タンパク質共役受容体GPR56の役割とフェロトーシス誘導による肝障害における保護メカニズム

近年、フェロトーシス（ferroptosis）は新しい細胞プログラム型死の形として、科学研究のホットトピックとなっています。その特徴は、リン脂質の過酸化による細胞死で、伝統的なアポトーシスや壊死と顕著に異なります。フェロトーシスはさまざまな病理状態で重要な意義を持っており、虚血再灌流障害（IRI）や薬物による組織障害などがあります。フェロトーシスの発生メカニズムは徐々に明らかにされていますが、それを抑制する経路は依然として少なく、特にGタンパク質共役受容体（GPCRs）ファミリーにおいて、このタイプの受容体がフェロトーシスにおいて具体的にどのような役割を果たすかはまだ明らかにされていません。

本研究はLin Hui、Ma Chuanshunなどの学者によって完成され、山東大学基礎医学院などの機関に所属し、2024年11月5日に『Cell Metabolism』誌に発表されました。研究チームは、接着型Gタンパク質結合受容体GPR56がCD36を介した脂質代謝の調節を通じてフェロトーシスに抵抗できることを発見しました。さらに、ステロイドホルモン17α-ヒドロキシプレグネノロン（17α-hydroxypregnenolone, 17-OH Preg）がGPR56の内因性アゴニストとして作用し、フェロトーシス誘導による肝障害を効果的に抑制することを特定し、肝障害治療の新しいターゲットと考え方を提供しました。

研究の背景と意義

フェロトーシスは、特に多不飽和脂肪酸（PUFA）を含むリン脂質の過酸化に依存しており、フェロトーシスの主要マーカーです。フェロトーシスの調節メカニズムでは、グルタチオンペルオキシダーゼ（GPX4）やフェロトーシス抑制タンパク質（FSP1）などの要因が重要な役割を果たしています。フェロトーシスは心血管疾患、神経変性疾患など多くの疾患に関連していると考えられています。既存の研究は、虚血再灌流障害と薬物誘導による組織障害においてフェロトーシスの抑制が症状を効果的に緩和できることを示しています。GPCRsファミリーは人体で最大の膜タンパク質ファミリーの一つであり、多くの生理的シグナルの伝達に関与しています。本研究は、接着型GPCRファミリーメンバーであるGPR56がフェロトーシスを抑制して肝臓の恒常性を維持できることを初めて提案しました。

研究方法と過程

研究はまずマウスモデルを用いて、GPR56が複数のフェロトーシス誘導による肝障害モデルにおいて果たす役割を検証し、次に遺伝子ノックアウトと薬物介入による方法を通じてGPR56の具体的なメカニズムを明らかにしました。研究方法にはいくつかの重要なステップが含まれます：

1. フェロトーシス誘導モデル構築

実験で研究者たちは、フェロトーシス誘導モデルとして2つの方法を使用しました。1つはドキソルビシン（Dox）誘導の肝障害モデル、もう1つは虚血再灌流障害（IRI）モデルです。Dox誘導のフェロトーシスモデルでは、マウスにDoxを注射すると肝組織のフェロトーシスマーカーPTGS2 mRNAレベルが顕著に上昇し、フェロトーシス抑制剤Ferrostatin-1（Fer-1）の投与が肝障害を効果的に緩和できることがわかりました。さらに、マウスの肝臓でのPTGS2、4-HNEなどのマーカーの発現レベルを検出することで、GPR56がフェロトーシスに対抗する際の重要性をさらに検証しました。

2. GPR56欠損モデルの構築と機能検証

研究チームは、GPR56特異的ノックアウトマウスをCreリコンビナーゼを用いて肝臓でGPR56遺伝子を成功裏にノックアウトし、Dox処理後にGPR56欠失マウスの肝臓でPTGS2レベルが顕著に上昇し、肝細胞の損傷と脂質過酸化の程度が明らかに悪化したことを観察しました。もう一つのノックアウトモデルはAlb-Cre+/− GPR56fl/flマウスで、対照群に比べDox処理後のGPR56ノックアウト肝細胞がより激しいフェロトーシスと脂質酸化の損傷を示し、血清アラニントランスアミナーゼ（ALT）とアスパラギン酸トランスアミナーゼ（AST）レベルがより高くなったことを示しました。

3. GPR56による細胞フェロトーシスの阻害作用

in vitro実験で研究チームは、人間の線維肉腫細胞（HT1080）と肝癌細胞（HCCLM3）を使用し、GPR56のフェロトーシス抑制作用を検証しました。実験は、GPR56の過剰発現がErastinおよびRSL3誘導のフェロトーシスに効果的に対抗し得る一方で、GPR56をノックダウンすることで細胞のフェロトーシス感受性が顕著に増加することを示しました。さらに、GPR56の欠失は脂質過酸化レベルの顕著な上昇も招いました。

4. GPR56によるCD36媒介脂質代謝経路の調節

さらなる分析では、GPR56がCD36のエンドサイトーシスとリソソーム分解を促進し、細胞内のPUFA含量を減少させることにより、フェロトーシスの感受性を低下させることが示されました。GPR56のノックアウトはCD36蛋白レベルを増加させ、その結果、脂質過酸化反応を悪化させました。研究はまた、GPR56がG12/G13シグナル経路を介してCD36発現を下方制御し、この調節過程はプロテアソームとオートファジー経路に依存せず、エンドサイトーシス-リソソーム分解経路に依存すると発見しました。

5. 17-OH Preg as GPR56の内因性アゴニスト

GPR56の内因性アゴニストを特定するために、研究チームはいくつかのステロイドホルモンをスクリーニングし、17-OH PregがGPR56のG12/G13シグナル経路を活性化し、フェロトーシスを著しく抑制できることを発見しました。in vitro実験では、17-OH PregがDoxまたはIRI誘導による脂質過酸化障害を効果的に減少させ、GPR56ノックアウトマウスではこの保護効果が顕著に弱まることを示し、17-OH PregがGPR56を介した抗フェロトーシス作用において重要であることを示しました。さらに、分子動力学シミュレーションは、17-OH PregがGPR56の特定アミノ酸部位に結合し、GPR56構造の変化を引き起こし、下流シグナル経路を活性化することを示しました。

研究結果と分析

研究結果は、GPR56がCD36を介した脂質代謝を調節することにより、細胞のフェロトーシス感受性を低下させることを示しました。17-OH PregはGPR56の内因性アゴニストとして、GPR56-G12シグナル軸を通じて抗フェロトーシス作用を発揮できることが示されました。実験はまた、GPR56の欠損がPUFAを含むリン脂質の含量を顕著に増加させ、肝細胞がフェロトーシスに対してより感受性を持つようにすることを発見しました。同時に、17-OH PregがCD36の発現を抑制し、PUFAの吸収を減少させることで、フェロトーシスによる肝臓への損傷を軽減しました。

研究チームは、臨床モデルにおいてもGPR56-17-OH Preg-CD36軸の治療可能性を検証しました。実験は、Dox誘導の急性肝障害モデルで、17-OH Pregの投与が肝細胞の脂質酸化損傷を顕著に緩和し、肝障害マーカーのレベルを低下させることを示しました。さらに、17-OH Pregは虚血再灌流による急性腎障害も効果的に抑制可能であり、多くの組織損傷における潜在的応用価値を示しています。

研究の意義と展望

本研究は、GPR56がフェロトーシス誘導の肝障害において重要な役割を果たすことを初めて明らかにし、GPR56の内因性アゴニストとしての17-OH Pregを発見し、肝障害の治療に新しいターゲットを提供しました。