● シンポジウム 2 脳循環代謝制御に関連する物質―update― 3.脳虚血病態における微小循環障害に対する Rho-kinase 活性化の関与 八木田佳樹,北川 要 一夫 旨 我々は脳虚血発症早期の血管内皮障害および微小循環障害に Rho-kinase 活性化が関与している可能性がある と考え,虚血脳における Rho-kinase 活性化の動態を経時的に観察した.さらに血管内皮と微小循環の変化を評 価し,これらに対する Rho-kinase 阻害薬の効果について検討を行った.ラット中大脳動脈永久閉塞モデルを用 い,Rho-kinase の活性化を基質である adducin のリン酸化で評価した.脳内微小血管における Rho-kinase 活性 は,脳虚血により虚血辺縁部において早期より活性化されており,同部位では vWF の染色性増強を認めた.蛍 光ラベルした血清を静注することにより微小循環を評価すると,この部位では既に微小循環障害が認められた. Rho-kinase 阻害薬であるファスジル(10 mg! kgBW)を虚血開始 5 分後に腹腔内投与した群では,虚血辺縁部 における微小循環障害は抑制され,脳梗塞体積縮小および神経学的スコアの改善を認めた.以上の結果より Rhokinase 活性化が脳虚血後の血管内皮細胞障害,微小循環障害に関与することが示唆された. (脳循環代謝 19:69∼74,2007) キーワード:脳虚血,微小循環障害,血管内皮,Rho-kinase して発見された2,3).Rho-kinase はその基質蛋白の活性 はじめに を制御することで種々の細胞において重要な働きを 担っていると考えられる(Fig. 1) .血管内皮における げっ歯類を用いた脳血管閉塞による脳梗塞モデルに 作用としては,低酸素血症時の血管内皮細胞において おいては虚血誘導から少なくとも 24 時間以上の経過 内皮型一酸化窒素合成酵素(eNOS)の発現が低下す 1) で脳梗塞巣は拡大し続けることが報告されている . ることが知られているが,この現象に Rho-kinase が 虚血辺縁部では種々の組織傷害性因子による血管内皮 関与していることが報告されている4).Rho-kinase 阻 障害が進行し,接着因子の発現増加,白血球の微小血 害薬は血管内皮における eNOS の mRNA を安定化さ 管内皮集積などを介した微小循環障害が進展する.そ せることで eNOS の発現量を増加させることも明ら の結果虚血領域は拡大し,脳梗塞巣拡大につながって かになり,各種病態において Rho-kinase 阻害薬の血 いくと考えられている.このことから急性期の虚血辺 管内皮障害改善を介した治療効果が期待されるように 縁部における血管内皮障害を抑制することができれば なった.最近,局所脳虚血モデルにおいて Rho-kinase 脳梗塞巣拡大を阻止できる可能性があると考えられ 阻害薬を 2 日前からあらかじめ前投薬しておくと脳血 る. 流量増加により梗塞体積の縮小効果が認められたとい 近年,脳虚血急性期の治療薬として Rho-kinase 阻 う報告がなされた5).そしてこの効果は血管内皮機能 害薬が注目されている.Rho-kinase は低分子量 G 蛋 改善を介するものであることも同時に示された.しか 白質の Rho によりその活性が制御されるキナーゼと しながら実際の臨床では脳梗塞発症前から治療薬をあ らかじめ投与できるケースは極めて少ないと考えられ 大阪大学大学院医学系研究科神経内科学(脳卒中センター) 〒565―0871 大阪府吹田市山田丘 2―2 TEL 06―6879―3634 FAX 06―6878―6574 Mail [email protected] る.この点を考えると,脳虚血発症後に投薬を開始し ても,ペナンブラにおける血管内皮障害を抑制しうる かということが重要な問題となってくる.これまで脳 虚血病態における Rho-kinase 活性化の詳細は分かっ ― 69 ― 脳循環代謝 第 19 巻 第3号 Fi g.1. Rho / Rho ki na s es ys t e m. Rho ki na s er e gul a t e sc e l lmo t i l i t ya ndc o nt r a c t i o nvi aa l t e r a t i o no fs ubs t r a t ef unc t i o n. I nt hee ndo t he l i a lc e l l , Rho ki na s ea c t i va t i o nde c r e a s e se NOSf unc t i o n. ておらず,虚血領域における Rho-kinase 阻害薬の作 められた(Fig. 2) .虚血 6 時間後には神経細胞での発 用についても不明な点が存在する.これらの点を明ら 現は低下しており,かわってグリア細胞と微小血管に かにするため,本研究では脳虚血後の Rho-kinase 活 おいて p-adducin の発現上昇が認められた.24 時間 性化のプロフィール,および血管内皮障害,微小循環 後にはこれらの p-adducin シグナルはさらに強いもの 障害進展との関連を検討した. となっていた.また Rho-kinase 阻害薬であるファス ジルを虚血誘導後に投与すると脳実質内のグリア細胞 対象と方法 における Rho-kinase 活性化は抑制できていないが血 管内皮における活性化は抑制されていることが示され 雄性 Wister ラット(体重 270 g∼320 g)を用い, た. 血管内栓糸法にて中大脳動脈永久閉塞モデルを作成し 脳虚血誘導早期の血管内皮における Rho-kinase の た.Rho-kinase 活 性 は Rho-kianse の 基 質 で あ る α- 活性化が血管内皮障害および微小循環障害に関与して adducin のリン酸化状態を免疫組織化学染色で検出す いるのではないかと考え,まず脳虚血時の血管内皮障 ることで評価した.リン酸化抗体は Rho-kinase によ 害および微小循環障害を評価した.