異常な概日リズムが心室の機械的強度を低下させることで拡張型心筋症を悪化させる

2025-03-21 Fri
拡張型心筋症（Dilated Cardiomyopathy, DCM）は、心室拡張と収縮機能障害を特徴とする心臓疾患であり、世界的に心臓移植の主要な適応症の一つです。DCMの病因は複雑で、遺伝的要因、感染、薬物、毒素、内分泌障害などが含まれます。その病因の多様性から、早期かつ正確な介入が非常に困難です。概日リズム（Circadian Rhythm）は生物の内部的な生理リズムであり、心臓の収縮、代謝、電気生理、神経体液調節を制御しています。異常な概日リズム（Abnormal Circadian Rhythm, ACR）は、心不全（Heart Failure, HF）や不整脈のリスク要因として証明されています。しかし、ACRがDCMの発展に及ぼす具体的な役割は、臨床サンプルにおいてまだ十分に研究されていません。
睡眠時無呼吸症候群（Sleep Apnea, SA）は、ACRに関連する最も一般的な疾患であり、SA患者は通常、夜間低酸素症と睡眠の質の低下を伴い、これが概日リズムの乱れを引き起こす可能性があります。SAは不整脈や高血圧に関連することが証明されていますが、DCMへの具体的な影響はまだ十分に研究されていません。したがって、本研究は、臨床サンプルと単細胞シーケンシング技術を用いて、SAに関連するACRがDCMに及ぼす影響とその潜在的な細胞生物学的メカニズムを探ることを目的としています。
論文の出典本論文は、中国医学科学院阜外医院心臓外科のHao Jia、Hao Cuiらによる研究チームによって執筆され、2024年9月13日に《Cardiovascular Research》誌にオンライン掲載されました。この研究は、中国国家自然科学基金の支援を受けています。
研究の流れと結果1. 研究デザインとサンプル収集本研究は、導出コホート（n=105）と検証コホート（n=65）を含んでいます。すべての患者は心臓移植を受けたDCM患者です。SAの診断基準に基づき、患者はSA群と非SA群に分けられました。さらに、6例の健康な心臓サンプルがベースライン対照として含まれました。
2. 概日リズム遺伝子発現解析RT-qPCR技術を用いて、研究者はDCM患者の心臓サンプルにおける4つの主要な概日リズム遺伝子（NR1D1、NR1D2、ARNTL、CLOCK）の発現レベルを測定しました。結果、SA群の患者では、特に朝の時間帯に概日リズム遺伝子の発現振幅が有意に低下していることが示されました。さらに、SA群の患者では、NR1D1とARNTL遺伝子の発現に位相シフトが見られました。
3. 単細胞核RNAシーケンシング（snRNA-seq）研究者は、16例のDCM患者の心臓サンプルに対して単細胞核RNAシーケンシングを行い、ACRが心臓細胞のトランスクリプトームに及ぼす影響を探りました。バイアスのないクラスタリングとUMAP分析を通じて、研究者は167,708個の細胞核を10の主要な細胞群に分類し、心筋細胞（CM）、線維芽細胞（Fib）、内皮細胞（Endo）、周皮細胞（Peri）などを含みました。結果、ACR群の患者の心臓細胞では、特にCMとFib細胞において、朝特有の転写パターンが失われていることが明らかになりました。
4. 心筋細胞の表現型変化44,386個のCM細胞を分析した結果、研究者はACR群の患者のCM細胞において、アクチン細胞骨格組織（Actin Cytoskeleton Organization）が破壊され、細胞肥大が悪化していることを発見しました。さらに、ACR群の患者のCM細胞では脂肪酸代謝活性が低下しており、これはDCMの病理的進行と密接に関連しています。
5. 線維芽細胞の表現型変化36,985個のFib細胞を分析した結果、研究者はACR群の患者において活性化線維芽細胞（Activated Fib）の割合が有意に減少し、心臓の線維化が弱まっていることを発見しました。線維化は心臓リモデリングの重要な要素であり、その弱まりは左心室壁の構造強度の低下を引き起こす可能性があります。
6. 病理染色と機械実験免疫蛍光染色と原子間力顕微鏡（AFM）実験を通じて、研究者はsnRNA-seqの結果をさらに検証しました。結果、ACR群の患者のCM細胞ではアクチン細胞骨格組織が乱れ、細胞の機械的強度が著しく低下していることが示されました。さらに、SA群の患者では、非SA群と比較して心臓の線維化が有意に低下していました。
7. REV-ERBα/β遺伝子ノックアウトマウス分析REV-ERBα/β遺伝子ノックアウトマウスのRNA-seqデータを分析した結果、これらのマウスの心臓組織ではアクチン細胞骨格組織と線維化関連遺伝子の発現が有意に低下しており、人間のサンプルでの発見をさらに裏付けました。
結論と意義本研究は、SAに関連するACRが心筋細胞のアクチン細胞骨格組織を破壊し、線維芽細胞の活性化を減少させることで、左心室壁の構造強度を低下させ、DCMの病理的進行を悪化させることを明らかにしました。この発見は、DCMの病因に関する新たな知見を提供し、精密医療のための潜在的なターゲットを提示しています。
研究のハイライト臨床サンプルで初めてSAに関連するACRがDCMに及ぼす影響を実証：RT-qPCRと単細胞シーケンシング技術を用いて、研究者は初めてDCM患者においてSAに関連するACRと心臓構造リモデリングの関連を実証しました。
ACRがDCMに及ぼす細胞生物学的メカニズムを解明：研究は、ACRが心筋細胞のアクチン細胞骨格組織を破壊し、線維芽細胞の活性化を減少させることで、左心室壁の構造強度を低下させることを明らかにしました。
DCMの精密医療のための新たなアプローチを提供：研究は、概日リズム遺伝子発現パターンの回復や左心室壁の機械的強度の強化を通じて、ACR関連DCMを治療することを提案しています。
今後の展望本研究は、ACRがDCMに及ぼす影響とその潜在的な細胞生物学的メカニズムを明らかにしましたが、まだいくつかの問題が残されています。例えば、今後の研究では、SAとACRを修正した後、DCM患者の左心室拡張が抑制されるかどうかを探ることができます。さらに、研究者は、長期持続陽圧換気がDCM患者の臨床結果に及ぼす影響を観察するための前向き研究を構築する予定です。
本レポートは、《Cardiovascular Research》誌に掲載された、異常な概日リズムが拡張型心筋症を悪化させる研究について詳しく紹介しました。臨床サンプルと単細胞シーケンシング技術を通じて、研究者はSAに関連するACRがDCMに及ぼす影響とその潜在的な細胞生物学的メカニズムを明らかにし、DCMの精密医療のための新たなアプローチを提供しました。