時空間的EP4-フィブリン-1発現は血管内膜肥厚と関連している
背景紹介
血管内膜増生（Intimal Hyperplasia, IH）は、血管損傷後の一般的な病理反応であり、特に血管形成術やステント挿入後に発生します。薬剤溶出ステント（Drug-Eluting Stents, DES）の使用により再狭窄率は大幅に減少しましたが、依然として5％から10％の患者が心血管イベント、特に再狭窄を経験しています。そのため、内膜増生を抑制する新しい治療戦略を見つけることが重要です。
シクロオキシゲナーゼ-2（Cyclooxygenase-2, COX-2）は損傷した血管で高度に発現し、その誘導体であるプロスタグランジンE2（Prostaglandin E2, PGE2）は内膜増生を促進する役割を果たすと考えられています。PGE2はその受容体EP4を介して作用し、EP4は損傷血管で発現が上昇し、血管平滑筋細胞（Vascular Smooth Muscle Cells, VSMCs）において内膜増生を促進します。一方、EP4は内皮細胞では内膜増生を抑制する作用を示します。したがって、EP4の時空間的発現とそのシグナル調節メカニズムを研究することは、内膜増生の治療に新たなターゲットを提供する可能性があります。
論文の出典
この論文は、Shigekuni Okumuraら研究者によって執筆され、『Cardiovascular Research』誌の2024年第120巻、2293-2306ページに掲載されました。研究チームは東京医科大学、大分大学、オーガスタ大学、ヴァンダービルト大学医学センターなど複数の機関から構成されています。論文は2023年11月8日に受理され、2024年8月6日に受諾、2024年9月22日にオンライン公開されました。
研究の流れと結果
1. EP4の損傷血管における時空間的発現
研究チームはまず、EP4レポーターマウス（ptger4-ires-nlslacz）を生成し、大腿動脈損傷モデルでEP4の発現を観察しました。その結果、EP4は損傷後2週間の増殖性新生内膜で一時的かつ顕著に発現し、その後徐々に減少することが明らかになりました。免疫蛍光染色により、EP4は主にVSMCsで発現し、内皮細胞や単球/マクロファージでは検出されませんでした。
2. EP4シグナルがVSMCsに及ぼす影響
EP4がVSMCsに及ぼす影響を調べるため、研究チームはVSMCs特異的EP4欠損マウス（ptger4fl/+;sm22-cre）とEP4過発現マウス（ptger4-tg）を生成しました。その結果、EP4欠損マウスでは損傷後2週間および4週間で内膜増生が著しく減少し、EP4過発現マウスでは内膜増生が顕著に増加しました。これらの結果は、EP4シグナルがVSMCsにおいて内膜増生を促進することを示しています。
3. EP4シグナルはFibulin-1を介して内膜増生を促進する
研究チームはさらに、EP4シグナルの下流メカニズムを調査し、EP4刺激がVSMCsにおけるFibulin-1のmRNAおよびタンパク質レベルを増加させることを発見しました。Fibulin-1は分泌性糖タンパク質であり、さまざまな細胞タイプの増殖に関与しています。CRISPR/Cas9を用いたFibulin-1ノックダウン実験では、EP4を介した増殖と移動がFibulin-1欠損VSMCsで著しく減弱することが明らかになりました。
4. Fibulin-1はTGF-β/Smad3シグナル経路を介してVSMCsの増殖と移動を促進する
研究チームは、Fibulin-1が潜在型TGF-β結合タンパク質1（Latent TGF-β Binding Protein 1, LTBP1）と結合し、活性型TGF-β1の産生を促進することで、TGF-β/Smad3シグナル経路を活性化することを発見しました。阻害剤実験により、TGF-β受容体とSmad3がFibulin-1を介したVSMCsの増殖と移動において重要な役割を果たすことが確認されました。
5. ECM1はFibulin-1と協調してVSMCsの増殖を促進する
研究チームはまた、EP4刺激が細胞外マトリックスタンパク質1（Extracellular Matrix Protein 1, ECM1）の発現を上昇させることを発見しました。ECM1はFibulin-1と協調して、VSMCsの増殖と移動をさらに促進しました。
6. Fibulin-1欠損は内膜増生を軽減する
VSMCs特異的Fibulin-1欠損マウス（fbln1fl/fl;sm22-cre）を生成した結果、Fibulin-1欠損は損傷誘発性内膜増生を著しく軽減することが明らかになりました。これは、Fibulin-1が内膜増生において重要な役割を果たすことをさらに裏付けています。
7. EP4拮抗剤は内膜増生を軽減する
最後に、研究チームはEP4拮抗剤（CJ42794）の経口投与実験を行い、EP4拮抗剤が損傷誘発性内膜増生を著しく軽減することを確認しました。これは、EP4拮抗剤が内膜増生治療の潜在的な戦略となり得ることを示しています。
結論と意義
本研究では、PGE2-EP4シグナルが損傷血管の増殖性新生内膜で活性化され、EP4がFibulin-1の発現を上昇させることでVSMCsの増殖と移動を促進し、内膜増生を悪化させることが明らかになりました。また、Fibulin-1がTGF-β/Smad3シグナル経路を介して作用し、ECM1と協調してVSMCsの増殖と移動を促進することも明らかになりました。これらの発見は、内膜増生の分子メカニズムを理解する新たな視点を提供し、新しい治療戦略の開発に潜在的なターゲットを提供します。
研究のハイライト
- EP4の時空間的発現：損傷血管におけるEP4の時空間的発現パターンを初めて明らかにし、VSMCsにおける主要な役割を明確にしました。
- Fibulin-1の作用メカニズム：Fibulin-1がTGF-β/Smad3シグナル経路を介してVSMCsの増殖と移動を促進する分子メカニズムを解明しました。
- EP4拮抗剤の治療可能性：EP4拮抗剤が内膜増生を軽減する潜在的な治療価値を持つことを確認し、臨床治療に新たな視点を提供しました。
その他の価値ある情報
研究チームは、EP4レポーターマウス、EP4欠損マウス、Fibulin-1欠損マウスなど、さまざまな遺伝子改変マウスモデルを開発しました。これらのモデルは、EP4とFibulin-1の機能を深く研究するための重要なツールを提供します。さらに、研究ではCRISPR/Cas9技術を用いた遺伝子ノックダウン実験を行い、Fibulin-1がEP4シグナル経路において重要な役割を果たすことをさらに検証しました。
この研究を通じて、内膜増生の分子メカニズムに対する理解が深まり、新しい治療戦略の開発に科学的根拠が提供されました。将来、EP4拮抗剤とFibulin-1の調節が血管再狭窄治療の重要な手段となる可能性があります。