糖尿病における腎糸球体障害

解  説

〔害面訴、、第職灘骨〕

糖尿病における腎糸球体障害

タケダ  マサノブ

武田 将伸1）

タカハシチエコ

高橋千恵子D

’心素女子医科大学 糖尿病センター 2）同 第四内科  ニッタ  コウサク    バ バゾノテツヤ     ユムラ  ワ コ

・新田 孝作2）・馬場園哲也1）・湯村 和子2）

 ニヘイ   ヒロシ   オオモリ  ヤスエ

・二瓶  宏2）・大森 安恵1）

（受付 平成6年1月25日） Glomerular Damage in Diabetes Mellitus

Masanobu TAKEDAD， Kosaku NITTA2）， Tetsuya BABAZONOI）， Wako YUMURA2），

     Chieko TAKAHASHI1）， Hiroshi NIHEI2）and Yasue OMORII＞

       1）Diabetes Center and 2）Department of Medicine， Kidney Center，       Tokyo Women’s Medical College   The most common glomerular lesiolls in diabetes mel丑itus are capillary basement membrane thickning and expansion of the glomerular mesangium leading to diffuse or nodular diabetic glomerulosclerosis． Expansion of the glomerular mesangiuIn results from the increased accumu・ Iation of extracellular matrix（ECM）proteins including fibronectin，1aminin， and type IV col− lagen． Elevation of intracellular glucose concentrations may alter cellular functions by activating polyol pathway， increasing nonenzymatic glycation or by stimulating protein kinase C． Further・ more， the over−expression of transforming growth fac⑩r一βin glomeruli could proInote accumula− tion of ECM proteins． With improved techniques of cell culture， it is now possible to investigate the cellular mechanism of glomerulosclerosis as diabetic cornplications．

