835 著者連絡先 筒井正人 〒 903-0215 沖縄県西原町上原 207 琉球大学大学院医学研究科薬理学 ＊琉球大学大学院医学研究科薬理学
はじめに
一酸化窒素（nitric oxide：NO）は，ほとんどすべ
ての組織および臓器において生成・遊離され，生体
の恒常性の維持に重要な役割を果たしている
1）∼ 4）．
NO 合成酵素（NOS）系は，神経型 NOS（nNOS），誘
導型 NOS（iNOS），内皮型 NOS（eNOS）の 3 種類の
アイソフォームで構成されている
1）∼ 4）．筆者は，長
年一貫して，循環器領域における NO 研究を行って
きた．本稿では，2011 年 11 月 3 日に日本臨床麻酔
学会第 31 回大会において行った講演の内容を踏ま
えて，自身のこれまでの研究を紹介する．
Ⅰ eNOS 遺伝子治療
筆者は，米国メイヨークリニック（Zvonimir S.
Katusic 研究室）留学時に，組換えアデノウイルスベ
クターを用いた血管壁への eNOS 遺伝子治療の研究
を行った．血管に対する遺伝子治療では，通常，血
流を遮断してベクターを血管内腔から血管壁に暴露
させる．しかし，脳は虚血に脆弱なため，脳動脈に
対する遺伝子治療は困難であると考えられていた．
この問題を克服するために，われわれは，血管外膜
を標的とした新しいアプローチによる eNOS 遺伝子
治 療 を 試 み た．そ の 結 果，イ ヌ 脳 動 脈 外 膜 へ の
recombinant eNOS 遺伝子の強制発現が，内皮機能
不全を有意に改善させることを示し，脳動脈に対す
る遺伝子治療の有効性を報告した
5）∼ 12）（図 1）．
Ⅱ nNOS の血管保護作用
筆者は，留学から帰国後，nNOS の血管保護作用
の研究を開始した．eNOS や iNOS が動脈硬化にお
いて重要な役割を果たすことは広く知られていた
が，nNOS の役割は不明であった．われわれは，こ
の点を，nNOS 欠損マウスを用いて検討し，nNOS
日本臨床麻酔学会第 31 回大会招待講演
日臨麻会誌 Vol.32 No.7, 835 〜 841, 2012一酸化窒素と循環器病：遺伝子改変動物から得られた新知見
筒井正人
＊［要旨］一酸化窒素合成酵素（nitric oxide synthase：NOS）には，神経型 NOS，誘導型 NOS， 内皮型 NOS の 3 種類のアイソフォームが存在する．従来，生体内における NOS 系の役割が， NOS 阻害薬を用いて薬理学的に広く検討されてきた．しかし，NOS 阻害薬はさまざまな非特異 的作用を有するため，NOS 系の真の役割は，いまだ十分に解明されていない．この点を検討する ために，著者らは，NOS 系完全欠損マウスを世界に先駆けて開発した．興味深いことに，このマ ウスには，高度の冠動脈硬化を伴う自然発症の急性心筋梗塞が認められた．さらに，このマウスに は，代謝症候群，高脂血症，拡張期心不全の病態も見出された．以上より，NOS 系が多彩な循環 器病の成因に重要な役割を果たしていることが示唆された． キーワード： 一酸化窒素，一酸化窒素合成酵素，循環器病，心筋梗塞，遺伝子改変マウス
836 日臨麻会誌 Vol.32 No.7/Nov. 2012
も重要な血管保護作用を有することを見出した
（図 2）
1）．さらに，従来恒常的に発現すると考えられ
ていたnNOSが，血管系では，炎症性刺激，増殖性
刺激やスタチンで発現が誘導されることを明らかに
した
13）∼ 15）．
このように，eNOS や iNOS に加えて，nNOS も
動脈硬化において役割を果たしていることを明らか
にすることができたので，われわれは，次の展開と
して，NOS 系全体の意義を解明することを着想した．
Ⅲ NOS 系完全欠損マウスの開発
これまで，生体内における NOS
系の役割が，L-NAME や L-NMMA などの NOS 阻害薬を用いて薬
理学的に広く研究されてきた．しかし，これらの
NOS 阻害薬には，さまざまな非特異的作用が報告
されている．事実，われわれも，NOS 阻害薬の長
期投与により引き起こされる血管病変形成が，実は
NOS 阻害を介さない機序で惹起されるという，従
来の NO 研究の定説を覆す意外な事実を見出した
（図 3）
16）, 17）．このように，生体内における NOS 系の
真の役割は，いまだ十分に解明されていない．この
点を検討するために，われわれは，すべての NOS
を欠損させた NOS 系完全欠損マウス（triple nNOS/
iNOS/eNOS 欠損マウス）を世界に先駆けて創出し
た（図 4）
3）, 18）．
Ⅳ NOS 系完全欠損マウスに見られた急性心筋梗塞
NOS 系完全欠損マウスは，幸運にも胎生致死で
はなく誕生したが，生存率は野生型マウスに比して
著明に低下していた（図 5）．興味深いことに，死因
の病理学的検索では，このマウスの約半数は，高度
の冠動脈硬化を伴う自然発症の急性心筋梗塞で死亡
していた（図 6）．この知見は，NOS 系の破綻が急性
心筋梗塞を引き起こすことを初めて証明したもので
ある
2）, 19）．NOS 系完全欠損マウスには心血管系のレ
ニン・アンジオテンシン系の活性化が認められ，さ
らに，アンジオテンシン 1 型（AT1）受容体拮抗薬オ
ルメサルタンの長期投与が，冠動脈硬化の進展，急
性心筋梗塞の発症率，および生存率をすべて有意に
改善させたことから，このマウスにおける急性心筋
図 1 血管外膜を標的とした生体内内皮型 NOS（eNOS）遺伝子治療法の 確立 組換えアデノウイルスベクターを用いて，リコンビナント eNOS 遺伝子 を，脳動脈外膜に生体内で強制発現させると，外膜依存性に血管拡張作 用および抗動脈硬化作用が惹起された．837 図 3 NOS 阻害薬の NO 非依存性長期血管作用の解明 われわれは，NOS 阻害薬の長期投与により惹起される動脈硬化病変形 成が，実は NOS 阻害を介さない機序で引き起こされるという，従来の NO 研究の常識を覆す意外な事実を見出した． この機序には，NOS 阻害と独立した，組織レニン・アンジオテンシン 系の活性化や酸化ストレスの増大が関与していた． 図 2 神経型 NOS（nNOS）の血管保護作用の解明
本研究では，eNOS や iNOS に加えて，nNOS も血管病変に発現し， 重要な血管保護作用を有していることを報告し，血管系ではすべて の NOSs が役割を果たしていることを明らかにすることができた．
