私たちのプロジェクトでは、統合失調症の原因解明をめざして分子生物学的研究を行っています。

■ カルボニルストレスを伴う統合失調症を対象にしたピリドキサミン大量併用療法の効果の検証

Pyridoxamine: A novel treatment for schizophrenia with enhanced carbonyl stress. Itokawa M, Miyashita, Arai M, Dan T, Takahashi K, Tokunaga T, Ishimoto K, Toriumi K, Ichikawa T, Horiuchi Y, Kobori A, Usami S, Yoshikawa T, Amano N, Washizuka S, Okazaki Y, Miyata T. Psychiatry Clin Neurosci. 2017 Oct 24. doi: 10.1111/pcn.12613. [Epub ahead of print]

私たちはこれまでに、カルボニルストレス代謝経路に着目し、一部の統合失調症で有害な終末糖化産物の1つであるペントシジンが末梢血で蓄積することを同定してきました。ペントシジンはピリドキサミン(3種類あるビタミンB6の1つ)に捕捉されて体外に排出されます。そこで、ペントシジンが蓄積する統合失調症に対して、大量のピリドキサミン併用療法の効果を検証する医師主導型治験を実施しました。
 本治験では、血漿ペントシジンが55.2ng/ml(健常人平均値+2SD)以上を満たす統合失調症入院患者10名を対象にしました。治験開始前までに内服していた抗精神病薬を維持したまま、大量のピリドキサミン(1200mg~2400mg/日;食事から摂取する量の約1000倍)を24週間かけて併用しました。主要評価項目は Positive and Negative Syndrome Scale (PANSS) および Brief Psychiatric Rating Scale (BPRS) のベースラインからの平均変化量とし、Drug-Induced Extrapyramidal Symptoms Scale (DIEPSS) と Columbia-Suicide Severity Rating Scale (C-SSRS)を用いて、薬剤性パーキンソン症状や自殺関連症状など安全性の評価を実施しました。
 10名中8名で血漿ペントシジンが減少し、平均減少量は26.8%でした。PANSSは、2名でベースラインから20%以上の改善を認めました。カルボニル化合物の主要代謝酵素をコードする遺伝子Glyoxalase 1にフレームシフト変異を有する典型的なカルボニルストレスを伴う被験者では、ペントシジンが24.7%減少すると同時に、PANSSの陽性症状が約20%改善しました。また、薬剤性パーキンソン症状がベースラインと比較して20%以上改善した患者さんが4名確認されました。自殺に関連する有害事象は生じませんでしたが、2名でウェルニッケ脳症様の副作用が出現しました。両名とも、チアミン(ビタミンB1)の速やかな補充で後遺症を残すことなく完全に回復しました。
 今回の治験によって、カルボニルストレスを伴う統合失調症に対して、ピリドキサミン大量併用療法の有効性が示唆されました。今後は、プラセボを用いたランダム化比較試験でピリドキサミンの有効性を検証する予定です。

■ 統合失調症ではカルボニルストレスを抑制する分子の血中濃度が減少

The regulation of soluble receptor for AGEs contributes to carbonyl stress in schizophrenia. Miyashita M, Watanabe T, Ichikawa T, Toriumi K, Horiuchi Y, Kobori A, Kushima I, Hashimoto R, Fukumoto M, Koike S, Ujike H, Arinami T, Tatebayashi Y, Kasai K, Takeda M, Ozaki N, Okazaki Y, Yoshikawa T, Amano N, Washizuka S, Yamamoto H, Miyata T, Itokawa M, Yamamoto Y, Arai M. Biochem Biophys Res Commun. 2016 Oct 21;479(3):447-452. Sep;68(9):655-65.

私たちのプロジェクトでは、これまでカルボニルストレスと統合失調症との関連を精力的に研究してきました。今回、私たちは統合失調症でペントシジンが蓄積するメカニズムを探るため、カルボニルストレスを消去する機能に着目して研究を進めました。AGEs受容体(Receptor for AGEs: RAGE)は膜型RAGEと呼ばれ、細胞膜上でペントシジンと結合し、細胞内で炎症性サイトカインの産生を促進します。一方、分泌型RAGE(soluble receptor for AGEs: sRAGE)は細胞膜貫通ドメインが欠損するため、細胞内へのシグナル伝達が生じることはなく、AGEsと結合したsRAGEは体外に排出されます。そのためsRAGEは抗炎症効果およびカルボニルストレス消去効果を発揮する分子として知られています。sRAGEには2種類あり、マトリックスメタロプロテアーゼで膜型RAGEが切断されて生じるタイプと、RAGEをコードする遺伝子(advanced glycosylation end product-specific receptor: AGER)の選択的スプライシングによって生じる endogenous secretory RAGE (esRAGE)があり、膜型RAGEの切断タイプとesRAGEの総和がsRAGEになります。私たちはまず、AGERに着目し、統合失調症と健常者でAGERの変異を網羅的に検索したところ、新規変異8つを含む28の変異を同定しました。また、esRAGEの血中濃度が顕著に低下する二つの変異(①rs2070600, ②haplotype 1= rs17846798 + rs2071288 + 63 bp deletion in promoter)を同定し、多重回帰分析によって①と②がesRAGEの血中濃度を強く規定する因子であることを見出しました。次に、両群でesRAGEの血中濃度を比較したところ、①と②を持つ対象者の割合は両群で等しいにもかかわらず、統合失調症でのみesRAGEの有意な低下を認めました。さらに、esRAGEと同様にsRAGEも統合失調症で有意に減少していました。今回、私たちの研究によって、統合失調症ではesRAGE、sRAGEの血中濃度が健常者より減少していることが明らかにされました。このことは、統合失調症ではカルボニルストレスを消去する働きや抗炎症作用が弱まっていることを示唆しています。

