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平成21年9月2日

科学技術振興機構(JST)
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熊本大学
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メタボリックシンドロームを引き起こす鍵因子を発見

(炎症によるメタボリックシンドローム・糖尿病発症メカニズムの解明へ期待)

JST目的基礎研究事業の一環として、熊本大学 大学院医学薬学研究部(医学系)の尾池 雄一 教授は、肥満の脂肪組織において慢性炎症の原因となり、メタボリックシンドローム注1)を引き起こす原因分子を発見しました。

肥満は世界規模で増加の一途をたどっており、肥満に伴う糖尿病や心血管疾患の罹患率、死亡率の増加は社会的な問題となっています。これまでの研究により肥満の際の脂肪組織では慢性炎症が生じており、そのことが糖尿病や全身の代謝異常などの原因となることが明らかになってきていますが、脂肪組織に慢性炎症が生じる機構については不明な点が多く残されていました。

尾池教授らは今回、肥満の脂肪組織ではアンジオポエチン様たんぱく質2(Angptl2)注2)が多く発現していることに着目し、このたんぱく質の機能について研究を行いました。その結果、Angptl2は肥満の内臓脂肪組織で発現が増加しており、炎症の発症・維持で重要な役割を果たす「単球注3)細胞」を病変部に呼び込んで、脂肪組織の慢性炎症を引き起こすこと、それにより全身でのインスリン抵抗性が生じ、糖尿病の発症につながっていることが分かりました。また、Angptl2の増加が、動脈硬化症の前病変として考えられている血管内皮細胞の炎症性病変を引き起こすことも分かりました。

今後、Angptl2の量や作用を抑えることによって新たなメタボリックシンドローム・糖尿病治療薬の開発につながるものと期待されます。

本研究成果は、2009年9月2日(米国東部時間)発行の米国科学雑誌「Cell Metabolism」に掲載されます。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

戦略的創造研究推進事業 個人型研究(さきがけ)

研究領域 「代謝と機能制御」
(研究総括:西島 正弘 国立医薬品食品衛生研究所 所長)
研究課題名 「肥満症」におけるエネルギー・脂質代謝制御と血管新生制御との連関の解明
研究者 尾池 雄一
(熊本大学 大学院医学薬学研究部 教授/元 JST さきがけ研究者(兼任))
研究実施場所 熊本大学 大学院医学薬学研究部(医学系) 分子遺伝学教室
研究期間 平成17年10月〜平成20年3月

JSTはこの領域で、「代謝調節機構解析に基づく細胞機能制御に関する基盤技術の創出」を目指す研究を進めています。

上記研究課題では、「肥満症」の研究を通じて、生体のエネルギー恒常性維持の分子基盤解明、さらには新しい代謝経路および経路間の相互作用の発見、新しい生理活性代謝産物の同定、新規創薬標的の特定の研究を進めています。

<研究の背景と経緯>

現在、欧米や日本を中心とした先進国と発展途上国の多くで過食や運動不足により発症する肥満が急増しており、それによってもたらされる糖尿病、高血圧、高脂血症、心血管疾患や一部のがんの増加による死亡率の上昇や、医療費の増大は社会的な問題となっています。日本でも特に男性の肥満が増加しており、主に予防医学的観点からメタボリックシンドロームとして注目され、実際に平成20年より40歳以上75歳未満の人々に対する「特定健診・特定保健指導」が開始されています。

近年、これら肥満や糖尿病、動脈硬化性疾患に共通する基盤病態として、くすぶったような非常に低いレベルの“慢性炎症”注4)が注目されています。慢性炎症では、比較的短期間に生じる急性炎症と異なり、長期にわたるストレス応答のために、組織に存在する細胞の適応の破綻により不可逆的な「組織の再構築(リモデリング)」を生じて臓器の機能障害が発生しています。このような、くすぶったような非常に低いレベルの炎症状態の持続が、内皮細胞の機能障害やインスリン抵抗性注5)を誘導し、動脈硬化症や糖尿病などの生活習慣病の発症の原因になることが分かってきています。また、がんやアルツハイマー病などでも関連が指摘されはじめています。

