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特発性肺線維症（IPF）：PPAR-β/δおよびPPAR-γの同時活性化：治療オプションの可能性

Makisey


特発性肺線維症（IPF）の治療法開発のための新しい経路として、ペルオキシソーム増殖剤活性化受容体（PPAR）の活性化が有望であることを示唆

Boateng, Eistine, Rocio Bonilla-Martinez, Barbara Ahlemeyer, Vannuruswamy Garikapati, Mohammad Rashedul Alam, Omelyan Trompak, Gani Oruqaj, ほか. 「It takes two peroxisome proliferator-activated receptors (PPAR-β/δ and PPAR-γ) to tango idiopathic pulmonary fibrosis」. Respiratory Research 25, no. 1 (2024年9月23日): 345. https://doi.org/10.1186/s12931-024-02935-7.

背景
特発性肺線維症（IPF）は、異常な肺上皮細胞の表現型、線維芽細胞の活性化、および細胞外マトリックスの沈着増加を特徴とする疾患である。転写因子TGF-β1によって誘導されるSmadシグナル伝達およびペルオキシソーム遺伝子のダウンレギュレーションが病因に関与しており、ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体（PPAR）-αの活性化によって抑制される。しかし、PPAR-α、PPAR-β/δ、およびPPAR-γの3つのPPARは、複雑なクロストークによって相互作用することが知られている。

方法
肺線維症の病因を模倣するために、対照およびIPF患者から得た一次肺線維芽細胞（3つのPPARが同等のレベルで発現しているもの）をTGF-β1で24時間処理し、その後、別の24時間にわたりPPARリガンドを単独または併用で添加した。TGF-β1処理後の線維症マーカー（細胞内および細胞外のコラーゲンレベル、マトリックスメタロプロテアーゼの発現および活性）およびペルオキシソームの生合成と代謝（ペルオキシソームの生合成およびマトリックスタンパク質の遺伝子発現、PEX13およびカタラーゼのタンパク質レベル、標的および非標的の脂質代謝プロファイル）を分析し、PPARリガンドの効果を調査した。

結果
TGF-β1は予想通りの表現型を誘導し、細胞内および細胞外のコラーゲンレベルを増加させ、ペルオキシソームの生合成および代謝を低下させた。異なるPPARのアゴニストは、TGF-β1の線維症誘導を24時間後に投与しても逆転させた。これらの効果には、(1) PPAR-β/δの活性化を通じてCOL1A2プロモーター活性を抑制し、コラーゲン産生の増加を逆転させたこと、(2) PPAR-β/δの活性化を通じてマトリックスメタロプロテアーゼの活性低下を逆転させたこと、(3) PPAR-γの活性化を通じてペルオキシソームの生合成および脂質代謝の低下を逆転させたこと、(4) 対照線維芽細胞におけるカタラーゼタンパク質レベルの低下をPPAR-γの活性化を通じて、IPF線維芽細胞においてはPPAR-β/δおよびPPAR-γの両方の活性化によって逆転させたことが含まれる。さらに、カタラーゼの役割を調査した結果、カタラーゼタンパク質の過剰発現はコラーゲン産生を低下させた。また、コラーゲン合成に対するPPAR-γの有益な効果は、PPAR-β/δとは異なり、カタラーゼ活性に依存しており、酸化還元に敏感であることが示された。

結論
我々のデータは、IPF患者がPPAR-β/δおよびPPAR-γの同時活性化から利益を得る可能性があることを示唆している。


対照およびIPF患者から採取した肺組織および培養線維芽細胞における線維症マーカーCOL1およびα-SMA、ならびにPPARの特性評価
A 対照（左側）およびIPF（右側）患者からの肺組織切片は、コラーゲン（COL1、緑色）およびα-SMA（赤色）を検出するための抗体でインキュベートされ、DAPI（青色）で対比染色された。ネガティブコントロール（NC）は一次抗体を省略することで実施された。
B コラーゲンの放出には、対照患者とIPF患者の線維芽細胞間で差がなかった。培養液中へのコラーゲンの放出はSircolアッセイを用いて測定された。データは5人の対照患者および5人のIPF患者からの6つの独立した線維芽細胞培養の結果を示している。
C 活性型TGF-β1の放出は、IPF線維芽細胞よりも対照線維芽細胞で高かった。活性型ヒトTGF-β1の量は、5人の対照患者および7人のIPF患者から得られた線維芽細胞の培養液でELISAにより分析された。
D PPAR-αのタンパク質レベルは対照線維芽細胞と比較してIPF線維芽細胞で高かったが、PPAR-β/δおよびPPAR-γに関しては差がなかった。
5人の対照患者および7人のIPF患者から得られた培養線維芽細胞を収集し、参照タンパク質としてGAPDHを用いてウェスタンブロット解析によりそのタンパク質レベルを分析した。



