細胞間コミュニケーションネットワーク因子2がアテローム性動脈硬化における平滑筋細胞の転分化と脂質蓄積を調節する研究

循環器系 医学
細胞間コミュニケーションネットワーク因子2 アテローム性動脈硬化 平滑筋細胞 小胞体ストレス 脂質蓄積

背景紹介

動脈硬化（atherosclerosis）は、動脈壁内に脂質プラークが徐々に蓄積する複雑な血管疾患で、最終的に心筋梗塞、脳卒中、末梢血管疾患などの心血管イベントを引き起こします。現在の標準的な治療法はスタチン薬と抗血小板薬を含みますが、これらの治療法はターゲット特異性に欠けており、特に疾患の進行段階では動脈硬化の進行を完全に阻止または逆転することができないことが多いです。そのため、新しい治療ターゲットの発見が現在の研究の焦点となっています。

血管平滑筋細胞（vascular smooth muscle cells, VSMCs）は血管壁の主要な細胞成分であり、動脈硬化において重要な役割を果たします。正常な状態では、VSMCsは静止または収縮表現型を示しますが、損傷や特定の刺激下では、増殖と移動能力を示す合成表現型に変化することがあります。近年、単細胞RNAシーケンス（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）技術の発展により、研究者は動脈硬化の過程におけるVSMCsの運命変化をより深く追跡し、その表現型変換のメカニズムを明らかにすることができるようになりました。しかし、VSMCsの表現型変換を制御する分子メカニズムはまだ完全には解明されていません。

細胞間コミュニケーションネットワーク因子2（cellular communication network factor 2, CCN2）は、細胞増殖、分化、アポトーシスなど、さまざまな細胞プロセスで重要な役割を果たすことが知られているマトリセルラー蛋白質です。しかし、CCN2が血管病理、特に動脈硬化においてどのような役割を果たすかはまだ不明です。本研究は、CCN2がVSMCsの表現型変換と動脈硬化の進行においてどのような機能を持つか、そのメカニズムを明らかにすることを目的としています。

論文の出所

本論文は、Qian Xu、Jisheng Sun、Claire M. Holdenらによって共同で執筆され、Emory University School of Medicine、Central South University、University of Saskatchewanなどの研究チームによって行われました。論文は2024年10月4日に「Cardiovascular Research」誌にオンライン掲載され、論文のタイトルは「Cellular communication network factor 2 regulates smooth muscle cell transdifferentiation and lipid accumulation in atherosclerosis」です。

研究の流れと結果

1. ヒト動脈硬化組織におけるCCN2の発現分析

研究チームはまず、ヒトの動脈硬化冠動脈の単細胞RNAシーケンスデータを分析し、CCN2が脱分化したVSMCsで発現が上昇していることを発見しました。免疫組織化学染色を通じて、研究者はさらに、ヒト冠動脈硬化の異なる段階において、CCN2蛋白質レベルが後期病変で特にVSMCsにおいて顕著に増加していることを確認しました。また、冠動脈疾患患者の血漿中のCCN2蛋白質レベルも有意に上昇していました。

2. マウスモデルにおけるCCN2欠損が動脈硬化に及ぼす影響

CCN2が動脈硬化においてどのような役割を果たすかを検証するため、研究チームはVSMCs特異的CCN2ノックアウトマウスモデルを構築しました。結果、CCN2ノックアウトマウスは動脈硬化の進行に対して高い感受性を示し、大動脈内の脂質プラークが顕著に増加しました。超音波分析と組織染色を通じて、研究者はCCN2ノックアウトマウスの大動脈拡張が顕著であり、脂質沈着が著しく増加し、大動脈弁機能が損なわれていることを発見しました。

3. 単細胞RNAシーケンスによるCCN2欠損がVSMCsの表現型変換に及ぼす影響の解明

CCN2ノックアウトマウスの大動脈の単細胞RNAシーケンス分析を通じて、研究者はCCN2欠損がVSMCsの表現型に顕著な変化をもたらし、収縮表現型マーカーの発現が低下し、マクロファージマーカーの発現が増加することを発見しました。さらに、CCN2欠損はVSMCsがマクロファージ様細胞に変換されることを促進し、脂質蓄積と泡沫細胞の形成を増加させました。

4. CCN2欠損が小胞体ストレスと脂質代謝に及ぼす影響

研究チームはさらに、CCN2欠損がVSMCsの小胞体ストレス（endoplasmic reticulum stress, ER stress）と脂質代謝に及ぼす影響を探りました。電子顕微鏡観察により、CCN2ノックアウトマウスのVSMCsの小胞体腔が顕著に拡大し、膜構造が歪んでいることが示され、小胞体ストレスレベルが増加していることが明らかになりました。また、CCN2欠損はコレステロール合成関連遺伝子の発現を上昇させ、脂質蓄積と泡沫細胞の形成をさらに促進しました。

5. リコンビナントCCN2がVSMCsの表現型変換に及ぼす抑制作用

CCN2の機能を検証するため、研究者はin vitro実験でリコンビナントヒトCCN2（recombinant human CCN2, rbCCN2）を使用しました。結果、rbCCN2はコレステロール誘導性のVSMCsの脂質蓄積と泡沫細胞変換を著しく抑制し、同時にコレステロールがVSMCsの収縮表現型マーカーに及ぼす抑制作用を逆転させました。

結論と意義

本研究は、CCN2がVSMCsの表現型変換と動脈硬化の進行において重要な保護的役割を果たすことを明らかにしました。CCN2欠損はVSMCsがマクロファージ様細胞に変換され、脂質蓄積と泡沫細胞の形成を促進し、動脈硬化の進行を悪化させます。研究結果は、CCN2が血管恒常性を維持する上で重要な役割を果たすことを示し、動脈硬化の治療における新しい潜在的なターゲットを提供します。

研究のハイライト

  1. CCN2がVSMCsの表現型変換において重要な役割を果たすことを初めて明らかにした：本研究は、CCN2欠損がVSMCsをマクロファージ様細胞に変換し、脂質蓄積と泡沫細胞の形成を促進することを初めて証明しました。
  2. 単細胞RNAシーケンス技術の応用：単細胞RNAシーケンス技術を通じて、研究者はCCN2欠損がVSMCsの表現型に及ぼす影響を詳細に分析し、動脈硬化における分子メカニズムを解明しました。
  3. 小胞体ストレスの発見：研究は初めて、CCN2欠損がVSMCsの小胞体ストレスレベルを著しく増加させることを発見し、脂質代謝と泡沫細胞形成におけるその重要な役割を明らかにしました。
  4. リコンビナントCCN2の潜在的な治療価値：研究結果は、リコンビナントCCN2がコレステロール誘導性のVSMCsの表現型変換を逆転させることができることを示し、動脈硬化の治療に新しい視点を提供します。

その他の価値ある情報

本研究の発見は、動脈硬化の病態メカニズムを理解するための新しい視点を提供するだけでなく、CCN2をターゲットとした治療戦略の開発の基盤を築きます。今後の研究では、CCN2が血管炎症、血管リモデリングなどの他の心血管疾患においてどのような役割を果たすか、およびその臨床応用の可能性をさらに探求することができます。