遺伝性出血性毛細血管拡張症（Hereditary Hemorrhagic Telangiectasia, HHT） は、遺伝子変異によって引き起こされる疾患で、主に動静脈奇形（Arteriovenous Malformations, AVMs）、つまり動脈と静脈の間の異常な高流量接続を特徴とします。HHTの発症メカニズムは、Activin Receptor-Like Kinase 1 (ACVRL1) およびEndoglin (ENG) 遺伝子の機能喪失に関連しており、これらの遺伝子はそれぞれ骨形成タンパク質（Bone Morphogenetic Proteins, BMPs）9および10の受容体および共受容体として機能します。AVMsは、反復性の出血や貧血を引き起こすだけでなく、局所的な組織低酸素症や心機能への影響ももたらします。これまでの研究では、PI3K/AKT/mTORC1 シグナル経路がHHTの病態において重要な役割を果たすことが示されていますが、mTORC1がAVM形成において具体的にどのように関与しているかは不明でした。

本研究は、mTORC1シグナル経路がHHT関連AVM形成において細胞自律的および非細胞自律的にどのように作用するかを探ることを目的とし、遺伝子および薬理学的介入を通じて、mTORC1がAVM生物学において果たす具体的な役割を明らかにしました。

論文の出典

本論文は、Antonio Queiro-Palou、Yi Jin、および Lars Jakobsson によって共同執筆され、3名の著者はすべてスウェーデンのKarolinska Institutetの血管生物学部門に所属しています。論文は2025年にAngiogenesis誌に掲載され、タイトルは《Genetic and pharmacological targeting of mTORC1 in mouse models of arteriovenous malformation expose non-cell autonomous signalling in HHT》です。

研究の流れと実験設計

1. 実験動物モデル

研究では、以下のような遺伝子改変マウスモデルを使用しました：

• Engflox/flox マウス：内皮細胞（Endothelial Cells, ECs）特異的にEndoglin (Eng) 遺伝子を削除するために使用。
• Tsc1flox/flox マウス：内皮細胞特異的にTsc1 遺伝子を削除し、mTORC1シグナル経路を活性化するために使用。
• Rptorflox/flox マウス：内皮細胞特異的にRptor 遺伝子を削除し、mTORC1シグナル経路を抑制するために使用。

これらのマウスは、Cdh5(pac)-CreERT2 マウスと交配され、内皮細胞特異的でタモキシフェン（Tamoxifen）誘導性の遺伝子ノックアウトマウスモデルを生成しました。

2. 実験の流れ

a) タモキシフェン誘導による遺伝子削除

マウス出生後1日目または3日目に、腹腔内注射でタモキシフェン（100 µg）を投与し、遺伝子削除を誘導しました。実験は、出生後4日目、5日目、6日目の異なる時点で行われました。

b) ラパマイシン（Rapamycin）処理

出生後3日目に遺伝子削除を誘導した後、4日目と5日目にラパマイシン（1 mg/kg/day）または対照溶媒を注射し、6日目に組織サンプルを採取しました。

c) BMP9/10抗体によるAVM誘導

出生後1日目に遺伝子削除を誘導した後、3日目、4日目、5日目にBMP9およびBMP10抗体（15 mg/kg）または対照抗体を注射し、6日目に組織サンプルを採取しました。

d) 網膜血管の全標本染色

出生後マウスの眼球を採取し、固定後に網膜を分離し、免疫染色を行いました。内皮細胞やmTORC1シグナル経路関連タンパク質を標識するために複数の抗体を使用し、共焦点顕微鏡で画像化しました。

3. データ解析

ImageJソフトウェアを使用して画像を解析し、血管面積、AVM数、AVM厚さ、およびmTORC1シグナル経路の活性化レベル（リン酸化RPS6の免疫反応性を評価）を定量化しました。

主な研究結果

1. Endoglinの欠失は網膜AVMを引き起こし、mTORC1の活性化を伴う

内皮細胞特異的にEndoglin 遺伝子を削除すると、マウスの網膜にAVMが形成され、mTORC1シグナル経路がAVM領域の内皮細胞および非内皮細胞で活性化されることがわかりました。これは、mTORC1の活性化が内皮細胞自律的だけでなく、非内皮細胞の影響も受けることを示しています。

2. ラパマイシンによるmTORC1シグナル経路の抑制はAVM形成を減少させる

ラパマイシン処理は、AVMの数と厚さを有意に減少させ、mTORC1シグナル経路の活性化をほぼ完全に抑制しました。これは、mTORC1がAVMの形成と拡大において重要な役割を果たしていることを示しています。

3. mTORC1の活性化はAVM形成後に起こる

mTORC1の活性化は、AVM形成後に起こることがわかりました。これは、mTORC1の活性化がAVM形成の結果であり、原因ではないことを示唆しています。

4. 内皮細胞特異的なmTORC1抑制はAVMに限定的な影響しか与えない

内皮細胞特異的にRptor 遺伝子を削除（mTORC1を抑制）しても、AVM表現型は軽度にしか改善されませんでした。これは、内皮細胞内のmTORC1シグナル経路がAVM形成において限定的な役割しか果たしていないことを示しています。

5. 内皮細胞特異的なmTORC1活性化はAVMの重症度を減少させる

内皮細胞特異的にTsc1 遺伝子を削除（mTORC1を活性化）すると、BMP9/10抗体誘導AVMの重症度が減少しました。これは、mTORC1の過剰活性化がAVM形成を抑制する可能性があることを示しています。

結論と意義

本研究は、mTORC1シグナル経路がHHT関連AVM形成において複雑な役割を果たすことを明らかにしました。内皮細胞内のmTORC1シグナル経路はAVM形成において限定的な役割しか果たしていない一方で、非内皮細胞内のmTORC1活性化はAVMの進行において重要な役割を果たしています。ラパマイシンの全身的抑制はAVM形成を著しく減少させ、HHT関連AVMの治療において有望な戦略であることが示されました。

研究のハイライト

1. mTORC1シグナル経路の二重の役割：mTORC1が内皮細胞および非内皮細胞で活性化されることがAVMの形成と拡大に異なる影響を与えることがわかりました。
2. ラパマイシンの治療可能性：ラパマイシンはmTORC1シグナル経路を全身的に抑制することでAVM形成を著しく減少させ、HHTの治療に新たな道を開きました。
3. 非細胞自律的シグナルの重要性：非内皮細胞内のmTORC1活性化がAVM病態において重要な役割を果たすことが強調され、今後の治療戦略において多細胞タイプの相互作用を考慮する必要性が示されました。

研究の価値

本研究は、HHT関連AVMの発症メカニズムの理解を深めるだけでなく、新たな治療戦略の開発に実験的根拠を提供しました。mTORC1シグナル経路がAVM形成において果たす具体的な役割を明らかにすることで、今後の薬剤開発や臨床治療において重要な理論的基盤を提供しました。