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2016年10月13日プレスリリース ネコに腎不全が多発する原因を究明―ネコではAIMが急性腎不全治癒に機能していない―

国立大学法人東京大学
国立研究開発法人日本医療研究開発機構

発表者

発表のポイント

発表概要

少子化や人口の老齢化も一因となり、愛玩動物(ペット)の数は近年急激に増加している。特にネコの保有率は、日本やアメリカを含む多くの地域で犬を抜いて第一位となり、現在日本では1千万頭を超えている。興味深いことに、ネコは腎不全が原因で死亡する率が、他の動物に比べて突出して高いことが以前から知られていた。

腎臓は血液中の老廃物をろ過し、尿として排泄する重要な器官であり、腎臓の機能が低下すると、血液中に老廃物が溜まり、身体の色々な臓器の働きに支障をきたす。色々な原因により腎臓が障害され、急速に腎機能が低下する状況を急性腎障害というが、ネコでは5~6歳頃に尿管結石や腎炎などによる急性腎障害に罹った後、腎機能が完全に回復しないまま慢性腎不全、尿毒症となり15歳前後でなくなるケースが多い。しかしながら、これまでなぜネコで腎機能が回復せず、最終的に致死性の腎不全に至ってしまうのかは謎であり、そのために腎不全に対する確かな治療法もなかった。

最近、東京大学大学院医学系研究科の宮崎徹教授らの研究グループは、自ら発見したタンパク質AIMが、直接腎臓に働きかけ急性腎障害を治癒させることを明らかにし、Nature Medicine誌に発表した(文献6)。急性腎不全が生じると、腎臓の中の尿の通り道(尿細管という)に “ゴミ”(細胞の死骸)が詰まり、そのことが腎機能の低下を招く引き金となることが知られているが、腎臓の機能が低下すると、通常血液中に存在するAIMが活性化し、尿中に移行してゴミを掃除する役目を果たす。それにより迅速に尿細管の詰まりが解消され、その結果、腎機能は速やかに改善することを明らかにしていた。

今回本研究グループは、ネコのAIMはマウスやヒトのAIMと異なる特徴を持ち、急性腎障害が生じても活性化せず尿中に移行もしないことを見出した。したがって、ネコは血液中にAIMをじゅうぶん持っているにもかかわらず、急性腎障害が生じても腎臓の機能は回復せず、そのまま慢性腎不全へと進行してしまう可能性が高いことが明らかになった。

それをより詳細に確かめるために、AIMをマウス型からネコ型に変えたマウス(AIMネコ化マウス)を作製し急性腎障害を起こした。すると予想通り、尿細管中に詰まったゴミは掃除されることなく、腎臓の機能は著しく悪化し続け多くが死んでしまう。そして急性腎障害を起こしたAIMネコ化マウスに、マウスのAIMを静脈注射することで、尿細管の詰まりは劇的に解消され、腎機能が速やかに改善し致死率は著しく低下することを見出した(注:致死率は100%であったものが、AIM投与により20%となった)。すなわちネコの場合も、ヒトやマウスの場合(文献6)と同じようにAIMを投与することで急性腎不全を速やかに改善させ、慢性化する危険を回避することが可能であると考えられる。

本研究結果により、これまで謎であったネコの腎不全の原因の解明が大きく進み、AIMにより急性腎障害から良好に回復させうる可能性が示された。また、急性腎障害を治癒した後も、定期的にAIMを投与し腎臓のゴミを掃除することにより、慢性化のリスクを低下させ、ネコの健康寿命を大きく延長できる可能性がある。さらに本研究成果は、前回の論文(文献6)と合わせ、ヒト患者においても、AIMによる急性腎不全の治療や慢性化の予防への期待と現実性をさらに高めるものであると考えられる。

本研究は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構 革新的先端研究開発支援事業(AMED-CREST)の研究開発領域「生体恒常性維持・変容・破綻機構のネットワーク的理解に基づく最適医療実現のための技術創出」(研究開発総括:永井良三)における研究開発課題「生体内の異物・不要物排除機構の解明とその制御による疾患治療」(研究開発代表者:宮崎徹)の一環で行われた。なお、本研究開発領域は、平成27年4月の日本医療研究開発機構の発足に伴い、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)より移管されている。

