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電気と温熱の組み合わせが腎病態を改善する

腎臓病「ネフローゼ症候群」に対する温故知新なアプ

Kumamoto University

Research News

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IMAGE: MES+HSが、Akt-BAD経路を制御し抗アポトーシス作用を発揮するとともに、炎症や線維化を抑制することでADR誘導性NSの腎病態を改善する。... view more 

Credit: Professor Hirofumi Kai

 熊本大学の研究者グループは、微弱パルス電流(MES)と温熱(HS)の併用処置(MES+HS)が、腎臓において抗炎症作用や抗線維化作用を発揮するとともに、腎臓細胞のアポトーシス(細胞死)を抑制することで ネフローゼ症候群(NS)に対し保護的に働くことを発見しました。本物理刺激療法は、他の臨床試験から、ヒトに対して安全性の高い医療機器となりうることが明らかとなっており、今後、NSに関わる複数因子を同時に標的化する刺激として、臨床応用することが期待されます。

 NSは、腎臓の尿濾過機能を担う糸球体の障害が生じた結果、大量の血中タンパク質が尿中へと漏出し、低アルブミン血症や浮腫などを併発する腎疾患の総称です。NSの治療には、ステロイドが第一選択薬として用いられており、一定の効果を示しています。しかしながら、ステロイドにより病態が寛解した後、再発を繰り返す頻回再発型NSや、ステロイドに対し治療抵抗性を示すステロイド抵抗性NSが存在します。これらは難治性NSと呼ばれ、治療応答性の低さや予後の悪さが問題になっています。また、NSは、その性質上、長期にわたる疾患コントロールを要することが多く、既存薬の長期間服用による副作用の出現も危惧されています。このような背景から、有効かつ安全な新規治療法の開発が望まれています。

 電気や温熱などの物理刺激は古来より医療目的に用いられており、経験的に病態改善効果を有することが知られています。熊本大学の甲斐教授らは、生物活性に着目し最適化した微弱パルス電流(Mild electrical stimulation: MES)と、電流作用の増強を目的とした温熱(Heat shock: HS)との併用に着目し、MES+HSの有用性を検討してきました。その中で、MES+HSが2 型糖尿病や乾癬を始めとする様々な疾患において病態改善効果を発揮することが明らかになりました。さらに、2型糖尿病に関してはヒト患者を対象とした臨床研究も行われており、副作用なく糖代謝パラメーターの異常を是正することが示されています。これらの知見から、MES+HS は多様な作用標的を有する安全性の高い処置として、様々な疾患の新規治療法となることが期待されています。上記の基礎的知見をもとに、今回新たにNSに対するMES+HSの有効性を検討しました。

 本研究では、アドリアマイシン(ADR)によって難治性NS病態を誘導するモデルマウスを用いました。ADR投与の前日から、MES+HSを1回10分、週に2回の頻度で処置し、病態の変化を4 週間経時的に観察しました。まず、腎機能に関して検討を行ったところ、病態モデルマウスの尿中に漏出するアルブミン量が病態誘導後7日目から増加し10日目にピークを迎えた一方、MES+HS処置群では、尿中アルブミン量が7日目には50、10日目には75減少しました。また、タンパク尿スコアについても、MES+HSは経時的に抑制効果を発揮しました。さらに、MES+HS処置群は病態誘導によって増加する血清中のクレアチニン値を36%、血中尿素窒素(BUN)値を24%減少させました。これらの結果から、MES+HSがADRによって低下する腎機能を改善することが明らかとなりました。

 次に、腎組織学的な障害について検討を行いました。ADR投与により病態モデルでは腎臓の尿濾過機能を担う糸球体の硬化病変が認められましたが、MES+HS処置群ではADRによる硬化病変が抑制され、特に、重度の硬化病変(糸球体面積の75%以上が硬化領域)を呈する糸球体の割合については59%の抑制効果を示しました。また、病態に伴い尿細管障害を反映するタンパク円柱領域の増大が確認されましたが、MES+HS処置群ではタンパク円柱領域の減少が見られ、MES+HSが糸球体のみならず尿細管に対しても保護作用を発揮することが示唆されました。さらに、FSGS(※)の起点となる糸球体上皮細胞(ポドサイト)数の減少について、免疫染色により評価したところ、病態時に認められるポドサイト数の減少がMES+HSによって改善しました。上記の結果から、MES+HSがADR投与による腎組織障害を抑制すること、ポドサイト数の減少を制御する何らかのメカニズムが存在することが示唆されました。 ※FSGS (Focal Segmental Glomerulosclerosis) 巣状分節性糸球体硬化症のこと。難治性 NS の原疾患の1つ。

 続いて、ポドサイト数の減少を抑制するメカニズム探索を企図し、MES+HSが腎組織の細胞死に与える影響を検討しました。腎組織内のアポトーシス細胞をTUNEL染色により評価したところ、ADRによって増加するアポトーシス細胞数をMES+HSが減少させました。この結果と一致するように、アポトーシスの実行因子である活性化Caspase3(CC3)のタンパク質発現量の増加もMES+HSによって抑制されたことから、MES+HSが抗アポトーシス作用を有することが示されました。さらに、そのメカニズムとして細胞内の生存シグナル分子として知られるAktに着目したところ、MES+HSがAktをリン酸化し活性化するとともに、その下流のアポトーシス促進因子BADを不活性化することが見出されました。この結果は、細胞を用いたin vitro実験系においても確認され、 Aktのリン酸化阻害剤(LY294002)を処置することでMES+HSの抗アポトーシス作用が消失することから、MES+HSの作用にAkt-BAD経路が深く関わることが明らかとなりました。

 上記の結果に加え、NSの進行に関わる炎症や線維化について遺伝子発現量解析を行ったところ、MES+HSが炎症性サイトカイン(Il1-betaやIl6等)や線維化因子(Tgf-betaやCol1a1等)の発現量を減少させることが見出されました。これは、MES+HSが炎症や線維化に対し抑制的に作用し得ることを示唆しています。以上の検討から、微弱な電気刺激と温熱刺激を組み合わせたMES+HSが、Akt-BAD経路を制御し抗アポトーシス作用を発揮するとともに、炎症や線維化を抑制することでADR誘導性NSの腎病態を改善することが明らかになりました。

 研究を主導した甲斐広文教授は次のようにコメントしています。  

「本物理刺激(MES+HS)は、他の臨床試験から、ヒトに対して安全性の高い医療機器となりうることが明らかとなっています。本研究の成果により、今後、NSに関わる複数因子を同時に標的化する刺激として、臨床応用することが期待されます。」

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 本研究成果は、「Scientific Reports」に令和2年10月30日 (日本時間) に掲載されました。

Source:
Teramoto, K., Tsurekawa, Y., Suico, M. A., Kaseda, S., Omachi, K., Yokota, T., � Kai, H. (2020). Mild electrical stimulation with heat shock attenuates renal pathology in adriamycin-induced nephrotic syndrome mouse model. Scientific Reports, 10(1). doi:10.1038/s41598-020-75761-8

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