Review
一酸化窒素合成酵素の構造と機能
とくに血管組織における動態と意義
筒井正人 ・上野 晋 ・豊平 由美子 ・柳原延章
一酸化 窒素(NO)は さまざまな組織や臓器において多彩 な作用 を発揮 し,生 体の恒常性の維持に
重 要な役割を果た している.NOは
神 経型.誘 導型,内 皮型の3種 類の異な ったNO合
成 酵素
(NOS)ア イソフォームか ら産生 され る.最 近,内 皮型NOSがCa2+非
依存性に活性化 される新
しい活性化機構が発見された り、
従来恒常的に発現すると考 えられていた神経型NOSが,血
管病
変 では誘導され新規血管保護作用 を発揮す ることが見いだされるな ど,NOS研
究は新た な展開
を見せ ている.本 稿では,NOS研
究 に関する最近の動向を筆者 らの研究成果 を含めて紹介する,
一酸 化窒素
一酸 化窒素合 成酵素
血 管
動脈硬 化
は じめ に
大 気 汚 染 物 質 の1つ と 考 え ら れ て い た 一 酸 化 窒 素(ni-tricoxide;NO)が,実 は 全 身 の 諸 臓 器 で も つ く ら れ て お り,拡 散 に よ り受 容 体 を 介 さ ず に 細 胞 機 能 を 修 飾 す る こ と が 明 ら か に さ れ,世 界 中 の 多 く の 研 究 者 が 驚 き と と も に 強 い 関 心 を も つ よ う に な っ た1.2).実 質 的 なNO研 究 の 歴 史 は1980年 のFurchgottら に よ る 血 管 内 皮 細 胞 由 来 弛 緩 因 子(endothelium-derivedrelaxingfactor; EDRF)の 発 見 に 始 ま る3)(表1).そ の 後1986年 ∼1987 年 にFurchgott,Ignarro,Moncadaら の 研 究 グ ル ー プ が お の お の 独 立 し て,薬 理 学 的 相 同 性 を 根 拠 にEDRF の 本 体 がNOで あ る こ と を 証 明 し た4)(表1). 1989年 か ら1990年 に か け て, 神 経,マ ク ロ フ ァ ー ジ,血 管 内 皮 か ら,3種 類 の 異 な るNO合 成 酵 素(NO synthase;NOS)ア イ ソ フ ォ ー ム が 単 離 ・精 製 さ れ た5)(表1).現 在 で は お の お の, 神 経 型NOS(neuronal NOS; nNOSあ る い はNOS-1),誘 導 型NOS(inducible NOS;iNOS あ る い はNOS-2),内 皮 型NOS (endothelial NOS;eNOSあ る い はNOS-3)と よ ば れ て い る. 1991年 ∼1992年 に3種 類 の NOSの ク ロ ー ニ ン グ6∼9),1993 年 ∼1995年 に こ れ ら の ノ ッ ク ア ウ トマ ウ ス の 樹 立10∼13),1997Masato Tsutsui,Susumu Ueno,Yumiko Toyohira,Nobuyuki Yanagihara,産 業 医 科 大 学 医 学 部 薬 理 学E-mai1:mt2498@med. uoeh-u.ac.jp(筒 井 〉
Structure and function of nitric oxide synthases
表1
NO研
究の 歴史
年 ∼1999年 に はNOSの3次 元 結 晶 構 造 の 解 析 が 次 々 に 行 な わ れ た14∼16)(表1).
NOは1992年 度 のScience誌 の “Molecular of the Year” に 選 ば れ,1995年 に は 全 科 学 論 文 の 約1%がNO に 関 す る 論 文 で 占 め ら れ よ う に な っ た1,2).そ し て2002 年8月 現 在 ま で に48,000を こ え るNO関 連 論 文 が 出 版 さ れ て い る.最 近 のNO関 連 論 文 の 出 版 の ペ ー ス は ほ ぼ プ ラ トー に 達 し て お り,年 間 約6,000報 の 報 告 が な さ れ て い る(図1).NO研 究 が こ の よ う に 目 覚 ま し く 発 展 し た 理 由 の1つ は,NOの 作 用 が 血 管 に お け るEDRFと し て の 役 割 に と ど ま ら ず,生 体 内 の 実 に さ ま ざ ま な 組 織 や 臓 器 に お い て 多 彩 な 作 用 を 発 揮 し て い る こ と に よ る. 1998年 度 の ノ ー ベ ル 医 学 ・生 理 学 賞 が,NOの 発 見 に 貢 献 し たFurchgott,Ⅰgnarro,Muradの3氏 に 授 与 さ れ た こ と は 記 憶 に 新 し い(表1).本 稿 で は,前 半 にNOSの 構 造 と 機 能 を 概 説 し,後 半 は 血 管 系NOSシ ス テ ム に お け る 最 近 の 話 題 を 筆 者 ら の デ ー タ を 交 え て 紹 介 す る.