本研究成果は、2016年10月12日(英国夏時間)に「Scientific Reports」オンライン版で公開された。

発表内容

世界的な少子化や人口の老齢化も一因となり、愛玩動物(ペット)の数は急激に増加するなか、ネコの保有率は日本やアメリカを含む多くの地域で犬を抜いて第一位であり、現在日本では1千万頭を超えている。以前より、ネコは腎不全が原因で死亡する率が、他の動物に比べて突出して高いことが知られていた。ネコは5~6歳頃に尿管結石や腎炎などによる急性腎障害に罹った後、腎機能が完全に回復しないまま慢性腎不全、尿毒症となり15歳前後でなくなるケースが多い。しかしながら、これまでなぜネコで腎機能が回復せず慢性化し、最終的に致死性の末期腎不全に至ってしまうのかは謎であり、そのために腎不全に対する確かな治療法もなかった。

急性腎障害(acute kidney injury; AKI)は、腎虚血、水腎症、腎炎、敗血症、腎毒性のある薬剤など、多彩な原因によって発症する。自然軽快する場合もあるが、長期の入院を必要とし死亡率も高い。何よりもAKI患者は、慢性腎不全を発症するリスクが高まるため、AKIの積極的な治療が望ましいが、これまで実用化に至った治療法はなかった。AKIの重要な病理学的特徴の一つは、壊死した近位尿細管上皮細胞が脱落し、その死細胞塊(デブリ)が管腔内を閉塞することである。それが二次的に腎実質の炎症や線維化を惹起すると共に、糸球体機能を低下させることが知られている。最近本研究グループは、血中タンパク質AIM(apoptosis inhibitor of macrophage;CD5Lとも呼ばれる。過去の主な文献1~6)が、AKIの治癒メカニズムに決定的な役割を果たしていること、それゆえ、AIMによってAKIを治療できる可能性があることをNature Medicine誌に発表した(文献6)。今回の研究では、ネコのAIMを単離・解析することによって、ネコに腎不全が多発し高い死因になっている原因の一つは、AIMの機能不全であることを明らかにした。

健康時、AIMは血液中でIgM五量体と結合して存在している(文献5,6)。IgM五量体は巨大な分子量の複合体(>1000kDa)であるため、AIMは尿中に排泄されることはない。しかし、AKIが発症すると、全身性にAIMが急速にIgM五量体から解離し、単体のAIM(フリーAIM)となる。フリーAIMは40kDa以下の分子量であるため糸球体を通過し、尿中に移行する。そして尿中のAIMは、AKIによって生じた近位尿細管を閉塞しているデブリに付着する。AIMが付着したデブリは、AKI時に近位尿細管上皮細胞が強く発現するkidney injury molecule-1(KIM-1)という膜タンパク質を介して近位尿細管上皮細胞に貪食され、その結果管腔の閉塞が解消される(文献6)。これらの現象は、虚血再灌流(ischemia/reperfusion; IR)でAKIを発症させたマウスでも、ヒトAKI患者でも共通して認められた(文献6)。

しかしネコAIMは、IgMとの結合親和性がマウスの約1000倍高く、AKI時にIgMから解離しないことが、実際のネコで確認された。したがって、ネコはマウスやヒトよりむしろ高い血中濃度でAIMを有しているにもかかわらず、AKI時に尿中に移行しない。そのために、ネコでもKIM-1の発現や、KIM-1を介したAIMの取り込みは正常であるにもかかわらず、管腔内デブリの除去は著しく不全となり、近位尿細管の閉塞が解消されず、AKIからの回復が障害されるのである(図1)。ネコAIMがIgMとの結合親和性が著しく高い理由として、IgMとの結合に重要なC末端側のドメイン中に正の電荷をもつアミノ酸が、ネコAIMだけで密集していることが一つの原因として考えられた。事実、これらのアミノ酸をアラニンに置換したネコAIMはIgMとの結合親和性が優位に低下した。

