◆特集:感染・炎症を血栓止血学から考察する◆
1. はじめに
PAI-1 は線溶系の生理的阻害因子である.循
環血中では t-PA を阻害することで血栓を安定化
させる.組織では u-PA を阻害することで細胞外
基質の分解を抑制する.炎症に関連するサイトカ
インは様々な病態で PAI-1 産生を制御し線溶系
に影響を与える.一方,血管や組織での PAI-1
発現の上昇は血栓や線維化と関連して炎症を惹
起する.PAI-1 は動脈硬化症や血管の再構築な
どにも関与する.このような病態では t-PA や
u-PA を阻害するというだけでは PAI-1 の果たす
役割を説明できない.PAI-1 は直接細胞増殖や
アポトーシスに関与する可能性がある.このよう
な観点から PAI-1 阻害薬は新しい薬物の候補と
なる可能性もある.
2. 線溶系と PAI-1
血栓形成に凝固系と線溶系のバランスが関わ
り,凝固系で作られた血栓が線溶系で分解され
ることによって両者の均衡が保たれる(図 1).
線溶系は,ウロキナーゼ型プラスミノゲンアク
チベーター(urokinase-type plasminogen
activa-tor:u-PA )や組織型プラスミノゲンアクチベー
タ ー(tissue-type plasminogen activator:t-PA )
がプラスミノゲンから活性を有するプラスミンへ
の変換を促進する.生成したプラスミンはフィブ
リンを分解しフィブリン・フィブリノゲン分解
産物(fibrin degradation product:FDP )にする
ことで血栓形成を防ぐ.プラスミノゲンアクチ
ベーターインヒビター-1(plasminogen activator
inhibitor type-1:PAI-1) は t-PA 及 び u-PA を
阻害することにより線溶系を阻害する線溶系の生
理的阻害因子である.PAI-1 が増加すると血栓
が出来やすく分解されにくい
1).PAI-1 は血管内
皮,肝細胞,炎症細胞,血小板などで産生され,
血中に分泌後,線溶系の阻害以外にもマトリック
スメタロプロテアーゼの活性を阻害することで細
胞の接着,遊走に影響を及ぼす.PAI-1 の増加
はアテローム性動脈硬化症や心筋梗塞に代表され
る血栓症の誘因となり,さらに糖尿病や脂質異常
症,メタボリックシンドロームの危険因子にな
る
1)‐3).凝固-線溶系バランスが凝固系に傾くと,
*名古屋市立大学大学院薬学研究科病態解析学分野〔〒 467-8603 名古屋市瑞穂区田辺通 3-1〕
Division of Molecular and Cellular Pathobiology and Therapeutics, Graduate School of Pharmaceutical Sciences,
Nagoya City University〔3-1 Tanabe-dori, Mizuho-ku, Nagoya 467-8603, Japan 〕
Tel: 052-836-3451 Fax: 052-836-3454 e-mail: [email protected]
昭和56年 北海道大学医学部 卒業 北海道大学医学部附属病院循 環器内科医員 62年 ワシントン大学医学部 平成 6 年 バーモント大学医学部 8 年 北海道大学医学部循環器内科 助手 11年 北海道大学病院循環器内科 講師 平成19年 名古屋市立大学大学院薬学研 究科医療薬学講座病態解析学 分野 教授 専門 高血圧 血管医学(動脈硬化症,血栓症)
藤井 聡
炎症と線溶系
藤 井 聡
*Inflammation and fibrinolytic system
Satoshi FUJII
*3. 炎症性サイトカインによる
PAI-1 発現の調節
PAI-1 は セ リ ン プ ロ テ ア ー ゼ イ ン ヒ ビ タ ー
ファミリーに属する分子量およそ 45kDa の一本
鎖糖蛋白質である.PAI-1 は病態における変動
が大きく種々の疾患で,遺伝子転写レベルで影
響を受ける.ヒト PAI-1 遺伝子は第 7 染色体に
あり 9 つのエクソンと 8 つのイントロンを持つ.
インスリンなどのホルモンやトランスフォーミ
ング増殖因子-β(transforming growth factor-β:
TGF-β),インターロイキン 1(interleukin-1:
IL-1)などの炎症性サイトカインにより発現が
制御される.これらの制御は PAI-1 遺伝子の 5’
側に存在するプロモーター領域の活性化を介した
転写促進による
1).ヒト肝癌由来細胞株 HepG2
においてプロモーター活性化による PAI-1 発現
増加には TGF-βによる smad を介した経路
4),
IL-1 に よ る c-fos/c-jun を 介 し た 経 路
5)6), 低
酸素条件下における低酸素誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-1:HIF-1)を介した経路
7),酸
化 ス ト レ ス に よ る activator protein-1(AP-1)
を介した経路
8)などが知られる.また,脂質異
常症治療薬シンバスタチンは抗酸化作用を有し,
PAI-1 蛋白質の発現を減少させる
9).環状アデノ
シン一リン酸(cyclic adenosine monophosphate:
アテローム性のプラークの破裂が閉塞性血栓に成
長する.炎症と線溶系の関係は,1)炎症に関与
する液性因子による線溶系因子発現への影響と,
2)線溶系因子が炎症に及ぼす影響を考慮する(図
2).