1,NOの
生成 と作 用 機序
NOは,L-ア ル ギ ニ ン の グ ア ニ ジ ド基 が 酸 化 さ れ てL-シ トル リ ンへ と 変 換 さ れ る と き に,同 時 に 生 成 さ れ る1,2) (図2).こ の 反 応 を 触 媒 す る の がNOSで あ る.基 質 と し てL-ア ル ギ ニ ン,酸 素,NADPH(nicotine amide ade-nine dinucleotide phosphate)が 利 用 さ れ,ま た そ の 補 酵 素 と し て フ ラ ビ ン(FAD,FMN)や テ ト ラ ハ イ ド ロ バ イ オ プ テ リ ン(BH4)を 必 要 と す る(図2). NOは 水 相 と比 較 し て 油 相 に6倍 溶 け や す く,拡 散 に よ り 容 易 に 細 胞 膜(脂 質 二 重 層)を 通 過 し,細 胞 内 外 を 自 由 に 移 動 し て,細 胞 内 の 標 的 分 子 に 働 く.代 表 的 な 標 的 分 子 は 可 溶 性 グ ア ニ ル 酸 シ ク ラ ー ゼ で あ り,GTPを 基 質 と し てcGMPを 生 成 す る(表2).cGMPは 最 終 的 に 細 胞 内Ca2+濃 度 を 低 下 さ せ る こ と に よ っ て,主 要 な 生 物 活 性 を ひ き 起 こ す.一 方,NOの 作 用 がcGMPを 介 さ ず に,直 接Ca2+活 性 型K+チ ャ ネ ル を 活 性 化 し て 血 管 を 弛 緩 さ せ た り,オ ル ニ チ ン脱 炭 酸 酵 素 を 抑 制 し て 血 管 平 滑 筋 の 増 殖 を 抑 制 す る 機 序 も 報 告 さ れ て い る.こ の ほ か に NOは,ヘ ム 基 を も つ 酵 素(プ ロ ス タ グ ラ ン ジ ン合 成 酵 素,NOS),蛋 白 質(ヘ モ グ ロ ビ ン,ミ オ ロ ビ ン)や 非 ヘ ム 基 を も つ 酵 素 を ニ トロ シ ル 化 し て そ の 酵 素 活 性 を 抑 制 す る(表2). NOの 半 減 期 は3∼6秒 と き わ め て 短 い.こ れ は,NO 図1NOに
関 す る論文 の 出版 のペ ース
1986年 か ら1987年 にか け てEDRlの 本 体 がNOで あ る こ と が 証 明 さ れ て以 降,NOに 関 す る 論 文 の 出 版 数 は 指 数 関 数 的 に増 加 し た.現 在 そ のペ ー ス は,ほ ぼ プラ トー に達 して い る.図2
NOの
生成 過程
NOはL-ア ル ギ ニ ン がL-シ トル リン に 変 換 さ れ る 過 程 で,NOS を触 媒 と して 生 成 さ れ る,L-ア ル ギ ニ ン に加 え て 酸 素 やNADPH も基 質 と して 利 用 さ れ る.テ トラ ハ イ ドロ バ イ オ プ テ リ ン(BH4) や フ ラ ビ ン(FAD/FMN)は 補酵 素 と して働 く.(文 献1よ り改 変)表2
NOの
標的 分子
↑:活 性 化,↓:抑 制,GAPDH:g,yceraldehyde-3-phos-phatedehydrogenase.(文 献1よ り 改 変)が 不 対 電 子 を もつ ラ ジ カ ル で反 応 性 に富 み,大 気 中 で は
酸 素 と反 応 してNO2と
な り,溶 液 中 で は水 と 反 応 し て
硝 酸 イ オ ン(NO3-)や 亜 硝 酸 イ オ ン(NO2-)と な り,速 や か に 代 謝 ・不 活 性 化 さ れ る た め で あ る.Ⅱ.NOSア
イ ソ フ ォ ー ム
1.NOSの