■ カルボニルストレスが亢進するタイプの統合失調症の特徴を同定

Clinical features of schizophrenia with enhanced carbonyl stress. Miyashita M, Arai M, Kobori A, Ichikawa T, Toriumi K, Niizato K, Oshima K, Okazaki Y, Yoshikawa T, Amano N, Miyata T, Itokawa M. Schizophr Bull. 2014 Sep;40(5):1040-6.

現在の日本で統合失調症の患者数は約80万人と推計されていますが、原因や病態はいまだに解明されていません。 私たちのプロジェクトでは、一部の統合失調症患者さんの血液中で、終末糖化産物の1種であるペントシジンという物質が増加し、ビタミンB6が低下していることを見つけました。 ペントシジンの増加とビタミンB6の低下は、有害なカルボニル化合物が体の中で異常に蓄積してしまうこと(カルボニルストレスの亢進)で生じます。 カルボニルストレスの亢進は腎機能障害、動脈硬化やアルツハイマー病などで生じていますが、私たちのこれまでの研究によって一部の統合失調症の患者さんでも生じていることが明らかになりました。次に、私たちはどのような患者さんでカルボニルストレスが亢進するのか検証することにしました。 そこで、カルボニルストレスを反映するペントシジンとビタミンB6を用いて、156人の統合失調症患者さんの症状や経過の特徴を比較検討しました。 その結果、長期に入院していて、治療薬の内服量が多く、教育年数の短い患者さんたちで、カルボニルストレスが亢進していることがわかってきました。 統合失調症という病気は、お薬の治療が大変に重要ですが、今回の検証では、カルボニルストレスが亢進するタイプの患者さんは、お薬の治療でも治りにくい統合失調症(治療抵抗性統合失調症)によく似ていることが明らかになりました。 また、49人の患者さんの精神症状を調べたところ、ビタミンB6の値が低くなると症状が重くなることもわかってきました。今回の私たちの研究によって、従来の薬では治りにくい治療抵抗性統合失調症の患者さんに対して、「カルボニルストレスを抑制する作用がある特殊型ビタミンB6(ピリドキサミン)を補充する」ことで治療できるのではと考え、臨床試験の準備を進めています。

■ カルボニルストレスと統合失調症

Carbonyl stress and schizophrenia. Arai M, Miyashita M, Kobori A, Toriumi K, Horiuchi Y, Hatakeyama S, Itokawa M. Psychiatry Clin Neurosci. 2014 Sep;68(9):655-65.

薬物療法と心理社会的治療の適切な組み合わせは、統合失調症の回復に必要不可欠です。これまで、統合失調症の根本的なメカニズムを解明しようと様々な努力がこころみられてきていますが、その原因と病態はいまだ明らかとなっておりません。その要因のひとつには統合失調症が様々な生物学的な違い(異種性)があり、こうした医療ニーズに応えるためにも新しいタイプの創薬が不可欠です。私達は、統合失調症患者の一部の集団において血漿ペントシジンの蓄積と血清ピリドキサールの枯渇を伴う特発性カルボニルストレスを報告しました。メチルグリオキサールなどの有害な反応性カルボニル化合物の蓄積は、カルボニルストレスの典型的な所見であり、これはペントシジンのような蛋白質の修飾物を発生させ、終末糖化産物を生成させることが知られています。私達は、ペントシジンとピリドキサールという2種類のマーカーが、統合失調症患者さんの特定の亜集団を層別化するために有益であると考えており、現在は臨床症状評価や心理検査データとの関連を検証しております。将来的には、こうしたin vitroとin vivo研究がもたらす情報が、統合失調症における個別化医療や、より有効な治療法を開発するために有益であると考えています。

■ 統合失調症にカルボニルストレスを発見

Enhanced carbonyl stress in a subpopulation of schizophrenia. Arai M, Yuzawa H, Nohara I, Ohnishi T, Obata N, Iwayama Y, Haga S, Toyota T, Ujike H, Arai M, Ichikawa T, Nishida A, Tanaka Y, Furukawa A, Aikawa Y, Kuroda O, Niizato K, Izawa R, Nakamura K, Mori N, Matsuzawa D, Hashimoto K, Iyo M, Sora I, Matsushita M, Okazaki Y, Yoshikawa T, Miyata T, Itokawa M. Arch Gen Psychiatry. 2010 Jun;67(6):589-97.

