SIRT1-Rab7アクシスはエンドソーム依存的線虫自己食で敗血症誘発性急性肺障害におけるNLRP3とSTINGの活性化を制御する

学術的背景

急性肺障害(ALI)は、敗血症患者の主な死因の1つであり、主に内皮細胞(EC)の炎症性変化と透過性障害が原因となる。線虫体の機能障害は、敗血症誘発性ALIの病因メカニズムにおいて、重要な調節作用を果たしている。線虫自己食は線虫体の質量を調節することが広く認識されているが、敗血症誘発性ALIにおける具体的な役割はまだ明らかになっていない。SIRT1(Sirtuin 1)はヒストン脱アセチル化酵素であり、炎症、線虫自己食、細胞老化の調節に関与する。本研究では、SIRT1シグナル経路を介したエンドソーム依存的な線虫自己食の方法を示し、それが敗血症誘発性ALIにおけるNLRP3とSTINGの活性化を抑制することを明らかにした。

研究の出所

本論文は、江タオ、劉恩然、李志遠らによって、ハルビン医科大学と東北林業大学で共同で行われ、『International Journal of Surgery』の2024年第110巻に掲載された。

研究の詳細

実験手順

動物実験: 健康な成体の雄性C57BL/6Jマウス(20-25g)を使用し、すべての動物実験は動物倫理法規を厳密に遵守した。敗血症誘発性ALIモデルを作製するために、盲腸結紮穿刺(CLP)法を用いた。実験では、SIRT1阻害剤EX527(10mg/kg)をCLP手術の30分前にマウスに腹腔内投与し、敗血症誘発性ALIにおけるSIRT1の役割を調べた。さまざまな実験群では、SIRT1アゴニストSRT1720(20mg/kg)、NLRP3阻害剤(MCC950)、STING阻害剤(C176)などの異なる薬物介入を行った。各実験群は、CLP手術後24時間で安楽死処理を行った。肺組織は4%パラホルムアルデヒドで固定後、パラフィン包埋し、切片を作製してヘマトキシリン・エオシン染色を行った。3人の病理学者が盲検法で組織損傷の程度を評価した。血管透過性、エバンスブルー染色、酵素結合免疫吸着試験(ELISA)による血清サイトカインとミエロペルオキシダーゼ(MPO)活性の測定などの詳細は本文に記載されている。

細胞実験: マウス肺血管内皮細胞(EC)を、LPS(1μg/mL)で刺激して敗血症誘発性ALIをモデル化し、さまざまな実験条件下で培養した。自己食を阻害するために、細胞を20μMクロロキンで前処理した。また、線虫自己食におけるSIRT1とRab7の役割も調べた。さらに、免疫蛍光染色、フローサイトメトリー、ウェスタンブロッティングなどの手法を用いて、SIRT1が細胞の自己食と炎症反応においてどのような具体的なメカニズムを持つかを深く探求した。

主な研究結果

SIRT1活性の欠損は敗血症誘発性ALIと敗血症の重症度を悪化させる: 組織学的解析により、CLPモデルでSIRT1活性と発現が顕著に低下し、SIRT1阻害剤EX527を加えると肺損傷と他の臓器の組織損傷がさらに悪化することが分かった。肺MPO活性の増加、体重減少、中心体温の低下、生存率の低下もこの発見を裏付けた。さらに、電子顕微鏡観察により、SIRT1活性欠損マウスにおいて、CLPモデルでは血管外漏出と炎症性サイトカイン(IL-1β、IL-6、TNF-α)のレベルが増加することが確認された。

SIRT1欠損は線虫体の恒常性を乱し、炎症反応を活性化する:培養細胞実験では、SIRT1 siRNAを処理した肺ECにおいて、線虫体膜電位が顕著に低下し、損傷した線虫体が増加し、さらに細胞質中のmtDNAの蓄積がNLRP3インフラマソームとSTINGシグナル経路を活性化した。ミトコンドリア特異的ROSスカベンジャーMitotempo処理やmtDNAの除去により、線虫体損傷と炎症反応におけるmtDNAの重要な役割が示された。

SIRT1はRab7を介して線虫自己食を誘導する:さらなる研究により、SIRT1とRab7の結合が線虫自己食の活性化に不可欠であることが分かった。SIRT1欠損は線虫自己食小胞の溶胞への輸送を阻害し、損傷した線虫体の蓄積を引き起こし、炎症経路を活性化した。細胞実験では、Rab7の過剰発現が線虫自己食フローを回復し、損傷した線虫体を減らし、サイトカイン分泌を抑えることが確認された。

薬理学的介入により、敗血症誘発性ALIにおけるSIRT1の重要な役割が明らかになった:SIRT1活性を薬理学的に回復させると、敗血症誘発性ALIの症状と敗血症の重症度が顕著に改善された。SRT1720治療によりNLRP3およびSTINGシグナル経路の活性化が低下し、肺血管バリア機能が改善し、肺損傷と敗血症の重症度が軽減された。

結論

本研究では、SIRT1がエンドソーム依存的な線虫自己食を介して過剰な線虫体ROSの生成とmtDNAの漏出を調節し、LPS刺激下でNLRP3とSTINGパスウェイの活性化を制限することを明らかにした。SIRT1欠損はCLPモデルにおいて、肺血管内皮細胞の損傷と敗血症の重症化を悪化させた。これらの発見は、敗血症誘発性ALIの治療における新たな治療標的を提供し、敗血症による内皮細胞機能障害におけるSIRT1と線虫体の重要性を分子レベルで強調している。

驚きの発見と革新性

1. SIRT1欠損がエンドソーム依存的な線虫自己食経路に影響を与え、mtDNAとmtROSの蓄積を引き起こし、NLRP3インフラマソームとSTINGパスウェイを活性化させることを初めて示した。
2. Rab7とSIRT1の相互作用及びその線虫自己食フローにおける重要性を発見した。
3. SIRT1を薬理学的に活性化することで、敗血症誘発性ALIと敗血症の重症度を顕著に改善できることを示した。

本研究は、敗血症誘発性ALIの分子メカニズムの理解に新たな視点を提供し、敗血症患者の死亡率を低減させるための新たな治療戦略の開発を促進する可能性がある。