多様性 とそれぞれの
構造特性
NOSに は3種 類 の ア イ ソ フ ォ ー ム が 存 在 す る1,2)(表3). NOSの 命 名 は 発 見 さ れ た 順 番 にNOS-1,NOS-2,NOS-3と よ ば れ て い る が,発 現 の 部 位 や 様 式 を 理 解 し や す いnNOS, iNOS,eNOSの 呼 称 が 慣 用 的 に 用 い ら れ て い る.nNOSと eNOSは お の お の 神 経 系 や 血 管 内 皮 な ど で 恒 常 的 に 発 現 し て い る と こ ろ か ら,構 成 型NOS (constitutiveNOS;cNOS)と 総 称 さ れ る.一 方,iNosは 通 常 は 発 現 し て お ら ず,サ イ ト カ イ ン や 細 菌 性 リ ボ 多 糖 な ど の 刺 激 因 子 の 存 在 下 で 広 範 な 組 織 で 誘 導 さ れ る. 3種 類 のNOSア イ ソ フ オ ー ム の 基 本 構 造 は50∼60%の 高 い 相 同 性 を 示 す5)(図3).C末 端 側 は シ ト ク ロ ムP450還 元 酵 素 と相 同 性 が 高 く,NADPHや フ ラ ビ ン(FAD,FMN)の 結 合 部 位 が,中 央 部 に は カ ル モ デ ュ リ ン(CaM)やBH4の 結 合 部 位,N末 端 に は ヘ ム やL-ア ル ギ ニ ン の 結 合 部 位 が 存 在 す る. こ の よ う にNOSは 同 一 分 子 内 に 酸 化 酵 素 ド メ イ ン と 還 元 酵 素 ドメ イ ン を 共 有 す る 特 異 な 酵 素 と い え る.す べ て のNOSア イ ソ フ ォ ー ム の 活 性 型 は, ヘ ム を2分 子 含 む2量 体 で あ る.表3
NOSの 種 類 と 特 徴(文 献1よ り改変)図3
NOSア イ ソ フ ォ ー ム の1次 構 造 NOSア イ ソ フ ォ ー ム の 基 本 構 造 は 高 い 相 同 性(50∼6096)を 示 す,共 通 し てC末 端 に は NADPH,フ ラ ビ ン(lAD/FMN)の 結合 部 位 を もち,シ トク ロムP450還 元 酵 素 に 類 似 す る-中 央 部 には カ ル モ デ ュ リ ン(CaM)や テ トラ 八 イ ドロバ イ オ プテ リ ン(BH4)の 結 合 部 位,N末 端 に はヘ ム やL-ア ル ギ ニ ン(L-Arg)の 結 合 部 位 が 存 在 す る.eNOSに はN末 端 に ミ リス チ ン酸 結 合 部 位(M)が 存 在 す る-蛋 白 質 が ミ リス トイル 化 す る と細 胞 膜 に結 合 す る 性 質 が あ り,eNOS が膜 結 合性 で あ る の は この ドメ イ ンの 作 用 に よる.P:リ ン酸 化 部位.(文 献1よ り改変)2.NOSの
分布 と活性化 反応
NOSの 分 布 は 多 岐 に わ た る(表3)が,そ の お も な も の は 以 下 の と お り で あ る.eNOSは 血 管 内 皮 の 細 胞 膜 に 局 在 し,ア セ チ ル コ リ ン や ブ ラ ジ キ ニ ン な ど の 血 管 作 動 物 質 や ず り応 力 な ど の 機 械 的 刺 激 に よ っ て 内 皮 の 細 胞 内 Ca2+濃 度 が 上 昇 す る と,CaM依 存 性 に 活 性 化 さ れ る. 中 枢 神 経 系 のnNOSは 後 シ ナ プ ス に 存 在 し,NMDA(N-methyl-D-aspartate)レ セ プ タ ー な ど を 介 し て 細 胞 内 Ca2+濃 度 が 上 昇 す る とCaM依 存 性 に 活 性 化 さ れ る.