CDC42は肝星状細胞の活性化初期の調節に重要

2025-02-23 Sun
CDC42は肝星状細胞の早期活性化制御における重要な役割を果たす学術的背景肝線維症（liver fibrosis）は、多様な肝疾患に伴う病理過程であり、最終的には生命を脅かす病態である肝硬変（cirrhosis）へと進行する可能性がある。現在、肝線維症の進行を阻止するための有効な治療法は存在しない。肝星状細胞（hepatic stellate cells, HSCs）は、肝線維症において重要な役割を果たしている。健康な肝臓では、HSCsは静止状態（quiescent state）にあり、主にレチノール（retinoid）の貯蔵に関与している。しかし、肝臓が損傷を受けた際には、HSCsは活性化され、筋線維芽細胞様細胞（myofibroblast-like cells）に変化し、コラーゲンやフィブロネクチンなどの細胞外基質（extracellular matrix）を大量に産生する。この結果、過剰なコラーゲンが蓄積し、肝線維症および肝硬変が引き起こされる。したがって、HSCsの活性化を抑制することは、肝線維症の治療ターゲットとして考えられている。
HSCsの活性化は、初期段階（initiation phase）と持続段階（perpetuation phase）の二つのフェーズに分かれる。初期段階では、HSCsは形態、遺伝子発現、表現型が変化し、線維化刺激に対して反応するようになる。持続段階では、これらの刺激がさらにHSCsの活性化を促進し、その状態を維持する。しかし、現在の研究の多くは持続段階に焦点を当てており、初期段階のメカニズムについてはほとんど解明されていない。さらに、すでに活性化されその後不活性化されたHSCsは、一度も活性化されていないHSCsよりも再活性化されやすいことが示されている。したがって、HSCsの活性化を継続的に抑制するためには、初期段階の制御メカニズムを理解することが重要である。
論文の出典「CDC42 is crucial for the early regulation of hepatic stellate cell activation」と題された本研究論文は、Hideto Yuasaらによって執筆され、『American Journal of Physiology-Cell Physiology』誌に（2025年1月28日付で）掲載された。研究チームは大阪市立大学医学研究科解剖・再生生物学部門、大阪市立大学光誘起加速システム研究所、大阪市立大学医学研究科肝臓学部門など複数の研究機関に所属しており、日本学術振興会（JSPS）など複数の基金から資金提供を受けている。
研究の流れと結果1. 研究の流れa) 動物モデルと肝障害の誘導研究ではまず、C57BL/6Jマウスモデルを使用し、四塩化炭素（carbon tetrachloride, CCl4）を腹腔内投与することで肝障害を誘導した。マウスは注射後第1日目、第4日目、第7日目に安楽死させられ、肝サンプルが採取され分析された。
b) 初代肝星状細胞（primary HSCs, pHSCs）の分離と培養研究では、C57BL/6Jマウスから初代HSCsを分離し、通常の培養皿およびE-カドヘリン（E-cadherin）コーティングされた培養皿で培養を行った。顕微鏡観察および免疫蛍光染色を通じて、異なる培養条件におけるHSCsの形態変化を調査した。
c) CDC42の活性化と抑制実験研究では、CDC42の阻害剤（ML141およびZCL278）と活性化剤（Rho/Rac/CDC42 activator I）を使用して、HSCs内のCDC42活性を制御した。ウェスタンブロッティング（Western blot）および免疫蛍光染色により、CDC42活性の変化がHSCsの形態および分子マーカー発現に及ぼす影響を解析した。
d) 人間の肝組織サンプルの分析また、研究では、18人の肝線維症患者から採取された肝組織サンプルを分析し、透過型電子顕微鏡（TEM）および3次元再構築技術を用いて、異なる線維化段階におけるHSCsの形態的特徴を観察した。
2. 主要な結果a) 肝障害過程におけるHSCsの形態変化研究では、CCl4処理後にHSCsの細胞突起およびHSC棘突（HSC spines）が短縮し、細胞が楕円形になることが明らかになった。その後、HSCsはさらに2種類の活性化形態に分化した：平らな形状と複雑な形状。回復期には、HSCsは静止状態の星形形態を取り戻した。
b) 静止HSCsの形態維持におけるCDC42の役割試験管内実験では、CDC42の活性化が静止HSCsの形態的特徴を維持できることが判明した一方、CDC42の抑制はHSCsがこれらの特徴を失うことにつながった。さらに、CDC42の活性化は、活性化HSCsに関連するマーカー（例えばα-平滑筋アクチン、α-SMA）の発現を抑制した。
c) 生体内での肝線維化におけるCDC42の役割生体内実験では、CDC42阻害剤ML141で処置されたマウスのHSCsは静止状態の形態的特徴を失い、活性化状態から静止状態に戻ることができなかった。さらに、ヒト肝組織中のHSCsは線維化領域周辺で早期活性化の形態的変化を示した。
3. 結論と意義研究は、CDC42がHSCsの活性化過程における形態および分子的変化を制御する鍵因子であることを結論づけた。CDC42の活性化は静止HSCsの形態的特徴を維持し、その活性化を抑制することができる。この発見は、肝線維症に対する治療薬の開発に新たな標的を提供し、重要な科学的価値と臨床応用の可能性を持つ。
4. 研究のハイライト重要な発見：CDC42はHSCsの活性化初期段階で重要な制御役割を果たし、静止HSCsの形態的特徴を維持する。
方法の革新：研究では3次元再構成技術と透過型電子顕微鏡を使用し、異なる状態におけるHSCsの形態変化を詳細に観察した。
応用価値：CDC42は肝線維症治療の新しいターゲットとして、新規治療薬の開発に理論的な根拠を提供する。
その他の有益な情報研究では、HSCsが線維化領域周辺で示す形態的変化が、肝線維症の進行と密接に関連していることも明らかとなった。この発見は、肝線維症の早期診断に新しい視点を提供する。さらに、研究ではCDC42がHSCsと肝細胞間の接着を制御し、HSCsの活性化を抑制するメカニズムが明らかとなった。このメカニズムは、肝線維症の発生と進行を理解するための新しい視点を提供する。
まとめ本研究は、HSCsの形態変化を詳細に観察することにより、CDC42が肝線維症における重要な役割を果たしていることを明らかにした。この研究は、肝線維症のメカニズムを理解するための新しい知見を提供するだけでなく、肝線維症治療薬の開発に潜在的なターゲットを提示した。今後、CDC42の制御メカニズムとその肝線維症治療への応用に関するさらなる研究が、科学的および臨床的に重要な意義を持つだろう。