3．新規インスリン –WNK4–NCCリン酸化カスケードと血圧調節

□ II．Basic nephrology　A．生理
3．新規インスリン –WNK4–NCC リン酸化カスケード
と血圧調節
東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科腎臓内科学 key words
蘇原映誠
WNK kinase，hypertension，NCC，insulin
動　向
化カスケードに注目が集まっている．本稿では腎
腎臓の Na 輸送のメカニズムとして近年注目さ
臓における Na 輸送における WNK キナーゼの働
れているものに WNK キナーゼによる Na-Cl 共輸
きなど，腎臓遠位尿細管での塩分再吸収を制御す
送体（NCC）の制御があげられる．この新しい
る新しいメカニズムについて，最近の知見を中心
腎臓の Na 輸送制御に注目が集まったのは 2001
に解説する．また，インスリンがこの系を制御す
年に偽性低アルドステロン症 II 型（以下 PHA II）
ることを我々は発見し，これは高インスリン状態
の原因遺伝子として WNK1, WNK4 が同定され
となる肥満やメタボリックシンドロームにおける
たことにはじまる．PHA II は Gordon 症候群と
塩分感受性高血圧のメカニズムの 1 つとなる可能
もよばれ，常染色体優性遺伝形式を呈する遺伝性
性もあるなど非常に興味深く，同時に解説させて
腎疾患であり，塩分感受性高血圧，高カリウム血
頂く．
1）
症，代謝性アシドーシスを呈する病気である．
2）
さらにサイアザイド利尿薬により高血圧を含めた
他の諸症状も改善されることから，サイアザイド
の標的分子である NCC と WNK キナーゼとの関
A．偽性低アルドステロン症 II 型（PHA
II）と WNK キナーゼ
連に注目が集まった．従来，腎臓領域における遺
PHA II は familial hyperkalemic hyperten-
伝性高血圧疾患は腎臓尿細管の Na チャネルやト
sion; FHHt（家族性高カリウム性高血圧症）と
ランスポーター蛋白自身の変異により Na の再吸
して 1970 年に Gordon らが報告した 2）．常染色
収が異常に増加するというメカニズムで報告され
体優性遺伝形式を取る遺伝性疾患であり，臨床症
てきていたが，キナーゼが責任蛋白であったとい
状としては塩分感受性高血圧，高カリウム血症，
う事実は，トランスポーター蛋白単独の異常では
代謝性アシドーシスなどがあげられ，Gordon ら
なく，WNK キナーゼを介して血圧をコントロー
は腎での Na 再吸収増加による病態である．サイ
ルするネットワークが腎臓に存在することを示唆
アザイド利尿薬投与で病態が是正されることから，
していたこともこの系の重要な点であると考えら
その標的分子である NCC の gain of function が
れた．近年，PHA II 病態モデルノックインマウ
その病態に深く関わっていると考えられていたが，
スの報告から，WNK-OSR1/SPAK-NCC リン酸
NCC 自身の変異は発見されていなかった．しか
3）
16 Annual Review 腎臓 2011
autoinhibitory domain
Long form WNK1
(L-WNK1)
coiled-coil domain
1
2382
kinase domain
Kidney specific WNK1
(KS-WNK1)
1895
1
WNK1 PHAII
L-WNK1
KS-WNK1
exon2
exon1
exon3
exon4a
exon4
exon5
Intron1
WNK4 PHAII
Acidic Motif
EPEEPEADQHQ
LK AE
H
P561L E562K
D564A D564H
SSRQRRLSKGS
RQRRLSKGS
1190S
190S
Q565E
1
WNK4
Akt-SGK1
phosphorylation Motif
kinase domain
R1185C
1243
図 1　WNK キナーゼと PHAII 変異
し 2001 年に Lifton らが，ポジショナルクローニ
ングによって WNK1 と WNK4 の 2 つの遺伝子で
Ｂ．WNK1 変異と PHA II 発症メカニズム
の変異が報告された 1）．従来，このような遺伝性
PHA II における WNK1 変異は，イントロン 1
高血圧疾患は膜輸送体自身が原因遺伝子であった
の広大な欠損である 1）（図 1）．患者白血球からの
が，キナーゼの変異が見つかったことは塩分再吸
RT-PCR では WNK1 の発現が PHA II 患者で増加
収を制御する何らかのシグナル伝達が腎臓に存在
していた．L-WNK1 と KS-WNK1 は競合的に機
することを示唆しており，非常に興味深い報告で
能するとも考えられていたが，KS-WNK1 ノック
あった．