t-PA, u-PA PAI-1, PAI-2
プラスミノゲン プラスミン TAFI TAFIa フィブリン α2PI (α2-プラスミンインヒビター) (α2AP, α2-アンチプラスミン) FDP(フィブリン・フィブリノゲン分解産物) (プラスミノゲンアクチベーターインヒビター) IL-1, IL-6 TNF-α TGF-β PAI-1 u-PA活性 プラスミン 線溶 細胞外基質 の分解 細胞特異的反応 内皮細胞 •血管新生 •血栓症 平滑筋細胞 線維芽細胞 •動脈硬化症 •創傷治癒 •組織再構築 腫瘍細胞 •浸潤 •増殖 細胞表面での u-PA u-PA受容体 LRP との共局在 u-PA受容体の リサイクル 細胞接着 細胞外基質の u-PA/u-PA受容体 ERK1, ERK2 Akt アポトーシス 細胞増殖 細胞の 運動性 浸潤 細胞外基質 における細胞の 成長・展開 インスリン 低酸素
図 1 線溶系のカスケード
線溶系は凝固反応により生成したフィブリンを分解する.トロンビン活性化線溶インヒビターthrombin-activatable
fibri-nolysis inhibitor(TAFI )はリジン C 末端を切断することでプラスミンのフィブリンへの結合を阻害し,線溶活性を低下さ
せる.α2-プラスミンインヒビターは血中プラスミンと特異的に結合し線溶系の活性を抑える.t-PA:組織型プラスミノゲ
ンアクチベーター,u-PA:ウロキナーゼ型プラスミノゲンアクチベーター.PAI:プラスミノゲンアクチベーターインヒビ
ター,α2PI:α2- プラスミンインヒビター,α2AP:α2-アンチプラスミン,FDP:フィブリン・フィブリノゲン分解産物.
図 2 炎症と PAI-1 の関係
血中 PAI-1 レベルおよび組織での PAI-1 発現は炎症性
サイトカイン,ホルモン,メタボリックシンドロームに
関連した因子などで増加する.増加した PAI-1 は蛋白溶
解活性,細胞接着,細胞増殖やアポトーシスなどに関与
するシグナルを制御することにより多様な炎症反応を含
む疾患の発症や進展に関与する.
と 2.2kb の差の 1kb 部位に 3 箇所存在する.これ
までに PAI-1 mRNA の 3’-UTR に結合する RNA
結合蛋白質も同定されており,human antigen R
(HuR )はラット PAI-1 3’-UTR 上に存在する
ARE に結合し
24),p53 はヒト PAI-1 3’-UTR 上
の ARE に結合する
25).両者は mRNA を安定化
させる.その他,6-phospho-D-gluconate-NADP
oxidoreductase が RNA 結合蛋白質として PAI-1
3’-UTR の ARE を含まない特定の 33 塩基に結合
する
26).ラット肝細胞では PAI-RBP1 が cAMP
responsive sequence(CRS )
(+2926~+3054bp )
に結合し,PAI-1 の安定性や翻訳を調節してい
る
20).これらは全て転写後レベルで PAI-1 発現
を調節する.インスリンは CREB を誘導する.
したがって,我々が以前報告してきたインスリン
の PAI-1 産生増加作用の一部は cAMP の PAI-1
mRNA の 3’-UTR への作用を介しているかもし
れない
27).cAMP が PAI-1 発現に及ぼす効果は
多数の標的への影響を反映したものであると示唆
される.HepG2 細胞とラット肝細胞はサイトカ
インへの応答に近似性が見られる
28).肝臓で増
加した PAI-1 は肝循環の低下や低酸素状態を引
き起こすと同時に,血中に分泌されることで血漿
中 PAI-1 濃度が上昇し,全身の血栓症のリスク
を増大させる可能性もある.よって,cAMP によ
る PAI-1 mRNA 3’-UTR を介した発現増加作用
を持続して抑えることで PAI-1 に関連した血管
疾患を薬理学的に改善することが出来るようにな
るかもしれない.3’-UTR を介した PAI-1 発現
調節を標的とする治療戦略は効果的に PAI-1 発
現増加を抑制する優れた治療法となる可能性もあ
る.我々は HepG2 細胞において cAMP が PAI-1
発現へ及ぼす影響とその応答領域を含む分子機構
を解析し,転写後調節が cAMP の PAI-1 発現調
節において重大な役割を担っていることを最近示
した
29)(図 3).
