SREBP1による心不全新規メカニズム｜NHE3制御と心血管研究モデル

心不全の新たなメカニズム：SREBP1非古典的機能によるカルシウムシグナル破綻

心不全はさまざまな心血管疾患の終末期段階であり、そのうち射出率低下型心不全（HFrEF）は心筋収縮機能の障害を主な特徴とします。心筋細胞におけるナトリウム・カルシウム恒常性の破綻は心収縮機能障害の重要な要因ですが、糖尿病や高脂血症などの代謝性合併症を伴わないHFrEFで、心臓のイオン恒常性を乱す中心的な機序は十分に解明されていません。

ステロール調節エレメント結合タンパク質1（SREBP1）は、古典的には脂質代謝を制御する転写因子として知られ、長年にわたり主に心筋脂質代謝の再構築を介して心疾患に関与すると考えられてきました。これまでのSREBP1研究は脂毒性による障害に焦点を当てることが多く、非代謝性要因によるHFrEFにおける機能、特に心筋イオン恒常性への作用は明らかではありませんでした。

北京大学第三医院の肖晗氏らの研究チームがCirculationに発表した研究では、SREBP1の非古典的な病原性機能が示されました。病的ストレス下で活性化されたSREBP1は、ナトリウム・水素交換輸送体3（NHE3）を直接転写的に上昇させ、心筋のナトリウム・カルシウム過負荷を引き起こしてカルシウム循環の恒常性を損ない、心収縮機能障害を悪化させます。本研究はHFrEFの機序研究と標的介入に新たな方向性を示しています。研究で使用されたSrebp1a-TgマウスおよびSrebf1-floxマウスはいずれもサイヤジェン（Cyagen）が提供しました。

Circulation掲載研究の概要と研究材料・方法

(DOI: https://doi.org/10.1161/circulationaha.126.079823)

一、研究材料と方法

研究では、糖尿病や高脂血症を伴わない拡張型心筋症HFrEF患者の心臓組織、圧負荷性心不全を誘導する大動脈縮窄術（TAC）マウスの心臓組織、さらにin vitroでイソプロテレノール（ISO）およびアンジオテンシンII（AngII）により刺激した成体マウス心筋細胞などを用いて、SREBP1の活性化レベルと下流のNHE3発現を検討しました。

研究チームは心筋特異的なSrebp1a過剰発現マウスと、心筋特異的なSrebf1ノックアウトマウスを構築し、これらのモデルはサイヤジェン（Cyagen）が提供しました。メタボローム解析などを用いて脂毒性を評価し、トランスクリプトーム解析でSREBP1の下流標的遺伝子を探索し、ChIP-seqやルシフェラーゼレポーター解析などによってSREBP1によるNHE3転写制御を検証しました。また、成体マウス心筋細胞のナトリウム・カルシウムシグナルも解析しました。

二、技術ルート

1. 心不全患者、心不全マウスモデル、ストレス負荷心筋細胞におけるSREBP1活性化レベルを測定

2. 心臓特異的SREBP1過剰発現モデルを用いて、心機能とカルシウムシグナルへの影響を解析

3. メタボローム解析、RNAシーケンス、ChIP-seqなどを用いてSREBP1によるNHE3制御の分子機構を解析

4. ノックアウトマウスとアデノ随伴ウイルス（AAV）によってSREBP1-NHE3経路を介入し、心機能とカルシウムシグナルへの改善効果を評価

三、研究結果

1. SREBP1はヒト不全心筋、心不全マウスモデル、ストレス負荷心筋細胞で切断活性化される

研究チームはまず臨床サンプルと動物モデルを用いて検証しました。糖尿病や高脂血症などの代謝性疾患を伴わない拡張型心筋症合併HFrEF患者の心臓組織、およびTACで誘導したマウスHFrEF心臓では、SREBP1タンパク質が顕著に活性化され、活性型SREBP1が心筋細胞核内に集積していました。in vitro実験でも、AngIIやISOなどの心筋ストレス刺激がSREBP1の核移行と活性化を誘導し、SREBP1がHFrEF病態進行における重要な応答分子であることが示されました。

2. 心臓特異的Srebp1a過剰発現は心収縮機能障害とカルシウム過負荷を誘導する

SREBP1活性化による心機能障害の下流機序を明らかにするため、研究チームは心筋特異的Srebp1a過剰発現トランスジェニックマウス（Srebp1a-Tg）を構築し、マルチオミクス解析と機能検証を行いました。その結果、Srebp1a-Tgマウスでは心筋収縮機能が著しく低下し、駆出率が経時的に低下し、生存率も低下しました。心筋細胞ではカルシウム過負荷、カルシウムハンドリング異常、T管構造の障害が認められ、SREBP1の切断活性化が心機能低下を引き起こすことが示唆されました。