末 梢 神 経 系 のnNOSは 非 ア ド レ ナ リ ン 性 非 コ リ ン 性 ニ ュ ー ロ ン の 神 経 末 端 に 局 在 し,ム ス カ リ ン受 容 体 を 介 し て 同 様 のCa2+/CaM依 存 性 の 機 序 で 活 性 化 さ れ る.iNOS は 炎 症 性 サ イ ト カ イ ン やLPSが 存 在 す る と 遺 伝 子 の 発 現 誘 導 が 起 こ り,新 た な 酵 素 が 合 成 さ れ て く る.iNos は マ ク ロ フ ァ ー ジ を 代 表 と す る 免 疫 系,心 血 管 系,肝, 脳 グ リ ア,消 化 管 な ど 広 範 な 組 織 に 発 現 す る.iNosは Ca2+非 依 存 性 で あ り,CaMと 強 固 に 結 合 し た 状 態 で 存 在 す る が,BH4,L-ア ル ギ ニ ン,ヘ ム が あ る と2量 体 化 し て 活 性 化 さ れ る.Ⅲ.NOの
作 用 とその 二面 性
NOは
生 体 防 御 的 に作 用 す る こ と も あ れ ば,逆 に 障 害
因 子 と し て作 用 す る こ と もあ る1・2)(表4).NOは,至
適
低 濃 度 で は 善 玉 と して,過 剰 高 濃 度 で は悪 玉 と して 振 る
舞 う.ま た,L-ア ル ギ ニ ンやBH4が
欠 乏 した 状 況 で は,
NOSはNOで
は な くス ー パ ー オ キ サ イ ド(02・-)や 過 酸
化 水 素(H202)な
どの 活 性 酸 素 種 を 産 生 す る(こ れ をNOS
の ア ン カ ップ リ ン グ と い う).さ
らにNOと02-が
反 応
す る と,パ ー オ キ シ亜 硝 酸(ONOOつ
や ハ イ ドロ キ シ フ
リー ラ ジ カ ル(.OH)と
い っ た 毒 性 の 強 い ラ ジ カ ル が 形
成 さ れ て,細 胞 傷 害 やDNA障
害 を ひ き起 こす5).
実 際 に,eNOSか
ら産 生 され るNOは
血 管 組 織 防 御 的
に作 用 す る 一 方 で,イ
ン ス リ ン抵 抗 性 状 態 で はBH4の
欠 乏 に よ りeNOSの
ア ン カ ッ プ リ ン グが 生 じ,内 皮 機 能
異 常 と酸 化 ス トレ ス の増 加 が 生 じ る こ とが 報 告 され て い
る.脳 虚 血 時 の 過 度 のnNOSの
活 性 化 に 伴 う過 剰 なNO
は,神 経 死(ア ポ トー シ ス)を 誘 起 す るが,至 適 量 のnNOS
由 来NOは,シ
ナ プ ス 問 の 神 経 伝 達 物 質 と して 機 能 した
り,末 梢 で は 消 化 管 運 動 や 血 流 量 を 調 節 す る.iNosに
よ り一 過 性 に大 量 に産 生 され るNOは,細
菌,ウ イ ル ス,
腫 瘍 細 胞 な ど の攻 撃 に対 す る 生 体 防 御 反 応 の 一 翼 を担 っ
て い るが,iNosの
過 剰 発 現 が 遷 延 化 す る と,細 胞 障 害
性 に作 用 す る とい う二 面 性 を もつ.そ
の 代 表 例 が,敗 血
症 性 シ ョ ッ クや,サ
イ トカ イ ン投 与 時 の 治 療 抵 抗 性 の 血
管 拡 張 と心 筋 収 縮 力 の 低 下 で あ る.こ
の よ う にNOの
作
用 は,NOSア
イ ソ フ ォー ム の 相 違,組
織NO産
生 量 お
よび ア ンカ ッ プ リ ング の 有 無 に よ っ て規 定 され て い る.