5. プロテイン C の線溶・炎症への影響
プロテイン C はトロンビンと血管内皮細胞上
のトロンボモジュリン複合体で活性化され(活
性化プロテイン C, APC ),プロテイン S(PS )
を補酵素として活性化凝固第 V 因子(FVa )と
cAMP )は様々な細胞機能や遺伝子発現を調節す
る細胞内セカンドメッセンジャーで,ヒトマス
ト細胞で PAI-1 プロモーターを活性化し PAI-1
mRNA 及び PAI-1 蛋白質発現量を増加させる
10).
一方,HaCaT 角化細胞で cAMP はプロテインキ
ナーゼ A(protein kinase A:PKA )を介した経
路により TGF-βによって誘導された PAI-1 増
加を抑制する
11).抗血栓薬シロスタゾールは血
管壁でホスホジエステラーゼを阻害し血中 cAMP
濃度を増加させることにより高血圧や高血糖によ
り増加した血中 PAI-1 濃度を減少させる
12)‐14).
ラット初代培養肝細胞において cAMP は PAI-1
mRNA 量を増加させる
15).一方,増殖させたラッ
トの肝細胞や肝癌細胞では PAI-1 mRNA 量を減
少 さ せ る
16)17). さ ら に cAMP は cAMP
respon-sive element binding protein(CREB )を介して
ヒト PAI-1 プロモーター上の低酸素応答領域-2
(hypoxia responsive element-2:HRE2) お よ び
E-box 5 に応答して転写調節を行う
18).
4. 3'-非翻訳領域を介した PAI-1 発現の調節
近 年 mRNA の 3’ 非 翻 訳 領 域(3’-untranslated
region:3’-UTR )の役割が注目を集めており,
microRNA を始めとしたノンコーディング RNA
による遺伝子発現制御機構を中心に研究が進んで
いる.mRNA の 3’-UTR は mRNA の安定性や翻
訳効率,プロセッシング,核外輸送などに影響す
る.インスリンは PAI-1 mRNA の 3’-UTR に働
き PAI-1 mRNA を安定化させる
19).cAMP は転
写後レベルでも遺伝子発現制御に関わる.ラット
肝細胞由来の PAI-1 mRNA の 3’-UTR に cAMP
応答領域がある
20).RNA 結合蛋白質は mRNA の
3’-UTR に結合し翻訳効率や安定性に影響を与え
る蛋白質で標的となる塩基配列も解析されてい
る
21). そ の 中 で AU-rich element(ARE ) を 標
的とする RNA 結合蛋白質が同定されている
22).
ARE は AUUUA または UUAUUUAUU 配列で,
RNA 結合蛋白質の標的の 1 つである
23).RNA
結合蛋白質は翻訳の促進,抑制,安定性の調節
な ど 様 々 な 要 因 に 関 わ る. ヒ ト PAI-1 mRNA
の 3’-UTR には 4 箇所の ARE が存在しており,
2.2kb PAI-1 mRNA の 3’-UTR 上に 1 箇所,3.2
告されている
34).
マウスに心理的ストレスを及ぼすと脂肪組
織に炎症細胞浸潤が増加し単球走化性蛋白-1
(MCP-1) の 発 現 と 血 中 濃 度 が 増 加 す る と い
う
35).また組織因子・PAI-1 の発現増加,イン
スリン抵抗性の増悪も認められた.MCP-1 中和
抗体や MCP-1 をブロックする蛋白を過剰発現す
るよう遺伝子導入した脂肪幹細胞で治療したとこ
ろ,脂肪炎症は有意に抑制され血栓形成傾向とイ
ンスリン感受性は改善されたという.ストレス,
メタボリック症候群,血栓症を結び付ける病態の
解明として注目される.
7. 肝臓組織における PAI-1 の炎症への影響
PAI-1 自体が炎症に影響することを,肝臓組
織を例に説明する.マウスではエタノールとリポ
ポリサッカライド(LPS )により誘導される肝
障害には線溶系抑制によるフィブリン沈着が関与
し
36),PAI-1 発現を抑制することでアルコール
による慢性炎症を軽減できる
37).PAI-1 欠損マ
ウスでは胆管結紮による線維化が軽減する
38)フィ
ブリンを介した炎症反応にはインテグリンが関与
する可能性がある
39).これらの報告から,凝固系
FVIIIa を不活化して抗凝固活性を発揮する.ト
ロンビン形成量が低下し線溶阻止因子であるトロ
ンビン活性化線溶インヒビター(thrombin
acti-vatable fibrinolytic inhibitor:TAFI)の活性化が
抑制される.APC は PAI-1 を抑制することで線
溶系に促進的に作用する
30).また,壊死細胞から
遊離するヒストンは血管内皮細胞を障害し空泡化
や血栓を誘導するが APC はヒストンを分解する
ことで,抗炎症作用を発揮するという
31).したがっ
て APC の系は凝固,線溶,炎症を繋ぐ系として
重要である.PAI-1 には抗トロンビン作用により,
静脈グラフトモデルで血管内皮の再構築を制御す
る作用
32)や,抗アポトーシス作用により好中球
による炎症を制御する作用
33)も知られている.
