虚血プレコンディショニングはp38MAPKの一時的活性化とその後の不活化がHSP27を介して生じるかもしれない：Circ Res. 2001 Feb 2;88(2):175-80.

2024年8月27日 09:14

Role of phasic dynamism of p38 mitogen-activated protein kinase activation in ischemic preconditioning of the canine heart

S Sanada, et al.

Circ Res. 2001 Feb 2;88(2):175-80.

要旨

この研究論文は、虚血プレコンディショニング（IP）におけるp38マイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）の役割と、その心保護作用の可能性について調べたものである。この研究は開胸犬を用いて行われ、IPの様々な段階においてp38 MAPKを選択的に阻害することの影響を探ることを目的とした。その結果、主に熱ショック蛋白質（HSP）27のリン酸化と筋原線維または核への移行を介して、IP中のp38 MAPKの一時的活性化が梗塞サイズの抑制に重要であることが明らかになった。IP中にp38 MAPKを阻害すると、この心筋保護作用が鈍化するが、持続的虚血中に阻害を続けても、IPの効果は部分的にしか得られない。
この研究は、IPの根底にある分子メカニズム、特に心保護におけるp38 MAPKの役割に関する理解を深めるものとして重要である。この研究は、IP中のp38 MAPK活性化の一過性の性質と、その保護効果への重要な関与を強調しており、IPにおけるキナーゼ活性化の重要性を示したこれまでの研究と一致している。さらに、この研究は、虚血性心疾患における心保護のためにp38 MAPKとHSP27経路を標的とすることの治療的意義の可能性を強調している。

本研究の個人的Learnig Points

IPがP38 MAPKの段階的上昇を引き起こすこと、IP中は一過性に強く活性化され、持続的虚血後は抑制されることを明らかにした。さらに、持続虚血中や再灌流中よりもIP中のp38 MAPKの一過性の活性化が、HSP27のリン酸化と筋原線維への移行を介したトリガーとして、IPの梗塞サイズ制限効果を媒介することを、イヌの生体心臓で明らかにした。

IPによる心筋保護作用は、IPが梗塞サイズを制限することが確認されている。
本研究では、IPがP38 MAPKの段階的上昇を引き起こすこと、IP中は一過性に強く活性化され、持続的虚血後は抑制されることを明らかにした。
さらに、持続虚血中や再灌流中よりもIP中のp38 MAPKの一過性の活性化が、HSP27のリン酸化と筋原線維への移行を介したトリガーとして、IPの梗塞サイズ制限効果を媒介することを、イヌの生体心臓で明らかにした。

p38 MAPKの一過性の活性化後のHSP27のリン酸化と転位が有益であることを示唆しているので、HSP27の転位の仕方はIPの媒介に不可欠かもしれない。HSP27は筋原線維や細胞骨格を保護し、一方、IPのもう一つのメディエーターと考えられるKATPチャネル開口は、カルシウム過剰を抑制したり、ミトコンドリアのエネルギー状態を改善したりするのかもしれない。したがって、HSP27を活性化する遺伝子導入を含む薬理学的あるいは分子生物学的方法を同定し、虚血性心疾患患者においてKATPチャネル開口（例えば、ニコランジル）のためにこの方法を他の方法と併用する必要がある。

