学位論文の要約 Adipocyte-Specific Enhancement of Angiotensin II Type 1 Receptor-Associated Protein Ameliorates Diet-Induced Visceral Obesity and Insulin Resi

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なおだいほうじ
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1 学位論文の要約 Adipocyte-Specific Enhancement of Angiotensin II Type 1 Receptor-Associated Protein Ameliorates Diet-Induced Visceral Obesity and Insulin Resistance ( 脂肪組織特異的 1 型アンジオテンシン受容体結合蛋白の増強は食餌性内臓脂肪型肥満およびインスリン抵抗性を改善する ) Kohji Ohki 大城光二 Medical Science and Cardiorenal Medicine Yokohama City University Graduate School of Medicine 横浜市立大学大学院医学研究科医科学専攻病態制御内科学 (Doctoral Supervisor: Kouichi Tamura, Professor) ( 指導教員 : 田村功一教授 )

2 学位論文の要約 Adipocyte-Specific Enhancement of Angiotensin II Type 1 Receptor-Associated Protein Ameliorates Diet-Induced Visceral Obesity and Insulin Resistance ( 脂肪組織特異的 1 型アンジオテンシン受容体結合蛋白の増強は食餌性内臓脂肪型肥満およびインスリン抵抗性を改善する ) 序論レニンアンジオテンシン系 (RAS) は, 内臓脂肪型肥満の病態生理において重要な役割を担っている.1 型アンジオテンシン II 受容体 (AT1 受容体 ) は,RAS のシグナル伝達における主要な役割を果たしており, このシグナル伝達の過剰活性化は内臓脂肪型肥満の病態進行を促進する. 我々は,AT1 受容体結合蛋白 (AT1 receptor-associated protein; ATRAP) が,AT1 受容体を細胞表面から細胞質への内在化を促進するとともに,AT1 受容体シグナル伝達の過剰活性化を抑制することを示した (Tamura et al., 2013). 全身性 ATRAP 欠損マウスにおける検討では, 野生型マウスと比較し, 高脂肪食負荷による内臓脂肪型肥満とインスリン抵抗性の増悪が認められ, 脂肪組織での炎症性変化と脂肪細胞肥大化が進行していた (Maeda et al., 2013). 本研究では, 生体における脂肪組織の ATRAP 発現調節が, 食餌性の内臓脂肪型肥満およびインスリン抵抗性に与える影響について検討した. 実験材料と方法成熟脂肪細胞に発現特異性の高い蛋白として知られるアディポネクチン遺伝子 (Adipoq) のプロモーターによる発現制御を利用して (Wang et al., 2010), 脂肪組織特異的 ATRAP 発現抑制マウスおよび, 脂肪細胞特異的 ATRAP 高発現マウスを作製した. 脂肪組織特異的 ATRAP 発現抑制マウスは,Cre-loxP システムを用い,Adipoq-Cre トランスジェニックマウスと我々が作製した ATRAP-floxed マウスの交配により得た. また, 脂肪組織特異

