Shirakami A, Sakai K, Hirashima Y, Toyonaga T Araki E. Insulin down-regulates resistin mRNA through the synthesis of protein(s) that could accelerate the degradation of resistin mRNA in 3T3-L1 adipocytes. Diabetologia 46:231-240, 2003.
  3. Hirashima Y, Tsuruzoe K, Kodama S, Igata M, Toyonaga T, Ueki K, Kahn CR, Araki E. Insulin down-regulates insulin receptor substrate-2 expression through the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt pathway. J Endocrinol. 179:253-266, 2003.
  4. Nakamaru K, Matsumoto K, Taguchi T, Suefuji M, Murata Y, Igata M, Kawashima J, Kondo T, Motoshima H, Tsuruzoe K, Miyamura N, Toyonaga T, Araki E. AICAR, an activator of AMP-activated protein kinase, down-regulates the insulin receptor expression in HepG2 cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 328:449-454, 2005.

新規同定miRNAの糖尿病診療への応用

microRNA (miRNA) は、遺伝子の転写後調節を行う重要な調節因子であり、発生、細胞増殖・分化、アポトーシス等の広範な生物学的プロセスに重要な役割を担っている。当教室ではインスリン作用伝達及びインスリン抵抗性を制御する miRNAの同定、その作用機序の解明を目的に研究を行っている。

 

 

（参考文献）

  1. Ono K, Igata M, Kondo T, Kitano S, Takaki Y, Hanatani S, Sakaguchi M, Goto R, Senokuchi T, Kawashima J, Furukawa N, Motoshima H, Araki E. Identification of microRNA that represses IRS-1 expression in liver. PLoS One. 13 :e0191553. 2018

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内分泌・その他代謝性疾患グループ

内分泌・その他代謝性疾患グループ

原発性アルドステロン症に対する高感度診断法の開発

原発性アルドステロン症 (PA: primary aldosteronism)は、近年では二次性高血圧症の原因疾患として最も頻度が高く、報告によっては全高血圧症患者の5~10%を占めるとも言われており、その正確かつ迅速な診断が重要である。当教室では、アゼルニジピンがレニン活性に影響を与えず、十分な血圧低下効果を示すことから、PAスクリーニング時における降圧薬として、有用であることを報告した。また、迅速ACTH負荷試験が、PAの診断に感度・特異度とも十分なレベルにあり、簡便・安価・迅速なPA診断に有効であることを示し、PA診断の標準化につなげたいと研究を続けている。

（参考文献）

  1. Kondo T, Goto R, Sonoda K, Yasuda T, Ono K, Takaki Y, Yatsuda R, Miyamura N, Araki E. Plasma renin activity and aldosterone concentration are not altered by the novel calcium channel antagonist, azelnidipine, in hypertensive patients. Intern Med. 49:637-643, 2010.

クッシング症候群(CS)およびサブクリニカル・クッシング症候群(SCS)における潜在性原発性アルドステロン症合併例の診断法

CSおよびSCSにおいて，PAを合併する例が高率に存在することが明らかになりつつある。そしてそのような場合PAが潜在したまま診断されない場合が多く，CS，あるいはSCSの治療後に初めてPAの存在が明らかになり病態が悪化することも考えられる。合併症例を的確に診断する方法について前述のACTH負荷試験等の応用を行うなどの研究を行っている。

（参考文献）

  1. Kukidome D, Miyamura N, Sakakida K, Sakaguchi M, Motosima H, Araki E. A Case of Cushing Syndrome Associated with a Cortisol Producing Adrenal Adenoma and a Latent Aldosteronoma –Usefulness of the ACTH Administration Test in Differential Diagnosis –（投稿準備中）