IP中のp38 MAPKの活性化

p38 MAPKの一過性の活性化がIPの心保護作用の引き金となるか、あるいは致死的虚血の発現後にp38 MAPKが不活性化することで心保護作用が発現すると考えられる。
本研究では、SBを用いてIP手技中にp38 MAPKを阻害すると、梗塞サイズ制限効果が完全に逆転すること、SBによる冠動脈内前処置は梗塞サイズにもIPによる梗塞サイズ制限にも影響しないが、持続的虚血中にSBが存在し続けると心筋が保護されることが明らかになった。この観察結果は、これまでの研究で支持されているように、IP手技後の虚血／再灌流傷害の軽減におけるp38 MAPKの一時的活性化の重要な役割を強く示唆している7 8 10。しかし、持続的虚血中のp38 MAPKの不活性化もまた、本研究におけるIPの心保護作用を媒介する可能性を否定することはできない。10 11今回の研究では、虚血90分前後にSBを投与しても、IPでみられたような梗塞サイズの縮小はみられなかったが、持続虚血中にSBを連続投与することで、IPの梗塞サイズ制限効果を部分的に模倣することができた。この観察は、虚血前SB投与と持続虚血中のSB持続投与との効果の相違を明らかにするものであろう。イヌでは側副血流がかなりあるため、虚血領域で前投与された薬剤は洗い流され、有意な効果を示さない可能性がある。一方，虚血領域へのSBの持続注入は，イヌの心臓でもウォッシュアウトを回避することができ，持続虚血中のSBの効果を保証することができる。したがって、側副血流に起因する薬剤のウォッシュアウトが本モデルにおける格差の原因であると考えられ、本モデルにおける虚血中のSBは、持続的虚血中のSB群とIscSB群のMAPKAPK-2活性を比較した本試験の差が強く示唆するように、梗塞サイズを制限する効果も有する可能性がある。豚モデルには側副血行路がないため、このことも、in vivo豚モデルを用いた先行研究11と今回の観察との違いの原因かもしれない。持続的虚血時にp38 MAPKが活性化されること、および本研究における持続的虚血時にSBを投与した場合の梗塞サイズに対する効果は限定的であったことから、持続的虚血時のイヌの心臓におけるIPの梗塞サイズ制限効果には、p38 MAPKの抑制がさらに加わっている可能性が示唆される。一方、先行研究7 8によると、IPは持続虚血中にp38 MAPK活性を上昇させるが、Mackayら10および本研究では、IPは持続虚血中のp38 MAPKの長時間活性化を阻止することが示された。持続虚血中のp38 MAPK活性の相違7 8 9 10 11は、実験モデル、IP手技のプロトコール、生物種の相違、あるいは心筋虚血時間に起因している可能性がある。
p38 MAPKの一過性の活性化がIPの梗塞サイズ制限効果を引き起こすというシナリオは、IPの心保護作用を媒介することが広く認められているプロテインキナーゼC（PKC）の活性化とよく似ているかもしれない。一方、ある最近の研究33では、SBはより高用量でJNKも阻害することができるが、1μmol/LのSBはp38 MAPKの阻害に特異的であることから、本研究における心筋保護の調節はJNKとは無関係である可能性が示唆されている。このことは、他の研究でも支持されている7 10。

Abstract

虚血プレコンディショニング（IP）を含む虚血ストレスはp38 MAPKを活性化するが、p38 MAPK活性化とIPによる心保護作用の基礎となる細胞メカニズムとの関係はin vivoでは検証されていない。われわれは、選択的p38 MAPK阻害がIPの心保護効果に及ぼす影響を開胸イヌで検討した。冠動脈を5分間4回閉塞し、5分間の再灌流（IP）後、90分間の閉塞と6時間の再灌流を行った。IPと1時間の再灌流中、IP単独中、およびIP群の持続虚血中にSB203580を冠動脈に注入した。p38 MAPK活性はIP中に著明に上昇したが、虚血開始時には追加的に上昇することはなく、持続虚血15分ではさらに減弱した。熱ショック蛋白（HSP）27は、対照群と比較して、虚血開始時の総蛋白レベルに影響を与えることなく、リン酸化され、細胞質から筋原線維または核に移行した。SB203580の投与（1μmol/L）は虚血中のみで、虚血による梗塞サイズの制限を鈍らせ（虚血群37.3+/-6.3%に対して虚血群7.4+/-2.1%、P:<0.01）、虚血中のHSP27のリン酸化または転位のいずれかを抑制した。SB203580は虚血前後を通じて投与しても梗塞サイズ（33.3+/-9.4％）に有意な影響を及ぼさなかったが、虚血時のみSB203580を投与すると、IPによる梗塞サイズの制限（26.8+/-3.5％）を部分的に模倣した。したがって、虚血プレコンディショニング中の一過性のp38 MAPK活性化は、主にイヌの心臓におけるin vivoでのHSP27のリン酸化と転位に続く心保護作用を媒介する。

主要関連論文

Murry CE, Jennings RB, Reimer KA. Preconditioning with ischemia: a delay of lethal cell injury in ischemic myocardium. Circulation. 1986;74:1124-1136. - This seminal paper first described ischemic preconditioning, highlighting its potential to protect the heart from subsequent ischemic episodes.
Yellon DM, Downey JM. Preconditioning the myocardium: from cellular physiology to clinical cardiology. Physiol Rev. 2003;83(4):1113-1151. - This review provides a comprehensive overview of the mechanisms and clinical implications of ischemic preconditioning, including the role of various kinases like p38 MAPK.
Hausenloy DJ, Yellon DM. Myocardial ischemia-reperfusion injury: a neglected therapeutic target. J Clin Invest. 2013;123(1):92-100. - This paper discusses the broader context of myocardial ischemia-reperfusion injury, with an emphasis on therapeutic targets including MAPKs.
Juhaszova M, Zorov DB, Yaniv Y, Nuss HB, Wang S, Sollott SJ. Role of glycogen synthase kinase-3beta in cardioprotection. Circ Res. 2009;104(11):1240-1252. - This paper explores kinase pathways involved in cardioprotection, offering insights into how these mechanisms can be targeted for therapeutic benefit.