トランスケトラーゼはイノシン誘導によるミトコンドリア活性を制限することでMAFLDを促進します

2024-08-13 Tue
背景紹介代謝機能障害関連脂肪性肝疾患（MAFLD）は、世界的に高い発症率を示す慢性肝疾患であり、その有病率は約25%です。特に肥満と2型糖尿病患者の集団では、MAFLDの発症率はさらに高くなります。MAFLDは複雑な全身性疾患であり、その経過は代謝機能関連単純性脂肪肝（MAFL）から代謝機能関連脂肪性肝炎（MASH）へと進行し、さらに肝線維化や肝細胞癌などの重篤な病態へと発展する可能性があります。ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体（PPAR）アゴニスト、ファルネソイドX受容体（FXR）アゴニスト、インスリン感受性増強剤、グルカゴン様ペプチド1（GLP-1）アナログなどの一部の薬剤が臨床試験段階に入っていますが、MAFLDには現在まだ効果的な承認された治療法がありません。したがって、新しい治療法を見つける必要が急務となっています。
本研究は、インスリンが肝臓のトランスケトラーゼ（TKT）の発現を調節することでMAFLDの進行に影響を与えるかどうかを探り、潜在的な治療戦略を見出すことを目的としています。TKTはペントースリン酸経路の重要な酵素であり、炭素骨格の再配列と核酸合成において重要な役割を果たしています。
論文の出典本論文はLingfeng Tongらの研究者によって執筆され、著者チームには上海交通大学医学部、生化学・分子細胞生物学部門などの複数の機関の研究者が含まれています。論文は2024年5月7日の「Cell Metabolism」学術誌に掲載されました。
研究の詳細プロセスa. 研究の流れこの研究では、メタボロミクスとプロテオミクス分析を通じて、ヒトおよびマウスのMAFLD肝臓でTKTの発現が著しく上昇していることを発見しました。実験はいくつかの主要なステップに分かれており、健康な個体とMAFLD患者およびマウスの肝臓サンプルのメタボロミクスとプロテオミクス分析、肝臓特異的TKT過剰発現およびノックアウトマウスモデルの構築、代謝フラックス分析と脂質オミクス分析を用いてTKTがMALFDの進行に及ぼす影響を詳細に調査しました。さらに、GalNAc-siRNAsを用いて肝臓でのTKTの発現を標的特異的に抑制し、マウスMAFLDモデルにおける治療効果を評価しました。
実験の具体的なステップ：メタボロミクスとプロテオミクス分析：
健康な個体とMAFLD患者の肝臓代謝物を分析し、ペントースリン酸経路（PPP）に焦点を当てました。
PPPの非酸化還元経路酵素であるトランスケトラーゼ（TKT）がMAFLD肝臓で特に顕著に発現していることを発見しました。さらにWestern blotとqPCRを用いて、MAFLDにおけるTKTの上昇を検証しました。
マウスモデルの構築：
肝臓特異的TKT過剰発現およびノックアウトマウスモデルを構築し、アデノウイルスを介遺伝子導入システムを用いてマウス肝臓でTKTを特異的に過剰発現させました。
高脂肪食によりマウスMAFLDモデルを誘導し、TKT過剰発現が肝臓の脂肪変性、肝臓および血清トリグリセリド（TG）レベル、肝酵素レベルに及ぼす影響を観察しました。
代謝フラックス分析：
標識グルコースと核酸を用いて、TKTが核酸由来ペントースの解糖系への流入に及ぼす影響を分析しました。
TKT欠損が核酸由来ペントースの解糖系への流入を阻害し、これが細胞内のペントースと核酸の蓄積をもたらし、最終的に肝臓内のイノシトールレベルを増加させることを発見しました。
脂質オミクス分析：
TKT欠損および正常マウスの肝臓サンプルに対して脂質オミクス分析を行い、TKT欠損がホスファチジルコリン（PC）合成を著しく上昇させることを発見しました。PCはミトコンドリア膜で最も豊富なリン脂質の一つです。
対照実験を通じて、マウス肝細胞においてTKT欠損がCDP-コリン経路を強化することでPC合成を増加させ、それによってミトコンドリアの機能と数を促進することをさらに検証しました。