原発性アルドステロン症における炎症性サイトカインの役割

PAは、その頻度もさることながら血管合併症、臓器障害の頻度も同様の血圧を示す人口に比し、髙いとされている。その理由の一つは、アルドステロンそのものの作用であると推定されている。当教室では、PAに起因する糖代謝異常に注目し、炎症性サイトカインが関与しているか否かを検討している。具体的には、PA患者20名をランダムに選定し、副腎静脈サンプリングまで行って片側腺腫か両側過形成かを判断し、各々片側副腎摘出術もしくはアルドステロン受容体拮抗薬であるエプレレノンの投与により、治療の前後で炎症性サイトカインの血中濃度や糖代謝（糖負荷試験、グルコースクランプ法）の変化を検討している。

甲状腺ホルモン受容体異常症の臨床病態と遺伝子変異

甲状腺ホルモン不応症とは，甲状腺ホルモンに対する標的組織の反応性が低下した病態であり，基本的には甲状腺ホルモン受容体（TR）を中心とした甲状腺ホルモン作用機構の異常によるものと考えられている。血中甲状腺ホルモン（FT4、FT3）が高値であるにもかかわらず，甲状腺刺激ホルモン（TSH）が抑制されていない、あるいは上昇しているような不適切な分泌状態にあり、TSH不適切分泌症候群（syndrome of inappropriate secretion of TSH；SlTSH）に含まれる。当科では甲状腺ホルモン不応症の分子学的診断のため、甲状腺ホルモン受容体（TRβ）の遺伝子診断を実施している。また甲状腺癌とTRβ異常の関連について解析をすすめている。

膵内分泌腫瘍の質的診断と治療応用

膵内分泌腫瘍 (p-NET: pancreatic neuroendocrine tumor)は稀ではあるが、診断時には肝転移などを示して不幸な転機をたどることが多い。当教室では、分子生物学的手法を用いて、腫瘍生検組織から得たサンプルを用いて免疫染色およびRT-PCRを行い、SSTR (somatostatin receptor)サブタイプの発現パターンを検討している。SSTR2, 3, 5が発現している場合には、ソマトスタチンアナログの治療により腫瘍増殖抑制・ホルモン分泌抑制が期待できる。

（参考文献）

  1. Kondo T, Matsuyama R, Ashihara H, Matsuo Y, Sasaki K, Goto R, Ono K, Takaki Y, Honda Y, Iyama K, Kawashima J, Motoshima H, Tsuruzoe K, Miyamura N, Araki E. A case of ectopic adrenocorticotropic hormone-producing pancreatic neuroendocrine tumor with multiple liver metastases. Endocr J. 57:229-236, 2010.
  2. Kondo T, Tomita S, Adachi H, Motoshima H, Taketa K, Matsuyoshi A, Tokunaga H, Miyamura N, Araki E. A case of hyperinsulinemia of undetermined origin, successfully treated with long-acting octreotide. Endocr J. 52:511-517, 2005.

先端巨大症・成人成長ホルモン分泌不全症（AGHD）における糖代謝異常の検討

先端巨大症は下垂体からの成長ホルモン産生過剰により肝臓からIGF-1分泌が亢進し、末端部の肥大・糖代謝異常・悪性腫瘍併発などを引き起こす。特に、未加の場合には、糖代謝異常や脳血管疾患の発症が多く、これらが予後を大きく規定している。AGHDでは、成長ホルモン分泌障害により脂質異常や耐糖能異常が生じるだけでなく、うつ症状なども引き起こすことが知られている。当教室では、当科で診断・治療にあたった症例において、成長ホルモン及びIGF-1と糖代謝異常の関連性やその他の内分泌ホルモンに対する影響について研究を行っている。

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糖尿病合併症グループ

糖尿病合併症グループ

糖尿病性血管合併症におけるミトコンドリア由来活性酸素種の関与

我々は糖尿病性血管合併症に関する研究として、高血糖によるミトコンドリア由来活性酸素 (mtROS) 産生過剰が糖尿病性血管合併症の発症機序として最も重要な因子である可能性を世界で初めて報告した (1)。その後の検討により、① 糖尿病性血管合併症を有する患者では細胞内酸化ストレスマーカーである8-ハイドロキシデオキシグアノシンが増加していること (2)、② 高血糖状態において誘導されるmtROSは、解糖系の酵素であるglyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) の活性を阻害することでその上流のグルコース代謝産物の側副路への流入を増加させ、protein kinase C (PKC) 活性化やソルビトール代謝系の亢進、細胞内後期糖化反応生成物 (advanced glycation endproducts, 以下 AGE) 産生を誘導し、合併症進展を誘導すること (3)、③ 高血糖環境下において、内皮細胞より血管増殖関連因子であるangiopoietin-2 (ANG-2) の産生誘導が起こるが、その機序としてmt-ROS産生増加を介した転写抑制因子であるmSin3Aのmethylglyoxal化とその結果引き起こされる転写因子SP3のN-acethylglucosamine化によるDNA結合能の低下によること (4)、④ ビタミンB1製剤であるbenfotiamineが、pentose pathwayの活性化を介して解等系の生成物であるglyceraldehyde-3-phosphateとfructose-6-phosphateをpentose-5-phosphateや他の糖への変換を誘導することで、PKC活性低下やソルビトール代謝系の抑制、細胞内AGE産生抑制、炎症応答に関与する転写因子nuclear factor-kB (NF-kB) の活性抑制、さらには糖尿病網膜症モデルラットの網膜症進展を抑制すること  (5)、⑤ 糖尿病性腎症初期に認められる腎糸球体過剰濾過の機序として、mtROSによるcyclooxygenase-2 (COX-2) 発現誘導が重要であること (6)、⑥ インスリン抵抗性改善効果を持つメトホルミンは、血糖降下作用とは独立した糖尿病合併症抑制効果を示すことが示唆されているが、我々はその機序の一つとして、manganese superoxide dismutase (MnSOD) 産生誘導によるmtROS産生抑制作用とミトコンドリアバイオジェネシス促進作用が関与すること、またその共通の機序としてAMP-activated protein kinase (AMPK) 活性化、PPARγ coactivator-1α (PGC-1α) 誘導が重要であること (7)、⑦ tumor necrosis factor-α (TNF-α) はインスリンによるinsulin receptor substrate-1 (IRS-1) のチロシンリン酸化を障害し、インスリン抵抗性を来すと考えられているが、その機序として、mtROSおよびapotosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) が関与していること (8) 、などミトコンドリア由来ROS産生系と糖尿病合併症発症の関連性について数多くの報告を行ってきた。さらに、⑧ mtROSの産生を特異的に抑制するMnSODの内皮特異的過剰発現トランスジェニックマウス (MnSOD-Tgマウス) を作成し、糖尿病マウスでの網膜への影響を観察したところ、MnSOD-TgマウスではVEGFの産生が抑制されており、糖尿病網膜症発症にmtROS産生が関与する可能性が示唆されること (9)、⑨ 糖尿病で細胞内低酸素が誘導されるが、その機序としてミトコンドリア呼吸鎖での酸素消費亢進とmtROS産生過剰によるaquaporin-1 (AQP1) 発現低下が関与することをMnSOD-Tgマウスを用いて証明した (10)。最近では、⑩ 高血糖のみならず低血糖においてもmtROS産生が増加し、その機序に低血糖下での脂肪酸酸化亢進が関与すること (11)、⑪ 低血糖由来mtROSが糖尿病網膜症の初期病態とされる血液網膜関門の破綻の一因になること (12) を報告している。

（参考文献）

    1. Nishikawa T, Edelstein D, Du XL, Yamagishi S, Matsumura T, Kaneda Y, Yorek MA, Beebe D, Oates PJ, Hammes HP, Giardino I, Brownlee M. Normalizing mitochondrial superoxide production blocks three pathways of hyperglycaemic damage. Nature. 404:787-790, 2000.
    2. Nishikawa T, Sasahara T, Kiritoshi S, Sonoda K, Senokuchi T, Matsuo T, Kukidome D, Wake N, Matsumura T, Miyamura N, Sakakida M, Kishikawa H, Araki E. Evaluation of urinary 8-hydroxydeoxyguanosine as a novel biomaker of macrovascular complications in type 2 diabetes. Diabetes Care. 26:1507-1512, 2003.
    3. Du X, Matsumura T, Edelstein D, Rossetti L, Zsengeller Z, Szabo C, Brownlee M. Inhibition of GAPDH activity by poly(ADP-ribose) polymerase activates three major pathways of hyperglycemic damage in endothelial cells. J Clin Invest. 112:1049-1057, 2003.
    4. Yao D, Taguchi T, Matsumura T, Pestell R, Edelstein D, Giardino I, Suske G, Rabbani N, Thornalley PJ, Sarthy VP, Hammes HP, Brownlee M. High glucose increases angiopoietin-2 transcription in microvascular endothelial cells through methylglyoxal modification of mSin3A. J Biol Chem. 282:31038-31045, 2007.
    5. Hammes HP, Du X, Edelstein D, Taguchi T, Matsumura T, Ju Q, Lin J, Bierhaus A, Nawroth P, Hannak D, Neumaier M, Bergfeld R, Giardino I, Brownlee M. Benfotiamine blocks three major pathways of hyperglycemic damage and prevents experimental diabetic retinopathy. Nat Med. 9:294-299, 2003.
    6. Kiritoshi S, Nishikawa T, Sonoda K, Kukidome D, Senokuchi T, Matsuo T, Matsumura T, Tokunaga H, Brownlee M, Araki E. Reactive oxygen species from mitochondria induce cyclooxygenase-2 gene expression in human mesangial cells: potential role in diabetic nephropathy. Diabetes. 52:2570-2577, 2002.
    7. Kukidome D, Nishikawa T, Sonoda K, Imoto K, Fujisawa K, Yano M, Motoshima H, Taguchi T, Matsumura T, Araki E. Activation of AMP-activated protein kinase reduces hyperglycemia-induced mitochondrial reactive oxygen species production and promotes mitochondrial biogenesis in human umbilical vein endothelial cells. Diabetes. 55:120-127, 2006.
    8. Imoto K, Kukidome D, Nishikawa T, Matsuhisa T, Sonoda K, Fujisawa K, Yano M, Motoshima H, Taguchi T, Tsuruzoe K, Matsumura T, Ichijo H, Araki E. Impact of mitochondrial reactive oxygen species and apoptosis signal-regulating kinase 1 on insulin signaling. Diabetes. 55:1197-1204, 2006.
    9. Goto H, Nishikawa T, Sonoda K, Kondo T, Kukidome D, Fujisawa K, Yamashiro T, Motoshima H, Matsumura T, Tsuruzoe K, Araki E. Endothelial MnSOD overexpression prevents retinal VEGF expression in diabetic mice. Biochem Biophys Res Commun. 366: 814-820, 2007.
    1. Sada K, Nishikawa T, Kukidome D, Yoshinaga T, Kajihara N, Sonoda K, Senokuchi T, Motoshima H, Matsumura T, Araki E. Hyperglycemia Induces Cellular Hypoxia through Production of Mitochondrial ROS Followed by Suppression of Aquaporin-1. PLoS One 11(7):e0158619, 2016.
    2. Kajihara N, Kukidome D, Sada K, Motoshima H, Furukawa N, Matsumura T, Nishikawa T, Araki E. Low glucose induces mitochondrial reactive oxygen species via fatty acid oxidation in bovine aortic endothelial cells. J Diabetes Investig; 8(6):750-761, 2017.
    3. Yoshinaga A, Kajihara N, Kukidome D, Motoshima H, Matsumura T, Nishikawa T, Araki E. Hypoglycemia Induces Mitochondrial Reactive Oxygen Species Production Through Increased Fatty Acid Oxidation and Promotes Retinal Vascular Permeability in Diabetic Mice. Antioxid Redox Signal; 34(16):1245-1259, 2021.

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動脈硬化・脂質代謝異常グループ

動脈硬化・脂質代謝異常グループ

動脈硬化症発症・進展におけるマクロファージ増殖の関与

当教室では、動脈硬化症発症・進展機序の解明を主目的とし、特にマクロファージ（Mφ）を中心とした解析を行っている。我々はその中でも特に、主要な動脈硬化惹起性因子と考えられている酸化低比重リポ蛋白質(Ox-LDL)が、マクロファージの泡沫化のみならず増殖も誘導することを報告している(1-4)。さらにその機序として、①細胞内Ca2+濃度上昇に引き続くPKCの活性化が関与すること(5)、②PKC活性化を介したextracellular-signal regulated kinase 1/2 (ERK1/2)の活性化によるgranulocyte/macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF)の産生増加が関与し、この産生されたGM-CSFがオートクライン、パラクライン的作用によりMφ増殖を誘導していること(6-8)、③GM-CSFによるMφ増殖にはp38 mitogen-activated protein kinase (p38MAPK)の活性化に引き続くphosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)の活性化が関与すること(7,8)を明らかとしている。一方、peroxisome proliferator-activated receptor-γ（PPARγ）のアゴニストである15-deoxy-Δ12, 14-prostaglandin J2 (15d-PGJ2)やチアソリジン誘導体（Thiazolidinedione; TZD）が、Ox-LDLによるMφ増殖を抑制することを報告している(9,10)。さらに、コレステロール低下療法として臨床で用いられているHMG-CoA還元酵素阻害剤（スタチン）は、コレステロール低下作用と独立した抗動脈硬化作用を有する（pleiotropic effect）ことが知られているが、我々は、このスタチンがMφ増殖を抑制することを見出しており（11,12）、この効果がスタチンの持つpleiotropic effectの一つの機序になっている可能性が考えられる。

（参考文献）

  1. Sakai M, Miyazaki A, Hakamata H, Sasaki T, Yui S, Yamazaki M, Shichiri M, Horiuchi S. Lysophosphatidylcholine plays an essential role in the mitogenic effect of oxidized low density lipoprotein on murine macrophages. J Biol Chem. 269:31430-31435, 1994.
  2. Sakai M, Miyazaki A, Hakamata H, Kodama T, Suzuki H, Kobori S, Shichiri M, Horiuchi S. The scavenger receptor serves as a route for internalization of lysophosphatidylcholine in oxidized low density lipoprotein-induced macrophage proliferation. J Biol Chem. 271:27346-27352, 1996.
  3. Sakai M, Miyazaki A, Hakamata H, Sato Y, Matsumura T, Kobori S, Shichiri M, Horiuchi S: Lysophosphatidylcholine potentiates the mitogenic activity of modified LDL for human monocyte-derived macrophages. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 16:600-605, 1996.
  4. Sakai M, Biwa T, Matsumura T, Takemura T, Matsuda H, Anami Y, Sasahara T, Kobori S, Shichiri M. Glucocorticoid inhibits oxidized LDL-induced macrophage growth by suppressing the expression of granulocyte/macrophage colony-stimulating factor. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 19:1726-1733, 1999.
  5. Matsumura T, Sakai M, Kobori S, Biwa T, Takemura T, Matsuda H, Hakamata H, Horiuchi S, Shichiri M. Two intracellular signaling pathways for activation of protein kinase C are involved in oxidized low-density lipoprotein-induced macrophage growth. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 17:3013-3020, 1997.
  6. Matsumura T, Sakai M, Matsuda K, Furukawa N, Kaneko K, Shichiri M. Cis-acting DNA elements of mouse granulocyte/macrophage colony-stimulating factor gene responsive to oxidized low density lipoprotein. J Biol Chem. 274:37665-37672, 1999.
  7. Biwa T, Sakai M, Matsumura T, Kobori S, Kaneko K, Miyazaki A, Hakamata H, Horiuchi S, Shichiri M. Sites of action of protein kinase C and phosphatidylinositol 3-kinase are distinct in oxidized low density lipoprotein-induced macrophage proliferation. J Biol Chem. 275:5810-5816, 2000.
  8. Senokuchi T, Matsumura T, Sakai M, Matsuo T, Yano M, Kiritoshi S, Sonoda K, Kukidome D, Nishikawa T, Araki E. Extracellular signal-regulated kinase and p38 mitogen-activated protein kinase mediate macrophage proliferation induced by oxidized low-density lipoprotein. Atherosclerosis. 176:233-245, 2004.
  9. Matsuo T, Matsumura T, Sakai M, Senokuchi T, Yano M, Kiritoshi S, Sonoda K, Kukidome D, Pestell RG, Brownlee M, Nishikawa T, Araki E. 15d-PGJ2 inhibits oxidized LDL-induced macrophage proliferation by inhibition of GM-CSF production via inactivation of NF-kB. Biochem Biophys Res Commun. 314:817-823, 2004.
  10. Yano M, Matsumura T, Senokuchi T, Ishii N, Motoshima H, Taguchi T, Matsuo T, Sonoda K, Kukidome D, Sakai M, Kawada T, Nishikawa N, Araki E. Troglitazone inhibits oxidized low-density lipoprotein-induced macrophage proliferation: impact of the suppression of nuclear translocation of ERK1/2. Atherosclerosis. 191:22-32, 2007.
  11. Sakai M, Kobori S, Matsumura T, Biwa T, Sato Y, Takemura T, Hakamata H, Horiuchi S, Shichiri M. HMG-CoA reductase inhibitors suppress macrophage growth induced by oxidized low density lipoprotein. Atherosclerosis. 133:51-59, 1997.
  12. Senokuchi T, Matsumura T, Sakai M, Yano M, Taguchi T, Matsuo T, Sonoda K, Kukidome D, Imoto K, Nishikawa T, Kim-Mitsuyama S, Takuwa Y, Araki E. Statins suppress oxidized low density lipoprotein-induced macrophage proliferation by inactivation of the small G protein-p38 MAPK pathway. J Biol Chem. 280:6627-6633, 2005.

2型糖尿病における非侵襲指尖部メイラード反応後期生成物（AGEs）含有量測定の臨床的有用性に関する研究

本研究は、指尖部より非侵襲的にAGEsを測定可能な機器（AGEセンサ）を用いて、指尖部AGEs測定値と血管合併症との関連性や、血糖変動との関連性、体組成との関連性を検討することを目的としている。これまでの検討では、指尖部AGEs測定値が糖尿病細小血管合併症の有病数と有意に相関することを見出した（J Clin Biochem Nutr. 58:135-140, 2016）。現在、指尖部AGEs測定値と糖尿病大小血管合併症の有病率、進展度との関連性（UMIN000024756）、持続血糖モニタリングによる血糖変動との関連性（UMIN000047750）、さらには、InBodyによる体組成との関連性（UMIN:000053692）について、検討を進めている。

SGLT2阻害薬による糖尿病大血管合併症進展抑制効果の解析

本研究は、2型糖尿病治療薬であるSGLT2阻害薬の動脈硬化症進展に対する抑制効果とその機序の解明を目的としている。ApoE欠損マウスを用いた検討で、SGLT2阻害薬であるエンパグリフロジンの投与により動脈硬化進展が抑制を受けること、その際、マクロファージを中心とした抗炎症・抗動脈硬化作用を直接的に発揮することを見出している（54th EASD Annual Meeting, 2018/10/1-2018/10/5, Messe Berlin, Berlin, Germany）。現在その詳細な機序について検討を進めている。

GLP-1受容体作動薬による糖尿病大血管合併症進展抑制効果の解析

本研究は、2型糖尿病治療薬であるGLP-1受容体作動薬の動脈硬化症進展に対する抑制効果とその機序の解明を目的としている。高脂肪食負荷ApoE欠損マウスを用いた検討で、GLP-1受容体作動薬であるデュラグルチドの投与により動脈硬化進展が抑制すること、その際、血管内皮細胞に対する抗炎症・抗動脈硬化作用を直接的に発揮することを見出している（IDF-WPR Congress 2023/15th Scientific Meeting of AASD, Kyoto, Japan, 21th – 23th July, 2023）。現在その詳細な機序について検討を進めている。

DPP-4発現阻害による糖尿病大血管合併症進展抑制効果の解析

本研究は、マクロファージより分泌可能なDPP-4の動脈硬化症進展に対する影響を観察することを目的としている。DPP-4欠損マウスによる検討で、DPP-4欠損がApoE欠損マウスで認められる動脈硬化進展を有意に抑制すること、その機序としてマクロファージのM2への分極化増進作用が関与する可能性を見出している（83th ADA Scientific Meeting, San Diego, CA, USA, 23th – 26th June, 2023）。現在M2分極化促進の詳細な機序について検討を進めている。

胆汁酸トランスポーター阻害薬の２型糖尿病に合併した慢性便秘症に対する有効性の解明

　糖尿病に合併した慢性便秘症の原因は、糖尿病の細小血管合併症の一つである自律神経障害による腸管蠕動運動機能の障害が本態と考えられている。糖尿病に合併した慢性便秘症は難治性であることが知られており従来の便秘薬のみでは治療に難渋するケースも多い。近年、様々な新機序の便秘症治療薬がこうした糖尿病に合併した慢性便秘症に対して有効な治療選択肢となることが期待されている。現在当研究室では2型糖尿病に合併した慢性便秘症で定期的に治療を受けている患者を対象に、新機序の慢性便秘症治療薬であるエロビキシバット(Elobixibat：グーフィス®)を、海外で糖尿病に合併した慢性便秘症に対して有効性があるとの報告を有するルビプロストン(Lubiprostone：アミティーザ®)を対照薬として２群平行群間比較試験を実施中である（UMIN000034632）。新機序の慢性便秘症治療薬の糖尿病に合併する慢性便秘症への有効性を明らかにすることは、2型糖尿病に合併する慢性便秘症の治療選択肢として最適な臨床判断を下す一助となり、便秘症の症状改善による患者QOLの向上に貢献するものと考える。

膵腺房細胞制御におけるインスリン作用の意義と新規糖代謝調節制御の解明

膵外分泌細胞として知られている膵腺房細胞に注目し、研究を行っている。なかでも、膵腺房細胞のインスリンシグナルの役割、膵β細胞や他臓器とのcrosstalkについて研究を行っており、研究を進めることで、膵腺房細胞制御を介した代謝調節制御を解明したい。

日本人の加齢による2型糖尿病発症機序の解明（合志スタディ）

　加齢は糖尿病を発症する因子の1つであるが、加齢がどのように2型糖尿病を発症するのか十分に分かっていない。我々は、日本人の加齢による2型糖尿病発症機序を解明するために、熊本県合志市在住の糖尿病歴のない成人に経口ブドウ糖負荷試験を実施し、解析を行っている。

健診事業を中心としたサルコペニア・フレイル予防介入研究および健康寿命延伸への取り組み

　超高齢社会日本において、高齢者の割合が増加すると推計され、同時に介護人口の増加が予想される。そのため、我が国において健康寿命の延伸は喫緊の課題である。我々はサルコペニアやフレイルが介入によって予防できるかという取り組みを、様々な熊本県内の自治体と連携し行っている。

長期高脂肪食負荷に伴うMASLD/MASHにおけるマクロファージ増殖の意義についての検討

我々は、局所におけるマクロファージ(Mφ)増殖が病態に関与することに着目し、スカベンジャー受容体のプロモーター/エンハンサー制御下にp27kipを発現するMφ特異的増殖抑制マウス(mac-p27Tg)を作製した。このマウスは腹腔・骨髄由来Mφの増殖が有意に抑制されることを確認しており、一方でMφの貪食能、コレステロール引き抜き能、遊走能、炎症性サイトカイン発現は正常に保たれていること、Mφの前駆細胞である単球の増殖能、炎症活性についても有意差がないことを確認している。我々はmac-p27Tgマウスと動脈硬化モデルであるApoE-/-マウスを交配させ(ApoE-/-×Tg)、動脈硬化性プラークにおけるMφ増殖を抑制することで、Mφ増殖がプラーク形成だけでなくプラークの不安定化にも影響を与えることを明らかにした(1)。さらに近年、10週齢より10週間高脂肪食負荷(HFD)を与えた20週齢のmac-p27Tgマウス(HFD-Tg)を用いて、肝臓や脂肪、筋肉におけるインスリン抵抗性の病態、さらに肝臓の炎症や酸化ストレス、肝線維化や脂肪変性といった組織学的変化にMφ増殖が関与することも証明した(2)。しかしこのとき肝臓内にcrown-like structure(CLS)形成を認めず、20週齢まではMASLDの早期段階である炎症・回復期と考えられた。この週齢においてはMφ増殖抑制によるMφ数の制御が肝線維化の進行を抑制していたが、より長期的なHFD及び加齢により肝障害が進行しCLSが生じたMASHの病態においても、Mφ増殖抑制が肝線維化の病態にどのように影響するかは不明である。

そこで我々は現在mac-p27TgマウスにHFD負荷を50週間と長期的に行い、炎症性サイトカインや酸化ストレス発現を測定すると共に、肝の線維化面積や線維化関連マーカーの発現を評価することで、加齢や長期HFD負荷に伴うMASLD、MASH進行に対するMφ増殖の意義について検討している。

（参考文献）

1 . Yamada S, Senokuchi T, Matsumura T, Morita Y, Ishii N, Fukuda K, Murakami S, Nishida S, Kawasaki S, Motoshima H, Furukawa N, Komohara Y, Fujiwara Y, Koga T, Yamagata K, Takeya M, Araki E. Inhibition of local macrophage growth ameliorates focal inflammation and suppresses atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol 38(5):994-1006, 2018.

 

  1. Morita Y, Senokuchi T, Yamada S, Wada T, Furusho T, Matsumura T, Ishii N, Nishida S, Nishida S, Motoshima H, Komohara Y, Yamagata K, Araki E. Impact of tissue macrophage proliferation on peripheral and systemic insulin resistance in obese mice with diabetes. BMJ Open Diabetes Res Care 8(1): e001578. 2020.

酢酸塩のGPR43を介したAMPK活性化による糖尿病合併症の解明

短鎖脂肪酸は経口摂取または消化管内の微生物により産生され、酢酸は短鎖脂肪酸の中で末梢血中濃度が最も高い。短鎖脂肪酸はGPR41・GPR43のアゴニストで、特に酢酸はGPR43で強い活性をもつ。酢酸によるAMPK活性化が耐糖能異常、脂質異常、高血圧症の改善効果があることが知られている。糖尿病やその合併症、NASHをはじめとしたメタボリックシンドロームの病態にどのように関与しているかは不明な点が多い。

これまでに、酢酸が新規の潜在的な抗肥満戦略として注目されている「褐色化」として知られる白色脂肪組織内でのベージュ色の脂肪生成の誘導し代謝を変化させることを報告している1)。

当教室では、マクロファージ増殖が動脈硬化症の発症・進展へ関与することを報告しており、短鎖脂肪酸によるGPR43やAMPK活性化を介したマクロファージ増殖抑制による糖尿病心筋症や動脈硬化症の進展発症への効果およびその分子メカニズムの解明と新規治療の開発を目指している。

（参考文献）

  1. 1) Hanatani S, Motoshima H, Kawasaki S, Igata M, Matsumura T, Konso T, Senokuchi T, Ishi N, Kawashima J, Kukidome D, Shimoda S, Nishikawa T, Araki E, Acetate alters expression of genes involved in beige adipogenesis in 3T3-L1 cells and obese KK-Ay mice. J. Clin. Biochem. Nutr. 2016 Nov; 59(3): 207-214

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