図1　心臓特異的Srebp1a過剰発現による心収縮機能障害とカルシウム過負荷

3. 心筋SREBP1は脂毒性に依存せず、転写因子としてNHE3を上昇させ、カルシウム過負荷を引き起こす

SREBP1は脂質代謝を制御することが知られているため、研究チームはメタボローム解析や電子顕微鏡など複数の手法でSrebp1a-Tgマウスの心臓脂質レベルを評価しました。しかし、心筋組織には明らかな脂質蓄積や脂毒性障害は認められず、各種脂質代謝中間体も増加していませんでした。これにより、SREBP1が介在する心筋障害は脂毒性に依存しないことが示されました。

トランスクリプトーム解析から、重要な下流標的としてナトリウム・水素交換輸送体3（NHE3、遺伝子名Slc9a3）が同定されました。NHE3は正常心臓ではほとんど発現しませんが、SREBP1過剰発現マウス心筋では発現が顕著に上昇しました。また、TAC心不全マウスおよび臨床HFrEF患者の心臓サンプルでもNHE3発現が上昇していました。一方、心臓で古典的に知られるナトリウム・水素交換輸送体NHE1の発現はSREBP1による制御を受けず、既往のNHE1標的治療で心不全に対する臨床効果が十分でなかった理由の一つを説明する結果となりました。

さらにChIP-seq、ChIP実験、デュアルルシフェラーゼレポーター解析により、SREBP1がSlc9a3遺伝子プロモーター領域の特異的SRE配列に直接結合し、転写レベルでNHE3発現を活性化することが確認されました。これにより「SREBP1-NHE3」という新たなシグナル軸が示されました。

図2　SREBP1によるNHE3発現と活性の促進

4. SREBP1活性化またはNHE3発現の抑制はカルシウム過負荷と心機能を改善する

ナトリウム・カルシウム恒常性は心筋の収縮・拡張連関の基盤です。NHE3が異常に活性化すると心筋細胞へのナトリウム流入が増加し、逆向きナトリウム・カルシウム交換を誘発して、最終的に細胞内カルシウム過負荷を引き起こし、カルシウム循環の恒常性を損ないます。

本研究ではSREBP1-NHE3軸を抑制することで病原性経路を検証しました。

（1）ノックダウン・補完実験：TAC心不全マウスで心筋SREBP1またはNHE3を特異的に低下させると、心筋のナトリウム・カルシウム過負荷が軽減し、カルシウムハンドリング異常が改善され、SERCA2a機能が回復し、心収縮機能が改善しました。

（2）Rescue実験：SREBP1過剰発現マウスでNHE3を低下させると心筋収縮障害が改善しました。反対に、SREBP1ノックアウトマウスでNHE3を過剰発現させるとSREBP1欠失による心保護作用が打ち消され、NHE3がSREBP1による心不全制御の重要な下流エフェクターであることが確認されました。

四、研究結論

本研究は、心不全における新たな機序を明らかにしました。HFrEF心臓では、活性化SREBP1が脂毒性に依存しない形で転写因子としてNHE3発現を促進し、カルシウム過負荷と心筋収縮機能障害を引き起こします。これはSREBP1を単なる脂質代謝調節因子とみなす従来の認識を広げ、心筋イオン恒常性破綻の上流制御機構を示すものです。HFrEFの機序研究と標的介入に新たな研究基盤を提供します。

図3　SREBP1による心不全制御の模式図

五、サイヤジェンのモデル支援と関連リソース

本研究で使用されたSrebp1a-TgマウスおよびSrebf1-floxマウスはサイヤジェン（Cyagen）が提供しました。

サイヤジェンでは、動物モデルのカスタム作製、トランスジェニックマウス、遺伝子ノックアウトマウス、遺伝子編集Ratなど、多様なモデル構築サービスを提供し、心血管疾患、代謝疾患、薬物作用機序研究を支援しています。

関連モデル

Srebf1 flox マウス
系統名：C57BL/6NCya-Srebf1^em1flox/Cya
製品番号：S-CKO-05277
用途：筋肉、腫瘍、心血管メカニズム関連研究

ワンストップ・マウスモデル検索プラットフォーム：MouseAtlas

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サイヤジェン（Cyagen）について

サイヤジェン（Cyagen）は2006年に創業したライフサイエンス企業で、遺伝子改変動物モデルの作製やCROサービスなどを提供しています。日本支店は2016年に開設されました。

FAQ

SREBP1はHFrEFでどのような役割を果たしますか。

本研究では、病的ストレス下で活性化されたSREBP1がNHE3を転写的に上昇させ、心筋のナトリウム・カルシウム過負荷と収縮機能障害につながることが示されました。

SREBP1による心筋障害は脂毒性によるものですか。

研究ではSrebp1a-Tgマウスの心筋に明らかな脂質蓄積や脂毒性障害が認められず、SREBP1による心筋障害は脂毒性に依存しないことが示されました。

NHE3はどのように心筋カルシウム過負荷に関与しますか。

NHE3の異常活性化によって心筋細胞へのナトリウム流入が増加し、逆向きナトリウム・カルシウム交換を介して細胞内カルシウム過負荷を引き起こすとされています。

本研究で使用されたサイヤジェンのモデルは何ですか。

Srebp1a-TgマウスとSrebf1-floxマウスが使用されました。記事で製品番号が明記されている関連モデルはSrebf1 floxマウス（S-CKO-05277）です。