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乏マウスのPIにおいてミード酸が圧倒的に多く分布することを見出している このように必須脂肪酸欠乏時のPI では 減少したアラキドン酸の代わりに同じΔ5 位に二重結合を持つミード酸が選択的に取り込まれた可能性がある PIは細胞内シグナル伝達において極めて重要な役割を持つ物質であり 様々な生命現象に関与するが PIが他のリン脂質に比べて特徴的な脂肪酸鎖が必要である生物学的意義は分かっていない 最近 PIの脂肪酸鎖を規定する遺伝子で sn-2 位にアラキドン酸を導入するアシル基転移酵素 lysopi acyltransferase 1(LPIAT1) が同定された 10) LPIAT1 欠損マウスは脳の形態形成に異常があり 生後間もなく死に至る しかし 必須脂肪酸欠乏時の皮膚においてリン脂質の脂肪酸鎖の変化が皮膚のバリア異常とどのように関わっているかは不明である そこで本研究では 必須脂肪酸欠乏の皮膚細胞においてPIの特異的な脂肪酸組成がどのような意義を有しているか検討を行った 2. 実験 2. 1. 細胞培養ヒト表皮角化細胞株 HaCaT 細胞およびマウス線維芽細胞株 NIH3T3 細胞は 10 %FBS と 1 %PS(Penicillin- Streptomycin) と 1% ピルビン酸ナトリウムを含むDMEM 培地で 37 5 %CO 2 条件下で培養した ノールによるメチルエステル化を行い GC-MS (GCMS- QP2010 Ultra, 島津製作所 ) にて脂肪酸を解析した 3. 結果 3. 1. HaCaT 細胞におけるミード酸の産生抑制がストレス因子に及ぼす影響我々は 必須脂肪酸欠乏時のミード酸がΔ6 位不飽和化酵素を介して オレイン酸 (C18 :1n-9) から産生されることを明らかにしている 5) そこで Δ6 位不飽和化酵素の阻害剤 sc26196 を用いて ミード酸の産生を抑制した際の細胞機能や炎症性因子に及ぼす影響を調べた 必須脂肪酸欠乏状態にあり ミード酸が存在するヒト表皮角化細胞 HaCaTへの 50µMのsc26196 添加よって ミード酸は 15% 程度まで減少した ( 図 1) しかしながら 他の多価不飽和脂肪酸の変化はみられなかった また MTT assayにより sc26196 添加による細胞死について調べたところ 50µMのsc26196 添加では細胞死はみられなかった ( 図 2) 次に 必須脂肪酸欠乏におけるミード酸の産生抑制が皮 2. 2. Δ6 位不飽和化酵素の阻害剤によるミード酸の産生抑制必須脂肪酸欠乏状態にあるHaCaT 細胞において 細胞播種の 48 時間後にミード酸産生酵素であるΔ 6 位不飽和化酵素の阻害剤 sc26196 を 2, 10, 50 µm 添加し 24 時間後に細胞を回収した 2. 3. TNF-αによる炎症誘導の条件 HaCaT 細胞において 細胞播種 48 時間後にTNF-α を 5ng/mLおよび 20 ng/ml 添加し 24 時間後に細胞を回収した 2. 4. sirnaによる発現抑制 LPIAT1の sirna には stealth RNAi(MSS246502 invitrogen) を用い コントロールには stealth RNAi Negative Control Duplexe を用いた NIH3T3 細胞において 細胞播種 24 時間後に 20 nmのlpiat1 の sirna(stealth RNAi ; MSS246 502 invitrogen) を Lipofectamine RNAiMAX を用いて導入し 72 時間後に細胞を回収した LPIAT1 の発現抑制効率は定量 PCRを用いて確認した 図 1 Δ6 不飽和化阻害剤による HaCaT 細胞の脂肪酸組成の変化細胞播種の 48 時間後に 50µM の sc26196 を添加し 24 時間後に細胞を回収した Mean±SE(n=3), * ;p<0.05 vs Control 2. 5. ガスクロマトグラフィー質量分析装置 (GC-MS) による脂肪酸の分析細胞はBligh & Dyer 法にて脂質を抽出後 硫酸 -メタ 図 2 Δ6 不飽和化阻害剤添加が細胞死に及ぼす影響細胞播種の 48 時間後に 50µM の sc26196 を添加し 24 時間後に細胞を回収した Mean±SE(n=3), * ;p<0.05 vs Control 71

