2017年12月14日
「Journal of Neurochemistry」on-line版に新見直子研究員らが 「糖尿病性神経障害の病態に関与するアルドース還元酵素の遺伝子欠損シュワン細胞株を樹立」 について発表しました。
糖尿病性神経障害プロジェクトの新見直子研究員、三五一憲プロジェクトリーダーらは、弘前大学の水上浩哉教授、八木橋操六特任教授、香港大学のSookja K. Chung教授らとの共同研究により、アルドース還元酵素遺伝子欠損マウスより不死化シュワン細胞株を樹立し、その特性を明らかにしました。研究成果は、2017年12月14日にJournal of Neurochemistryにオンライン掲載されました。
糖尿病は、インスリンの効果不足によって筋肉や脂肪組織におけるグルコース(ブドウ糖)の取り込みと利用が障害されて引き起こされる、全身の代謝病です。筋肉や脂肪組織と異なり、末梢神経はグルコースの取り込みにインスリンを必要としません。そのため糖尿病では、末梢神経を構成するニューロンやシュワン細胞(*1)へのグルコース流入が増加し、余剰のグルコースはアルドース還元酵素 (AR)の働きでソルビトールやフルクトースという物質に変換されます(ポリオール代謝)。このポリオール代謝が亢進することにより、最終糖化産物(*2)や活性酸素が産生され、糖尿病性神経障害(*3)の原因になると考えられています(図)。香港大学のChung教授らは、弘前大学の八木橋教授らとの共同研究により、「AR遺伝子欠損マウスは末梢神経系に明らかな異常を示さず、また高血糖状態では野生型マウスに比べ、神経障害の進行が抑制される」ことを報告しています (Ho et al., Diabetes 2006) 。ARの活性を阻害する薬剤も開発され、神経障害治療薬として臨床応用されています。一方で、ARは生体内で生成された毒性アルデヒドを解毒するという生理機能を有していますが、末梢神経系におけるARの役割は解明されていません。
<図>
<図の説明>
ARはポリオール代謝の最初の酵素として、過剰なグルコースをソルビトールに変換します。高血糖に伴うポリオール代謝の活性化は最終糖化産物や活性酸素の増加をもたらし、糖尿病性末梢神経障害を引き起こす一因と考えられています。一方、ARは糖のアルデヒド基をヒドロキシ基に還元することにより、毒性の高いアルデヒドの解毒を担っています。
新見研究員らは、香港大学、弘前大学等との共同研究により、AR遺伝子欠損マウスの末梢神経組織を長期間培養し、自発的な不死化シュワン細胞株を樹立することに成功しました。この細胞株は、正常マウス由来の細胞株と同じように、シュワン細胞マーカーであるS100蛋白を発現しており、神経栄養因子を産生し細胞外に放出することが確認され、シュワン細胞としての特性を保持していました。一方、AR蛋白を欠くことにより、ポリオール代謝経路でARの下流に位置するソルビトール脱水素酵素(SDH)やケトヘキソキナーゼ(KHK)の遺伝子・蛋白発現量が著しく減少していました。対照的に、ARとともに毒性アルデヒドの解毒を担うと考えられる類縁酵素(アルド・ケト還元酵素、アルデヒド脱水素酵素)の発現量は増加していました。実際にヒドロキシノネナール等の毒性アルデヒドをAR欠損および正常シュワン細胞株に投与して生存率を比較しましたが、有意な差はみられませんでした。さらに毒性アルデヒドを負荷したAR欠損シュワン細胞株では、アルド・ケト還元酵素AKR1B7, AKR1B8の発現量がさらに増加していました。これらの酵素は、AR欠損シュワン細胞株において、ARの解毒機能を代償しているものと考えられました。
AR欠損シュワン細胞株を用いて、最終糖化産物や活性酸素の産生等を検討することにより、神経障害の成因を詳らかにしたいと考えています。特にポリオール代謝が機能しない場合に、どの代謝経路がより活性化されるのかを調べることで、末梢神経障害を効果的に低減できる治療薬の開発につなげていけるのではないかと期待しています。またAR阻害薬による重篤な副作用は報告されていませんが、これはAKR1B7, AKR1B8等が不活化されたARに代わって毒性アルデヒドの解毒を担うからではないかと推察されます。今後、遺伝子改変等によりこれらの酵素の機能を明らかにし、アルデヒドの解毒機構の解明につなげたいと考えています。