アウトマウスでは NCC の機能亢進がある一方 8），
WNK キナーゼは，セリン・スレオニンキナー
PHA II 変異同様に WNK1 のイントロン 1 を欠失
ゼの 1 つであり，キナーゼの catalytic ドメイン中
させたトランスジェニックでは KS-WNK1 の転写
の保存されているリジン（K）残基がシステイン
が L-WNK1 の 10 倍亢進していたという報告もあ
に置き換わっているため，With No Lysine（K）
り 9），WNK1 の機能と PHA II 発症機序に関して
kinase と名付けられており 4），現在哺乳類では
はまだ不明な点が多い．
WNK1 ～ 4 の 4 種類が同定されている．WNK1
5）
には long form WNK1（L-WNK1）と，キナー
ゼドメインを欠如した腎臓特異的 kidney specifi c WNK1（KS-WNK1）が存在するとされている 6,7）
（図 1）
．
Ｃ．WNK4 変異と PHA II 発症メカニズム
一方 WNK4 には 6 つのミスセンス変異が報告
されており，そのうち 5 つの変異が前半の coiled coil ドメイン近傍の acid motif に集中している
II．Basic nephrology － A．生理－ 3．新規インスリン –WNK4–NCC リン酸化カスケードと血圧調節 17
（P561L, E562K, D564A, D564H, Q565E）1,10,11）
（図 1）
．当初，Xenopus oocyte を用いた報告が
相次いだが，我々は実際の病態生理を明らかにす
るためにヒトの変異と同じ変異を持つ
WNK4D561A ノックインマウス（WNK4
D546A/ ＋
）
D．WNK-OSR1/SPAK-NCC リン酸化
カスケードの生理的な制御機構
PHA II での WNK-OSR1/SPAK-NCC リン酸化
カスケードの異常は明らかになったが，このカス
マウスは
ケードの腎尿細管での生理的な Na 出納調節機構
通常食下で高 K 血症，代謝性アシドーシス，高血
についてのさらなる検討が報告されるようになっ
圧症を示し，PHA II 病態のモデルマウスである
た．高塩食，低塩食で飼育したときの OSR1/
ことが確認された．また，これらの症状はサイア
SPAK-NCC リン酸化カスケードを野生型マウス
ザイド投与によって改善することからも NCC が
で確認したところ，高塩食で抑制され，反対に低
病態の本質を担っていると考えられた．事実，
塩食で亢進したことから，塩分摂取状況に応じて
NCC リン酸化は WNK4
マウスで増加して
生理的に調節されていることが明らかになっ
いた．さらに WNK の基質として OSR1/SPAK キ
た 16）．高塩食でこのカスケードが抑制されてい
ナーゼが同時期に報告されており 12），我々は
るときにアルドステロンを投与すると活性化され，
WNK4
低塩での亢進した状態はスピロノラクトンで抑制
を作成し解析を行った．WNK4
3）
D546A/ ＋
D546A/ ＋
D546A/ ＋
マウスで検討したところ OSR1/
SPAK リン酸化が亢進していることを発見した．
されることから，アルドステロンが上流にあるこ
この WNK-OSR1/SPAK-NCC リン酸化カスケー
とが明らかとなった．また，serum- and
ドの存在は，後の OSR1/SPAK のキナーゼ不活化
glucocorticoid-regulated kinase 1（SGK1）ノ
ノックインマウス
や SPAK ノックアウトマウ
ックアウトマウスでは高塩食と低塩食にした場合
において NCC リン酸化が落ちていたことか
でも野生型のような生理的な NCC リン酸化の制
らさらに確定的になった．さらに我々は OSR1/
御ができないことがわかっており，SGK1 がその
SPAK キナーゼ不活化ノックインマウスに
制御機構に関与していると考えられる 17）．
しかし，
WNK4 D546A/ ＋マウスを交配させて作成したトリプ
WNK1 が SGK1 をリン酸化するという報告もあ
ルノックインマウスを作製し，PHA II の病態の
り 18），さらなる検討を要する．高塩食で OSR1/
本質である NCC リン酸化過剰亢進は OSR1/
SPAK-NCC リン酸化が抑制される現象は PHA
SPAK の活性に依存していることも確認している
IIWNK4 D546A/+ マウスにおいては認められず，こ
（投稿準備中）
．Xenopus oocyte を用いた研究や
のことが PHA II で持続的に Na 再吸収が増加し
WNK4 を強制発現したトランスジェニックマウ
ている原因となっていると考えられた 16）．また，
スでは WNK4 は NCC リン酸化について抑制的で
angiotensin II も mpkDCT 細胞において下流の
あると報告されてきたが，我々の作成した
OSR1-NCC リン酸化亢進をもたらすことも明ら