3 的 ATRAP 高発現マウスは,5.4kb-アディポネクチンプロモーターフラグメントおよび ATRAP cdna を含むトランスジェニックベクターをマイクロインジェクション法により導入した. それぞれの遺伝子改変マウスを同腹仔の対照マウスとともに低脂肪食 ( 脂質エネルギー 13.3%) または高脂肪食 ( 脂質エネルギー 60%) で 10 週間 ~16 週間飼育した. 食餌負荷実験の終了時にそれぞれの遺伝子改変マウスに, グルコース負荷試験およびインスリン負荷試験または血圧測定および解剖を施行し, 血液, 脂肪組織などを採取して解析を行った. 結果各遺伝子改変マウスは, 低脂肪食飼育において表現型はそれぞれの対照マウスと同等であった. 脂肪組織特異的 ATRAP 高発現マウスは, 高脂肪食飼育において, 対照マウスと比較して内臓脂肪組織炎症, 脂肪細胞肥大化およびアディポカイン機能障害の改善とともに食餌性肥満とインスリン抵抗性が有意に改善した. さらに, 脂肪組織 ATRAP 高発現は, 高脂肪食負荷時に内臓脂肪組織において酸化ストレスマーカーである NADPH oxidase の発現増加抑制, 主要な細胞糖取り込み膜輸送体蛋白である 4 型グルコーストランスポーター (GLUT4) の発現増加, インスリンシグナルの経路である Akt リン酸化レベルの増加および AT1 受容体下流経路の一つである p38 MAPK のリン酸化レベル低下をもたらした. 一方で, 高脂肪食飼育における脂肪組織 ATRAP 発現抑制マウスは, 対照マウスと比較して表現型の差を認めなかった. 脂肪組織 ATRAP 発現抑制マウスの内臓脂肪組織の ATRAP 発現減少率はベースラインで 30% 程度と軽度であり, さらに高脂肪食負荷による内在性 ATRAP 発現減少が伴った結果, 解析時には対照マウスと同等の ATRAP 発現状態に至っていた. 加えて, 両遺伝子改変マウスにおいて, 褐色脂肪組織の機能的変化は明らかでなかった. 考察脂肪組織 ATRAP 高発現マウスでは, 高脂肪食負荷による内臓脂肪増大 ( 脂肪細胞肥大化 ) および炎症細胞浸潤が抑制され, アディポカイン発現プロファイルの改善 (Fuster et al., 2016) も認められた. また, 脂肪組織 ATRAP 高発現は高脂肪食負荷による全身のインスリン抵抗性の改善を示した. 上記のアディポカイン機能改善に加えて, 脂肪組織の酸化ストレス抑制と GLUT4 発現レベルの増加が, インスリンシグナル経路による脂肪組織糖取り込み能を改善したと考えられた (Favre et al., 2015). この酸化ストレス抑制には, 脂肪組織 p38 MAPK リン酸化レベルの抑制から,AT1 受容体の活性化抑制による機序が

4 関わることが示唆された (Wakui et al., 2013). 一方, 脂肪脂肪組織 ATRAP 発現抑制マウスにおいては,Cre-loxP システムの性能 (Lee et al., 2013) および食餌負荷に由来する影響から, 解析時に対照マウスと同等の内臓脂肪組織 ATRAP 発現レベルに至ったため, 内臓脂肪組織 ATRAP 機能の欠損の影響を観察することはできなかった. 本研究で示された結果は, 内臓脂肪組織 ATRAP の発現増強が, 脂肪組織炎症および機能の改善とともに, 食餌性肥満およびインスリン抵抗性に対して保護的効果をもたらすことを示した. 結論として, 脂肪組織 ATRAP は, 生活習慣に伴う内臓肥満型肥満に対し有効な治療標的であると考えられる.

図. 脂肪組織 ATRAP 高発現は, 内臓脂肪型肥満およびインスリン抵抗性を改善する. (A)3 次元マイクロ X 線 CT スキャン解析によるマウス脂肪組織のイメージ図 ( 黄色で示された領域が脂肪組織 ).(B)3 次元マイクロ X 線 CT スキャン解析による内臓脂肪体積の定量 ( 各群 n=6-7).

5 図. 脂肪組織 ATRAP 高発現は, 内臓脂肪型肥満およびインスリン抵抗性を改善する. (A)3 次元マイクロ X 線 CT スキャン解析によるマウス脂肪組織のイメージ図 ( 黄色で示された領域が脂肪組織 ).(B)3 次元マイクロ X 線 CT スキャン解析による内臓脂肪体積の定量 ( 各群 n=6-7).(c) インスリン負荷試験によるグルコースレベルの推移 ( 各群 n=5-7).(b)***p<0.001, vs LFD. # p<0.05 vs WT, 繰り返しのない 2 元配置分散分析法による解析 ;(C)***p<0.001, vs LFD;### p<0.001, vs WT. 繰り返しのある 2 元配置分散分析法による解析.WT, 野生型マウス ;TG, 脂肪組織特異的 ATRAP 高発現マウス ; LFD, 低脂肪食 ;HFD, 高脂肪食.