肥満の際には脂肪組織でマクロファージ注3)などの炎症細胞の集積や血管の炎症性変化などで代表される慢性炎症が内臓脂肪組織で生じており、動脈硬化症や糖尿病などの生活習慣病の発症の原因になることがここ数年の研究により明らかになってきています。しかし、どうして肥満になると脂肪組織で慢性炎症が生じるのかというメカニズムについては不明な点が多く、原因となる分子についても明らかではありませんでした。メタボリックシンドロームをはじめとする生活習慣病の予防、治療を考える上で、慢性炎症は重要ですので、炎症を引き起こす分子や仕組みが解明されれば、それを標的にした新しい治療法が開発され、メタボリックシンドローム、その後に引き続き発症する糖尿病や心血管疾患などの合併症が予防されると考えられます。

<研究の内容>

尾池教授らは今回、肥満の脂肪組織において「Angptl2」という分子が増えていることに着目して研究を行い、以下のことを明らかにしました。

  1. (1) Angptl2は脂肪組織(特に内臓脂肪)に多く発現していました。また、肥満の脂肪組織で認められる低酸素や小胞体ストレスといった刺激によりAngptl2の発現量、分泌量が増えることが分かりました。
  2. (2) Angptl2の濃度を測定できる酵素結合免疫測定法(ELISA)注6)を開発し、用いました。その結果、マウスのみならずヒトでも肥満やインスリン抵抗性が強い状態、糖尿病患者、動脈硬化症患者で血液中のAngptl2濃度が高くなっていることが分かりました(図1)。
  3. (3) ヒトの血管内皮細胞にAngptl2を作用させるとNF-κB注7)の核移行といった、炎症性経路の活性化が起こることが分かりました。またAngptl2はヒト単球細胞を病変部に呼び込む作用を高めることも(図2)、さらに、これらの作用は内皮細胞や単球細胞の表面にあるインテグリンという分子を介するものであることも分かりました。
  4. (4) 本来Angptl2の発現が低い皮膚に、Angptl2が過剰に発現するマウスを作製してみると、皮膚に炎症を起こしました。特に皮下の血管壁に多くの白血球が接着しており、さらに炎症時に特徴的に見られる血管の透過性が高まっていました(図3)。
  5. (5) Angptl2を欠損したマウスでは、高脂肪食によって生じる肥満で見られる内臓脂肪組織の炎症がAngptl2を有する正常の野生型マウスと比較して軽度であり、インスリン感受性が保たれているため糖尿病を発症しにくいことが分かりました(図4)。
  6. (6) 本来発現レベルが上昇していない正常体重(非肥満)のマウスの脂肪組織でAngptl2の発現を過剰に上昇させると、肥満病態が無いにも関わらず肥満病態で見られるように脂肪組織に慢性炎症が生じており、インスリン抵抗性を引き起こし糖尿病を発症しやすいことが分かりました(図5)。

以上の結果から肥満の内臓脂肪組織ではAngptl2が増加しており、脂肪組織の慢性炎症を引き起こしていること、それにより全身でのインスリン抵抗性が生じ、糖尿病の発症につながっていることが分かりました。また、Angptl2の増加が、動脈硬化症の前病変として考えられている血管内皮細胞の炎症性病変を引き起こすことも分かりました。Angptl2の発現や下流のシグナルを抑えることにより、肥満を基盤病態とするメタボリックシンドローム、特にインスリン抵抗性および糖尿病、動脈硬化性疾患の発症・進展を抑制する可能性が期待されます(図6)。

<今後の展開>

くすぶったような非常に低いレベルの炎症状態の持続は、肥満や動脈硬化性疾患だけでなく、がんやアルツハイマー病などさまざまな疾患の発症誘因や病態進展に関わる基盤病態と考えられています。Angptl2は肥満の脂肪組織以外でも、さまざまな慢性炎症を伴う病態に関与していることが想定され、実際に尾池教授らは、既に他の疾患においてもAngptl2が原因の一部となっているデータを得つつあります。今後、尾池教授らを含め世界中の研究グループによりAngptl2の研究が進められ、メタボリックシンドロームをはじめとする慢性炎症を基盤とする多くの疾患に対する新たな治療薬が開発されることが期待されます。

<付記>

本研究成果の一部は、熊本大学 大学院医学薬学研究部の田畑 光久 研究員、国立循環器病センターの福原 茂朋 室長らとの共同研究によって得られました。

<参考図>

図1 血液中のAngptl2濃度

図1 血液中のAngptl2濃度

(上段) 血液中のAngptl2濃度は、肥満程度の指標となるBody mass index(BMI)や腹囲径、さらに炎症性病態の指標となる血液中のC反応性たんぱく(CRP)値と正の相関を示す。