コスメトロジー研究報告 Vol.24, 2016 膚のバリア機能関連タンパク質であるフィラグリンやインボルクリンの遺伝子発現に及ぼす影響を調べた 表皮は約 95% が角化細胞で構成され 分化度の異なる角化細胞が重層化した構造をしているが バリア機能は主に最外層である角層が担っていることが知られている 角層におけるバリア機能に関与する代表的なタンパク質として フィラグリンとインボルクリンが挙げられる フィラグリンは 角化細胞骨格を形成するケラチン線維を束ね 角層構造を強固に保つとともに 分解産物である天然保湿因子は 角層の水分保持に関与している 11) また インボルクリンは角層の細胞膜の内側に存在する不溶性タンパク質膜の主成分となり強靭な細胞構造を形成している 12) 必須脂肪酸欠乏のHaCaT 細胞へのsc26196 添加によってフィラグリンやインボルクリン遺伝子発現は有意に減少した ( 図 3) したがって 表皮角化細胞におけるミード酸の産生抑制は 皮膚バリア機能の低下を誘導する可能性が示唆された 皮膚におけるバリア機能の異常に 皮膚細胞の炎症性因子 13) や小胞体ストレス 14) の増加が関与しているという報告がある ミード酸産生を抑制したHaCaT 細胞では 炎症性サイトカインのIL-6 やIL-1β が増加し ( 図 4a) 小胞体ストレスマーカーであるCHOPやGRP78 の遺伝子発現も有意に増加した ( 図 4b) これらの結果より ミード酸の産生抑制によるHaCaT 細胞の皮膚バリア機能の低下には 炎症性サイトカインや小胞体ストレスの増加が関与している可能性が示唆された 3. 2. HaCaT 細胞における必須脂肪酸欠乏時の炎症誘導がミード酸産生に及ぼす影響我々は以前 必須脂肪酸欠乏状態のマウスマクロファージ細胞株 Raw264.7 細胞への炎症刺激によってミード酸 図 3 ミード酸産生抑制が皮膚バリア機能関連因子発現へ及ぼす影響細胞播種の 48 時間後に 50µM の sc26196 を添加し 24 時間後に細胞を回収した Mean±SE(n=3), * ;p<0.05 vs Control 図 4 ミード酸の産生抑制が炎症因子や小胞体ストレスに及ぼす影響細胞播種の 48 時間後に 50µM の sc26196 を添加し 24 時間後に細胞を回収し (a) 炎症サイトカインと (b) 小胞体ストレスの mrna を測定した Mean±SE(n=3), * ;p<0.05 vs Control 72

の産生が抑制されることを明らかにしている ( 未発表 ) 必須脂肪酸欠乏時の皮膚細胞において炎症誘導が脂肪酸代謝に及ぼす影響は不明であることから ヒト表皮角化細胞株 HaCaT 細胞を用いて 必須脂肪酸欠乏時のTNF-αによる炎症誘導が脂肪酸代謝に及ぼす影響を検討した 必須脂肪酸欠乏状態のHaCaT 細胞において 5 ng/ml 及び 20 ng/ml の TNF-α 添加では細胞生存率に変化はみられなかったことから 以降の実験は 20ng/mL のTNF-α を用いて行った まず 炎症性サイトカインのIL-6 や IL-1β の遺伝子発現はTNF-αによる炎症誘導時に増加し ていた ( 図 5a) 次に 皮膚バリア機能関連タンパク質のフィラグリンやインボルクリンの遺伝子発現を調べたところ TNF-α 添加によってこれらの遺伝子発現は有意に減少しており ( 図 5b) HaCaT 細胞への炎症刺激によってバリア機能低下が誘導されている可能性が示唆された そこで TNF-α による炎症誘導時の脂肪酸組成の変化を比較したところ ミード酸はControlの 33% まで減少した しかし その他の脂肪酸組成に大きな変化はみられなかった ( 図 6) したがって 炎症誘導によるミード酸の減少が皮膚のバリア機能の破綻に関与している可能性が示唆された 図 5 TNF-α による炎症誘導と皮膚バリア機能関連因子への影響細胞播種の 48 時間後に 20ng/mL の TNF-α と 50µM を添加し 24 時間後に細胞を回収した Mean±SE(n=3), * ;p<0.05; 異なる文字間で有意差あり 図 6 HaCaT 細胞における TNF-α の炎症誘導による脂肪酸組成の変化細胞播種 48 時間後に 20ng/mL の TNF-α を添加し 24 時間後に細胞を回収した Mean±SE(n=3), * ;p<0.05 vs Control 73