今回の研究では、一部の統合失調症に「カルボニルストレス」が関連していることを初めて明らかにしました。研究グループでは、まず、統合失調症患者(45例)の血漿成分を分析し、およそ半数の人(45例中21例)でペントシジンの蓄積が認められ、その場合のペントシジンの値は、健常者の約1.7倍にまで達していることを見出しました。著しいペントシジンの蓄積が見られた症例では、従来の治療では抵抗性を示す症例が多く見られました。また、活性型ビタミンB6(ピリドキサミン)には、カルボニルストレスを消去する効果があることが知られていますが、ペントシジン蓄積を伴った統合失調症患者(21例)のうち、およそ半数の患者(21例中11例)の体内ではビタミンB6が減少していることを見出しました。これは、ビタミンB6がカルボニルストレスを抑制するために動員され、枯渇した結果であると考えられます。今回の研究で、ペントシジンが蓄積し、かつビタミンB6の減少が見られる「カルボニルストレス性統合失調症」は、統合失調症の約2割(45例中11例)を占めることが明らかになりました。また、ヒトの体内には「グリオキサラーゼ代謝」と呼ばれる機構があり、ビタミンB6とは別にカルボニルストレスを消去する働きを担っています。研究グループでは、この機構に関与する酵素の一つであるグリオキサラーゼI(GLO1)に着目し、1,761名の統合失調症患者を含む3,682名の被験者のDNAを用いて遺伝子解析を行ったところ、一部の被験者から酵素活性の低下を引き起こす稀な遺伝子変異を同定しました。この稀な遺伝子変異を伴う統合失調症患者は、カルボニルストレスを伴っていましたが、健常者はカルボニルストレスが認められませんでした。このことは、遺伝子変異を伴う健常者においては、カルボニルストレスを消去する何らかの代償メカニズムが働いていることを示唆しています。今回の発見により、血液中のペントシジンやビタミンB6濃度、あるいはGLO1の遺伝子変異を解析し、これらを生物学的なマーカーとして利用することで、カルボニルストレス性統合失調症の早期診断が可能となります。また、活性型ビタミンB6(ピリドキサミン)は、カルボニルストレス性統合失調症の病態に根ざした治療薬となる可能性があります。さらに、今後、カルボニルストレスを消去する新たな代償メカニズムについて究明することにより、まったく新しい統合失調症の治療法や予防法の開発につながる可能性もあります。

<用語説明>

  • カルボニルストレス:生体内の糖や脂質、蛋白質などが反応性に富んだカルボニル化合物と反応(酸化ストレスなどが影響する)して産生される最終糖化産物(ペントシジンなど)が蓄積した状態のこと。
  • ペントシジン:最終糖化産物のひとつ。ペントシジン以外にもカルボキシメチルリジンやピラリンと呼ばれる物質なども知られている。
  • 活性型ビタミンB6(ピリドキサミン):水溶性の生理活性物質であるビタミンB6(ピリドキサミン、ピリドキシン、ピリドキサール)の化合物のひとつ。
  • グリオキサラーゼ代謝:反応性に富んだカルボニル化合物を生体内で解毒するシステムのひとつ。最終糖化産物が蓄積するのを防御する代表的な代謝の経路
  • 治療抵抗性統合失調症:作用機序の異なる2種類以上の抗精神病薬を、十分な量、十分な期間投与しても症状が改善しない統合失調症の一群。1998年にKaneらが定義した。
  • 無顆粒球症:顆粒球減少症とは、顆粒を有する白血球(主に好中球)が極端に減少し、重篤な感染症にかかりやすくなることをいう。無顆粒球症とは、顆粒球がほとんど認められない重症の顆粒球減少のこと。
  • PANSS:Positive and Negative Syndrome Scaleの略。全世界で最も使用されている統合失調症の精神症状評価尺度。
  • AGEs受容体(Receptor for AGEs: RAGE):細胞膜1回貫通型の受容体。免疫グロブリンスーパーファミリーに属し、AGEsの他にS100/calgranulins、amphoterin、 A-β、HMGB-1などがリガンドとして知られている。
  • 分泌型RAGE(soluble receptor for AGEs: sRAGE):細胞膜貫通領域が欠損するタイプのRAGE。膜に存在するRAGEと異なり、血中を循環している。マトリックスメタロプロテアーゼでRAGEが切断されて生じるタイプと、選択的スプライシングによって生じる endogenous secretory RAGE (esRAGE)の2種類が知られている。
  • マトリックスメタロプロテアーゼ(Matrix metalloproteinase、MMP):活性中心にZn2+やCA2+などの金属イオンが存在しているタンパク質分解酵素の総称。RAGEを切断するMMPとしては、MMP-9やADAM10が知られている。
  • 選択的スプライシング:DNAからmRNAが転写される過程において、ある特定のエクソンがスキップされてスプライシングが行われること。スキップされるエクソンの組み合わせによって、複数のmRNAが生成されることになり、生物の多様性に寄与しているものと考えられている。
  • endogenous secretory RAGE (esRAGE):RAGE遺伝子の選択的スプライシングによって生じる分泌型RAGEであり、エクソン10がスキップする。