成29 10月24日
名古屋大学大学院医学系研究科 研究科長 門松 健治 地域在宅医療学 老 科学 小笠原真 さわ ゆう 大学院生 名古屋大学未来社会創造機構 ビ
部門人間 加齢特性 成 憲武 い け 特任准教授 葛谷 文
く や さ 教授 研究チ 実験動物 解析 骨格筋再生
修復 け カ ンＫ cathepsin K ※ 役割 そ 機序 明 た
カ ンＫ
※
カ ン
※
働く ン ロ
※
あ こ 心血管系 い カ ンＫ 細胞増殖 線維化
組織 ン へ関 こ 報告さ い 骨格筋 け カ ン
Ｋ 役割 全く明 い 本研究 骨格筋細胞 ポ
※
炎症反応 け カ ンＫ 役割 着目 ビ毒 骨格筋障害 用い
機序解明 目指 た
た 加齢 骨格筋疾患 サ コ ニ
※
骨格筋蛋タン 合成 分解
ン ン や筋肉修復機能低下 生 こ 発症 考え
そ 詳細 関 多く 明 サ コ ニ 骨格筋障害 伴 い こ
あ 治療 ロ 介入へ ロ チ 必要 そこ 研究チ
カ ンＫ遺伝子欠損あ い 選択的 カ ンＫ阻害剤投 骨格筋
障害 い 骨格筋保護効果 果た 検討 た そ 結果 カ
ンＫ活性 抑制 骨格筋 ポ 炎症 抑制 こ 介 優 た治
療効果 示 こ 世界 初 見出 た
本研究結果 カ ンＫ 遺伝学的/薬理学的 抑制 こ 障害
再生 修復 そ 機能低下 改善効果 い そ 仕組 明 加
齢 伴うサ コ ニ 骨格 筋疾患 発症 カニ 解明 及 治療法 開 発 進 期待
本研究成果 Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle 米国時間2017 10月23日付 電子版 掲載さ た
骨格筋再生 修復 新 分子 解明 治療応用
ン K 抑制剤 期待
骨格筋再生 修復 新 分子 解明 治療応用
ン K 抑制剤 期待
ン
○骨格筋再生 修復 ンＫ 役割 び 機序 関 ビ毒
筋肉障害 を用い 解明 ま
○損傷さ 骨格筋細胞 び 骨格筋組織 ンＫ発現 活性増加 数十
倍 骨格筋 炎症 応 亢進 骨格筋 ン 線維化 び運動
機能 ま
○ ンＫ遺伝子 損あ い 選択的 阻害薬 ONO-KK1-300-01 投 骨格筋 炎症細胞浸潤 骨格筋 ン 線維化 び運動機能 を 意 改善さ ま
○本研究 骨格筋障害を伴う骨格筋疾患 を含 ンＫ
を標的 新 治療戦略 可能性 示さ ま
背景
近年 高齢化社会 進 やフ 骨格筋疾患 運
動機能 転倒 ADL 日常生活動作 問題視さ いま
高齢者 活動性を維持 骨格筋疾患 治療 要 さ 骨格筋疾患
骨格筋障害を伴 い 多く 治療 骨格筋障害 チ 必要
骨格筋 ン 再生 筋 細胞
※
機能 全 炎症性 ン
※
影響 蛋白質分解 影響 様々 要因 関わ いま 蛋
白分解 中 従来 ッ (MMP) ※ 関
報告さ いま MMPを阻害 骨格筋 ン 再生 十分 あ
他 ン あ ン フ 関 考え いま
近年 本研究 ン フ 中 ンＫ 動脈硬化病変
高発現を示 破綻 関 を明 ま ま 心筋
ン 研究を行い 全期心筋 ンＫ 高発現や 養心筋細胞
ンＫ 細胞増殖 関 を明 ま さ Notch1※ 活性化 関 び血
管新生 役割 明 ま 最近 ン 細胞 分子
研究動向をま 中 障害 筋肉 ン び 再生 ンＫ
関 い 全く検討 さ い い 見い さ ま 筋障害後
骨格筋細胞 炎症 応 ンＫ 役割 着目 ビ毒
骨格筋障害 を用い 解明を目指 ま
研究成果
研究チ ま 生型 側 肢骨格筋 ビ毒を注射 骨格筋障害
を作成後 ン フ 遺伝子発現 変化を解析 ま 結
果 非障害群骨格筋 比 障害骨格筋 ンＫ 数十倍 増加 を
発見 ま
生型 ンＫ遺伝子 損 側 肢骨格筋障害 を作成 経時的 3日目 14日目 運動能測定後 骨格筋を採集 生化学
び 組織学的検討を行いま 障害後3日目 炎症 応 着目
解析を行 ンＫ遺伝子 損 い 因子 活性型
-3※ / -3比 活性型 -8※ BAX※ / Bcl-2※ 比 ネ
※
陽性細胞 意 ま ま 炎症促進因子 あ
単球走化性 ン 質-1 MCP-1 ※ Toll 様 容体-2 TLR-2 ※ Toll 様 容体 4 TLR-4 ※ 腫瘍 壊死因子- TNF- ※ 発現 炎症性 フ
CD68陽性細胞
※
や白血球細胞 CD45陽性細胞 浸潤 意 ま さ
主 炎 症 性 細 胞 分 泌 さ ッ -2 Matrix