         はじめに

 糖尿病性腎症における糸球体病変としては，図

1に示すように糸球体基底膜の肥厚とメサンギウ

ム領域の拡大が特徴とされている1）．高血糖によ

り生じる糸球体での細胞外基質蛋白の代謝異常

が，これらの病変に関与していると想定される2）．

しかし，高血糖から糸球体障害の出現に至るまで

の過程については不明な点が多い．近年，培養糸

球体細胞を用いた高ブドウ糖条件下でのin vitro

の検討がなされ，いくつかの知見が報告されるよ

うになった，In vitroにおける高ブドウ糖条件下

での細胞外基質蛋白の代謝に焦点をしぼり，糖尿

病腎症における糸球体障害との関連性について概

説する．

 1．細胞外基質蛋白の増加

糖尿病性腎症において認められるメサンギウム

領域の拡大は，細胞外基質の増加によって生じる

ことが明らかになっている．IV型コラーゲン，

フィブロネクチンおよびラミニン等の基質蛋白の

糸球体内集積が認められる．また，糖尿病マウス

から培養した線維芽細胞のフィブロネクチンの産

生は充賑している3）．In vitroでも，高ブドウ糖条

件下で培養したメサンギウム細胞の産生する細胞

外基質蛋白が増加することが報告されている4）．

図2に示すように，培養糸球体内皮細胞および上

皮細胞においても，同様の変化が確認されており，

これらの蛋白の増加は浸透圧の変化に影響されな

い5）．つまり，細胞外基質蛋白の増加は，高ブドウ

糖状態の直接作用であると考えられる．高ブドウ

図1 糖尿病性腎症の腎生検所見（PAS染色，×200）  メサンギウム領域の拡大を認める．

糖条件下における基質蛋白の増加はrnRNAレベ

ルでも確認されている6）（図3）．

 2．プロテインキナーゼCの関与

 プロテインキナーゼC（PKC）はCa2＋，リン脂

質依存性のリン酸化酵素であり，あらゆる組織に

存在する．近年，高血糖状態が血管構成細胞の

PKCを活性化する現象が見出され，糖尿病に合併

する種々の血管病変との関連性が注目されてい

る7）．糖尿病ラットの糸球体でPKCが活性化され

ているという報告8）がある．一方，in vitroでも高

ブドウ糖条件下で培養したメサンギウム細胞内で

はジアシルグリセロール（DAG）量の増加を介し

てPKCが活性化されることにより，糖過剰状態

がPKCの活性化を引き起していると考えられて

いる9）．図4Aは高ブドウ糖条件下（30mMグル

コース）で培養した場合のメサンギウム細胞内

DAG量の時間依存性を示したものである．それ

に伴ってPKCのtranslocationを起こすが，1時

間でピークに達し，24時間で前値に復するので多

少の時間的差異があると想定される（図4B）．す

なわち，高ブドウ糖状態においては，細胞膜を通

過したブドウ糖がde novoにDAGの合成を促進

することによりPKCを活性化し，その結果とし

て糸球体基底膜成分の合成が充進ずる糸球体硬化

を引き起こしたり，成長因子やインスリンの作用

を増強することによる糸球体構成細胞の増殖性変

化をきたすことにより糸球体障害を助長すると考

えられる．

 3．ポリオール代謝の異常

 糖尿病ラットの糸球体では，浸透圧物質のソル

ビトールが蓄積していること，また培養メサンギ

ウム細胞においてポリオール経路の律速酵素であ

るアルドース還元酵素の存在が確認されておりポ

リオール代謝の異常が想定されるlo）．図5に示す

ように，高ブドウ糖条件下ではソルビトールの蓄

積が起こり，その結果NADH／NAD＋比の上昇を

きたすことが引き金になっている可能性があ

る11＞．さらに，DAGの上昇および脂肪酸のβ酸化

阻害を介してPKCの活性化が起こると想定さ

れ，その結果Na＋K＋ATPaseの低下により細胞

は機能的に障害されると考えられる．

 4．TGF・βの役割

 糖尿病性腎症ではメサンギウム領域の拡大を認

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図2 培養糸球体上皮細胞（Epi），内皮細胞（Endo）およびメサンギウム細胞（Mes）  におけるIV型コラーゲン（205K）の産生一高ブドウ糖条件下における変化一  文献5）Danne T et al，1993より引用

一608一

  A  C  l  2  3  4

。＿構灘；顯購一陥

＿篠難欝難；饗一陥

B c 1234

18s一

＜22Kb

図3 高ブドウ糖条件下の培養メサンギウム細胞にお  けるフィブロネクチン，ラミニンおよびα1（IV）コ

 ラーゲンmRNAの発現

 各々のmRNAが時間依存性（1∼4日）に増加して  いる（A），βアクチン（B）．  文献6）Ayo SH et al，1991より引用

A

B

800 釜600 ζ、。。 拐 6 ≡200  」 80 》60 彗 ぎ40 《  20 0 o 曹 o NG   HG 30MIN  HG 24HR  HG IWK   GROWTH CONDITIONS ■ CYTO6α一 囲  PARTICULATE NG   HG lHR  HG 24HR  HG IWK   GROWTH CONDITIONS 図4 高ブドウ糖条件下の培養メサンギウム細胞にお  けるジアシルグリセロール産生（A）およびプロテイ  ンキナーゼC活性の変化（B）  文献9）AyoSCeta1，1991より引用 ↑αロCO5θ lG6P  ： lF6P l 曹Py・uv・・e

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↑NADH／NAD＋    ↓  ↓FA oxidatゆn

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蹴」こ乙．順一一・

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     DPH  図5 高ブドウ糖条件下におけるポリオール代謝の異   常   文献11）Williamson JR et al，1993より引用

