β-カテニンがエクソソームOPNを調節：CKDにおける線維化フィードバック機構
2022年3月、中国南方医科大のリリ・ゾウ教授チームは、「β-カテニン制御下の尿細管上皮細胞由来エクソソームがOPN-CD44軸を介して線維芽細胞の活性化に核心的な役割を果たす」と題する研究論文を、エクソソーム研究分野のトップジャーナルであるJournal of Extracellular Vesicles（IF=25.841）に掲載しました。
本研究では、エクソソームを介するOPN-CD44シグナル軸がβ-カテニンシグナルによって調節され、腎線維症の進行において重要な役割を果たすことが明らかになりました。
背景
慢性腎疾患（CKD）は、腎機能の徐々な喪失に伴い腎線維症の進行を特徴とし、終末期腎不全（ESRD）に至る高リスク因子です。
腎尿細管損傷と間質線維芽細胞の活性化はCKDの代表的な特徴であり、両細胞間の密接な相互作用が予想されます。しかし、そのメカニズムは明確に解明されていません。細胞間のタンパク質およびその他の物質を輸送する役割を果たすエクソソーム（exosome）が関与している可能性も示唆されています。
骨格糖蛋白（OPN）は細胞外基質のグリコ-リン酸化タンパク質であり、受容体CD44およびインテグリンβ3と結合することで細胞接着、増殖、浸潤およびアポトーシスに関与し、組織線維症過程に影響を与えます。全長（full-length）OPNは分子量約70kDaを有し、病態状態ではしばしばN末端断片（約50kDa）およびC末端2断片（約18kDaおよび16kDa）に断片化されます。N-OPNは病的変化を誘導する主要な活性型形態であると推定されますが、腎損傷における役割は明らかになっておらず、その調節メカニズムも十分に理解されていません。
ロードマップ
研究結果
β-カテニンが腎線維症においてOPN/CD44軸シグナル伝達をどのように調節するかを確認するため、研究チームはCre-loxPシステムを用いて腎尿細管でβ-カテニン遺伝子が特異的に欠損した条件的ノックアウト（cKO）マウスを構築しました。尿細管特異的β-カテニン条件的ノックアウト（cKO）マウス（Ksp-β-catenin−/−）は、Cyagen Biosciencesから提供されたKsp-cre転移マウスとβ-カテニンfloxedマウスを交配させることで作成され、腎線維症モデルである上部尿管閉塞（UUO）モデルを評価し、サウスウエスタンブロット、免疫蛍光、免疫組織化学、トランスクリプトーム塩基配列解析およびエクソソーム分離などの手法を用いて線維症緩和効果を検証しました。その結果、β-カテニンがエクソソームを介するOPN/CD44シグナル伝達を効果的に制御する因子であることが明らかになりました。
CD44の腎線維症関連の役割を解析するため、研究チームはグローバルCD44ノックアウト（KO）マウス（CD44−/−）を構築し、実験に用いました。UIRIモデル（CKDモデルの一つ）においてCD44ノックアウト効果は、免疫組織化学およびサウスウエスタンブロット分析により確認されました。CD44の役割を検証するため、マッソン染色、サウスウエスタンブロット、免疫蛍光、RNA塩基配列解析などを実施した結果、CD44欠損マウスはUIRIモデルにおいて腎線維症が軽減されることを証明できました。
C57BL/6N系統を基盤とするCD44欠損マウス（CD44−/−）は、6〜8週齢の個体を対象にCyagen Biosciencesから供給を受け使用しました。
過去の研究において、研究チームは尿細管由来エクソソームがShhシグナルを介して線維芽細胞を活性化し、腎線維症を誘導することを発見しています[4]。本研究では、尿細管由来エクソソームの追加的な役割を調査した結果、尿細管上皮細胞由来のOPNを含むエクソソームがCD44シグナル伝達を介して線維症促進に核心的な役割を果たすことが確認されました。
要約
尿細管特異的β-カテニン条件的ノックアウト（cKO）マウスおよびCD44ノックアウト（KO）マウスを用いた本研究により、β-カテニンがOPN/CD44軸を介して腎線維症の進行を調節するメカニズムが解明されました。β-カテニンは損傷した尿細管上皮細胞においてエクソソーム分泌およびOPN発現を促進する主要な調節因子として明らかになり、間質線維芽細胞の活性化に寄与することが示されました。OPNは尿細管上皮細胞由来エクソソームに包装され、間質線維芽細胞へと送達され、CD44と結合することで筋線維芽細胞を活性化します。また、尿中に存在するN-OPNはCKDの進行および腎線維症を示すバイオマーカーとして利用可能である可能性を示唆しました。
参考文献
1. Guan, H., 他, 2020. エクソソームを介する損傷した尿細管上皮細胞が線維芽細胞を活性化し、腎線維症を誘導する。Experimental Cell Research.
2. Bai, G., 他, 2020. エクソソームに含まれる骨格糖蛋白（OPN）の生成は、LPSで刺激されたTHP-1マクロファージで増加する。Int J Mol Sci.
3. Kaleta, B. 2019. 骨格糖蛋白の腎疾患関連の役割。Inflamm Res.
4. Liu X, 他, 2020. 尿細管由来エクソソームが線維芽細胞活性化および腎線維症に中枢的な役割を果たす。Kidney Int.
5. Shuangqin Chen, 他, 2022. β-カテニン調節エクソソームがOPN-CD44軸を介して線維芽細胞活性化に核心的な役割を果たす。Journal of Extracellular Vesicles.