metalloproteinase MMP-2 び MMP-9※ 発現 活性 ま 障害 後14日目 ンＫ遺伝子 損 い 骨格筋線維断面積 間質 線維化
ン- Laminin-5 / ン Desmin ※ ン 質発現 図 参照 左 H/E 染 色 Masson Trichrome染色
※
右 Laminin5/Desmin蛍光2 染色 改善
握力や ッ 運動機能 意 保持 示さ ま
生型 選択的 ンＫ阻害剤 ONO-KK1-300-1 を投 用 群 6mg/kg/day 高用 群 60mg/kg/day) 比較検討を行いま 投 3 日目 非投 群
比較 障害筋肉 記 因子 炎症性 ン TLR-
2/-4 骨格筋細胞 び 炎症性細胞浸潤 用 依存的 改善 ま
投 14日目 骨格筋線断面積 間質線維化 Laminin / Desmin ン 質発 現 容 依存的 改善効果 示さ ま 図 参照 左 H/E染色 Masson Trichrome染 色 右 Laminin5/Desmin蛍光2 染色 さ 障害骨格筋 運動 保持 確
ま
最後 筋芽細胞を骨格筋細胞 分化さ 後 ビ毒を添加 ン Ｋ 昇 TUNEL 染色 細胞死 増加を ま ま ンＫ阻害剤 前処
置 -3 BAX発現 成熟 骨格筋細胞
著明 ま
遺伝子 薬理学的 ンＫ阻害 障害 骨格筋保護 作用及び 機序 ※ CatK ンＫ
回 研究 ンＫ活性を調整 炎症 び細胞死 を
骨格筋 ン や線維化を抑制 考え ま 図
後 ンＫ 調節 骨格筋疾患 治療 新 治療戦略
可能性 示唆さ ま
後 展開
本研究結果 骨格筋再生 修復 い ンＫ活性を調整
炎症 び 抑制を 骨格筋 ン や線維化を抑制
ま 運動機能を保持 考え ま 高度
炎症や を伴う骨格筋障害を 骨格筋疾患 やフ
新 治療戦略 ンＫを新 標的 治療 開発 進 期
待さ ま 研究成果を臨床実践 フ ッ 高齢化現代社会 健康
延長 貢献い ま 用語説明
※1 ンＫ cathepsin K
ン K 破骨細胞 分泌さ ン 骨再吸 時 活
性化さ 骨 ン ッ 分解 関 知 い 最近
破骨細胞以外 心血管細胞や炎症 分泌さ 多く 組織 ン 関
い 明
※2 lysosome
真核生物 持 細胞 器官 一 あ 生体膜 ま 構造体 細
胞内消化 場 あ 内部 加水分解酵素を持 ン や フ
膜内 込ま 生体高分子 加水分解さ 分解さ 物体 う
用 細胞質 吸 さ
※3 ン scavenger
ン 体内 要物質や毒性物質を処理 器官 細胞 物質 を指
※4 ン cysteine protease
ン 触媒部 い ン チ を求核
用い ン 質分解酵素 あ
※5 apoptosis
多細胞生物 体を構成 細胞 死 方 一種 個 体を 良い状態 保 積極的 引 起 さ 管理 調節さ 細胞 自殺
わ さ 細胞死 狭義 中 依存 型
※6
進行性 漸新世 骨格筋 び骨格筋力 を特徴 症候群 原因 加齢
伴う筋肉減少症を 栄養状態 寝 活動性 心 全や腎
全 臓器障害 炎症疾患や悪性腫瘍 あ
※7 筋 細胞 muscle satellite cells
細胞 筋 細胞膜間 存在 未分化 幹細胞 通常 細
胞 休止状態 筋肉 激 く使わ 損傷 時 活性化さ 細胞周期 入 分裂 分化 既存 筋細胞 融合 筋肉を肥大さ
※8 炎症性 ン inflammatory cytokine
炎症 病態形成 関 い ンを炎症性 ン ぶ 多く
単球/ フ 系 細胞 産生さ 繊維芽細胞 血管内皮細胞
組織間質を構成 細胞や 炎症 過程 い 浸潤 好中球 産生さ 感染
炎症 起 好中球 炎症細胞浸潤 起
※9 ッ matrix metalloproteinase
MMP ン 分解酵素 一群 あ ンや ン チン
成 細胞外 ッ を分解 様々 炎症性疾患 組織破壊 関 い
分 い 細胞外 ッ 分解 く ン 生理
活性 チ 活性化 様々 生理現象 関 い
※10 Notch1
Notch-1 300kDa type I 膜 通型糖 ン 質 translocation-associated notch protein (TAN-1) 知 い 血管申請 要 役割を果 い 報告さ い
※11 -3 Caspase-3 -8 Caspase-8
細胞 死 を起 さ 伝達経路を構成
一群 ン あ 種々 刺激や 流
活性化 を誘 いく -8
経路 流 置 誘 関 -3