脳虚血誘導後 6 時 りリン酸化される Thr 4456)のリン酸化状態を特異的 間という早期の時点では虚血中心部は既に梗塞に陥っ に認識するものを用いた.血管内皮障害は von Wille- ているものの虚血辺縁部では神経細胞は保たれている brand 因子(vWF)の染色性増強により,微小循環 (Fig. 3) .しかしこの領域ではすでに vWF の染色性 fluo- 増強と微小血管のラベル効率の低下が認められ,血管 rescein : DTAF)した血清を静脈注射することで脳内 内皮障害と微小循環障害が進行していることが観察さ の微小循環をラベルすることにより評価した.Rho- れた.この領域はその後梗塞に陥る危険性の高い領域 kinase 阻害薬のファスジル(10 mg! kg)は虚血誘導 であることから先行する微小循環障害の進展が梗塞巣 5 分後に腹腔内投与し,6 時間後の vWF 染色性,微 拡大に関与しているものと考えられる. 障 害 は 蛍 光 ラ ベ ル(dichlorotriazinyl amino 脳虚血誘導後に Rho-kianse 阻害薬を投与すること 小循環に対する効果を,48 時間後の脳梗塞サイズ, でこれらの障害が抑制されるかどうか検討を行った. 神経スコアに対する効果を評価した. まず vWF 染色性に関してはファスジル投与により虚 結 果 血の強い領域ではその効果を認められなかったもの の,虚血辺縁部において染色性増加を抑制していた リン酸化 adducin(p-adducin)は非虚血脳におい (Fig. 4) .また微小血管ラベル効率に関しても同様に て広く発現していたが,特に神経細胞で高い発現が認 虚血辺縁部でラベル効率低下の抑制効果が観察された ― 70 ― 3.脳虚血病態における微小循環障害に対する Rho-kinase 活性化の関与 Fi g.2. Rho ki na s ea c t i va t i o ni nt hepe r i phe r a lr e gi o no fi s c he mi ca r e a . I mmuno hi s t o c hemi s t r yo fpa dduc i ni ndi c a t e sRho ki na s ea c t i vi t y.I nt heno ni s c he mi cc o r t e x,pa dduc i ns t a i ni ngwa sl o c a l i z e dpr e do mi na nt l yi nne ur o na lc e l lbo di e s (A). Af t e ri s c hemi ci ns ul t , pa dduc i ns t a i ni ngwa si nc r e a s e di nbr a i nve s s e l s6 (B, a r r owhe a ds )a nd2 4ho ur ( sC)a f t e ri nduc t i o n o fi s c he mi a .I nt hi spha s e ,ma nygl i a lc e l l sa l s os t a i ne ds t r o ngl yf o rpa dduc i n.Si xho ur sa f t e r i s c he mi a , pa dduc i ns i gna l swe r ei nc r e a s e di nt hee ndo t he l i um o fve hi c l e t r e a t e dr a t (D, a r r o ws ) . I nt hef a s udi l t r e a t e dgr o up, pa dduc i ns i gna l swe r es uppr e s s e di nt hee ndo t he l i um 6ho ur sa f t e r i s c he mi a (E, a r r o ws ), whe r e a spa dduc i ns i gna l si ngl i a lc e l l swe r eno ta l t e r e d. Sc a l eba r s= 7 5μm(AC), 5 0μm(D, E) (Fig. 5) .これらの結果より脳虚血後のファスジル投 う効果が認められることも示した.Rho-kinase 阻害 与が虚血後早期の虚血辺縁部における血管内皮障害と 薬のファスジルはその平滑筋弛緩作用によりくも膜下 微小循環障害を軽減することが示されたといえる.さ 出血後の脳血管攣縮に対する治療薬としてすでに臨床 らに虚血 48 時間後の脳梗塞体積の縮小効果,神経症 の場で広く用いられ,安全性も確立している.このた 状軽減効果も認められ(Fig. 6) ,ファスジルは脳虚血 め脳梗塞治療薬として用いるための研究も進んでお 後投与でも血管内皮障害と微小循環障害抑制効果を介 り,実際の脳梗塞急性期患者に対する臨床試験におい して脳梗塞後遺症を軽減することが可能であると考え て有効性が認められたことがすでに報告されてい られる. る7).最終的に臨床の場に登場するまでにはまだいく つかの検証が必要であるが新たな脳保護薬として期待 考 察 できる. 現在脳虚血急性期の治療の中心は抗血栓療法であ 現在脳梗塞急性期の脳保護薬としてエダラボンが認 る.病型や病態により抗血小板剤や抗凝固薬を用いて 可されているが,Rho-kinase 阻害薬が新たな脳保護 虚血巣の拡大を防ぐ治療法がとられるが,その有効性 薬として注目されている.本研究ではその機序解明の の反面,出血性梗塞への移行という危険性を潜在的に 基礎データとして脳虚血後の Rho-kinase 活性化のプ はらんでいる.組織傷害により脳血管は透過性が増 ロフィールを明らかにし,血管内皮障害,微小循環障 し,脆弱になっているため元々出血性変化をきたしや 害との関連を示した.また脳虚血誘導後の Rho-kinase すいところにこれらの薬剤が作用し出血を増悪させる 阻害薬投与により脳梗塞巣縮小,神経後遺症軽減とい ことになる.