6 引用文献 Favre GA, Esnault VL, Van Obberghen E. (2015). Modulation of glucose metabolism by the renin angiotensin aldosterone system. Am J Physiol Endocrinol Metab. 308, E435 E449. Lee KY, Russell SJ, Ussar S, Boucher J, Vernochet C, Mori MA, Smyth G, Rourk M, Cederquist C, Rosen ED, Kahn BB, Kahn CR. (2013). Lessons on conditional gene targeting in mouse adipose tissue. Diabetes. 62, Maeda A, Tamura K, Wakui H, Dejima T, Ohsawa M, Azushima K, Kanaoka T, Uneda K, Matsuda M, Yamashita A, Miyazaki N, Yatsu K, Hirawa N, Toya Y, Umemura S. (2013). Angiotensin receptor-binding protein ATRAP/Agtrap inhibits metabolic dysfunction with visceral obesity. J Am Heart Assoc. 2, e doi: /JAHA Tamura K, Wakui H, Maeda A, Dejima T, Ohsawa M, Azushima K, Kanaoka T, Haku S, Uneda K, Masuda S, Azuma K, Shigenaga A, Koide Y, Tsurumi-Ikeya Y, Matsuda M, Toya Y, Tokita Y, Yamashita A, Umemura S. (2013). The physiology and pathophysiology of a novel angiotensin receptor-binding protein ATRAP/Agtrap. Curr Pharm Des. 19, Wakui H, Dejima T, Tamura K, Uneda K, Azuma K, Maeda A, Ohsawa M, Kanaoka T, Azushima K, Kobayashi R, Matsuda M, Yamashita A, Umemura S. (2013). Activation of angiotensin II type 1 receptor associated protein exerts an inhibitory effect on vascular hypertrophy and oxidative stress in angiotensin II mediated hypertension. Cardiovasc Res. 100, Wang ZV, Deng Y, Wang QA, Sun K, Scherer PE. (2010). Identification and characterization of a promoter cassette conferring adipocyte specific gene expression. Endocrinology. 151,

7 論文目録 Ⅰ 主論文 Adipocyte-Specific Enhancement of Angiotensin II Type 1 Receptor-Associated Protein Ameliorates Diet-Induced Visceral Obesity and Insulin Resistance. Azushima K *, Ohki K * ( * Equal contribution), Wakui H, Uneda K, Haku S, Kobayashi R, Haruhara K, Kinguchi S, Matsuda M, Maeda A, Toya Y, Yamashita A, Umemura S, Tamura K: Journal of the American Heart Association. 6(3). pii: e Ⅱ 副論文 ATRAP Expression in Brown Adipose Tissue Does Not Influence the Development of Diet-Induced Metabolic Disorders in Mice. Ohki K, Wakui H, Azushima K, Uneda K, Haku S, Kobayashi R, Haruhara K, Kinguchi S, Matsuda M, Ohsawa M, Maeda A, Minegishi S, Ishigami T, Toya Y, Yamashita A, Umemura S, Tamura K: International Journal of Molecular Sciences. 18(3). pii: E Ⅲ 参考論文 1. Angiotensin II Type 1 Receptor-Associated Protein Regulates Kidney Aging and Lifespan Independent of Angiotensin. Uneda K, Wakui H, Maeda A, Azushima K, Kobayashi R, Haku S, Ohki K, Haruhara K, Kinguchi S, Matsuda M, Ohsawa M, Minegishi S, Ishigami T, Toya Y, Atobe Y, Yamashita A, Umemura S, Tamura K: J Am Heart Assoc. 6, e006120, Within-visit blood pressure variability and cardiovascular risk factors in hypertensive patients with non-dialysis chronic kidney disease. Azushima K, Wakui H, Uneda K, Haku S, Kobayashi R, Ohki K, Kinguchi S, Haruhara K, Fujikawa T, Toya Y, Umemura S, Tamura K: Clin Exp Hypertens. 39, , 2017.

8 3. An angiotensin II type 1 receptor binding molecule has a critical role in hypertension in a chronic kidney disease model. Kobayashi R, Wakui H, Azushima K, Uneda K, Haku S, Ohki K, Haruhara K, Kinguchi S, Matsuda M, Ohsawa M, Toya Y, Nishiyama A, Yamashita A, Tanabe K, Maeshima Y, Umemura S, Tamura K: Kidney Int. 91, , Effect of single-pill irbesartan/amlodipine combination-based therapy on clinic and home blood pressure profiles in hypertension with chronic kidney diseases. Kobayashi R, Tamura K, Wakui H, Ohsawa M, Azushima K, Haku S, Uneda K, Ohki K, Haruhara K, Kinguchi S, Umemura S: Clin Exp Hypertens. 38, Comparison of direct renin inhibitor and angiotensin II receptor blocker on clinic and ambulatory blood pressure profiles in hypertension with chronic kidney disease. Uneda K, Tamura K, Wakui H, Azushima K, Haku S, Kobayashi R, Ohki K, Haruhara K, Kinguchi S, Ohsawa M, Fujikawa T, Umemura S: Clin Exp Hypertens. 38, Effects of pitavastatin add-on therapy on chronic kidney disease with albuminuria and dyslipidemia. Ohsawa M, Tamura K, Wakui H, Kanaoka T, Azushima K, Uneda K, Haku S, Kobayashi R, Ohki K, Haruhara K, Kinguchi S, Toya Y, Umemura S: Lipids Health Dis. 14:161,1-9, Angiotensin II Type 1 Receptor Binding Molecule ATRAP as a Possible Modulator of Renal Sodium Handling and Blood Pressure in Pathophysiology. Tamura K, Wakui H, Azushima K, Uneda K, Haku S, Kobayashi R, Ohki K, Haruhara K, Kinguchi S, Matsuda M, Yamashita A, Umemura S: Curr Med Chem. 22, TLR4 as a possible key regulator of pathological vascular remodeling by Ang II receptor activation. Tamura K, Kanaoka T, Kobayashi R, Ohki K, Ohsawa M: Hypertens Res. 38, Effects of the oriental herbal medicine Bofu-tsusho-san in obesity hypertension: a multicenter, randomized, parallel-group controlled trial (ATH-D R2).