Ⅳ.eNOSに
関す る最 近 の話 題
1,新 しいeNOS活
性化 機構
最 近,Ca2+に 依 存 し な い, セ リ ン/ス レ オ ニ ン キ ナ ー ゼ Aktを 介 し た,新 し いeNOS 活 性 化 機 構 が 報 告 さ れ た17,18) (図4).内 皮 細 胞 が ず り 応 力 や 血 管 内 皮 増 殖 因 子(VEGF)に よ っ て 刺 激 さ れ る と,ホ ス フ ァ チ ジ ル イ ノ シ トー ル3一 キ ナ ー ゼ (PI3K)が 活 性 化 さ れ,PIP3が 産 生 さ れ る.PIP3は 細 胞 質 の Aktに 結 合 し,Aktを 細 胞 膜 ヘ リ ク ル ー トす る.Aktは そ こ で 3一ホ ス ホ イ ノ シ タ イ ド依 存 性 プ ロ テ イ ン キ ナ ー ゼ ー1(PDK1)に表4
NOの
機 能の二 面性
EDRF:endothelium-derived relaxing factor,ARDS:adult respiratorydistresssy ndrome, GVHD:graft versus host disease.(文 献1よ り 改 変)
よ っ て リ ン 酸 化 を 受 け,活 性 型 と な る.活 性 化 さ れ た AktはeNOSの セ リ ン 残 基(ヒ ト で は1.177番,ウ シ で は1,179番)を リ ン 酸 化 し て,eNOS活 性 を 亢 進 さ せ る. 生 体 内 で も こ のPI3KAkt-eNOS経 路 を 介 し た 血 管 拡 張 反 応 や 血 流 量 の 増 加 が 生 じ る こ と が,活 性 型Aktの 血 管 内 皮 に お け る 遺 伝 子 導 入 実 験 で 証 明 さ れ て い る. Ca2+/CaMに よ るeNOS活 性 化 は 一 過 性 で あ る が,こ のCa2+に 依 存 し な いeNOS調 節 機 構 は,ず り 応 力 や VEGFな ど に よ る 比 較 的 長 期 に わ た るeNOS活 性 化 を 説 明 す る と 考 え ら れ て い る.な お,高 脂 血 症 治 療 薬 ス タ チ ン も こ の 経 路 を 介 し て 心 血 管 保 護 作 用 を 発 揮 す る19).
2,蛋 白質相 互作 用
最 近,eNOSと 会 合 し て 活 性 を 制 御 す る 調 節 蛋 白 質 が 相 次 い で 報 告 さ れ て い る19)(表5).eNOS活 性 を 負 に 調 節 す る 蛋 白 質 に は,カ ベ オ リ ン-1,G蛋 白 質 共 役 型 受 容 体,NOSⅠP(eNOS interacting protein),ERK(extracellu-larsignal-regulated kinase),Raf-1な ど が あ る.カ ベ オ リ ン-1は カ ベ オ ラ(細 胞 膜 の 凹 み)の 骨 格 を 形 成 す る 膜 蛋 白 質 で,eNOSに 結 合 し て,eNOSを 不 活 性 化 状 態 に お く.各 種 ア ゴ ニ ス トや ず り 応 力 な ど の 刺 激 が 加 わ る と,こ の 結 合 が は ず れ てeNOSが 活 性 化 さ れ る.事 実, カ ベ オ リ ン−1欠 損 マ ウ ス で は,無 刺 激 下 でeNOSが 活 性 化 状 態 に あ り,血 管 反 応 性 が 弛 緩 優 位 に 変 化 し て い た.ブ ラ ジ キ ニ ンB2受 容 体 や ア ン ジ オ テ ン シ ン Ⅱ-1型 受 容 体 な ど のG蛋 白 質 共 役 型 受 容 体 も,細 胞 内 ド メ イ ン に お い てeNOSと 会 合 し,eNOS活 性 を 抑 制 す る. NOSIPと 命 名 さ れ た 分 子 量34Kの 新 し い 蛋 白 質 は, eNOSの カ ベ オ ラ に お け る 局 在 を 阻 害 し てeNOS機 能 を 低 下 さ せ る.プ ロ テ イ ン キ ナ ー ゼERKお よ びRaf-1は と も に,静 止 時 はeNOSと 共 存 し て い る が,ブ ラ ジ キ ニ ン刺 激 下 で 解 離 し 自 身 が 活 性 化 さ れ,リ ン酸 化 に よ り eNOS活 性 を 低 下 さ せ る. 