WNK4 hypomorphic マウスは OSR1/SPAK-NCC
かになっている 19）．
ス
14）
13）
リン酸化は低下しており 15），実際の生体内では
一方，カリウムと WNK の活性制御の関係につ
WNK4 は OSR1/SPAK-NCC リン酸化を活性化す
いては，COS7 細胞において，細胞外 K による
る働きをすると我々は考えている．腎臓特異的
WNK1 の活性化制御が示された．すなわち，低 K
WNK4 ノックアウトマウスの解析など，さらな
状態では WNK1 の活性が亢進し，高 K 状態では
る検討が期待される．
抑制された 20）．これはカリウムが OSR1/SPKANCC リン酸化カスケードを通じて NCC の活性を
18 Annual Review 腎臓 2011
図 2　腎臓遠位尿細管における NCC 制御機構
制御している可能性を示している．事実，マウス
R1185C 変異における 1190S リン酸化状態を評
実験でも低カリウム食で NCC のリン酸化が亢進
価したところ，WNK4 R1185C 変異体において
し，高カリウム食では高アルドステロン状態であ
は 1190S リン酸化が過剰に亢進しており，同部
るにもかかわらず NCC のリン酸化を抑制するこ
位の phospho mimicking mutant WNK4，
とを示されている
phospho deficient mutantWNK4 の解析も踏ま
．
17）
えて，これが PHA II の原因になっていると考え
E．PHA II 変異 WNK4R1185C とイン
スリン -WNK-NCC リン酸化カスケ
ード
られた．WNK4 1190S の過剰なリン酸化が PHA
II の発症につながっているということは，同時に
1190S リン酸化が生理的に機能していることを
意味しており，1190S リン酸化の制御機構につい
上述したように，多くの PHA II 変異は WNK4
て検討したところ，WNK4 1190S リン酸化はイ
の acid motif に存在するが，Lifton らが報告した
ンスリンによって制御されることを培養細胞で発
R1185C 変異のみ WNK4 の C 末側に存在する．
見した．さらに高インスリン状態のマウス腎臓に
さらにこの直後にある 1190 番目の Serine
おいて WNK4 S1190-OSR1/SPAK-NCC カスケー
（1190S）は Akt/SGK1 によってリン酸化される
ドのリン酸化が亢進することを確認し，インスリ
1）
ことが報告されており
，PHA II 変異のある
ンが WNK4-OSR1/SPAK-NCC リン酸化カスケー
1185R は Akt/SGK1 が 1190S をリン酸化するた
ドを制御していることを明らかにした（論文投稿
めの RxRxxS motif を形成している Arginine であ
中）．この新規インスリン -WNK4-NCC カスケー
った（図 1）
．当然，1185R の変異は 1190S リン
ドは肥満等高インスリン状態における塩分感受性
酸化状態を変化されることが予想されたため，
高血圧症のメカニズムに関与していることが考え
我々は WNK4 1190S リン酸化抗体を作成し，
られ，有効な治療法に結びつく可能性もあり，非
21）
II．Basic nephrology － A．生理－ 3．新規インスリン –WNK4–NCC リン酸化カスケードと血圧調節 19
常に興味深い．
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F．今後の WNK 研究
7）O’Reilly M, Marshall E, Speirs HJ, et al. WNK1, a
gene within a novel blood pressure control pathway, tissue-specifically generates radically differ-
上述のように，PHA II の病態生理は明らかに
なりつつあるものの，各々の WNK1/WNK4 変異
による PHA II 発症メカニズムや生理的な制御機
構については不明な点もまだ多い．また，SPAK
ノックアウトマウスでは血管のトーヌスが変化し
ていることも報告されており 14），腎臓以外の臓
器での WNK の機能にも注目が集まっている．そ
の他にも WNK3 が WNK4 の機能と拮抗するとい
う報告もあり
，WNK3 の機能にも興味が集ま
22）
るところである．一般高血圧集団における検討で
SPAK の SNPs が有意に多かったという報告もあ
り
，今後，WNK を中心とした系が本態性高血
23）
圧の原因の一つとしてさらに注目されると考える．
我々も各種マウス等を現在作成または解析中であ
り，さらなる解明を進めたい．
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