6. 異常な折り畳み・凝集を起こした蛋白質
による t-PA の活性化,ストレス・
炎症と血栓症の関連
蛋白質の異常な折り畳み・凝集はアミロイドー
シスなど蛋白質が沈着する様々な変性疾患の発症
に関わる.t-PA は異常な折り畳み・凝集をおこ
して沈着した蛋白質を認識し,その分解やクリア
ランスに関わることで炎症を制御する可能性が報
+3176 PAI-1 プロモーター PAI-1 遺伝子 cAMP PAI-1 ORF 3’-UTR AAAAAA PAI-1 蛋白質 E5 (-681/-674) HRE2 (-194/-187) +1358 +2177 CRE (+2591/+2643) cAMP TIA1 ARE4 抑制 mRNAの安定化、翻訳促進 PAI-1 mRNA 増加図 3 cAMP が PAI-1 発現を調節する分子機構
cAMP は PAI-1 遺伝子のプロモーターの活性を抑制することで,一時的に mRNA 発現量を減少させる.一方,cAMP の
PAI-1 mRNA の 3’-UTR への作用により mRNA が安定化されるとともに翻訳が促進され,最終的に mRNA および蛋白
質発現量を増加させる.cAMP の PAI-1 3’-UTR への作用の 1 つとして TIA1 を介した経路が考えられるが,応答部位の
違いにより cAMP による転写後調節の主要な経路ではないと考えられる.cAMP による PAI-1 の転写後調節作用には 3’
-UTR 上の+2591~+2643bp の 53 塩基が重要(CRE:cAMP responsive element )で,二次構造の観点から考えると+
2586~+2637bp の 50 塩基が大切である可能性も高い.この領域に未知の RNA 結合蛋白質が結合することが示唆される.
E5:E-box5 ,HRE2:低酸素応答領域-2 ,ORF:オープン・リーディング・フレーム,ARE:AU-rich element.
Disclosure of Conflict of Interest
The author indicated no potential conflict of interest.
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16) Heaton JH, Gelehrter TD:Cyclic nucleotide regulation of plas-minogen activator and plasplas-minogen activator-inhibitor messenger
の亢進や線溶系の低下によりフィブリンが細胞外
基質として蓄積し,沈着したフィブリンは 1)血
流を低下させ低酸素状態を惹起する,2)インテ
グリンα
IIbβ
3等を介して血小板に刺激を与える,
3)インテグリンα
vβ
3等を介して内皮細胞を刺
激する,4)インテグリンα
Mβ
2等を介して炎症
細胞に刺激を与えるなどの機構で炎症に関わる可
能性が考えられる(図 4).一方,最近は PAI-1
が肝細胞の増殖に影響することで肝障害を軽減す
る可能性も示唆されており
40)41),今後のさらな
る研究が必要となっている.
8. おわりに
本邦では優れた PAI-1 阻害薬が開発され抗血
栓作用や抗炎症作用について研究がすすめられて
いる.PAI-1 阻害薬は循環器領域では虚血心筋
の組織再構築への好ましい影響や心臓移植モデル
での拒絶反応の抑制などが報告されている
42)‐44).
これらの研究が進むことにより,線溶療法の治療
薬剤の選択の幅が広がり
45),多様な疾患に用いら
れるようになることも期待される.
フィブリン 細胞外基質 低酸素 血小板 内皮細胞 炎症細胞 αIIbβ3シグナル αMβ2シグナル αvβ3シグナル PAI-1 細胞増殖図 4 肝臓組織で PAI-1 が炎症を惹起する可能性の模式図
凝固系の亢進や線溶系の低下によりフィブリンが細胞外
基質として蓄積する.沈着したフィブリンは 1)血流を
低下させ低酸素状態を惹起する,2)インテグリン α
IIbβ
3等を介して血小板に刺激を与える,3)インテグリン
α
vβ
3等を介して内皮細胞を刺激する,4)インテグリン
α
Mβ
2等を介して炎症細胞に刺激を与える.一方,PAI-1
は肝細胞の増殖に影響する可能性もある.
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