一 方 ,eNOS活 性 を 正 に 調 節 す る 蛋 白 質 に は,既 述 の CaMの ほ か に,熱 シ ョ ッ ク 蛋 白 質90(Hsp90),Akt, ダ イ ナ ミ ンー2が あ る.Hsp90は 刺 激 下 でeNOSと 結 合 し,ア ロ ス テ リ ッ ク なeNOS構 造 変 化 を ひ き 起 こ し て, eNOSを 活 性 化 す る.Aktは 活 性 化 さ れ る とHsp90と 会 合 し てAkt-Hsp90-eNOS複 合 体 を 形 成 し,eNOSを リ ン 酸 化 し てeNOS活 性 の 充 進 を き た す(上 述).ダ イ ナ ミ ン-2は,刺 激 下 でeNOSと 結 合 しeNOSを 活 性 化 す る. 3,カ ベ オ ラ 緑 色 蛍 光 蛋 白 質(GFP)をeNOSに 結 合 さ せ てeNOS の 内 皮 細 胞 内 の 分 布 を 検 討 し た 研 究 で は,eNOSの50 %は 細 胞 膜 の カ ベ オ ラ に,35%は ゴ ル ジ 器 官 に 局 在 し て い た20,21).カ ベ オ ラ に は,eNOSの ほ か に,カ ベ オ リ ン11,ム ス カ リ ン性 ア セ チ ル コ リ ンM2受 容 体,ブ ラ ジ キ ニ ンB2受 容 体,高 密 度 リ ポ プ ロ テ イ ン の ス カ ベ ン ジ ャ ー 受 容 体(SR-BI),G蛋 白 質,ア ル ギ ニ ン ト ラ ン ス ポ ー タ ー,プ ロ テ イ ン キ ナ ー ゼC,MAPキ ナ ー ゼ,チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ,IP3依 存 性Ca2+チ ャ ネ ル な ど,シ グ ナ ル 伝 達 に 重 要 な さ ま ざ ま な 分 子 が 集 中 し て い る20,21).こ の カ ベ オ ラ に お け るeNOSと シ グ ナ ル 分 子 と の 近 接 し た 局 在 が,各 種 ア ゴ ニ ス トや ず り応 力 な ど の 刺 激 に 応 答 し た 効 率 的 なNO産 生 に 重 要 で あ る.図4
PI3K-Akt経 路 を 介 したeNOSの 活 性 化 機 構 血管 内皮 細 胞 にず り応 力 や 血 管 内 皮 増 殖 因 子(VEGl)の 刺 激 が 加 わる と,ボ ス フ ァチ ジル イ ノ シ ト-ル3キ ナ ー ゼ(Pl3K)が 活 性 化 され,P.P2か らP.P3が 産 生 さ れ る.P.P3は,細 胞質 のAktを 細 胞 膜 ヘ リ クルlト す る.Aktは そ こで,3-ボ ス ホ イ ノ シ タイ ド依 存 性 プ ロテ イ ン キナ-ゼ ー1(PDK1)に よ って ー」ン酸 化(P)を 受 け, 活 性 型 と な る.活 性 化 さ れ たAktは.リ ン酸 化(P)に よ りeNOS を活 性 化 してNO産 生 を 増 力口させ る.表5
eNOSと
会合 し活 性を調 節す る蛋 白質
血 中 脂 質 成 分 で あ る低 密 度 リ ボ 蛋 白 質(LDL)(と
く に
酸 化LDL)が
動 脈 硬 化 促 進 的 に,高
密 度 リ ボ 蛋 白 質
(HDL)が 動 脈 硬 化 抑 制 的 に 働 く こ と は よ く知 ら れ て い る.最 近 そ の 機 序 に,カ ベ オ ラ の 主 要 構 成 成 分 で あ る コ レ ス テ ロ ー ル の 変 化 を 介 した 新 た な 機 序 が 報 告 さ れ た. 酸 化LDLは カ ベ オ ラ の コ レ ス テ ロ ー ル 含 量 を 減 少 さ せ て,eNOSの カ ベ オ ラ か ら の 解 離 とeNOS機 能 不 全 を ひ き 起 こ す(図5a).HDLが 酸 化LDLと 共 存 す る と,HDL 自 身 の コ レ ス テ ロ ー ル を カ ベ オ ラ に 供 給 し,カ ベ オ ラ の 脂 質 環 境 を保 持 す る こ と に よ っ て,eNOSの カ ベ オ ラ か ら の 解 離 を 防 ぎeNOSの 機 能 を 維 持 す る(図5b).さ ら にHDLは,カ ベ オ ラ のSR-BI受 容 体 に 結 合 しeNOSを 活 性 化 さ せ る.こ の よ う な カ ベ オ ラ の コ レ ス テ ロ ー ル 含 量 の ダ イ ナ ミ ッ ク な 変 化 の 機 序 が,HDL・LDLの 動 脈 硬 化 に お け る 善 玉 ・悪 玉 と し て の 働 き を 説 明 す る と考 え ら れ て い る20).Ⅴ.nNOSの
新 しい血管 作 用
eNOSは
動 脈 硬 化 の 発 症 ・進 展 に抑 制 的 に作 用 す る.
