TGR5による脂肪酸取り込みの抑制が糖尿病性心筋症を予防する

内分泌学 生命科学 医学 生化学 循環器系
糖尿病性心筋症 脂肪酸の取り込み TGR5 脂質代謝 心臓保護 脂肪酸輸送 代謝調節

TGR5を介した脂肪酸の取り込みを抑制することで糖尿病性心筋症を予防

背景と問題提起

糖尿病性心筋症(Diabetic Cardiomyopathy, DBCM)は、糖尿病患者に頻繁に発生する深刻な合併症であり、心筋脂質蓄積と心機能障害を特徴とします。胆汁酸代謝は、心血管疾患や代謝性疾患において重要な役割を果たしています。その中で、TGR5(Takeda G蛋白質共役受容体5)は主要な胆汁酸受容体であり、代謝調節と心筋保護に関与していることが実証されています。しかし、胆汁酸-TGR5経路が心臓の代謝平衡を維持する具体的な役割はまだ明らかになっていません。

研究源

この論文は、北京大学などの複数の研究機関が協力して作成されました。この研究は2023年6月23日に完了し、2024年3月26日に受理され、『Nature Metabolism』に掲載されました。

研究方法

実験手順

心筋細胞特異的TGR5ノックアウトマウス(TGR5fl/fl、TGR5δcm)を使用し、糖尿病モデルを誘導して心筋毒性を検討することで、TGR5が心臓の脂質代謝にどのような影響を与えるかを探求しました。

  1. 糖尿病モデルの作製:

    • 高脂肪食(HFD)とストレプトゾトシン(STZ)処理により、TGR5fl/flとTGR5δcmマウスにそれぞれ24週間餌付けしました。
    • db/+マウスとαMHC-GPbar1fl/flマウスを交配させることで、T2DMの遺伝モデルであるdb/db TGR5δcmマウスを作製しました。

  2. 心機能の検査:

    • 超音波心エコー図を使用して収縮と拡張機能を評価し、GLS、EF、FSなどのパラメーターを測定して比較しました。

  3. 組織学と分子生物学的検査:

    • 油赤O染色とBodipy 493/503染色を使用して脂質蓄積を評価し、Masson三重染色を用いて心筋線維化を評価しました。
    • ANP、BNP、β-MHCなどのマーカーレベルを検出しました。

  4. 脂質代謝分析:

    • 透過型電子顕微鏡を用いて脂肪滴の数と大きさを観察しました。
    • リピドミクス分析を行い、TGR5ノックアウトマウスと非ノックアウトマウスの脂質種類と含有量の違いを比較しました。

  5. TGR5とCD36の関係:

    • IP(免疫共沈)とウェスタンブロット実験を用いて、TGR5とCD36のパルミトイル化の関係を検証し、脂肪酸取り込みへの影響を研究しました。

  6. 薬物介入と機能検証:

    • TGR5アゴニストINT-777または胆汁酸DCAとTCAを投与し、心機能と脂質代謝への影響を観察しました。

実験対象の処理

  • 心筋細胞特異的TGR5ノックアウトマウスの処理: すべてのマウス群に高脂肪食を与え、STZ注射により糖尿病を誘発しました。
  • 薬物介入試験: db/dbマウスにINT-777または胆汁酸DCAとTCAを投与し、心機能を継続的に観察しました。

データ解析アルゴリズム

主にANOVA、t検定、Mann-Whitneyテストを使用して実験データを分析し、統計的有意性を確保しました。

主な結果

心筋特異的TGR5ノックアウトは心機能障害を増悪させる

心筋でTGR5をノックアウトしたマウスは、高脂肪食/ストレプトゾトシン処理後の24週間で、収縮および拡張機能の著しい低下が見られ、GLS、EF、FSのパラメーターが大幅に低下しました。また、心筋肥大と線維化の症状が顕著に増加し、脂質の蓄積も著しくなりました。

TGR5は心筋脂質の蓄積を抑制する

さらなる機構研究により、TGR5ノックアウトはパルミトイル酵素DHHC4を介したCD36のパルミトイル化を上方調節することで、CD36の膜上での局在を促進し、脂質の取り込みを増加させることがわかりました。CD36のこの過剰な活性は、心筋細胞内の脂質蓄積を悪化させました。

薬物介入の結果

TGR5アゴニストINT-777または胆汁酸DCAとTCAを投与したDBCMマウスでは、心機能が著しく改善し、心筋脂質の蓄積が減少しました。これは、TGR5の活性化がTGR5欠損に起因する脂質代謝異常と心臓損傷を逆転させることを示しています。

研究結論と意義

  1. 科学的意義:

    • 本研究は、心筋脂質代謝におけるTGR5の重要な調節作用を初めて明らかにし、TGR5-DHHC4経路が心臓での脂肪酸取り込みとCD36のパルミトイル化にどのように関与するかのメカニズムを解明しました。
    • 研究データは、TGR5が潜在的な治療ターゲットであり、心筋脂質代謝を調節することで糖尿病性心筋症の進行を予防・逆転できることを裏付けています。

  2. 応用価値:

    • TGR5アゴニストのINT-777や特定の胆汁酸(DCAとTCA)が、糖尿病性心筋症の予防と治療に応用できる可能性があります。

  3. 研究の特徴:

    • 遺伝モデルと薬理モデルを組み合わせた革新的なアプローチで、TGR5が心機能と脂質代謝に及ぼす影響を多角的に体系的に探求しました。
    • 分子・細胞レベルの詳細な研究を通じて、CD36のパルミトイル化とその膜局在が脂質代謝において重要な役割を果たすことを明らかにしました。

補足情報

ヒト試料の胆汁酸レベルを分析したところ、糖尿病被験者ではTGR5受容体と結合し易い胆汁酸(DCAなど)が顕著に低下していました。これは、TGR5シグナル経路が糖尿病性心筋症の進行過程における重要な節目である可能性を示唆しています。

本研究は、心筋代謝調節におけるTGR5の役割を包括的に理解する上で重要な根拠を提供し、糖尿病性心筋症の治療においてTGR5の潜在力を明らかにしました。今後の研究では、TGR5アゴニストの臨床応用とさらなる最適化を探求することができます。