(下段) 糖尿病患者や心血管病患者の血液中のAngptl2濃度は、健常人の血液中のAngptl2濃度に比較して上昇している。

以上より、ヒトの肥満やインスリン抵抗性が強い状態、糖尿病患者、動脈硬化症患者で血液中のAngptl2濃度が高くなっていることが分かる。

図2 Angptl2の血管内皮細胞および単球細胞への作用

図2 Angptl2の血管内皮細胞および単球細胞への作用

A: NF-κBの活性化

ヒト臍帯静脈内皮細胞をAngptl2で刺激するとさまざまな炎症誘導性分子の遺伝子発現を上昇させる転写調節分子であるNF-κBが細胞質から核へ移行(活性化)した。

B: ヒト単球細胞の走化性実験

THP1細胞(ヒト単球細胞株)および初代培養ヒト単球細胞はそれぞれAngptl2により走化性が亢進した。

以上より、Angptl2の作用として、さまざまな炎症誘導性分子の遺伝子発現を上昇させる重要な転写調節分子であるNF-κBが、その機能を発揮するのに重要な細胞質から核への移行を促進させる作用があることが分かった。また、Angptl2の作用として、炎症病態形成に重要な単球細胞を病変部に呼び込む作用があることも分かった。

図3 皮膚にAngptl2を過剰発現させたマウス(K14-Angptl2マウス)の外観と血管に接着した白血球像

図3 皮膚にAngptl2を過剰発現させたマウス(K14-Angptl2マウス)の外観と血管に接着した白血球像

A: K14- Angptl2マウスは対照マウスと比べ、耳、眼の周り、鼻の皮膚が発赤、腫脹し皮膚組織において炎症が誘導されていることが示唆された。さらに、持続的なAngptl2の強制発現により炎症が拡大し、尾部の皮膚は腫れ、先端が壊死性変化を起こし自然脱落している。

B: レクチン染色により血管の形態学的変化を観察すると、K14-Angptl2マウスの血管には、血管の炎症性変化の最も特徴的な所見である白血球の接着(矢印)が多数認められた。

以上より、本来Angptl2の発現が低い場所でAngptl2の発現が増強されると、その近くの組織に局所的に持続的な炎症を引き起こすことが分かった。特に皮下の血管壁に多くの白血球が接着しており、さらに炎症時に特徴的に見られる血管の透過性が高まっていた。

図4 Angptl2たんぱく質を作るAngptl2遺伝子を欠失させたマウスの解析

図4 Angptl2たんぱく質を作るAngptl2遺伝子を欠失させたマウスの解析

A: 高脂肪食で飼育し肥満を誘発させた野生型マウスおよびAngptl2欠損マウスの脂肪組織をマクロファージのマーカーであるMac2で染色した結果

Angptl2欠損マウスでは野生型マウスと比較して明らかに内臓脂肪組織内のマクロファージの数が減少していた。

B: ブドウ糖負荷試験

野生型マウスは高血糖、高インスリン血症(糖尿病)が認められているが、Angptl2欠損マウスは良好な血糖値およびインスリン値に保たれていた。

C: インスリン負荷試験

野生型マウスはインスリン投与による血糖値の低下が乏しく、インスリン抵抗性が認められたが、Angptl2欠損マウスはインスリン感受性が良好に保たれていた。

以上より、Angptl2の発現、シグナルを抑制させることにより、インスリン感受性を保たせ糖尿病の発症を軽減できることが分かった。

図5 脂肪組織にAngptl2を過剰発現させたマウス(aP2-Angptl2マウス)の解析

図5 脂肪組織にAngptl2を過剰発現させたマウス(aP2-Angptl2マウス)の解析

A: 脂肪組織内の血管像

aP2-Angptl2マウスでは血管に接着した白血球(矢印)が認められたが、野生型マウスでは認められなかった。

B: 脂肪組織内のマクロファージ

aP2-Angptl2マウスでは野生型マウスに比較しマクロファージの数が増加していた。

C: ブドウ糖負荷試験

aP2-Angptl2マウスでは野生型マウスと比較してブドウ糖投与後の高血糖および高インスリン血症が認められた。

D: インスリン負荷試験

aP2-Angptl2マウスでは野生型マウスと比較してインスリン投与後の血糖値の低下が乏しく、インスリン抵抗性が認められた。

以上より、本来発現レベルが上昇していない正常体重(非肥満)のマウスの脂肪組織でAngptl2の発現を上昇させると、肥満病態で見られるような脂肪組織の炎症とインスリン抵抗性が見られた。このことより、肥満に伴う内臓脂肪組織の炎症とインスリン抵抗性が肥満の脂肪細胞で発現が上昇するAngptl2に起因することが明らかになった。

