NCF1による活性酸素種の調節が、MASHに対するKupffer細胞のフェロトーシス感受性を制御する

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活性酸素種 NCF1 Kupffer細胞 鉄恒常性 フェロプトーシス MASH 脂質過酸化

NCF1はKupffer細胞における活性酸素と鉄依存性細胞死の感受性を調節し、MASHに影響を与える

序論

代謝機能障害関連脂肪性肝疾患（MASLD）、以前は非アルコール性脂肪性肝疾患（NAFLD）と呼ばれていたものは、世界中での罹患率が25.2%に達し、大人と子供の慢性肝疾患の主要な原因の一つです。MASLDには、単純性脂肪変性から代謝機能障害関連脂肪性肝炎（MASH）までの一連の肝臓組織病理学的異常が含まれ、後者は炎症性疾患であり、肝硬変、肝細胞癌（HCC）、および末期肝疾患に進展する可能性があります。現在、MASHを治療するために承認された薬物療法は存在しません。したがって、MASHの病理メカニズムを深く理解することは、効果的な治療手段を開発するために非常に重要です。

研究背景と目的

最近の研究では、自らを維持するKupffer細胞（KCs）がMASHで損なわれることが示されました。KCsの死が増加することで、単球由来マクロファージ（MoMcs）が徐々に生じ、KCsのプールを補充します。これらの新しいマクロファージはKCsとは全く異なるトランスクリプトームの様相を示し、より顕著な炎症特性を持っています。研究によると、酸化ストレスは脂肪変性からMASHへの悪化の重要な要因の一つです。好中球細胞質因子1（NCF1）は酸化ストレスを調節する重要な因子であり、その多型は多くの慢性炎症性自己免疫疾患の感受性と関連しています。しかし、NCF1がどのようにして食事誘発性MASHで酸化反応と炎症を調整するかは不明です。さらに、どの細胞タイプがMASHでNCF1の病因機能を持つかを明確にすることは、重要な臨床意義があります。

研究機関と発表情報

この論文は、西安交通大学の複数の研究所と病院の研究者たち、Jing Zhang, Yu Wang, Meiyang Fan, Liesu Mengなどによって共同研究され、2024年8月6日に《Cell Metabolism》で発表されました（DOI：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.05.008）。

研究方法とプロセス

実験プロセス

研究は以下のプロセスを採用しました：

  1. NCF1遺伝子発現分析

    • フローサイトメトリーを用いてMASHマウスの肝細胞を分析し、NCF1の発現状況を検出。

  2. 表現型研究

    • 野生型（WT）マウス、NCF1マウス、特異的にCD68+マクロファージでNCF1を発現するトランスジェニックマウス（NCF1.NCF1tg-CD68）を用いて研究を実施し、異なる食事条件（メチオニン/コリン欠乏食および高脂肪食）の下で飼育し、肝機能指標と組織学的変化を検出。

  3. 鉄レベルと活性酸素（ROS）の測定

    • Phen Green SKプローブとフェリチン抗体を使用し、フローサイトメトリーを通じて異なるマウス肝臓のKCsとMoMcsにおける鉄含有量および脂質過酸化レベルを検出。

  4. 鉄依存性細胞死抑制剤実験

    • 鉄依存性細胞死抑制剤Ferrostatin-1（Fer-1）を注射し、マウスのMASH症状と鉄依存性細胞死への影響を評価。

  5. 細胞共培養実験

    • Kupffer細胞と肝細胞の共培養システムを構築し、PA刺激下でのマクロファージ分泌の条件培地（CM）が肝細胞のHepcidin産生に与える調節およびKCsの鉄沈着への影響を研究。

データ分析とアルゴリズム

RNAシーケンス分析を使用し、フローサイトメトリーデータと組み合わせて、複数の統計手法を通じて遺伝子発現、タンパクレベル、生物マーカーを分析・比較しました。

研究結果

  1. NCF1の発現およびその影響

    • NCF1は主にKupffer細胞（KCs）と単球由来マクロファージ（MoMcs）で発現し、MASHマウスの肝臓でNCF1が顕著に上昇していることを発見。

  2. 表現型の変化

    • NCF1*変異マウスは軽度の脂肪変性、炎症反応、線維化症状を示し、CD68+マクロファージでNCF1発現を回復させると、これらの指標は再び悪化し、マクロファージでのNCF1の表現がMASH病状の悪化に寄与することを証明。

  3. KCsとMoMcsの鉄レベルおよび脂質過酸化

    • MASHマウスのKCsで鉄レベルが上昇しているが、NCF1*変異マウスでは顕著に低下。脂質過酸化産物の検出により、NCF1がKCs鉄依存性細胞死（Ferroptosis）の発生を促進することを確認。

  4. 鉄依存性細胞死抑制剤の効果

    • Ferrostatin-1（Fer-1）はMASHマウスの肝機能を著しく改善し、肝臓の炎症と線維化を軽減し、KCsでの鉄沈着と脂質過酸化を減少させることで、鉄依存性細胞死がMASHにおける重要な役割を果たすことを証明。

  5. OxPLsとHepcidinの関係システム

    • NCF1はKCsでのROS生成を増加させることで酸化リン脂質（OxPLs）の形成を促進し、これらのOxPLsがメッセンジャーとして肝細胞内のToll様受容体4（TLR4）を活性化し、Hepcidinの生産を増加させ、KCsでの鉄沈着と鉄依存性細胞死を引き起こす。

結論

本研究は、マクロファージにおけるNCF1の役割を明らかにし、Kupffer細胞がMASHでの鉄依存性細胞死のメカニズムを説明しました。NCF1は酸化リン脂質（OxPLs）の生成を増やし、肝細胞でのTLR4経路を活性化することでHepcidinの生産を促進し、最終的にKupffer細胞の鉄沈着と鉄依存性細胞死をもたらします。研究結果は、NCF1と上述のシグナル経路をターゲットにした治療戦略が、MASH患者に新しい治療の方向性を提供する可能性を示唆しています。

研究のハイライトと価値

  1. 重要な発見

    • 初めてNCF1がMASHでKupffer細胞の鉄依存性細胞死を促進する具体的なメカニズムを明らかにし、MASHの病理に関する研究に新たな視点を提供した。

  2. 治療の可能性

    • 研究は、NCF1および関連するシグナル経路がKupffer細胞の運命を改善し、MASHの進行を抑制する潜在的な治療ターゲットとなり得ることを示した。

  3. 理論の革新

    • 研究は、OxPLsがTLR4-Hepcidin軸を活性化して鉄沈着と鉄依存性細胞死を促進する「悪性循環」理論を提案し、将来のMASH治療に重要な理論的根拠を提供。

  4. 方法の革新

    • 複数のマウスモデルと細胞共培養システムを革新的に使用し、マクロファージNCF1がMASHに与える作用メカニズムを詳述し、主要なシグナル経路の重要な役割を検証。

これらの発見を通じ、研究はMASHの発病メカニズムおよびその関連する治療方法の開発に重要な基盤を築きました。