血栓は血小板や凝固因子だけで生じるの ― 71 ― 脳循環代謝 第 19 巻 第3号 Fi g.3. Mi c r o c i r c ul a t o r ydi s t ur ba nc e si nt hepe r i phe r a li s c hemi ca r e ane a rt heMCA. D)a ndMAP2 (C, F), a ndvWFs t a i ni ng(B, E)i n Pa ne l ss ho w do ubl e s t a i ni ngwi t hDTAF(A, t hes amer e gi o nso f (A, C)a nd (D, F)i na dj a c e nts e c t i o ns . Awa yf r o mt hei s c hemi ca r e a , MAP2 a ndvWF s t a i ni ngwe r ede t e c t e da tno r ma ll e ve l s (AC).I nt hei s c he mi ca r e a ,mi c r o c i r c ul a t i o n a ndvWFs t a i ni ngwa si nc r e a s e d (E), whe r e a sMAP2 wa sdi s t ur be d6ho ur sa f t e ri s c hemi a (D), s t a i ni ngwa sunc ha nge d(F). Fi g.4. Ef f e c to ff a s udi lo ne ndo t he l i a lc e l ldys f unc t i o ni nt hee a r l ypha s eo fi s c hemi ci nj ur y. vWFs i gna lwa si nc r e a s e di nt hei s c he mi ca r e a6ho ur sa f t e ri nduc t i o no fi s c hemi a (A)a ndf a s udi lt r e a t me nta t t e nua t e dvWFs t a i ni ng (B). Qua nt i t a t i vea na l ys i ss howe das i gni f i c a ntdi f f e r e nc e i nt hepe r i phe r a li s c he mi ca r eabe t we e nt he2gr o ups (C). Sc a l eba r= 5 0μm * Va l ue sa r ee xpr e s s e da sme a n±SD; n= 5f o re a c hgr o up. P< 0 . 0 5vs . t heve hi c l e t r e a t e dgr o up. ではなく,血栓形成の場である血管内皮の状態がその も脳虚血急性期の治療として血管内皮は重要な標的と 形成に大きく影響する.したがって血管内皮障害を抑 なりうると考えられる. 制することで内皮上の接着因子発現や血管透過性をコ Rho-kinase 阻害薬の血管内皮保護作用は NO を介 ントロールできれば出血性副作用の少ない抗血栓療法 するものであると考えられている.脳虚血モデルにお を開発することにつながる可能性がある.この点から いても虚血誘導 2 日前からの投与により脳血流量が増 ― 72 ― 3.脳虚血病態における微小循環障害に対する Rho-kinase 活性化の関与 Fi g.5. Fa s udi lt r e a t me nti mpr o ve dmi c r o c i r c ul a t i o ni nt hepe r i phe r a li s c he mi ca r e a . Mi c r o c i r c ul a t i o nwa sa s s e s s e dwi t ht heus eo fDTAFl a be l e ds e r um 6ho ur sa f t e ri nduc t i o no f i s c he mi a . I nt hepe r i phe r a li s c hemi ca r ea , mi c r o c i r c ul a t i o nwa sma r ke dl ydi s t ur be di nt heve hi c l e t r e a t e dgr o up (A), whe r e a sf a s udi lt r e a t me nti mpr o ve dc a pi l l a r ypa t e nc y (B). Qua nt i t a t i vea na l ys i si ss ho wni n(C). Sc a l eba r =5 0μm * Va l ue sa r ee xpr e s s e da sme a n±SD; n=5f o re a c hgr o up. P< 0 . 0 5vs . t heve hi c l e t r e a t e dgr o up. 必ずしも十分ではないと考えられる.発現量とともに eNOS の活性化が Rho-kinase 阻害薬の脳保護効果に 関与している可能性を考えるべきであろう.しかしな が ら 脳 虚 血 病 態 に お い て Rho-kinase―PI3K! Akt― eNOS の系がどのように作用しているかについては今 後のさらなる検討が必要である. NO は脳血流増加作用を有することが知られている がそれ以外にも血管内皮上の接着因子発現や vWF の exocytosis を制御することで抗血栓作用をも有してい る10).vWF は 血 管 内 皮 細 胞 で 産 生 さ れ,細 胞 質 の Weibel-Palade 小体に貯蔵される.