一 方iNosは
,動 脈 硬 化 促 進 作 用 と抑 制 作 用 の 両 方 が 報
告 され て い る.こ の 機 序 に は,iNos由
来NOの
抗 酸 化
作 用 とア ン カ ップ リ ン グ に よ る 酸 化 作 用 の両 者 が 関 与 す
る.nNOSも
ヒ ト動 脈 硬 化 病 変 に 発 現 す る こ とが 報 告 さ
れ て い る が,そ
の機 能 的 意 義 に つ い て は不 明 で あ っ た.
筆 者 らは こ の 点 をnNOSノ
ッ ク ア ウ トマ ウ ス を用 い て
検 討 し,nNOSも
血 管 病 変 形 成 の 初 期 に は外 膜 の 炎 症 細
図5
eNOSの
局 在 と機 能 に 対 す る酸 化LDLお
よ びHDL
の作 用
(a)酸 化 低 密 度 リ ボ蛋 白質(酸 化LDL)は カ ベ オ ラの コ レ ス テ ロ ー ル を枯 渇 さ せ て,eNOSの カ ベ オラ か らの 解 離 とNO産 生 の 低 下 を招 く.apoB:ア ポ リポ蛋 白質B.(b)高 密度 リボ 蛋 白 質(HDL) が 酸化LDLと 共 存 した 状 況 で は.HDLは 自身 の コ レス テ ロlル を カベ オ ラ に供 給 す る こと に よ り,力 ベ オ ラ の 脂 質 環 境 を 維 持 し て,eNOSの 解 離 お よ びNO産 生 低 下 を 防 ぐ.apo:ア ポ リポ 蛋白質.(文 献20よ り改変)
図6
nNOSの
血管 保護 作用
マ ウ ス 頸 動 脈 結 紮 モ デ ル に お い て. nNOSが 血 管 病 変 の 形 成l進 展 と と も に外 膜 の 炎症 細 胞(お もに 好 中球)あ る い は内 皮,新 生 内 膜,中 膜 平 滑筋 に発 現 し, 新 生 内 膜 形成 お よ び収 縮 性血 管 リモ デ リ ン グ を 抑 制 す る こ と が 示 唆 さ れ た(左 図),一 方,ラ ッ トバ ル ー ン 傷 害 モ デ ル で は,nNOSが 新 生 内膜 や 中 膜 平 滑 筋 に発 現 し,ア ン ジ オ テ ン シ ン Ⅱ,KCl. エ ン ドセ リ ン −1によ る 収 縮 反 応 を抑 制 した り,新 生 内 膜形 成 を 抑制 す る可 能 性 が 示 唆 さ れ た(右 図).AT-:ア ン ジ オ テ ン シ ン Ⅱ1型 受 容 体 、ETA:エ ン ドセ リ ンA受 容 体胞(お もに好 中 球)に,後
期 に は 内皮 ・新 生 内膜 ・中 膜 平
滑 筋 に 発現 し,新 生 内 膜 形 成 な らび に 収 縮 性 血 管 リモ デ
リ ング を有 意 に抑 制 す る こ と を見 い だ し た(図6左).さ
らに,ラ
ッ トバ ル ー ン傷 害 モ デ ル に お け る 選 択 的nNOS
阻 害 薬 の効 果 を検 討 し,nNOSが
傷 害 血 管 の トー ヌ ス 亢
進 お よ び新 生 内 膜 形 成 に 対 して 抑 制 的 に 働 くこ と を示 し
た(図6右).こ
の よ うに,筆
者 ら は,遺 伝 子 改 変 動 物 お
よ び2つ の 動 脈 硬 化 モ デ ル を用 い る こ とに よ り,nNOS
の 新 規 血 管 保 護 作 用 を初 め て 明 らか に した22).従 来 恒 常
的 に 発 現 す る と考 え ら れ て い たnNOSが,血
管 に お い
て は 興 味 深 い こ と に 誘 導 型NOSと
し て 振 る 舞 っ て い
た.そ
こで 現 在,nNOSの
血 管 壁 遺 伝 子 発 現 調 節 機 構 の
解 明 を進 め て い る.