9 Azushima K, Tamura K, Haku S, Wakui H, Kanaoka T, Ohsawa M, Uneda K, Kobayashi R, Ohki K, Dejima T, Maeda A, Hashimoto T, Oshikawa J, Kobayashi Y, Nomura K, Azushima C, Takeshita Y, Fujino R, Uchida K, Shibuya K, Ando D, Tokita Y, Fujikawa T, Toya Y, Umemura S: Atherosclerosis. 240, , Renal tubule angiotensin II type 1 receptor-associated protein promotes natriuresis and inhibits salt-sensitive blood pressure elevation. Wakui H, Uneda K, Tamura K, Ohsawa M, Azushima K, Kobayashi R, Ohki K, Dejima T, Kanaoka T, Tsurumi-Ikeya Y, Matsuda M, Haruhara K, Nishiyama A, Yabana M, Fujikawa T, Yamashita A, Umemura S: J Am Heart Assoc. 4, e Therapeutic impact of the single fixed-dose combination with a high-dose angiotensinreceptor blocker and a low-dose thiazide diuretic in the management of hypertension: awaiting further accumulation of clinical evidence. Tamura K, Ohki K, Kobayashi R, Uneda K, Azushima K, Ohsawa M, Wakui H, Sakai M, Tokita Y, Umemura S: Hypertens Res. 37, Effects of the Angiotensin receptor blocker olmesartan on adipocyte hypertrophy and function in mice with metabolic disorders. Maeda A, Tamura K, Wakui H, Ohsawa M, Azushima K, Uneda K, Kanaoka T, Kobayashi R, Ohki K, Matsuda M, Tsurumi-Ikeya Y, Yamashita A, Tokita Y, Umemura S: Biomed Res Int. 2014, , Effects of Ang II receptor blocker irbesartan on adipose tissue function in mice with metabolic disorders. Maeda A, Tamura K, Wakui H, Ohsawa M, Azushima K, Uneda K, Kobayashi R, Tsurumi-Ikeya Y, Kanaoka T, Dejima T, Ohki K, Haku S, Yamashita A, Umemura S. Int J Med Sci. 11, , 2014.

られる糖尿病を合併した高血圧の治療の薬物治療の第一選択薬はアンジオテンシン変換酵素 (ACE) 阻害薬とアンジオテンシン II 受容体拮抗薬 (ARB) であるこのクラスの薬剤は単なる降圧効果のみならず様々な臓器保護作用を有しているが ACE 阻害薬や ARB のプラセボ比較試験で糖尿病の新規

られる糖尿病を合併した高血圧の治療の薬物治療の第一選択薬はアンジオテンシン変換酵素 (ACE) 阻害薬とアンジオテンシン II 受容体拮抗薬 (ARB) であるこのクラスの薬剤は単なる降圧効果のみならず様々な臓器保護作用を有しているが ACE 阻害薬や ARB のプラセボ比較試験で糖尿病の新規論文の内容の要旨論文題目アンジオテンシン受容体拮抗薬テルミサルタンのメタボリックシンドロームに対する効果の検討指導教員門脇孝教授東京大学大学院医学系研究科平成 19 年 4 月入学医学博士課程内科学専攻氏名廣瀬理沙要旨背景目的わが国の死因の第二位と第三位を占める心筋梗塞や脳梗塞などの心血管疾患を引き起こす基盤となる病態として過剰なエネルギー摂取と運動不足などの生活習慣により内臓脂肪が蓄積する内臓脂肪型肥満を中心に