図6 肥満の内臓脂肪組織におけるAngptl2の役割

図6 肥満の内臓脂肪組織におけるAngptl2の役割

<用語解説>

注1) メタボリックシンドローム
内臓脂肪の蓄積(内臓脂肪型肥満)によりインスリン抵抗性(インスリンの働きの低下)などの糖代謝異常(糖尿病の前段階)、脂質代謝異常(高中性脂肪血症、低HDLコレステロール血症)、血圧上昇(高血圧の前段階)などが、一個人に集積している状態です。動脈硬化性疾患発症への危険性が、たとえ一つひとつの程度が軽くても、一個人に重複して存在すると動脈硬化性疾患の発症が相乗的に増加するので、高LDLコレステロール血症に匹敵する動脈硬化性疾患発症への強力な発症促進因子として、近年、世界的に注目されています。
注2) アンジオポエチン様たんぱく質2(Angptl2: Angiopoietin-like protein2)
アンジオポエチン様たんぱく質は血管新生因子であるアンジオポエチンに構造上類似する分泌型たんぱくとして同定され、現在7種類存在します。本研究で機能を明らかにしたAngptl2のように血管細胞や単球細胞に作用するもののほかに、Angptl3やAngptl4のように脂質代謝やAGF/Angptl6のようにエネルギー代謝に作用するものも存在し、Angptlファミリーに属する因子の多様な生物学的作用が、メタボリックシンドロームなどの生活習慣病やがんの新しい治療標的として注目されています。
注3) 単球、マクロファージ
単球は白血球の一種で、約5%を占めます。白血球の中で最も大きく、核形が種々の程度に陥凹傾向を示すことが特徴的です。単球は骨髄で産生され、血液中を循環し、各組織に移行してマクロファージに変化します。
マクロファージは老廃物(血球など)や異物(細菌など)を貪食し、処理をします。そのほか、免疫反応の引き金になったり、顆粒球や単球の産生刺激因子を分泌するなど、さまざまの機能を持っています。肥満の脂肪組織には大量のマクロファージが存在し、炎症反応を引き起こしていると考えられています。
注4) くすぶったような非常に低いレベルの慢性炎症
「組織リモデリング」の前段階として、Para-Inflammation、Smoldering Inflammationといった概念として2008年にNatureで特集され、注目されている病態です。
注5) インスリン抵抗性
インスリンが作用する組織(筋肉、肝臓、脂肪など)におけるインスリンの作用の障害です。インスリン抵抗性に対し、膵臓からのインスリン分泌を増やして対応しますが、代償しきれないと糖尿病を発症します。
注6) 酵素結合免疫測定法(ELISA: Enzyme-linked immunosorbent assay)
生体試料中にはさまざまなたんぱく質が存在しますが、特定のたんぱく質を検出・定量するには、特異性の高さ(さまざまなたんぱく質から目的とするたんぱく質だけをどれだけ正確に区別できるか)と定量性の良さ(微量であっても検出できる、あるいは低濃度における再現性の良さ)が求められます。ELISAは特異性の高い抗原抗体反応を利用し、酵素反応に基づく発色・発光をシグナルに用いることで上記の条件をクリアしており、実際の医療現場や医学研究において、血中や尿中などの微量たんぱく質の検出・定量に広く用いられています。
注7) NF-κB
炎症性のシグナルにより細胞質から核へ移行し、さまざまな炎症性遺伝子の発現を引き起こす転写因子です。

<論文名>

“Angiopoietin-like protein 2 promotes chronic adipose tissue inflammation and obesity-related systemic insulin resistance”
(Angiopoietin-like protein 2は脂肪組織の慢性炎症と肥満による全身でのインスリン抵抗性を促進する)
doi: 10.1016/j.cmet.2009.08.003

<お問い合わせ先>

<研究に関すること>

尾池 雄一(オイケ ユウイチ)
元 科学技術振興機構 さきがけ研究者
(熊本大学 大学院医学薬学研究部(医学系) 分子遺伝学分野 教授)
〒860-8556 熊本県熊本市本荘1−1−1
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原口 亮治(ハラグチ リョウジ)
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