Ⅵ.NOS遺
伝 子治 療
血 管壁NO産
生 が 低 下 す る と,ス パ ス ムや 動 脈 硬 化 を
含 め た 各 種 血 管 病 が ひ き起 こ さ れ る23,24).近年,低
下 し
たNO産
生 能 を 回 復 させ る 新 しい 試 み と し て,NOS遺
伝 子 治療 が 注 目 され て い る25).eNOS遺
伝 子 導 入 の 有 効
性 は,ラ
ッ ト頸 動 脈 や ブ タ冠 動 脈 の バ ル ー ン傷 害 後 の 内
膜 肥 厚,ラ
ッ トお よ び 家 兎 動 脈 硬 化 血 管 の 低 下 した 内 皮
依 存 性 弛 緩 反 応,家
兎動 脈 硬 化 頸 動 脈 の 炎 症 反 応,バ
イ
パ ス グ ラ フ ト(ヒ ト大 伏 在 静 脈)の 血 栓 と血 管 リモ デ リ ン
グ,く
も膜 下 出 血 後 の脳 血 管 攣 縮,肺
高 血 圧 症 な ど,さ
ま ざ ま な病 態 モ デ ル に お い て 証 明 され て い る25).筆 者 ら
は,eNOS遺
伝 子 を血 管 の 外 側 か ら導 入 す る新 規 ア プ ロ
ー チ を イ ヌ脳 血 管 にお い てin vitroお よ びin vivoで 試 み
た26∼30).eNOS遺
伝 子 を イ ヌ脳 動 脈 外 膜 の 線 維 芽 細 胞 に
部 位 特 異 的 に 強 制 発 現 させ る と,線 維 芽 細 胞 が 新 た に
NO産
生 能 を獲 得 し,内 皮 非 依 存 性,外 膜 依 存 性 弛 緩 反
応 が 見 い だ さ れ た.こ の 結 果 は,eNOS遺
伝 子 導 入 血 管 で
は外 膜 線 維 芽 細 胞 が 血 管 トー ヌ ス の 調 節 に役 割 を果 た す
とい う,血 管 生 物 学 の 新 し い 概 念 を提 唱 し た.さ
らに,
血 管 内 腔 か らの ベ ク タ ー の 投 与 が 困 難 な脳 血 管 に お い
て,遺 伝 子 治 療 実 現 の 可 能 性 を 示 唆 した.米
国 で は2001
年 春 よ り ヒ トNOS遺
伝 子 治 療 の フ ェ ー ズ1研
究 が 開 始
さ れ て お り,今 後 の成 果 が 期 待 さ れ る25).
お わ りに
以 上,NOSの
構 造 と機 能 を概 説 し,血 管 系 に お け る
NOSシ
ス テ ム の 話 題 に つ い て 述 べ た.ご
く最 近,従
来
のNO研
究 の常 識 を覆 す 非 常 に興 味 深 い 知 見 が 報 告 さ れ
た.eNOS遺
伝 子 過 剰 発 現 マ ウ ス とApoEノ
ッ ク ア ウ ト
マ ウ ス を交 配 させ た マ ウ ス で は,eNOSが
動 脈 硬 化 の 増
悪 因子 と して 機 能 して い る とい う結 果 が 得 ら れ た.こ の
機 序 に はBH4の
枯 渇 と ス ー パ ー オ キ サ イ ドの 産 生 亢 進
と い っ たeNOSの
ア ン カ ッ プ リ ン グ の 機 序 が 関 与 して
い た.筆 者 らの 研 究 で も,前 述 した よ うに,従 来 恒 常 的
に 発 現 す る と考 え ら れ て い たnNOSが,驚
い た こ と に
血 管 病 変 で は 発 現 が 誘 導 さ れ,血 管 保 護 的役 割 を果 た し
て い た.ま
た,筆 者 らの 別 の 研 究 で は,動 脈 硬 化 モ デ ル
と し て 世 界 中 で 頻 用 さ れ て きたNOS阻
害 薬(L-NAME)
長 期 投 与 モ デ ル に お け る 血 管 病 変 が,NOS阻
害 に よ ら
な い 機 序 で 惹 起 さ れ て い る と い う予 期 せ ぬ 結 果 を 得
た31).
こ の よ う に多 くの 人 が 常 識 的 に信 じて い る こ との な か
に,実 際 は事 実 と異 な る 点 が あ る こ と を,こ れ らの研 究
は 明確 に 示 して い る.今 後 も真 実 が 解 明 されNO研
究 が
さ ま ざ まな 分 野 で さ ら に発 展 して,最 終 的 に臨 床 の 分 野
で 役 立 つ よ う な 治療 法 の 開発 に つ なが る こ と を期 待 した
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