鉄死抑制剤は軽度の脊髄損傷における早期および遅延治療後の転帰を改善する

2024-07-30 Tue
鉄死亡抑制剤が軽度脊髄損傷の早期および遅延治療効果を改善学術背景脊髄損傷（spinal cord injury, SCI）は急性期（acute period）だけでなく慢性期（chronic period）でも顕著な二次損傷（secondary damage）を引き起こします。これらの損傷は通常、酸化ストレス（oxidative stress）、炎症反応（inflammatory response）、細胞死のメカニズムなど多くの要因によって引き起こされます。このような背景の中で、鉄によって介在される一種の非アポトーシス細胞死である鉄死亡（ferroptosis）が科学界の注目を集めています。近年、鉄死亡は多くの神経系疾患と関連があることが発見されており、そのSCIに対する具体的なメカニズムと貢献度はまださらに研究を要します。
出典紹介本稿はFari Ryanら多くの科学者が共同で完成させたもので、関与している研究機関にはMcGill University, Charité Universitätsmedizin Berlin, Helmholtz Zentrum Münchenなど著名な研究機関が含まれます。この記事は《Acta Neuropathologica》2024年第147巻106ページに掲載されました。
研究背景と目的鉄死亡（Ferroptosis）は、赤血球（red blood cells, RBCs）の貪食によって引き起こされる鉄負荷増加による非アポトーシス細胞死の形式です。科学者たちは、脊髄損傷後に鉄の酸化還元活性（redox active iron）の放出が鉄死亡を誘導し、それが二次損傷と機能喪失を引き起こすことを発見しました。本研究の目的は、SCIにおける鉄死亡の潜在的影響を探求し、鉄死亡抑制剤のSCI治療効果を評価することにより、SCIに対する新しい治療アプローチを提供することです。
研究方法本研究は複数の実験方法を用いています。これには西方ブロッティング（Western Blotting）、免疫蛍光（Immunofluorescence）、毛細管電気泳動結合プラズマ質量分析法（CE-ICP-MS）およびマウスと人間のサンプルの分析が含まれます。
研究対象と分組研究対象は8週齢の雌のC57BL/6マウスで、脊髄損傷モデルを用いてSCI処理をしました。マウスは無作為に治療群と対照群に分けられ、それぞれ鉄死亡抑制剤UAMC-3203（15 mg/kg）または媒体溶液（3% DMSO生理食塩水）の注射を受けました。
手順とフローSCIモデルの確立：マウスに部分椎板切除を行い、有限視界インパクター（Infinite Horizon Impactor）を用いて異なる強度（30および40キロダイン）の脊髄挫傷を施行。
行動テスト：Basso Mouse Scale (BMS)を用いて運動回復を評価し、治療群と対照群の各時間点における活動能力を観察。
分子生物学的検出：
鉄代謝関連タンパク質の検出：鉄輸送タンパク（TFR1, DMT1）、鉄貯蔵タンパク（Ferritin）および鉄放出タンパク（NCOA4）の発現変化を検出。
脂質過酸化および抗酸化システムの検出：脂質過酸化産物（4-HNE）および抗酸化酵素（GPX4）とグルタチオン（GSH）のレベルを検出。
鉄イオン含量の測定：毛細管電気泳動結合プラズマ質量分析法（CE-ICP-MS）を用いて脊髄組織中の鉄総量、およびFe^2+ およびFe^3+ の比率を測定。
人間サンプルの検出：脊髄損傷患者の脳脊髄液（CSF）および血清サンプルを収集・分析し、鉄死亡マーカーの変化を検出。
主な発見鉄代謝の変化鉄の上昇と貯蔵：SCIマウスの脊髄における酸化還元活性鉄は、損傷7日後に顕著に増加し、鉄輸送タンパク（DMT1, TFR1）の発現増加と鉄貯蔵タンパク（Ferritin）の上昇が確認されました。
鉄放出メカニズム：NCOA4タンパクの発現が損傷後に大幅に増加し、特にCD11b+マクロファージにおいて顕著であり、この分子が鉄からの鉄放出の過程で重要な役割を果たしていることが示唆されます。
Fe^2+ /Fe^3+ 比率の増加：CE-ICP-MSを通じて、SCIマウスの脊髄におけるFe^2+ とFe^3+ の比率が顕著に増加し、この増加が鉄死亡を誘発するキーファクターである可能性が示されています。
抗酸化システムの不十分さグルタチオンシステムの消耗：グルタチオン（GSH）レベルが著しく低下し、その低レベルが5週間にわたって維持され、xCTおよびGPX4の発現も低下しており、SCI後のグルタチオン抗酸化システムの応答が不十分であることが示されています。
脂質過酸化の増加：脂質過酸化産物4-HNEがSCI後に顕著に増加し、脂質過酸化による細胞損傷がSCI後も持続していることが示されています。
鉄死亡抑制効果運動能力の回復：30キロダインの脊髄損傷実験において、鉄死亡抑制剤UAMC-3203を使用した治療群のマウスは、運動回復が対照群より著しく優れていることがわかりました。SCI早期（1-14日）および遅延治療（28-42日）のいずれにおいてもBMSスコアが向上。
二次損傷の減少：鉄死亡抑制剤治療により、損傷中心の病変領域が著しく減少し、髄鞘保存が増加し、5-HT神経伝達物質の腹角への分布が向上し、本抑制剤が二次損傷を効果的に軽減することが示されています。
人間サンプルの分析SCI人間患者の脳脊髄液（CSF）および血清中で、鉄貯蔵タンパクFerritin、血色素α、結合血色素Hemopexinが著しく増加し、一方でGSHレベルが大幅に低下していることが確認され、これらの変化はマウスSCIモデルの結果と一致しています。
バイオマーカー：これらの鉄死亡関連バイオマーカーの変化は、SCI治療効果および病状監視のための重要な生物学的マーカーを提供します。
研究の意義この研究は初めて鉄死亡がSCIプロセスにおいて果たすメカニズムを詳細に解明し、鉄死亡抑制剤の治療可能性を証明しました。鉄死亡は酸化還元活性鉄の増加、抗酸化GSHシステムの低下、脂質過酸化の促進を通じてSCIをさらに損傷させます。鉄死亡を効果的に抑制することにより、急性期の損傷を軽減するだけでなく、慢性期の機能回復も改善され、SCIの臨床治療に新しい研究方向と戦略を提供します。
ハイライト新規メカニズム：研究は鉄死亡という新しい非アポトーシス細胞死メカニズムがSCIにおいて重要な役割を果たしていることを明らかにしました。
種を超えた検証：マウスモデルでの深い探求に加え、SCI人間患者における鉄死亡関連バイオマーカーの変化も検証。
治療の可能性：鉄死亡抑制剤を使用することにより、SCIの機能回復と二次損傷の減少において顕著な効果を示し、SCI治療の新しい方向性を開きました。
結論鉄死亡は脊髄損傷の発生と発展の過程で重要な役割を果たしており、鉄死亡抑制剤を使用することにより脊髄損傷の治療効果を顕著に改善できます。この発見は、SCIの病態生理メカニズムおよびその治療に関する新たな見識を提供し、将来の研究および臨床実践において、鉄死亡抑制剤がSCI治療の重要な手段となる可能性を示しています。