新規MASH-HCCマウスモデルにおけるGalectin-1制御のRho、ECM、SASPシグナリングを豊富にする西洋食の空間的影響
西洋食がGalectin-1を介したRho、ECM、SASPシグナリングを豊富にする空間的影響：新規MASH-HCCマウスモデルにおける研究
学術的背景
肝細胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）は、世界的にがん関連死の第3位の原因であり、代謝機能障害関連脂肪性肝炎（Metabolic Dysfunction-Associated Steatohepatitis, MASH）はHCCの主要な誘因の一つです。西洋食（Western Diet, WD）の普及に伴い、MASHの発生率は上昇し続けていますが、現在のところMASHを予防する有効な薬剤はなく、HCCの治療選択肢も非常に限られています。Galectin-1（Gal-1）はHCCのバイオマーカーであり、肝細胞癌化プロセスにおいて重要な役割を果たします。これまでの研究では、Gal-1のサイレンシングがマウスHCCを効果的に治療することが示されていますが、WDがGal-1シグナリングを介してMASHからHCCへの進行にどのように影響するかは不明です。本研究は、この知識のギャップを埋めることを目的として、WDがGal-1シグナリングを介してHCCの腫瘍微小環境にどのように影響するかを探求しました。
論文の出典
本論文は、Tahereh Setayesh、Ying Hu、Farzam Vaziri、Dongguang Wei、Yu-Jui Yvonne Wanによって共同執筆され、著者全員がカリフォルニア大学デービス校（University of California, Davis）に所属しています。論文は2024年に『Biomarker Research』誌に掲載され、タイトルは「The spatial impact of a western diet in enriching galectin-1-regulated Rho, ECM, and SASP signaling in a novel MASH-HCC mouse model」です。
研究の流れ
1. MASH-HCCマウスモデルの確立
研究では、まず新規のMASH-HCCマウスモデルを確立しました。FVB/N雄性マウスは離乳後にWD（21.2%脂肪、34%ショ糖、0.2%コレステロール）を5ヶ月間摂取しました。実験群では、マウスは安楽死の2ヶ月前にmyr-Akt1およびN-RasV12プラスミドを含む水力学注射を受け、HCCを誘導しました。対照群のマウスは健康食を摂取しました。
2. Gal-1のサイレンシングと過剰発現
Gal-1の役割を研究するために、アデノ随伴ウイルス（AAV9）を使用してGal-1をサイレンシングまたは過剰発現させました。Gal-1 siRNAは静脈内投与され、対照群ではscramble-AAV9を使用しました。Gal-1の過剰発現はAAV9-Gal-1によって行われ、対照群では挿入のないAAV9を使用しました。
3. 組織学と多重免疫組織化学（IHC）
肝臓組織は固定後、ヘマトキシリンとエオシン（H&E）染色を行い、多重免疫組織化学技術を用いてE-cadherin、N-cadherin、Gal-1、F4/80などのマーカーを検出しました。蛍光信号はVectra 3自動定量病理イメージングシステムでスキャンされ、INFORMソフトウェアを使用して信号分離を行いました。
4. RNA抽出、シーケンス、および解析
健康な肝臓、HCC、MASH-HCCサンプルからRNAを抽出し、cDNA合成とRNAシーケンスを行いました。Reactomeを使用して発現の異なる遺伝子を解析し、GSEAとiDEPを使用して経路のエンリッチメント分析を行いました。
5. 空間トランスクリプトミクスとタンパク質解析
GeoMx DSP技術を使用して肝臓切片の全トランスクリプトームシーケンスとタンパク質解析を行いました。腫瘍内部、腫瘍縁、腫瘍外部の領域を選択し、NanostringのGeoMx NGSパイプラインツールを使用してデータを解析しました。
6. 細胞デコンボリューション分析
SpatialDecon GeoScriptを使用して細胞デコンボリューション分析を行い、腫瘍微小環境中の免疫細胞の豊富さを決定しました。
主な結果
1. MASH-HCCの形態学的特徴
研究では、MASH-HCCマウスの肝臓に顕著な脂肪変性、線維化、および腫瘍形成が観察されました。WD誘導性の代謝機能障害関連脂肪肝疾患（MAFLD）と比較して、MASH-HCCの肝臓コラーゲン濃度が有意に増加しました。
2. WDが健康な肝臓とHCCに及ぼす分子特性への影響
WD摂取は、Rhoシグナリング経路、細胞外マトリックス（ECM）リモデリング、および老化関連分泌表現型（SASP）などの経路を著しく活性化しました。健康な肝臓と比較して、MAFLDマウスではECM、コラーゲン形成、および分解経路が有意にエンリッチされました。
3. MASH-HCCとHCCの分子差異
健康な肝臓と比較して、MASH-HCCではECM、サイトカインシグナリング経路、およびSASPが顕著にエンリッチされました。さらに、MASH-HCCでは腫瘍内部および縁領域でRho GTPaseエフェクター、ECMリモデリング、および細胞周期経路が有意にエンリッチされました。
4. Gal-1の空間的影響
Gal-1のサイレンシングは、MASH-HCCマウスの腫瘍負荷を著しく減少させ、腫瘍縁の免疫およびECM調節経路をダウンレギュレートしました。Gal-1の過剰発現は、Rho GTPaseシグナリング経路およびSASPを増強しました。
5. WDがGal-1を介したシグナリング経路に及ぼす影響
WD摂取とGal-1の過剰発現は、Rho GTPaseエフェクターおよびECM分解経路を共同でアップレギュレートし、Gal-1のサイレンシングはこれらの経路をダウンレギュレートしました。
結論
本研究は、WDがGal-1を介したシグナリング経路（Rhoシグナリング、ECMリモデリング、SASPを含む）を介してHCC腫瘍微小環境に及ぼす広範な影響を明らかにしました。これらの変化は、肝細胞癌化を促進するだけでなく、HCCの免疫治療効果にも影響を与える可能性があります。研究結果は、WDがHCCに及ぼす影響を理解するための新たな視点を提供し、今後の治療戦略のための潜在的なターゲットを示唆しています。
研究のハイライト
- 新規MASH-HCCマウスモデル：本研究は、ヒトに関連するMASH-HCCマウスモデルを初めて確立し、WDがHCCに及ぼす影響を研究するための重要なツールを提供しました。
- 空間トランスクリプトミクス技術：空間トランスクリプトミクス技術を通じて、WDが腫瘍微小環境に及ぼす空間特異的な影響を明らかにしました。
- Gal-1の重要な役割：研究は、Gal-1がRhoシグナリング、ECMリモデリング、SASPを調節する上で重要な役割を果たすことを確認し、今後のターゲット治療のための新たな視点を提供しました。
研究の意義
本研究は、WDがGal-1シグナリング経路を介してMASH-HCCに及ぼす影響に関する知識のギャップを埋めるだけでなく、新しいHCC治療戦略の開発のための理論的基盤を提供しました。WDが腫瘍微小環境に及ぼす複雑な影響を明らかにすることで、今後の食事介入および免疫治療のための重要な参考資料を提供しました。