APOEノックアウトマウスの包括的紹介
APOE遺伝子の機能とは？
APOE遺伝子はアポリポタンパク質E（ApoE）をコードし、リポタンパク粒子と関連するタンパク質として、キロミクロンの輸送に重要な役割を果たします。ApoEは肝細胞および周辺組織の受容体に特異的に結合し、トリグリセリドを多く含むリポタンパク質成分の正常な分解代謝に不可欠です。ApoEは非常に低密度リポタンパク質（VLDL）および高密度リポタンパク質（HDL）の構成成分であり、コレステロールの輸送に関与しています。ヒトとは異なり、マウスはHDLが高く、低密度リポタンパク質（LDL）が低い特徴を示し、血中コレステロールの大部分はHDLに存在します。この遺伝子に変異が生じると、家族性リポタンパク質血症またはIII型高リポタンパク血症（HLP III）が発症することがあります。また、動脈硬化およびアルツハイマー病は、APOE遺伝子の多型と密接に関連しています。
APOEノックアウトマウスの表現型
ヘテロ接合体ApoeノックアウトマウスはApoEタンパク質を欠損しており、発育は正常に進行しますが、血漿中総コレステロール値が著しく上昇し、自発的に動脈硬化性病変を発症します。Apoeノックアウトマウスモデルは、ApoEの脂質代謝、動脈硬化、神経障害における機能解明、および動脈硬化過程を変化させる介入療法の検討に広く用いられています。
図1. Apoeノックアウトマウスでは、周辺組織におけるApoEの欠損がリポタンパク粒子の増加を引き起こす [1]
Apoe遺伝子をノックアウトすると、コレステロールは主に非常に低密度リポタンパク質（VLDL）に分布し、細胞表面のリポタンパク受容体に結合できず、分解されない大量のコレステロールが蓄積することで動脈硬化が進行します。研究により、ApoE−/−マウスは通常食条件下でも自発的に高コレステロール血症（300〜500 mg/dL）を発症し、有意な動脈硬化病変を呈することが示されています。高脂肪・高コレステロール食を投与すると、血漿中コレステロール値は1000 mg/dL以上に上昇し、動脈硬化の進行が加速します。ApoE−/−マウスの血漿中トリグリセリド値は、年齢や性別を問わず正常マウスと比較して68%高いです。一方、HDLは正常マウスの45%にまで低下しています。これらのマウスに発生する病変は、大動脈根部、大動脈弓、頭臂動脈、大動脈枝、腎動脈分岐部に集中します。通常食条件下では10週齢で初期の泡沫細胞病変が出現し、15週齢で動脈硬化病変へと進行し、20週齢には高度な線維化病変へと発展します。高脂肪・高コレステロール食はこの病態進行を加速させ、コレステロール結晶の形成、壊死核の出現、カルシフィケーションの促進を引き起こします。
APOEノックアウトマウスの研究応用
1. 煙草煙暴露および有害軽減に関する心血管・呼吸器疾患研究
動脈硬化は、全身性の炎症が動脈内皮におけるプラーク蓄積の基盤となる慢性疾患です。ApoE−/−マウスは全身的なプロ炎症状態を示すため、肺の炎症、気道閉塞、肺気腫を特徴とする慢性閉塞性肺疾患（COPD）および、同様のリスク因子（喫煙など）を共有する心血管疾患の研究に適したモデルとして注目されています。
図2. 脂質不均衡、内皮機能障害、全身性炎症が、ApoE-/-マウス（およびヒト）における動脈硬化および肺の炎症発症を決定する [3]
2. 心血管機能研究への応用
動脈硬化マウスモデルとマウスにおける血行動態測定技術を組み合わせることで、高コレステロール血症および／または動脈硬化が心血管機能に与える影響を解析できます。また、一酸化窒素、活性酸素種、加齢、食事といった要因が心血管機能障害モデルにおいてどのように相互作用するかを研究することが可能です。
3. 動脈硬化過程に対する介入療法および治療法の開発
栄養介入研究：異なる食事（栄養素の欠乏または過剰）を用いることで、プラークの形態変化やプラーク不安定化を誘導できる。
薬理学的研究：既知の血中脂質低下薬は、ApoE-/-マウスにおける動脈硬化病変領域に影響を及ぼす。また、動脈硬化を炎症性疾患として捉える関心の高まりにより、ApoE-/-マウスモデルは標的性抗炎症薬の研究にも用いられている。
Apoeノックアウトマウスを用いることで、ApoEが脂質代謝、神経系、免疫系などにおける機能を解明することが可能になります。さらに、多くの疾患モデルマウスと交配させることで、2つのモデル間のシグナル経路の相互作用を研究することもできます。したがって、Apoe遺伝子改変マウスは、疾患の病理機構の解明、治療標的の同定、および潜在的治療法の迅速な評価に不可欠な研究ツールとして、今後もさらに重要性を増していくでしょう。
参考文献：
1. Lane-Donovan C, Wong WM, Durakoglugil MS, Wasser CR, Jiang S, Xian X, Herz J. Genetic Restoration of Plasma ApoE Improves Cognition and Partially Restores Synaptic Defects in ApoE-Deficient Mice. J Neurosci. 2016 Sep 28;36(39):10141-50. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1054-16.2016. Epub 2016 Sep 28. PMID: 27683909; PMCID: PMC5039258.
2. Plump AS, Smith JD, Hayek T, Aalto-Setälä K, Walsh A, Verstuyft JG, Rubin EM, Breslow JL. Severe hypercholesterolemia and atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice created by homologous recombination in ES cells. Cell. 1992 Oct 16;71(2):343-53. doi: 10.1016/0092-8674(92)90362-g. PMID: 1423598.
3. Lo Sasso G, Schlage WK, Boué S, Veljkovic E, Peitsch MC, Hoeng J. The Apoe(-/-) mouse model: a suitable model to study cardiovascular and respiratory diseases in the context of cigarette smoke exposure and harm reduction. J Transl Med. 2016 May 20;14(1):146. doi: 10.1186/s12967-016-0901-1. PMID: 27207171; PMCID: PMC4875735.
4. Vasquez EC, Peotta VA, Gava AL, Pereira TM, Meyrelles SS. Cardiac and vascular phenotypes in the apolipoprotein E-deficient mouse. J Biomed Sci. 2012 Feb 13;19(1):22. doi: 10.1186/1423-0127-19-22. PMID: 22330242; PMCID: PMC3306747.
5. Zhang SH, Reddick RL, Burkey B and Maeda N. Diet-induced atherosclerosis in mice heterozygous and homozygous for apolipoprotein E gene disruption. J Clin Invest 1994; 94: 937-945.
6. Jawień J, Nastałek P and Korbut R. Mouse models of experimental atherosclerosis. J Physiol Pharmacol 2004; 55: 503-517.