通常は一定量が細 Fi g.6. Ef f e c to ff a s udi lo ni nf a r c tvo l umea ndo nne ur o l o gi c a lde f i c i t sa f t e ri s c hemi a . Le s i o na r e awa se va l ua t e d by TTC s t a i ni ng o f2 mm br a i ns l i c e s2da ysa f t e ri nduc t i o no fi s c hemi a .Si gni f i c a ntdi f f e r e nc e s we r ef o und i ni nf a r c tvo l ume (l e f t gr a ph). Ne ur o l o gi c a ls c o r e swe r ea l s oi mpr o ve dbyf a s udi lt r e a t me nt (r i ghtgr a ph). Va l ue sa r ee xpr e s s e da s me a n±SD;n=1 2f o re a c h * gr o up. P< 0 . 0 5vs . t heve hi c l e t r e a t e dgr o up. 胞膜表面に exocytosis,酵素的に切断され血中に放出 されるが,血管内皮障害があると exocytosis が亢進 し内皮上に切断されない vWF が増加することにな る.微小血管内で血栓形成傾向に傾くと微小循環障害 を惹起することになる.本研究ではファスジルの投与 により微小血管における脳虚血後の vWF 染色性増強 は抑制されることが示された.これは血管内皮障害時 に 亢 進 す る vWF の exocytosis に Rho-kinase が 関 与 している可能性を示している.intercellular adhesion 加し,その効果で梗塞サイズが縮小すると報告されて molecule-1 などの接着因子とともに vWF の exocyto- いる5).低酸素負荷により血管内皮の eNOS 発現量が sis を制御するということも血管内皮を標的とした脳 低下することが知られており,Rho-kinase 活性化に 梗塞急性期治療法を考える上で重要であると考えられ より eNOS mRNA が不安定化するという機序が提唱 る. されている4).このため脳血管内皮における eNOS 発 本研究により脳虚血急性期に Rho-kinase が血管内 現を増加させるためには慢性投与が必要と考えられて 皮細胞において活性化され,血管内皮障害,微小循環 いる.しかし Rho-kinase は Akt の活性抑制を介して 障害に関与することが示された.また虚血後の Rho- eNOS の活性をその発現量によらず低下させるという kinase 阻害薬投与によりこれらの障害を軽減し,梗 8) 系も報告されている .虚血脳では eNOS 発現量自体 塞体積縮小,神経後遺症の軽減効果を発揮しうること はむしろ増加するという報告9)もあり,Rho-kianse 阻 も示され,Rho-kinase 阻害薬は新規の脳保護薬とし 害薬の効果が eNOS 発現量増加によるという説明は て期待できるものと考えられる.ただしその作用機序 ― 73 ― 脳循環代謝 第 19 巻 第3号 は血管内皮における eNOS 活性化を介することが示 Asano T, Moskowitz MA, Liao JK : Inhibition of Rho 唆されているが,いまだ不明な点も多く今後の検討が kinase(ROCK)leads to increased cerebral blood flow 必要である. and stroke protection. Stroke 36 : 2251―2257, 2005 6)Kimura K, Fukata Y, Matsuoka Y, Bennett V, 文 Matsuura Y, Okawa K, Iwamatsu A, Kaibuchi K : 献 Regulation of the association of adducin with actin 1)Mabuchi T, Kitagawa K, Ohtsuki T, Kuwabara K, filaments by Rho-associated kinase(Rho-kinase)and Yagita Y, Yanagihara T, Hori M, Matsumoto M : Con- myosin phosphatase. J Biol Chem 273 : 5542―5548, tribution of microglia! macrophages to expansion of 1998 infarction and response of oligodendrocytes after fo- 7)Shibuya M, Hirai S, Seto M, Satoh S, Ohtomo E ; cal cerebral ischemia in rats. Stroke 31 : 1735―1743, Fasudil Ischemic Stroke Study Group : Effects of 1996 fasudil in acute ischemic stroke : results of a prospec- 2)Ishizaki T, Maekawa M, Fujisawa K, Okawa K, tive placebo-controlled double-blind trial. J Neurol Sci Iwamatsu A, Fujita A, Watanabe N, Saito Y, Kaki- 238 : 31―39, 2005 zuka A, Morii N, Narumiya S : The small GTP-binding 8)Ming XF, Viswambharan H, Barandier C, Ruffieux J, protein Rho binds to and activates a 160 kDa Ser/ Kaibuchi K, Rusconi S, Yang Z : Rho GTPase!Rho Thr protein kinase homologous to myotonic dystro- kinase negatively regulates endothelial nitric oxide phy kinase. EMBO