Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

敗血症 / 輸血 / 微小循環 / ヘモグロビン / 腸管壁防御機構 / 一酸化窒素 / 一酸化炭素 / 内毒素血症 / ヘムオキシゲナーゼ

本研究では「輸血によるヘム負荷がストレス応答酵素ヘムオキシゲナーゼ-1(HO-1)が誘導されるような侵襲下においては過負荷となり、生体防御機構のバランスを崩す」という仮説を基に、平成14年から3年間に渡り研究を行った。正常ラットに比べ、亢進している内毒素血症ラットの腸管壁透過性は、輸血による高ヘモグロビンでさらに増強することを見出した。そこで、ストレス応答酵素HO-1をヘミン投与により予め誘導したラットを用いて検討したが、輸血ならびに血液希釈ラットを含め交換輸血後、16時間以内に全例が死亡した。死亡前のラット腸管壁におけるHO-1誘導を免疫染色したところ、少なくとも腸管粘膜へのHO-1表出は顕著ではなく、その関与が否定的となった。さらに、HO-1誘導時に同時産生されるビリルビン値は高ならびに低ヘモグロビンラット共に測定限界以下で、HO-1過剰誘導を示さなかったことから、高ヘモグロビンによる内毒素惹起性腸管壁透過性の増強は、HO-1誘導に起因するものではないといえる。さらに生体顕微鏡下により腸管粘膜微小循環を観察したところ、正常ヘモグロビンラットに比べ、高ヘモグロビンは毛細血管密度を含め微小循環を阻害する}方、低ヘモグロビンはほぼ正常に近い赤血球速度を含め微小循環ならびに毛細血管蜜度を維持した。さらに高ヘモグロビンでは、内毒素血症ラットで認める血流停止と再開を繰り返す現象をさらに増強した。一方、低ヘモグロビンラットは変化をきたさなかった。また一酸化窒素(NO)ドナーを表面灌流したところ、微小循環血流は改善し、NO合成酵素(NOS)阻害薬L-NAMEによりNOを抑制したラットにおいては、腸管粘膜微小循環血流はいずれの群においても著しく阻害された。これらの所見より、腸管粘膜におけるNOS誘導が高ヘモグロビンで高まる免疫染色所見と一致し、NOが高ヘモグロビンによる内毒素惹起性腸管壁透過性亢進に関与していることが明らかとなった。

heme oxygenase / Oxygen carrier / Hemoglobin / microcirculation / nitric oxide / bilirubin / carbon monoxide / Kupffer cells / NO / CO / 微小循環 / ヘモグロビン / バイオイメージング / ビリルビン / hme oxygenase / リポソーム / 一酸化炭素 / 酸素 / ヘムオキシゲナーゼ / シトクロームP450 / 肝臓

肝臓・網内系は修飾ヘモグロビン(Hb)の主要な代謝コンパートメントである。ショック病態で救急救命に使用できる酸素運搬体はこれらの病態においても肝臓の恒常性を維持しつつ循環動態を改善できるスペックを持つ必要がある。本研究ではショック病態の肝臓ではヘムの分解代謝の動態が劇的に変動し、通常では考えられないような速度で肝臓に取り込まれたヘムがbilirubinに変換されることを明らかにした。これはストレス応答によりヘム分解酵素であるheme oxygenase (HO)-1が肝臓実質とKupffer cellで誘導されるためである。このような状況で肝臓に大量のHbが負荷されると肝臓の血流と胆汁を維持しているCOが捕捉、消去されてしまうため、血流低下や胆汁低下を来たすことが明らかになった。ヘモグロビン(Hb)を径250ミクロン大のliposomeに封入、表面をpolyethylene glycolで修飾して、血小板活性化能のない新規脂質で安定化させた試料を投与すると、そのような急速なヘムの分解や分解系酵素の誘導が抑制され、肝臓の血流や胆汁分泌が維持された。またビリルビンの表面修飾によりNOによるHbのメト化も部分的に抑制された。本研究ではHb-based oxygen carrierを体内投与した際に生じうる血管内皮細胞の機能変動をin vivoで評価する系としてNOのbioimaging技術を確立し、腸間膜における血管内皮細胞由来のNOのリソースについて重要な知見を得た。これまでNOのリソースは血管内皮と神経系と考えられてきたが、我々の得た知見は赤血球から供給されるリソースの存在を示唆するものであった。このような知見からHbを修飾した酸素運搬体ではこのような血流代償作用が期待できないことが示唆され、リポソーム型の場合であっても、血管内空間でリサイクルされるNOにどの程度の影響を与えるのかをさらに詳細に解析していく必要があると考えられた。

heme oxygenase / 一酸化炭素 / 一酸化窒素 / cytochrome P450 / 伊東細胞 / guanylate cyclase / カルシウム / 肝細胞 / ヘムオキシゲナーゼ / 微小循環 / 血管内皮細胞 / ヘモグロビン

我々は肝臓で内因性に生成される一酸化炭素(CO)が類洞血管抵抗を生理的レベルに低く保つために必要不可欠である内因性血管弛緩因子であることをラットを用いた実験的研究で世界で初めて明らかにした。この結果を基盤として本研究の平成9、10年度ではCOが肝臓における胆汁酸依存性胆汁輸送の内因性抑制物質であることを明らかにすると同時に、そのメカニズムとして同じガス状物質であるNOのようにミトコンドリアの呼吸鎖の抑制には直接関係せず、胆汁分泌系の起始部である毛細胆管の律動的収縮運動に対する抑制効果が関与すること、その場合COのレセプター分子としてcytochrome P450 epoxygenaseが関与し、細胞内カルシウムの動員抑制が抑制効果の本態であることを明らかにした。この結果はCOの新しい情報伝達系が提示された意義とともに、従来情報伝達系と考えられてきたsoluble guanylate cyclaseを介さない経路が存在することを示唆している点で極めて重要な成績である。一方COの生成酵素であるheme oxygenaseのアイソザイム(HO-1,HO-2)の肝臓における分布は全く明らかにされていなかったが、前者が、類洞内に分布するKupffer cellに、後者が類洞外の肝実質細胞に分布することが新規に作成した単クローン抗体による免疫組織学的検討で明らかにされ、類洞外空間(HO-2)で生成されたCOが血管周皮細胞である伊東細胞を弛緩させて血管抵抗が恒常的に低く保たれることが示された。本酵素のアイソザイムが臓器内の特定の細胞群に特異的に発現していること、それらの生理学的意義が明らかにされたのも初めてのことである。今後、HO-1の転写活性を上昇させる刺激として、低酸素、活性酸素、サイト力インなどの役割に着目し、これらの侵襲因子が上昇することが知られている小児外科領域でのtotal parenteral nutrition使用後のcholestasisや高血圧動物モデルにおける血管トーヌス異常におけるHO反応の役割をさらに検討する予定である。

【研究分担者】
小竹良文	慶應義塾大学	医学部	講師	(Kakenデータベース)
森田慶久	慶應義塾大学	医学部	助手	(Kakenデータベース)
末松誠	慶應義塾大学	医学部	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
武岡真司	早稲田大学	理工学部	助教授	(Kakenデータベース)
森崎浩	慶應義塾大学	医学部	専任講師	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
若林良之	慶應義塾大学	医学部	助手	(Kakenデータベース)
石村巽	慶應義塾大学	医学部	教授	(Kakenデータベース)