Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

低酸素 / 低酸素応答因子 / 尿細管細胞 / 慢性腎臓病 / 酸素勾配 / りん光 / 酸素

本研究で、申請者は培養尿細管細胞における酸素勾配の存在の意義について検討した。申請者は培養尿細管細胞における、酸素勾配を有する培養系を確立し、低酸素への細胞の反応である低酸素応答因子の挙動について検討した。均一な酸素状態においては、低酸素応答因子は低酸素であるほど発現が増加するが、酸素勾配を有する場合は極度の低酸素下では低酸素応答因子の発現がかえって減少する現象が認められた。この現象の理由としてpHが重要であることを発見し、低酸素応答因子の発現には酸素と酸塩基平衡の両者が密接に関与することを提唱した。この結果は学術論文として発表した(Physiol Rep. 2021 ;9:e14689)。

慢性腎臓病は未だ根治が得られていない疾患である。慢性腎臓病の進行には腎臓における低酸素が密接に関与することが既に知られているが、生体内において、実際にどの部位が低酸素を生じており、そして生体内で低酸素がどのような影響をもたらすのかは未だ明らかになっていない。申請者は、生体内酸素イメージング法を用いて生体の腎臓において酸素勾配が存在することを明らかにしており、これまでの培養細胞を用いた結果が正しく生体内の事象を模しているかに疑問を持った。本研究は、より生体を模した細胞の培養法を用いた検討で、従来の培養細胞とは異なる結果が得られており、今後の培養細胞を用いた検討のあり方に一石を投じるものである。

腎臓 / 低酸素 / りん光 / 慢性腎臓病 / 酸素 / 酸素勾配 / 低酸素応答因子

申請者はこれまでの研究を発展させ、りん光プローブであるBTPDM1を用いた腎臓における低酸素イメージングの手法を開発した。この手法により、世界で初めて、腎臓表面では隣接した尿細管間であっても酸素分圧が異なる、酸素勾配が存在することを示し、また近位尿細管のS1セグメント、S2セグメントという尿細管の上流・下流の酸素分圧を定量した。申請者はこれをさらに発展させ、酸素勾配の生物学的な意義についても検討を開始している。

本研究は、腎臓における酸素状態の評価法を確立した。慢性腎臓病の進行に、腎臓の低酸素が関与することは示されているが、低酸素の評価法が確立していなかったことが、実際に低酸素が関与する腎臓病を同定する上で問題となっていた。このため、本研究での低酸素検出方法の確立は、今後の腎臓病の低酸素をターゲットとした治療法の開発において、基礎的な研究のために有用である。

微小循環 / 血流 / 酸素 / 人工血液 / 生体計測 / 脳血流 / 酸素代謝 / 蛍光 / リン光

人工酸素運搬体の実現は昨今の献血事情や保存性,血液型による制限や感染の危険性を勘案するとその実現は急務であると考える.本研究では微小循環動態の変化に伴って変化する脳細胞の酸素代謝を時系列的に評価するために,血流解析および微小血管内酸素分圧計測を行い,さらにミトコンドリア内TCA回路で産生される補酵素NADHの紫外吸光特性に着目し,組織酸素代謝レベルのイメージングを試みた.
Wistar系雄性ラットを2群に分け,細静脈酸素分圧計測群と脳表NADH蛍光計測群とした.右大腿動静脈および左大腿動脈を確保し,左頭頂骨にclosed cranial windowを作製した.微小循環血流は赤血球をFITC標識することで可視化した.脳皮質NADH蛍光は370nmの紫外光を断続的に照射し,λ>420nmの蛍光を画像として取得すると共に連続的に輝度解析した.実験は大腿動脈より脱血して血圧を40mmHgまで低下させ,その状態を10分間維持し,その後自己血液を輸血することで蘇生させた.
脱血による血圧の低下に伴って血流速度および微小血管内酸素分圧は著明に低下し,相反的にNADH蛍光輝度がおよそ20%上昇した.また,返血蘇生によって各パラメータはbaselineへ回復した.以上より,脳虚血による微小循環血流障害,微小血管内酸素分圧の低下,脳組織における好気性酸素代謝レベルの低下といった一連のプロセスを同一固体において連続的かつ定量的に評価することが可能になった.本計測システムは局所微小循環動態および酸素代謝の解析,人工酸素運搬体の評価等に有用であると結論できる.

【研究協力者】
飛田成史
吉原利忠