コスメトロジー研究報告 Vol.24, 2016 しかしながら 皮膚細胞におけるミード酸の抗炎症作用については ミード酸の添加実験を行うなどして明らかにする必要がある 3. 3. 線維芽細胞におけるリン脂質のミード酸減少が細胞機能に及ぼす影響先の研究より 必須脂肪酸欠乏マウスにおいてミード酸はリン脂質の中でもPIでの増加が著しいことを報告している 必須脂肪酸欠乏時のミード酸は PIのsn-2 位にアラキドン酸を導入するアシル基転移酵素 LPIAT1 によって導入される可能性があることから LPIAT1 の発現抑制によってPIのミード酸が減少する可能性がある そこで本研究では 培養細胞の中でもミード酸が多く分布するマウス線維芽細胞 NIH3T3 を用いて LPIAT1 の発現抑制によるリン脂質の脂肪酸組成の変化を調べた LPIAT1 の発 現抑制細胞ではmRNAが 20% 程度まで減少しており この添加濃度でLPIAT1 の発現抑制が十分に行われていることを確認した これらの細胞の各リン脂質のミード酸を比較したところ LPIAT1 の発現抑制細胞ではPIでのみミード酸の減少がみられ ホスファチジルコリン (PC) やホスファチジルエタノールアミン (PE) での減少はみられなかった ( 図 7) そこでこれらの細胞を用いて PIにおけるミード酸の減少が細胞増殖やストレス応答に及ぼす影響を調べた まず silpiat1 細胞において細胞増殖が亢進している可能性が示された ( 図 8) 次に LPIAT1 遺伝子発現抑制による小胞体ストレスや炎症性因子の遺伝子発現の変化を調べた その結果 LPIAT1 の発現抑制細胞でこれらのストレスマーカーに変化はみられなかった ( 図 9) したがって PIにおけるミード酸の減少によって細胞増殖は促進するが ストレス因子には影響を及ぼさないことがわかった 図 7 LPIAT1 発現抑制細胞のリン脂質におけるミード酸の変化細胞播種 24 時間後の細胞に 50nM の LPIAT1 の sirna をトランスフェクションし 72 時間後に細胞を回収した リン脂質を分画後 各リン脂質のミード酸を比較した Mean±SE ( n = 3 ), * ;p<0.05 vs sicontrol 図 8 LPIAT1 の発現抑制が細胞増殖に及ぼす影響細胞播種 24 時間後の細胞に LPIAT1 の sirna をトランスフェクションし 72 時間後に細胞を回収した Mean±SE(n=3), * ;p<0.05 vs sicontrol 図 9 LPIAT1 の発現抑制が小胞体ストレス及び炎症因子に及ぼす影響細胞播種 24 時間後の細胞に LPIAT1 の sirna をトランスフェクションし 72 時間後に細胞を回収した 小胞体ストレスのマーカーとして ATF-6 CHOP PERK を 炎症性のマーカーとして IL-6 と IL-1β の mrna を測定した Mean±SE(n=3), * ;p<0.05 vs sicontrol 74

4. 考察わが国において 通常の食生活で必須脂肪酸が欠乏することは殆どないが クローン病など脂質の吸収阻害がみられる場合や長期にわたって中心静脈栄養を行っている患者では 必須脂肪酸欠乏症が生じることがある 近年 高齢者における栄養不良が増加しており また高齢者では脂質吸収能の低下もみられることから 今後栄養不良に伴う必須脂肪酸欠乏の高齢者などが増加する可能性がある 皮膚における脂質やタンパク質はバリア機能に重要な役割を果たしていることが知られているが 皮膚における脂肪酸の生理作用に関する報告は少なく また必須脂肪酸欠乏時の皮膚における脂肪酸代謝に関する知見はない そこで本研究では必須脂肪酸欠乏状態の培養細胞を用いて 必須脂肪酸欠乏時に産生されるミード酸の減少による 炎症性因子 変化や ミード酸の産生抑制による皮膚バリア機能の異常を調べることで ミード酸の皮膚における生理的意義について検討した まず 必須脂肪酸欠乏時のミード酸の産生抑制によって 皮膚のバリア機能因子であるフィラグリンとインボルクリンの遺伝子発現が減少し バリア機能の異常が引き起こされている可能性が示唆された in vitroの実験において 炎症刺激や小胞体ストレスによってフィラグリンやインボルクリンの発現が減少することが報告されていることから 13, 14) 炎症因子や小胞体ストレス因子への影響を調べたところ 必須脂肪酸欠乏時のミード酸の産生抑制によってCHOPやGRP78 などの小胞体ストレス因子の遺伝子発現の増加がみられた 必須脂肪酸欠乏時には魚鱗癬様の皮膚障害がみられるが 