838 日臨麻会誌 Vol.32 No.7/Nov. 2012 図 4 NOS 系完全欠損マウスの樹立 最初に，3 種類の Single NOS 欠損マウスを掛け合わせて，3 種類の Double NOSs 欠損マウスを作製し，次にこれらをさらに交互に交配させて，3 年の歳月を費やし て，Triple NOSs 欠損マウスを創出した． 図 5 Single，Double，Triple NOSs 欠損マウスにおける生存率 野生型マウスは，11 ヵ月間の観察期間中，すべて生存していたが，NOS 欠損マウスは， ノックアウトされた NOS アイソフォームの数に比例して，Single，Double，Triple の 順で段階的に生存率が低下し，Triple NOSs 欠損マウスは，生後 11 ヵ月までに実に 8 割以上が死亡した．
839
梗塞の発症には，AT1 受容体経路を介した機序が
関与していることが示唆された
2）, 19）．
Ⅴ NOS 系完全欠損マウスの
研究ツールとしての有用性
重要なことに，eNOS が強力な抗動脈硬化作用を
有するにもかかわらず，eNOS 欠損マウスに動脈硬
化は認められない．この矛盾は，ノックアウトされ
ていない他の NOS による代償機構によって説明さ
れている．事実，eNOS 欠損マウスの血管内皮細胞
に，nNOS が発現していることが報告されている．
われわれの NOS 系完全欠損マウスは，この問題点
を解決し，生体内における NOS 系の意義を解明し
うる強力な研究ツールである
20）, 21）．
Ⅵ NOS 系完全欠損マウスにおける多彩な循環器病
冠危険因子の検索では，NOS 系完全欠損マウス
に代謝症候群が見出された
2）, 19）．また，NOS 系完全
欠損マウスに高脂肪食を負荷すると，著明な高脂血
症，冠動脈硬化，および心臓突然死が引き起こされ
た
22）．さらに，高齢の NOS 系完全欠損マウスには，
心肥大，心臓拡張機能障害，および肺うっ血を認め，
拡張期心不全の病態が観察された
23）．
おわりに
マウスは，遺伝子操作が可能な最良の哺乳類であ
る．NOS 系完全欠損モデルを用いた研究は，心血
管系における NOS 系の役割に関する見識を分子レ
ベルで提供する．われわれは，本研究において，マ
ウス NOS 遺伝子を完全に欠損させると，自然発症
急性心筋梗塞，代謝症候群，高脂血症，および拡張
期心不全を含めた多彩な循環器病が惹起されること
を明らかにした．以上より，NOS 系が循環器病の
成因に重要な役割を果たしていることが初めて示唆
された．
参考文献 1） Tsutsui M：Neuronal nitric oxide synthase as a novel anti-atherogenic factor. J Atheroscler Thromb 11： 41-48, 2004 図 6 死亡した Triple NOSs 欠損マウスに認められた急性心筋梗塞 死亡した Triple NOSs 欠損マウスの死因を病理学的に検討したところ，興 味深いことに，このマウスの約半数は，著明な冠動脈硬化を伴う自然発症 の心筋梗塞で死亡していた．840 日臨麻会誌 Vol.32 No.7/Nov. 2012
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841
Nitric Oxide and Cardiovascular Disease：
Novel Evidence Obtained from a Genetically Manipulated Animal
Masato TSUTSUIDepartment of Pharmacology, Graduate School of Medicine, University of the Ryukyus
Nitric oxide（NO）is synthesized by three different NO synthase（NOS）isoforms, including neuronal （nNOS）, inducible（iNOS）, and endothelial NOS（eNOS）. The roles of the NOS system
in vivo
havebeen extensively investigated in pharmacological studies with non-selective NOS inhibitors such as L-NAME and L-NMMA. However, because the NOS inhibitors possess multiple non-specific actions, the authentic roles of the NOS system in our body still remain to be fully elucidated. To address this important issue, we have successfully developed genetically manipulated mice in which all three NOS genes are totally disrupted. While the triply n/i/eNOS-/- mice were unexpectedly viable and appeared normal, their survival and fertility rates were markedly reduced as compared with wild-type mice. Intriguingly, the triply n/i/eNOS-/- mice spontaneously developed acute myocardial infarction accom-panied by severe coronary arteriosclerotic lesions. Furthermore, the triply n/i/eNOS-/- mice manifest- ed metabolic syndrome, dyslipidemia, and diastolic heart failure. These results provide the first evi-dence that genetic disruption of all NOS genes causes a variety of cardiovascular diseases in mice
