全身性硬化症におけるアドロピンによる線維芽細胞活性化と線維化の軽減

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Adropinによる全身性硬化症における線維芽細胞活性化と線維化の抑制について

皮膚およびその他の臓器における線維化性疾患は、現代社会において重大な社会経済的課題となっており、現行の治療法は限られています。本研究の背景は全身性硬化症（Systemic Sclerosis: SSc）における線維化問題を解決することにあり、研究チームは主に隠N末端ペプチド（adropin）というペプチドホルモンの作用を探求しました。隠N末端ペプチドはエネルギー恒常性関連遺伝子（ENHO）によってコードされています。初期研究では代謝および血管恒常性において重要な役割を果たすことが示されていますが、線維化の病理過程における役割は未だ明確ではありません。

本研究論文は、ドイツのデュッセルドルフ大学病院、エアランゲン-ニュルンベルク大学、福州華山病院などの機関の研究者、Minrui Liang、Nicholas Dickel、Andrea-Hermina Györfiらによって執筆され、2024年3月27日に『Science Translational Medicine』誌に発表されました。

研究作業の流れ

研究フローおよびステップ

研究は多段階の実験を含み、機械学習技術を取り入れた体内および体外の機能実験を通じて、全身性硬化症の線維化に対する隠N末端ペプチドの調節効果を探求しました。具体的には次のとおりです。 1. 機械学習モデルを用いた遺伝子の特定（Identification via Machine Learning）： - 公開されている前向き早期全身性硬化症登録データを分析し、エラスティックネット（Elastic Net: EN）正則化、サポートベクターマシン（Support Vector Machine: SVM）および勾配ブースティングマシン（Gradient Boosting Machine: GBM）モデルで疾患分類標識遺伝子を選別しました。結果はENHO遺伝子が複数モデルで上位に位置し、潜在的な調節因子であることが確認されました。

  1. 機能検証実験：

    • 体外実験でRNAシーケンス（RNA-seq）技術を使って早期びまん性皮膚全身性硬化症（Diffuse Cutaneous Systemic Sclerosis: dcSSc）患者の遺伝子発現データをスクリーニングし、ENHO遺伝子が異なる患者群で顕著に低下していることを確認しました。
    • 健康なボランティアおよび全身性硬化症患者の皮膚サンプルを使用し、免疫蛍光染色でENHOタンパク質の発現レベルを更に確認しました。結果は全身性硬化症患者の皮膚でENHOの発現が顕著に減少していることを示しました。

  2. シグナル経路の探索：

    • 健康なボランティアの皮膚線維芽細胞を対象に複数の線維化誘導因子がENHO発現に及ぼす影響を研究した結果、トランスフォーミング成長因子β（Transforming Growth Factor-β: TGFβ）がJNK依存経路を介してENHO発現を低下させることが分かりました。

  3. 体内外実験でのAdropinの抗線維化効果の確認：

    • 隠N末端ペプチドのペプチド断片（Adropin34–76）を投与して、TGFβ誘導の線維芽細胞活性化および線維化組織リモデリングに及ぼす影響を研究しました。
    • マウスモデル実験（例えばブレオマイシン誘導肺線維化および慢性移植片対宿主病モデル）および精密に切断されたヒト皮膚片実験では、Adropin34–76ペプチド断片が線維化の緩和に顕著な効果を持つことが示されました。

主な結果

  1. 遺伝子発現分析：

    • 複数の機械学習モデルおよびRNA-seq分析を通して、全身性硬化症患者皮膚でENHO遺伝子およびタンパク質の発現レベルが顕著に低下していることが確認されました。
    • RNA-seqデータを正常対照群と比較した結果、SSc患者皮膚でのENHO mRNAの濃度が著しく低下しており、I型コラーゲン（COL1A1）のmRNA発現と負の相関が認められました。

  2. 機能検証：

    • 体外実験では、Adropin34–76ペプチドがTGFβ誘導の線維芽細胞活性化とECM放出を顕著に低下させ、ACTA2、COL1A1、結合組織成長因子（CTGF）および線維溶解酵素抑制因子1（PAI1）のmRNA濃度を減少させ、α-SMAおよびI型コラーゲンのタンパク質濃度も減少させました。
    • 三次元全厚皮膚モデルおよびマウス線維化モデルでは、Adropin34–76が線維化病変の緩和に効果的であり、皮膚の厚さおよびコラーゲン沈着を減少させました。

  3. シグナル経路研究：

    • 研究により、TGFβがJNK依存経路を介してENHOの発現を低下させることが確認されました。JNK1の影響は小さく、JNK2の特異的ノックダウンがTGFβ誘導のENHO発現低下を予防することが示されました。
    • RNA-seqおよび後続のGSEA分析により、Adropin34–76がHedgehog/Gliシグナル伝達を抑制し、Gli1およびGli2の上昇を阻止し、最終的に線維芽細胞が筋成線維芽細胞に変わるのを防ぐことが明らかになりました。

結論と研究の意義

研究結果は、Adropinが潜在的に抗線維化調節因子として機能し、その回復がTGFβ誘導の線維芽細胞活性化および線維化組織リモデリングを減少させることを証明しました。この発見は臨床において全身性硬化症およびその他の線維化性疾患に対する新しい治療手段を開拓する可能性があります。この研究は新たな治療戦略の発展に重要な理論的根拠を提供し、潜在的な応用価値を持っています。

研究のハイライト

  1. 機械学習と機能検証の組み合わせ：初めて機械学習と実験の組み合わせにより、効果的に潜在的な抗線維化因子をスクリーニングおよび検証しました。
  2. 複数のモデルによる検証：複数のモデルおよび独立の患者群を用いてENHO遺伝子の全身性硬化症における重要性を検証しました。
  3. メカニズムの解明：ENHO遺伝子発現がTGFβ/JNK2経路により調節されることおよび、その抗線維化機構を解明しました。
  4. 潜在的な臨床応用：Adropin34–76ペプチドが示す抗線維化効果は、新しい治療方法に科学的根拠を提供しました。

これらの発見はAdropinを線維化治療としてさらなる研究および開発へ向けた重要な基礎を提供し、科学的理解および臨床応用に大きく貢献する価値を持っています。