魚鱗癬の症状がみられる先天性の皮膚疾患患者ではCHOPのタンパク質発現が増加しており 小胞体ストレスの上昇が皮膚機能の異常を誘導している可能性が示唆されている 14) 本研究において HaCaT 細胞におけるミード酸の産生抑制によりCHOPやGRP78 の遺伝子発現が増加したことから 小胞体ストレスが誘導されバリア機能異常が誘導された可能性があるが 今後この要因については詳細に検討する必要がある また 我々は以前にマクロファージ様のRaw 細胞を用いて 抗炎症作用のある EPA( エイコサペンタエン酸 ) に比べて弱いながらも ミード酸が抗炎症作用を有する脂肪酸であることを示している ( 未発表 ) 今回 必須脂肪酸欠乏時のミード酸の産生抑制によって 炎症性サイトカインである IL-6 や IL-1β も有意に増加していたことから 必須脂肪酸欠乏時のミード酸は炎症反応に対して抑制的に作用し 皮膚のバリア機能維持を担っている可能性が考えられる 必須脂肪酸欠乏時のミード酸はリン脂質の中でホスファチジルイノシトール (PI) に多く分布することが報告されて いる 生体膜リン脂質には 飽和脂肪酸から多価不飽和脂肪酸まで様々な脂肪酸が結合しており 多くの分子種が存在するが PIはsn-1 位にステアリン酸 sn-2 位にアラキドン酸の分子種がその殆どを占めている PIにおける脂肪酸鎖の特性の意義は不明であるが 必須脂肪酸欠乏時に PIでミード酸が増加したのは 減少したアラキドン酸の代わりに同じΔ5 位に二重結合を持つミード酸が選択的に PIに取り込まれたことが考えられる LPIAT1 の遺伝子発現抑制では PIでのみミード酸が減少し 細胞増殖が増加する傾向がみられた silpiat1 ノックアウトマウスではPIのアシル基が 1 本少ないLysoPIが増加することが報告されているが 15) LysoPIは癌化したラット甲状腺上皮細胞において 細胞増殖を活性化させることが報告されている 16) したがって 本研究でみられたLPIAT1 発現抑制細胞における細胞増殖の亢進は LysoPIの増加が関与している可能性が考えられる 一方 PI 由来のセカンドメッセンジャーであるイノシトール 1, 4, 5- 三リン酸 (IP3) や ジアシルグリセロール (DAG) の産生には ホスホリパーゼC(PLC) という酵素が関与しており PLCには 6 種類のアイソザイムが存在する PLCのアイソザイムのうち PLCδ1 欠損マウスでは 表皮の肥厚や分化異常がみられたり 17) PLCγ1 の発現抑制によりインボルクリンの発現が抑制されたりするなど 18) PIの代謝異常によって皮膚機能に異常がみられることが報告されている 必須脂肪酸欠乏症でも表皮細胞の異常による皮膚障害がみられるが その発症メカニズムは不明である 必須脂肪酸欠乏では本来生理的に重要なアラキドン酸を持つPIの代わりに ミード酸を持つPIが増加することが 必須脂肪酸欠乏症の皮膚障害の要因であることも考えられる 今回 LPIAT1 の発現を抑制することで PIにおけるミード酸の減少はみられたが 炎症性サイトカインなどのストレス因子に対する影響はみられなかった 本研究においてPIにおけるミード酸の特異的な増加がもつ意義を明らかにすることはできなかったが 今後も必須脂肪酸欠乏時のミード酸の変化と皮膚の異常との関連について研究を進めることで 皮膚における脂肪酸の新たな機能を解明したいと考えている ( 引用文献 ) 1) George OB, Mildred MB, : A new deficiency disease produced by the right exclusion of fat from the diet, J. Biol. Chem., 82, 345-67, 1929. 2) Innis SM, : Essential fatty acids in growth and development, Prog. Lipid Res., 30, 39-103, 1991. 3) Lavrijsen AP, Bouwstra JA, Gooris GS, Weerheim A, Boddé HE, Ponec M, : Reduced skin barrier function parallels abnormal stratum corneum lipid organization 75

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