PDE3-Isによる心筋保護作用はPKCとは無関係にcAMP-PKAによるp38 MAPK活性によって発揮する：Circulation. 2001 Aug 7;104(6):705-10.

Cardioprotective effect afforded by transient exposure to phosphodiesterase III inhibitors: the role of protein kinase A and p38 mitogen-activated protein kinase

Sanada, et al.

Circulation. 2001 Aug 7;104(6):705-10.

要旨

この研究では、ホスホジエステラーゼIII阻害剤（PDEIII-Is）の心筋保護作用について、cAMP、PKA、p38 MAPKが関与するが、PKCとは無関係な機序について検討した。この研究では、ミルリノンやオルプリノンのようなPDEIII-Isが、PKAによって媒介される心筋p38 MAPK活性を増強することによって、イヌの心臓の梗塞サイズを縮小させることが実証された。この結果は、虚血前段階におけるp38 MAPKの一過性の活性化が、この心筋保護作用を媒介するために重要であることを示唆しており、虚血・再灌流イベント中の心筋傷害を軽減するための臨床戦略に役立つ基礎的な経路に関する洞察を提供するものである。
既存の研究との関連性
この論文は、特に虚血／再灌流障害における心筋保護の理解に大きく貢献するものである。PDEIII-Isの心筋保護における役割を拡大し、その効果をPKCとは別にPKAを介したp38 MAPKの活性化と関連づけた。この発見は、β-アドレナリン刺激で観察される心保護作用と一致し、さらに説明できるものであるため、極めて重要である。また、この研究は、心保護作用をもたらすp38 MAPK活性化のタイミングと持続時間に関する現在進行中の議論に加え、有害な作用を避けるためには持続的な活性化よりも一過性の活性化が重要であることを強調している。

本研究の個人的Learning Point

オルプリノンはPKAとp38 MAPKの両方を活性化したが、PKC、ERK、JNKは活性化しなかった。
SB203580はp38 MAPKの活性化のみを阻害し、PKA、PKC、JNKの活性化は阻害しなかったことから、この系におけるSB203580の用量はp38 MAPKに特異的であることが示された。
よって、オルトプリノンによる心保護効果を鈍らせるSB203580の効果は、p38 MAPKを阻害することによってもたらされることが確認された。
さらに、オルトプリノンによる心保護作用を阻害したH89は、PKAを阻害したが、PKCは阻害しなかったことから、(1)PKCはオルプリノンによる心保護作用とは無関係であること、(2)本研究におけるH89の用量はPKAに対して選択的であり、この系ではPKCには影響しないことが示された。

PKAの活性化は、PKCの活性化とはまったく無関係に、タンパク質チロシンホスファターゼを介してp38 MAPK活性の十分な増大を引き起こすことが報告されている。したがって、PDEIII-Isはp38 MAPKを急速に活性化することができる。しかし、H89をin vitroのp38 MAPK活性アッセイに直接添加してもp38 MAPK活性に影響を与えないことからH89はPKAのみに影響し、p38 MAPK活性に影響を与えない。

p38 MAPKを持続的に活性化しても心筋は保護されないので、持続的刺激に耐えられる下流エフェクターを同定し、刺激することが、有益な臨床利用には不可欠であろう。実際、p38 MAPKの持続的な活性化は、心筋肥大、アポトーシス、線維化を誘導し、心臓の不適応や心筋機能不全を引き起こすため、心臓にとって有害であることが報告されている(PMID: 10802712)。
HSP27の転位は、虚血プレコンディショニング後にp38 MAPKの一過性の活性化を通じて起こり、虚血傷害から心筋を保護する。さらに、ミトコンドリア上のATP感受性カリウムチャネル開口と一酸化窒素両方が、p38 MAPKによって活性化または誘導され、心筋保護を媒介することも報告されている。この問題に関してさらに研究を進めることで、βアドレナリン作動性プレコンディショニングによる心保護作用の完全な細胞メカニズム、あるいは虚血／再灌流障害に対する心保護作用のメカニズムが明らかになるかもしれない

Abstract

背景
ホスホジエステラーゼIII阻害薬（PDEIII-Is）は、細胞内cAMPレベルの上昇に起因する強心・血管拡張作用を介して心不全の血行動態を改善する。しかし，PDEIII-Isによる直接的な心保護作用とその基礎となる機序は明らかにされていない。我々は，PDEIII-Isの梗塞サイズ制限効果とcAMP，プロテインキナーゼ（PK）A，PKC，およびマイトジェン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）ファミリーの役割を開胸イヌで検証した。方法と結果--ミルリノン、オルプリノン（PDEIII-Is）、またはジブチリル-cAMP（db-cAMP）を90分間の虚血の30分前に静脈内注射し、その後6時間の再灌流を行った。オルプリノンは、PKA阻害剤（H89）、PKC阻害剤（GF109203X）、細胞外シグナル調節キナーゼ（MEK）阻害剤（PD98059）、またはp38 MAPK阻害剤（SB203580）を虚血前の期間中、冠動脈内に共投与して検討した。PDEIII-Isまたはdb-cAMPのいずれによっても血行動態に大きな変化が生じたが、30分後にはコントロールレベルに戻った。側副流量と危険面積率は全群で同じであった。PDEIII-Isとdb-cAMPはともに、虚血前期の心筋p38 MAPK活性を上昇させたが、これはH89では阻害されたが、GF109203Xでは阻害されなかった。PDEIII-Isとdb-cAMPはともに梗塞サイズを縮小させた（それぞれ19.1+/-4.1％、17.5+/-3.3％、20.3+/-4.8％、対照36.1+/-6.2％、各P<0.05）。さらに、オルトプリノンの効果は、H89（35.5+/-6.4%）またはSB203580（32.6+/-5.9%）によって抑制されたが、GF109203XまたはPD98059では抑制されなかった。H89、GF109203X、PD98059、またはSB203580単独は梗塞サイズに影響を及ぼさなかった。

結論
PDEIII-Isによる前処置は，イヌの心臓においてcAMP，PKA，p38 MAPKに依存するがPKCには依存しない機序で心保護作用を示した。

主要関連論文

• Nakano, A., et al. (1999). “Activation of p38 MAPK and Cardioprotection by Ischemic Preconditioning in Rabbit Hearts.” Journal of Molecular and Cellular Cardiology.

• Armstrong, S. C., et al. (2001). “Inhibition of p38 MAPK during Cardioplegia Reperfusion Protects Myocardium Independent of Adenosine A2 Receptor Activation.” Circulation.

• Mizukami, Y., et al. (2000). “Phosphodiesterase III Inhibition, cAMP Elevation, and PKA Activation in Cardioprotection.” American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology.