尿酸降下薬による腎保護メカニズムの解明 ~質量分析イメージングによる腎代謝解析~ 藤井健太郎、宮下和季(腎臓・内分泌・代謝内科)
血流不足によるATP低下と腎不全
腎臓は、細胞のエネルギー源となるATP(アデノシン三リン酸:adenosine triphosphate)を用いて体に必要な電解質や水分を尿から再吸収し、体内環境を一定に保つ役割を果たします。糖尿病や腎炎により腎機能が低下すると、最終的には生涯にわたる人工透析や腎移植を必要とする、重篤な状態に至ります。近年、世界中で透析患者の増加が続くことから、腎不全の進行を抑える新しい治療法の開発が、内科学における喫緊の課題とされています。しかしながら、腎機能低下の詳細なメカニズムはいまだに不明な点が多く、腎不全の原因に則した治療法の開発は進んでいません。
腎臓は血液から尿を濾過した後に濃縮する巧みな臓器であり、代謝構造も部位によって大きく異なる複雑な臓器です。そこで今回の研究では、血流不足に伴う腎代謝産物の変化が腎不全の進行に関与するかを検討する目的で、腎動脈クリッピング(注1)で腎血流を遮断したマウスの腎臓を、腎臓の代謝産物を可視化する新しい解析手法である「質量分析イメージング」を用いて観察しました。その結果、腎臓を縦軸方向に切ると、皮質から髄質に向かって数層の機能層が存在し、病態時にはそれらが特異的な反応をしてエネルギー代謝が維持されるように出来ていることが分かりました。さらには、エネルギー代謝が非常に活発な部位である腎皮質のATPが、10分間の血流遮断で80%減少して腎機能が低下すること、さらに血流を再開して24時間経過した後もATPは20%減少したままで、元のレベルには回復しないことを見出しました。
ATPなどのアデニル酸(注2)は肝臓や腎臓で分解され、尿酸に変換されて尿中に排泄されます。我々は、ATPから尿酸への分解を抑える作用を有し(図1)、血中の尿酸を低下させる薬剤(尿酸降下薬)として用いられるフェブキソスタットをマウスに投与し、腎血流遮断後のATP回復と腎障害に与える効果を検討しました。10分間の血流遮断の後、腎血流を再開したマウスにフェブキソスタットを持続投与したところ、この薬剤がATPの回復を促進し、腎保護効果を発揮することが分かりました。
図1. アデニル酸分解経路とフェブキソスタットの作用点
質量分析イメージングによる腎ATP代謝の解析
今回の研究手法である質量分析イメージングは、従来の手法では可視化できない分子量1,000以下の低分子代謝産物を可視化するイメージング手法で、その基盤技術は日本で開発され、ノーベル化学賞受賞の対象となりました(Tanaka et al., Rapid Commun.Mass Spectrom.,1988)。
我々は、腎動脈クリッピングで一過性に腎血流を遮断したマウスの急性虚血腎において、ATPなどアデニル酸代謝産物の臓器内分布を時間軸に沿って解析しました。腎皮質のATPは10分間の短い血流遮断で80%減少して腎機能が低下し(図2)、さらに血流再開24時間後もATP減少が持続して、元のレベルには回復しませんでした。
図2. 質量分析イメージングを用いた短時間の腎血流遮断に伴う腎ATP代謝産物変容の解析
ATPなどのアデニル酸は肝臓や腎臓で分解され、尿酸に変換されて尿中に排泄されます。痛風発作は、このようなアデニル酸などの核酸の分解によって生じる、血中の尿酸値の上昇が誘因となるため、血清尿酸値8mg/dl以上では、尿酸降下薬の服用が推奨されています。フェブキソスタットは、ヒポキサンチンから尿酸に分解する経路の酵素であるキサンチンオキシダーゼを阻害する作用を有する薬剤で、尿酸産生を抑える尿酸降下薬として、日本では2011年より市販されています。キサンチンオキシダーゼ阻害薬はヒポキサンチン分解を抑えることで、尿酸産生を低下させるだけでなく、プリンサルベージ経路によりATPなどのアデニル酸の再合成を促進させる可能性が指摘されています。そこで今回我々は、血流遮断によるATP低下がフェブキソスタットで緩和される可能性を着想し、腎動脈クリッピングで腎臓の血流を10分間遮断したマウスにフェブキソスタットを投与して、腎機能に与える効果を検討しました。
尿酸降下薬フェブキソスタットによるアデニル酸再合成を介した腎保護メカニズムの解明
腎血流を10分間遮断した後に、腎臓の血流を再開したマウスにフェブキソスタットを持続投与すると、腎機能が改善するだけでなく、質量分析イメージングを用いた解析で、血流再開24時間後における、腎皮質のATPレベルと総アデニル酸が上昇することを見出しました(図3)。ATPから尿酸への分解過程に存在するヒポキサンチンが増加しており、ATPレベルの上昇は、ヒポキサンチンからのアデニル酸(ATP、ADP、AMP)再合成の促進による可能性が考えられました。さらに、腎尿細管細胞を用いた検討において、アデニル酸を再合成する酵素であるヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ1(HRPT1)を阻害すると、フェブキソスタットによるATP回復の促進が消失しました。これらの結果から、フェブキソスタットは、血流不足に伴うATPレベルの低下を、アデニル酸再合成の促進によって緩和し、腎保護効果を発揮することが明らかになりました。
図3. フェブキソスタットによるATP回復の促進
これらの結果は、腎尿細管細胞におけるATPレベルの低下が腎不全進展のメカニズムとなり、有効な治療法に乏しく最終的には透析療法を必要とする腎不全において、フェブキソスタットによるATPなどのアデニル酸代謝の制御とエネルギー産生障害の改善が新たな治療戦略となる可能性を示唆します(図4)。マウスで示された、フェブキソスタットのアデニル酸再合成促進による腎保護効果が、ヒトにおいても有効である可能性を検証する、今後の研究が期待されます。
図4. フェブキソスタットによる腎保護効果
【用語解説】
(注1)腎動脈クリッピング
腎臓に血液を送る腎動脈をクリップで挟みこみ、腎血流を遮断する研究手法のこと。一定時間後にクリップを解除することにより血流を再開できる。
(注2)アデニル酸
アデノシンにリン酸を付与した分子で、一般にはアデノシン三リン酸(ATP)、 アデノシン二リン酸(ADP)、 アデノシン一リン酸(AMP)を総称して、アデニル酸と呼ぶ。
参考文献
Xanthine oxidase inhibitor ameliorates postischemic renal injury in mice by promoting resynthesis of adenine nucleotides.
Fujii K, Kubo A, Miyashita K, Sato M, Hagiwara A, Inoue H, Ryuzaki M, Tamaki M, Hishiki T, Hayakawa N, Kabe Y, Itoh H, Suematsu M.
JCI Insight. 2019 Nov 14;4(22). pii: 124816. doi: 10.1172/jci.insight.124816.
左より、久保亜紀子(医化学教室助教)、藤井健太郎(腎臓・内分泌・代謝内科共同研究員)、宮下和季(同特任准教授)
最終更新日:2020年3月2日
記事作成日:2020年3月2日
慶應発サイエンス
- 2024年
- 固形がんに対し強い抗腫瘍効果をもつCAR-T細胞の作成 中川原賢亮、福永興壱(呼吸器内科)、吉村昭彦(微生物学・免疫学教室(研究当時))
- 多発神経鞘腫を有する神経線維腫症2型(NF2)に対する初の免疫療法(臨床試験報告) 田村亮太、戸田正博(脳神経外科)
- CAR-T細胞療法の効果と安全性を高める人工サイトカイン受容体 籠谷勇紀(先端医科学研究所がん免疫研究部門)
- 医師と患者さんのコミュニケーションギャップを埋める患者報告アウトカムの活用を ~より患者さんのニーズに沿った治療の提案が可能に~ 池村修寛、香坂俊(循環器内科)
- 化学治療抵抗性乳がん細胞の代謝特性 山本雄広(医化学教室)、林田哲(一般・消化器外科)、末松誠(慶應義塾大学名誉教授)
- 網羅的なゲノム解析で成人女性の冷え症と関連する遺伝要因を発見 吉野鉄大(漢方医学センター)
- 汗の乳酸を測定するバイオセンサの低酸素トレーニングでの活用 勝俣良紀、岩澤佑治(スポーツ医学総合センター) 大川原洋樹(整形外科) 中島大輔(整形外科、久光製薬運動器生体工学寄付研究講座)
- 無症候性のSARS-CoV-2ワクチン接種者と非接種者における心筋18(18F)fluorodeoxyglucose(FDG)集積の比較 中原健裕、岩渕雄、冨田快、志賀哲、陣崎雅弘(放射線診断科)
- 精神科診療におけるオンライン診療は対面診療と同等の治療効果であることを国内19機関が参加した非劣性試験で証明 木下翔太郎、岸本泰士郎(ヒルズ未来予防医療・ウェルネス共同研究講座)
- 骨の端にある特殊な血管構造を発見 久保田義顕(解剖学教室)
- ジスキネジア(体のクネクネ、口のモゴモゴ)はなぜ起こる? 阿部欣史、田中謙二(先端医科学研究所・脳科学研究部門)竹内啓善(精神・神経科)
- 原発性硬化性胆管炎に対するバクテリオファージを用いた新規治療の可能性 市川将隆、中本伸宏、金井隆典(消化器内科)
- 2023年
- 心臓由来コラーゲンによるヒト人工心筋組織の成熟化 谷英典(循環器内科、心臓病未来治療学共同研究講座)小林英司、遠山周吾(循環器内科)
- iPS細胞はそのヒトを映す「鏡」―筋萎縮性側索硬化症(ALS)の克服に向けて― 森本悟、岡野栄之(生理学教室)
- 関節リウマチにおける生物学的製剤開始時のメトトレキサート減量試験 玉井博也、金子祐子(リウマチ・膠原病内科)
- アミノ酸の左右のバランスを決める仕組みを解明 権田裕亮、笹部潤平(薬理学教室)
- 頸動脈小体腫瘍の原因遺伝子の特徴と発症の仕組みを解明 吉浜圭祐、小澤宏之(耳鼻咽喉科)
- コロナ制圧タスクフォースによるCOVID-19重症化遺伝子DOCK2の同定と機能解析 南宮湖(感染症学教室)、中鉢正太郎(呼吸器内科)
- 社交不安症のある自閉スペクトラム症者への人型ロボット介入は社交不安の軽減や発話への自信につながることが示唆された 吉田篤史(精神・神経科)
- 未知の脳領域「前障」の形成過程を解明 大島鴻太、仲嶋一範(解剖学教室)
- 非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)における肝細胞がん発生リスク診断法の開発 藏本純子、新井恵吏、金井弥栄(病理学教室)
- 近視進行メカニズムの分子細胞生物学的理解の進歩 栗原俊英(眼科)
- single cell RNA-seqデータの普遍的な特徴を抽出することに成功 -疾患解析データの本質を捉えることが可能に- 岡野雄士(医学部5年)、加瀬義高、岡野栄之(生理学教室)
- アミロイドPET検査とタウPET検査の併用により認知症診療の診断、治療が大きく改善する可能性 伊東大介(生理学教室)
- 2022年
- 「オメガ3脂肪酸」由来代謝物が難病肺高血圧症の病態を調節する機構を解明 守山英則、遠藤仁(循環器内科)
- 大腸の慢性炎症(潰瘍性大腸炎)に対するこれまでにない治療機序の解明に成功 筋野智久(内視鏡センター)
- 治療抵抗性統合失調症の興奮抑制バランスの異常とニューロモデュレーションを用いた新規治療法の開発 和田真孝(精神・神経科)
- 大腸がんに対する薬の効果を予測するオルガノイド培養技術を開発 〜正常な「ミニ臓器」の培養効率を飛躍的に改善〜 高野愛、佐藤俊朗(坂口光洋記念講座(オルガノイド医学))
- 乳がん治療中のQOL維持のため症状把握にLINEを活用 林田哲、北川雄光(一般・消化器外科)
- 血管により硬い歯がつくられる仕組みを解明 久保田義顕(解剖学教室)
- 原因不明の重症新生児に対する迅速な網羅的遺伝子解析 武内俊樹(小児科)
- ヒトサイズに近いバイオ人工肝臓を使った移植実験に世界で初めて成功 ~臓器再生医療の実現化を加速~
八木洋、北川雄光(一般・消化器外科) - 成人T細胞白血病リンパ腫のゲノム異常の全体像を解明
木暮泰寛、片岡圭亮(血液内科) - 免疫機能がコレステロール調節機構を利用し炎症を収束させる仕組みを解明 高橋勇人、天谷雅行(皮膚科)
- 疲弊したCAR-T細胞を若返らせ、強い抗腫瘍効果をもつCAR-T細胞の作製に成功 安藤眞、吉村昭彦(微生物学免疫学教室)
- 2021年
- 新生児線状IgA水疱性皮膚症 ~発生メカニズムの解明~
江上将平、山上淳、天谷雅行(皮膚科) - 大腸に小腸の機能をもたせる細胞移植技術を開発
杉本真也、佐藤俊朗(坂口光洋記念講座(オルガノイド医学))、小林英司(循環器内科) - さまざまな動物種から高品質のiPS細胞を作製することに成功
吉松祥、岡野栄之(生理学教室) - 免疫の暴走を開始時に防ぐ仕組みを解明
竹馬俊介、吉村昭彦(微生物学免疫学教室) - 光照射とゲノム編集で妊娠をピンポイントに調節することに成功
丸山哲夫(産婦人科) - 毎日1時間の水素吸入が自律神経のバランスを整え、降圧効果を発揮 多村知剛(救急科)、佐野元昭(循環器内科)、小林英司(ブリヂストン臓器再生医学寄附講座)
- 血管とリンパ管の独立性が維持される仕組みを解明 久保田義顕(解剖学教室)
- 潰瘍性大腸炎治療薬の青黛が肺高血圧症を起こすメカニズムを解明
平出貴裕、片岡雅晴、福田恵一(循環器内科)、寺谷俊昭、金井隆典(消化器内科) - 新たな糖尿病治療薬の効果を現場で検証する~SGLT2阻害薬に関する多国籍共同解析~ 香坂俊(循環器内科)
- 新生児線状IgA水疱性皮膚症 ~発生メカニズムの解明~
- 2020年
- 心血管病のバイオマーカーと血漿アルブミンが究極の長寿と関連 ~スーパーセンチナリアンの生物学的特徴~
新井康通、岡野栄之(百寿総合研究センター) - 新しいがんイメージングDIIFCO法の開発~がん微小環境を三次元レベルで解析可能に~
田中伸之、大家基嗣(泌尿器科) - オラネキシジンによる消毒で⼿術部位感染を半減
竹内優志、尾原秀明(一般・消化器外科) - 精神神経疾患の関連分子が神経細胞を正しく配置させるしくみを発見
廣田ゆき、仲嶋一範(解剖学教室) - シェーグレン症候群の唾液腺における自己抗体産生
竹下勝(リウマチ・膠原病内科) - 肺動脈の発生を染めて先天性心疾患の病態を探る
石崎怜奈、内田敬子、山岸敬幸(小児科) - 不安症患者さんに対してマインドフルネスの効果が示されました 二宮朗(精神・神経科)
- 尿酸降下薬による腎保護メカニズムの解明
~質量分析イメージングによる腎代謝解析~
藤井健太郎、宮下和季(腎臓・内分泌・代謝内科) - 汗孔角化症の発症メカニズムを解明
〜日本人の400人に1人が発症素因を持つことが明らかに〜 久保亮治(皮膚科)
- 心血管病のバイオマーカーと血漿アルブミンが究極の長寿と関連 ~スーパーセンチナリアンの生物学的特徴~
- 2019年
- 心停止患者から提供された臓器を水素ガスによって移植可能な臓器へと蘇生させる新たな技術の開発に成功
佐野元昭、小林英司(水素ガス治療開発センター) - 肝臓の炎症を抑制する免疫細胞を発見~急性肝不全に対する新たな治療法の開発に期待~
幸田裕造、中本伸宏、金井隆典(消化器内科) - 関節リウマチの病態に関わるT細胞の詳細解析
竹下勝(リウマチ・膠原病内科) - 加齢に伴う神経新生の低下機構を解明
~老化による脳萎縮を部分的に防ぐことに成功~
加瀬義高、岡野栄之(生理学) - 根気を生み出す脳内メカニズムの発見
~粘り強さは海馬とセロトニンが制御する~
吉田慶多朗、田中謙二(精神・神経科) - ケトン体(β-ヒドロキシ酪酸)による腎保護作用のメカニズム
田島敬也、脇野修、伊藤裕 (腎臓・内分泌・代謝内科) - 心電図からカテーテル治療の要否を判断するAIの開発
後藤信一、佐野元昭(循環器内科) - 「豊かな環境」によるドライアイ予防・改善の可能性 佐野こころ(眼科学)
- ヒト上皮幹細胞の新規培養技術の開発
藤井正幸、佐藤俊朗
(坂口光洋記念講座(オルガノイド医学)) - 新しい分子イメージング法による高血圧症の原因解明
杉浦悠毅、西本紘嗣郎(医化学) - 脳梗塞における神経症状回復を促す新規免疫細胞の発見 伊藤美菜子、吉村昭彦(微生物学・免疫学)
- 顕微鏡で観察するがん免疫の世界とその分類 紅林泰、坂元亨宇(病理学)
- 記憶・学習のしくみを理解し、操作するための新しい技術
掛川渉(生理学) - ヒト多能性幹細胞から高効率に骨格筋を分化させる方法
秋山智彦、洪実(坂口光洋記念講座(システム医学))
- 心停止患者から提供された臓器を水素ガスによって移植可能な臓器へと蘇生させる新たな技術の開発に成功
- 2018年
- 抗菌薬の隠された作用のメカニズムの解明~薬剤耐性対策につながる成果~
南宮湖、石井誠(呼吸器内科) - iPS細胞技術を用いた筋萎縮性側索硬化症(ALS)の病態解析と創薬研究
藤森康希、岡野栄之(生理学) - 10億個のヒトiPS細胞由来の心室筋細胞を一度に作製する方法の開発
遠山周吾、藤田淳 (循環器内科) - 横紋筋融解症に続発する腎不全の新たなメカニズムの解明
大久保光修、平橋淳一(総合診療教育センター) - iPS細胞を用いた胎児の形態異常の解明
奥野博庸(生理学) - 紫光(バイオレットライト)の成人強度近視に対する近視進行抑制の可能性
鳥居秀成、根岸一乃(眼科) - 口腔には腸管に定着すると免疫を活性化する細菌がいる
本田賢也、新幸二(微生物学・免疫学) - 新しい遺伝子発現システムによる心筋細胞の誘導と心臓再生への応用
梅井智彦、家田真樹(循環器内科) - 広汎性子宮頸部摘出術後妊娠における残存頸管長と早産リスクの関連は?
宮越敬(産婦人科) - リン代謝を制御するものは老化を制御する
宮本健史(整形外科) - DNAメチル化解析による脊髄移植後の腫瘍化の原因解明
飯田剛(整形外科)
- 抗菌薬の隠された作用のメカニズムの解明~薬剤耐性対策につながる成果~
- 2017年
- HDLコレステロールが低い日本人の冠動脈疾患死亡リスク
平田 匠(百寿総合研究センター) - 細胞周期の異常はがんの進展にとって敵にも味方にもなる
石澤丈(先端医科学研究所) - 脳梗塞後の炎症が収まる仕組みの解明と治療への応用
七田 崇、吉村 昭彦(微生物学・免疫学) - 腹外側線条体の神経細胞が意欲の維持に関わる
滝上紘之(生理学、精神・神経科) - 非小細胞肺がんで使用される分子標的薬の耐性化メカニズムの解明
額賀重成(呼吸器内科) - 内耳性難聴に対するiPS創薬研究-新規病態の発見と治療薬の同定-
藤岡 正人、細谷 誠(耳鼻咽喉科) - 食べ過ぎが糖尿病や心血管疾患の発症を起こすメカニズムを解明
白川公亮(循環器内科) - バルプロ酸への胎内曝露が胎児の大脳皮質形成を障害する
藤村公乃(小児科) - 血液を作る幹細胞がストレスを受けて増殖する仕組みを発見
雁金大樹(血液内科) - 間葉系幹細胞の免疫性線維化における役割
小川葉子(眼科)、森川暁(歯科・口腔外科) - 肥満に伴う大腸マクロファージによる炎症が糖尿病発症につながる
川野義長(腎臓・内分泌・代謝内科) - 眼球内の不要となった血管を退縮させる仕組み
久保田義顕(機能形態学)
- HDLコレステロールが低い日本人の冠動脈疾患死亡リスク
- 2016年
- iPS細胞を高品質かつ高効率に作製する方法の開発
國富晃(循環器内科) - MIRAGE症候群の発見
鳴海 覚志、長谷川奉延(小児科) - 日本における認知症の社会的コスト
佐渡充洋(精神・神経科) - 神経細胞の興奮の起こりやすさを制御する新しいメカニズムを解明
松田恵子(生理学) - 新規筋萎縮性側索硬化症(ALS)モデルマウスの樹立に成功
椎橋 元(神経内科) - 脳や脊髄の「ミエリン」をMRIで可視化する新技術
中原 仁(神経内科) - 椎間板変性に対する新規治療薬の開発
藤田順之(整形外科) - 乳酸アシドーシスの新規治療法の開発
南嶋洋司(医化学) - 本来の位置にたどり着けない神経細胞が及ぼす脳への影響
久保健一郎(解剖学) - 百寿者から探る健康長寿の秘訣
新井康通(百寿総合研究センター) - iPS細胞から神経細胞を作り分ける新技術
今泉研人(医学部5年) - 腸管免疫の恒常性における腸内細菌の役割
柏木一公(微生物学・免疫学)
- iPS細胞を高品質かつ高効率に作製する方法の開発
- 2015年
- 2014年
- 2013年
- 尿細管-糸球体連関:糖尿病性腎症の新しい発症メカニズムの解明
長谷川一宏(腎臓・内分泌・代謝内科) - 神経幹細胞を作る
赤松和土(生理学) - 難聴に対する、薬剤を用いた内耳有毛細胞の再生医療
藤岡 正人(耳鼻咽喉科) - 脳・脊髄のガン(グリオブラストーマ)に対する新たな分子標的治療戦略
岩波 明生(整形外科) - がん幹細胞におけるCD44vを介した治療抵抗性の獲得メカニズム
永野 修(先端医科学研究所) - ヒトES・iPS細胞からつくった心筋細胞で心臓病を治すには?
遠山周吾(循環器内科) - 造血幹細胞を老化から守る代謝制御メカニズム
田久保 圭誉(発生・分子生物学) - 重症喘息に効く新しい薬を創る! -オメガ3脂肪酸の抗炎症作用-
宮田 純(呼吸器内科) - 血漿アミノ酸プロファイルを用いたIBDバイオマーカーの確立
久松理一(消化器内科) - がん血管のみではたらく血管増殖メカニズム
久保田義顕(総合医科学研究センター)
- 尿細管-糸球体連関:糖尿病性腎症の新しい発症メカニズムの解明
- 2012年