めるにもかかわらず，メサンギウム細胞の増殖を

伴わない点が特徴的である．そのため，細胞増殖

の抑制および細胞外基質産生の促進作用を有する

transforming growth factor（TGF）一βが注目さ

れている．TGF一βはメサンギウム細胞や尿細管上

皮細胞で産生されることが確認されている．糖尿

病ラットの糸球体でTGF一βおよびそのmRNA

が増加しており，かつフィブロネクチン産生の増

加を伴っていることが報告されている’2）．また，高

ブドウ糖条件下で培養したマウスのメサンギウム

細胞にTGF一βを加えることにより，メサンギウ

ム細胞の増殖抑制および細胞外基質の増加をきた

し，抗TGF一β抗体によりその効果は阻害され

る13）．図6に高ブドウ糖条件下で培養したメサン

ギウム細胞におけるTGF一βmRNAの発現を示

す．TGF一β1の発現は48∼72時間後にコントロール

に比し，約50％増加している．糖過剰状態がどの

主  蓋  差

詰 苺 等

b ∼5 ∼5

Z   工   Z 上…  主  三

慧§§

コ：＝  Z   工

脚一

G蜘鞭輪細鱗

      彙撫鶏霧幾零㍉．∵．、

一2．5kb

GAPDH一

1 2

_{3  4  5}

6 一1．3kb 図6 高糖条件下の培養メサンギウム細胞におけるTGF一βl mRNAの発現 文献13）Wolf G et al，1992より引用

ようなメカニズムで糸球体内TGF一βの発現を刺

激するかについては今後の課題である．

 5．nonenzymatic glycation

 高血糖の結果として過剰のnonenzymatic

glycationをきたす14）．この過程で酵素の関与なし

に蛋白や核酸に化学的に糖が付加される．その結

果，アマドリ反応が進み最終産物が細胞外基質に

蓄積することになる．糖尿病による微小血管障害

は基底膜においてnonenzymatic glycationが進

むことにより酵素による消化を受けにくくなり，

基質蛋白崩壊の減少により集積を招くと考えられ

る15）．しかし，基質蛋白を塗布したプレート上に培 養した内皮細胞を高ブドウ糖条件下においても， 細胞外基質蛋白の合成は変化しないという報告16）

もあり，in vitroの実験から得られた結果の解釈

は慎重でなければならない．

         おわりに

 糖尿病の初期においては，糸球体内圧の上昇

一過剰濾過一が起こり糸球体濾過率が一時的に上

昇する．この状態が長く持続すると糸球体硬化が

進み，糸球体濾過率が次第に低下するという考え

方がある．この過剰濾過による糸球体硬化にPKC

の活性化が関与していると想定される．今後は，

細胞生物学的アプローチにより糖尿病における糸

球体障害の病因が明らかになることにより，糸球

一610 体硬化を阻止する方法の開発が期待される．

         文  献

 1）Kawano E， Arakawa J， McCoy J et a1：   Quantitative study of glomeruli． Focal glom・   erulonephritis and diabetic glomerulosclerosis．   Lab Invest 21＝269−275， 1969  2）Kreisberg JI：Hyperglycemia and microan−   giopathy． Direct regulation by glucose of mi−   crovascular cells， Lab Invest 67＝416−426， 1992  3）Phan・Thanh I．， Derouette JC， Labat・Robert   J＝ Increased biosynthesis and processing of   倉bronectin in丘broblasts from diabetic mice．   Proc Natl Acad Sci USA 84：1911−1915，1987  4）Ayo SH， Radnik RA， Garoni J et al： High   91ucose causes an increase in extracellular   matrix proteins in cultured mesangial cells．   Am J Patho1136：1339−1348，1990  5）Danne T， Spiro］M【J， Spiro RG： Effect of high   glucose on type IV collagen production by cul−   tured glomerular epithelial， endothelial and   mesangial cells． Diabetes 42＝170−177，1993  6）Ayo SH， Radn三k RA， Glass WF et a1：In．   creased extracellular matrix synthesis and   mRNA in mesangial cells grown in high glu・   cose mediurn． Am J Physio1260：F185−F191，

  1991

 7）Lee TS， Saltsman KA， Ohashi H et al：   Activation of protein kinase C by elevation of   glucose concentration＝Proposal for a mecha−   nism in the development of diabetic vascular   complications． Proc Natl Acad Sci USA 86：

5141-5145, 1989

8) Crayen PA, Davidson CM, DeRubertis FR : Increase in diacylglycerol mass in isolated

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9) Ayo SC, Radnik R, Garoni JA et al: High

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11) Williamson JR, Chang K, Frangos M et al : Hyperglycemic pseudohypoxia and diabetic

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12) Yamamoto T, Nakamura T, Noble NA et al :

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13) Wolf G, Sharma K, Chen Y et al: High

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14) Brownlee M, Vlassara H, Cerami A :

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15) Brownlee M, Cerami A, Vlassara H:

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