経路 流 置 実行 関 い
※12 Bcl-2結合X ン bcl-2-associated X protein BAX
BAX 抗 ン あ Bcl-2 定さ ン 質
あ ン 経路 い 外膜透過性を亢進さ
を誘
※13 Bcl-2 (b-cell leukemia/lymphoma 2 protein Bcl-2
Bcl-2 ン 質 主要機能 ン 制御 あ
を引 起 刺激 ン 膜透過性を亢進さ ン
内膜 外膜 間 局在 誘 ン 質を細胞外 流出さ Bcl-
2 ン 質 主 ン 膜透過性を制御 誘 ン
質 細胞質 流出を抑制
※14 ネ TdT-mediated dUTP nick end labeling TUNEL 染色
細胞 過程 生 断 化 DNAを検出 蛍光染色法
※15 単球走化性 ン 質-1 monocyte chemoattractant protein-1 MCP-1 MCP-1 単球 走化性因子 あ 単球 作用 走化性 亢進 く
酵素や活性酸素 放出亢進 抗腫瘍活性 増強 IL-1 び IL-6 産生誘 単球活性化因子 役割 持 い ま 研究成果 MCP-1 各種炎 症性疾患 い 単球 びT細胞 組織浸潤 関 考え い
※16 Toll様 容-2 -4 toll like receptor-2/-4 TLR-2/-4
Toll様 容体 動物 細胞表面 あ 容体 ン 質 あ 種々 病原体を感知 自然免疫を作動さ 機能を TLR 哺乳動物 10 15種類確 さ
う 2 TLR-2 TLR-4 あ 活性化さ TLR ン フ ン INF -
INF- ま ン キン(IL)-1 IL-6 ンを誘 炎症
を引 起
※17 腫瘍壊死因子- tumor necrosis factor- TNF-
TNF- ン 1種 あ 主 フ 産生さ 生理活性
細胞接着分子 発現や 誘 炎症 (IL-1 IL-6
ン ン E2 )や形質細胞 抗体産生 亢進を行う 感染防御や抗腫 瘍作用 関 過剰 発現 生体 異常 炎症性疾患 発症を招く あ
※18 炎症性 フ
動物 組織内 分布 大型 細胞 生体内 浸潤 細菌 異物を捕 え
細胞内 消化 炎症物質を産生 組織炎症を惹起 異物 抵抗
免疫情報を ン 球 伝え 多彩 機能を 細胞 別 大食い細胞 食 細胞
※19 ッ -2/-9 matrix metalloproteinase-2/-9 MMP-2-9
MMP ン 分解酵素 一群 あ ンや ン チン
成 細胞外 ッ を分解 様々 炎症性疾患 組織破壊 関 い
分 い 細胞外 ッ 分解 く ン 生理
活性 チ 活性化 様々 生理現象 関 い MMP-2 や MMP-9 浸潤
炎症細胞や好中球 フ 産生さ
※20 ン laminin び ン desmin
Laminin 細胞外 ッ 底膜を構成 巨大 ン 質 あ Desmin 動 物 筋肉組織中 見 細胞骨格を構成 ン 質 1種 あ
※21 Masson Trichrome染色
ッ ン 染色 膠原線維を選択的 染 ン染色 目的
あ 膠原線維 筋線維を染 分 特徴を
本研究 い
本研究 日本学術振興会科学研究費補助金 課題番号15H04801 15H04802 15K15270 26-D-Dk21 支援を 行わ ま
発表雑
Shinyu Ogasawara, Xian Wu Cheng, Aiko Inoue, Lina Hu, Limei Piao, Chenglin Yu, Hiroki Goto, Wenhu Xu, Guangxian Zhao, Yanna Lei, Guang Yang, Kaoru Kimura, Hiroyuki Umegaki, Guo-Ping Shi, Masafumi Kuzuya.
Cathepsin K Activity Controls Cardiotoxin-Induced Skeletal Muscle Repair in Mice.
Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle 2017年10 23日付 電子 掲載 DOI:10.1002/jcsm.12248
English ver.
https://www.med.nagoya-u.ac.jp/medical_E/research/pdf/Journal_of_C_20171024en.pdf