GalNAc-siRNAs治療戦略：
肝臓特異的に標的化するGalNAc-siRNAを用いてTKTの発現を抑制し、皮下注射の形で投与しました。
GalNAc-siRNAがマウス肝臓でのTKTレベルを効果的に低下させ、それによってMAFLDとMASHの病態を緩和し、肝脂肪変性と線維化を減少させることを発見しました。
b. 研究結果メタボロミクスとプロテオミクス分析：
非酸化PPPの重要酵素であるTKTがMAFLD肝臓で著しく上昇していることを発見し、健康な対照群と比較して、MAFLDの患者とマウスの肝臓でTKT mRNAとタンパク質レベルが著しく上昇していました。
マウスモデル実験でも同様に、高脂肪食を与えたマウスの肝臓でTKTレベルが上昇し、肝脂肪変性とTGレベルの上昇を伴っていました。
機能分析：
TKT過剰発現とTKT欠損の機能比較研究により、TKT過剰発現がMAFLの進行を加速させる一方、TKT欠損がMAFLDを緩和することが示されました。
代謝フラックス分析により、ペントースリン酸経路におけるTKTの重要な役割が確認され、TKT欠損が核酸由来ペントースの解糖系への流入を阻害することが証明されました。
脂質分析：
脂質オミクス分析により、TKT欠損がPCの合成を上昇させることが発見され、PCはミトコンドリア膜機能に重要です。
さらなる実験により、CDP-コリン経路を強化することで、TKT欠損がマウス肝細胞のミトコンドリア機能を著しく改善することが示されました。これにはミトコンドリア膜電位、ATP生成、酸素消費率（OCR）の増加が含まれます。
治療効果：
TKTを標的とするGalNAc-siRNAは、マウス肝臓のTKTレベルを効果的に低下させ、高脂肪食とMCD食誘導のMAFLDモデルにおいて病理学的特徴を改善しました。これには肝臓および血清TG、TC、ALT、ASTレベルの低下、および肝脂肪変性と線維化の軽減が含まれます。
結論と意義この研究は、インスリンがTKTの発現を調節することでMAFLDの進行に影響を与えるメカニズムを初めて明らかにしました。ペントースリン酸経路の重要な酵素であるTKTは、核酸代謝を調節することでミトコンドリア機能を抑制します。研究ではTKTの発現を標的とするGalNAc-siRNAがマウスMAFLDモデルで顕著な治療効果を示すことを発見し、MAFLDの治療に有望な新しい戦略を提供しました。
研究のハイライトメカニズムの解明：本研究は、インスリンがINR-CEBPA経路を介して肝臓のTKT発現を上昇させ、それによって核酸代謝とミトコンドリア機能に影響を与えることを発見しました。これはMAFLDの病態メカニズムに新しい理論的基礎を提供しています。
治療戦略：GalNAc-siRNAを用いてTKTを標的特異的に抑制することで、マウスモデルにおいてMAFLDに対する顕著な治療効果を実現しました。これは将来のMAFLDの臨床治療に新しいアプローチを提供しています。
実験デザイン：研究は厳密に設計され、多くの実験を通じてMAFLDにおけるTKTの重要な役割を検証しました。メタボロミクス、プロテオミクスから動物モデルまで、TKTが肝臓の代謝と機能に及ぼす調節作用を包括的に解明しました。
引用文献のさらなる考察抗酸化剤、脂質代謝調節剤、その他の代謝経路に関する研究の進展について、引用文献を通じて理解を深めることで、MAFLDのさらなる治療法の開発に参考となる可能性があります。FriedmanらやYounossiら（2018年）の研究は、MAFLDのメカニズムを理解する上で貴重な手がかりを提供しています。したがって、本研究の成果と組み合わせることで、MAFLDの基礎研究と臨床応用の進展を促進することができるでしょう。
結語本研究は、MAFLDにおけるTKTの重要な役割を特定し、新しい治療戦略を提案することで、学術的価値と臨床応用の可能性を示しました。今後の研究では、さまざまな病態におけるTKTの具体的なメカニズムをさらに深く探求し、GalNAc-siRNA治療の安全性と有効性をさらに検証することが求められます。