実際のAKIにおけるネコAIMの効果を直接調べるために、マウスAIMをネコAIMに置換したマウス(AIMネコ化マウス)を作製した。このマウスと野生型(すなわちAIMはマウス型)マウスにIRによるAKIを惹起すると、野生型マウスではAIMはIgMより解離し尿中に移行するが、AIMネコ化マウスでは、実際のネコと同様に、AIMはIgMから解離せず尿中に移行しなかった。その結果、野生型マウスでは、腎機能は速やかに改善しIR後5日目までの死亡率も低い(<20%)が、AIMネコ化マウスでは、腎機能は著しく悪化し術後3日以内に全例死亡してしまった。IR後3日目の腎臓の組織学的解析では、野生型マウスでは尿細管中デブリの除去が進み、近位尿細管の閉塞が解消されつつあったが、AIMネコ化マウスではデブリ除去が著しく悪く、近位尿細管は完全に閉塞したままであった。すなわち、AIMネコ化マウスは、本物のネコと同様にAIMがIgMから解離せず尿中に移行しないため、尿細管中デブリの除去が進まず、腎機能が回復しないのである。これはすなわち、AIMを持っていないAIM欠損マウスと全く同様の症状である(文献6)。

AKIを発症したAIMネコ化マウスにマウスAIMを投与すると、デブリの除去を誘起することによって腎機能は速やかに改善し、生存率も著しく上昇した。すなわち、AIM投与がネコAKIの治療法として有効であり、ひいてはネコの慢性腎不全への移行を阻止する可能性が高いことが示唆された。今回はマウスAIMを投与したが、ヒトAIMもネコAIMもフリーであれば、デブリに付着しKIM-1によって正常に取り込まれるので、同様の治療効果があると考えられる。

本研究によりこれまで謎であったネコの腎不全の原因を解明し、ネコの腎不全の治療・予防法確立に大きな進展をもたらすものと期待される。同時に、前回の論文(文献6)と合わせ、ヒト患者においても、AIMによる急性腎不全の治療や慢性化の予防への期待と現実性をさらに高めるものであると考えられる。

文献

  1. Miyazaki, T. et al. J. Exp. Med. 189: 413-422 (1999)
  2. Kurokawa, J. et al. Cell Metab. 11: 479-492 (2010)
  3. Maehara, N., et al. Cell Rep. 9: 61-74 (2014).
  4. Arai, S. & Miyazaki, T. Semin. Immunopathol. 36: 3-12 (2014). Review.
  5. Arai, S. et al. Cell Rep. 3: 1187-1198 (2013).
  6. Arai, S., Kitada, K. et al. Nat. Med. 22: 183-193 (2016).

発表雑誌

雑誌名:Scientific Reports(2016年10月12日オンライン版)
論文タイトル:Impact of feline AIM on the susceptibility of cats to renal disease
著者:
(東京大学)杉澤良一、平本絵美莉(以上、co-first author)、松岡茂、高井亮輔、山崎智子、森伸子、新井郷子、宮崎徹(corresponding author)
(北里大学)岩井聡美
(日本獣医生命科学大学)岡田ゆう紀、新井敏郎
(熊本大学)竹田直樹、山村研一

用語解説

(注1)AIM(Apoptosis Inhibitor of Macrophage)
当初マクロファージから分泌され、細胞のアポトーシス(細胞死)を抑制する分子として東京大学大学院医学系研究科の宮崎徹教授が発見したもの。その後の研究で、作用する細胞の種類などの違いによりアポトーシス抑制以外にもさまざまな作用があることが明らかになった。

添付資料

説明図(説明は図の下に記載)

(図1)AKI時、ヒト・マウスでは血中でAIMがIgM五量体から解離し、糸球体濾過膜を越え、近位尿細管中に詰まった死細胞デブリに付着する。管腔側に発現したKIM-1を介して、近位尿細管上皮細胞がAIMを付着したデブリを貪食する。その結果、管腔の閉塞は解消され、尿細管上皮も回復し、腎機能も改善する(左端)。一方、ネコでは血中AIM値はヒトやマウスより高値であるが、IgMとの結合親和性がマウスの約1000倍強いため、AKI時にAIMはIgMから解離できず、尿中への移行もない。その結果KIM-1は発現しているものの、デブリにAIMが付着しないので、近位尿細管細胞はデブリを貪食・除去することができず、詰まりは解消しない。そのため腎機能は回復せず、死亡あるいは慢性腎不全化する(右端)。結果として、ネコはAIMを有しているにもかかわらず、AIMが欠損している状況(中央)と同じ転帰をとる(Scientific Reports本論文より引用・改変)。

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最終更新日 2016年10月13日

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