J 15 : 1885―1893, 1996 synthase phosphorylation through the inhibition of 3)Matsui T, Amano M, Yamamoto T, Chihara K, Naka- protein kinase B! Akt in human endothelial cells. Mol fuku M, Ito M, Nakano T, Okawa K, Iwamatsu A, Cell Biol 22 : 8467―8477, 2002 Kaibuchi K : Rho-associated kinase, a novel serine/ 9)Veltkamp R, Rajapakse N, Robins G, Puskar M, threonine kinase, as a putative target for small GTP Shimizu K, Busija D : Transient focal ischemia in- binding protein Rho. EMBO J 15 : 2208―2216, 1996 creases endothelial nitric oxide synthase in cerebral 4)Takemoto M, Sun J, Hiroki J, Shimokawa H, Liao JK : blood vessels. Stroke 33 : 2704―2710, 2002 Rho-kinase mediates hypoxia-induced downregulation 10)Lowenstein CJ, Morrell CN, Yamakuchi M : Regula- of endothelial nitric oxide synthase. Circulation 106 : tion of Weibel-Palade body exocytosis. Trends Cardio- 57―62, 2002 vasc Med 15 : 302―308, 2005 5)Rikitake Y, Kim HH, Huang Z, Seto M, Yano K, Abstract The role of Rho-kinase activation in microcirculatory disturbance induced by cerebral ischemia Yoshiki Yagita and Kazuo Kitagawa Stroke Division, Department of Cardiovascular Medicine, Osaka University Graduate School of Medicine Abnormal activation of Rho-kinase may contribute to endothelial dysfunction and subsequent microcirculatory disturbances after cerebral ischemia. However, it is not clear whether endothelial Rho-kinase is activated in vivo or Rho-kinase activation contributes to microcirculatory disturbances after cerebral ischemia. In this study, we evaluated the temporal and spatial profiles of Rho-kianse activity and the effect of the Rho-kinase inhibitor fasudil on endothelial dysfunction and microcirculatory disturbances in the focal brain ischemia. Rho-kinase activation was evaluated by analyzing the phosphorylation of adducin, a substrate of Rho-kinase by immunohistochemistry. Staining for p-adducin was found in endothelia in the ischemic area 6 hours after induction of ischemia. Microcirculatory disturbances and increased endothelial cell staining for von Willebrand factor(vWF)were observed in the same area. Post-ischemic treatment with fasudil suppressed endothelial Rho-kinase activation, inhibited endothelial cell vWF staining and preserved microcirculation. These effects resulted in inhibition of infarct expansion and improvement of neurologic deficits. These findings indicate that Rho-kinase is activated in the endothelial cells and contributes to microcirculatory disturbances in cerebral ischemia. Key words : cerebral ischemia, microcirculatory disturbance, endothelium, Rho-kinase ― 74 ―
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