PPAR-β/δは、コントロールおよびIPF線維芽細胞においてMMP-1を活性化することで抗線維化反応を引き起こす。
A MMP1の転写レベルは、コントロール線維芽細胞におけるさまざまなMMPの中で最も高かった。コントロール線維芽細胞のMMP1、MMP2、MMP3、MMP10、およびMMP16の解析は、分離した全RNAを使用して、参照遺伝子としてHPRT1を用いたRT-qPCRによって行われた。
B–F MMPの遺伝子発現プロファイルの比較は、参照遺伝子としてHPRT1を用いたRT-qPCRで行われた。
G PPAR-β/δは、TGF-β1による活性型MMP-1の減少を抑制した。コントロールおよびIPF線維芽細胞は3時間血清飢餓状態にされ、次いでビークルまたはTGF-β1（5 ng/ml）で24時間処理され、その後さらに24時間、PPAR-αアゴニストWY14643（100 μM, α）、PPAR-β/δアゴニストGW0742（10 μM, β）、およびPPAR-γアゴニストロシグリタゾン（10 μM, γ）およびこれらの様々な組み合わせで処理された。細胞溶解物はウェスタンブロット解析により活性型MMP-1を検出するために使用され、参照タンパク質としてβ-アクチン（β-ACTIN）が用いられた。
H PPAR-β/δのリガンド活性化は、TGF-β1処理されたコントロールおよびIPF線維芽細胞におけるMMP1のmRNAレベルを大幅に増加させた。細胞は血清飢餓状態にされ、ビークル（コントロール）またはTGF-β1（5 ng/ml）で24時間処理され、その後さらに24時間PPAR-β/δアゴニストGW0742（10 μM, β）またはビークルで処理された。mRNAレベルはHPRT1を参照遺伝子としてRT-qPCRによって測定された。
I MMPの阻害は、TGF-β1によるコラーゲンの放出を増加させた。コントロールおよびIPF線維芽細胞は3時間血清飢餓状態にされ、次いでビークルまたはTGF-β1（5 ng/ml）で24時間処理され、その後さらに24時間、PPAR-β/δアゴニストGW0742（10 μM, β）およびMMP阻害剤（MMP inh., 4-aminobenzoyl-Gly-Pro-D-Leu-D-Alaヒドロキサム酸, 20 μM）で処理された。培養液中へのコラーゲンの放出はSircolアッセイによって測定された。

Discussion要約

以下は、上記の要約です。

  • 肺線維症の研究では、TGF-β1を用いて線維化を模倣し、PPARの役割を評価。

  • 従来の動物モデル（放射線やアスベスト、シリカ使用）は人間の線維症に完全に一致しない。

  • TGF-β1は線維症を誘導し、特にPPAR-β/δとPPAR-γのアゴニストが線維症の進行を逆転させる可能性を示唆。

  • これらのアゴニストは、コラーゲン産生、ペルオキシソーム生合成、脂質代謝、カタラーゼの活性を改善。

  • IPF患者の線維芽細胞はコントロール群に比べて、PPAR-α、GPX1/2のタンパク質レベルが高い。

  • 線維症の進行は、線維芽細胞の数と増殖、カタラーゼのレベルに依存。

  • PPAR-β/δとPPAR-γの活性化は、カタラーゼのレベルを高め、抗線維症効果をもたらす。

  • PPAR-β/δとPPAR-γの併用治療は、肺線維症の治療において有望。

  • 臨床的には、エアロゾル吸入による局所治療が有効なアプローチである可能性。

PPAR-α、PPAR-β/δ、およびPPAR-γの3つのPPARと、TGF-β1によって誘導されるSmadシグナル伝達、ペルオキシソーム遺伝子のダウンレギュレーションについて

【1. PPARとは？】
PPAR（ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体）は、細胞内でエネルギー代謝や脂質代謝を調節する転写因子（遺伝子のスイッチのようなもの）です。PPARには3つの種類があります：

  • PPAR-α：脂肪酸の分解に関与しています。

  • PPAR-β/δ：エネルギー代謝や細胞の成長に関与しています。

  • PPAR-γ：脂肪細胞の形成や糖の代謝に関与しています。

これらのPPARは、相互に影響を与える「クロストーク」を持っており、それぞれの働きが組み合わさることで細胞の機能を調整します。

【2. TGF-β1とSmadシグナル伝達】
**TGF-β1（トランスフォーミング成長因子ベータ1）**は、体内の細胞の成長や分化、免疫応答を調整する重要なタンパク質です。特に線維症（組織が過剰に硬くなる病気）に関与しています。

TGF-β1が細胞に作用すると、Smadタンパク質という一連の分子が活性化され、これがSmadシグナル伝達と呼ばれるプロセスを引き起こします。このシグナルが伝わると、遺伝子の発現が変化し、細胞の行動（例えばコラーゲンを作る量）が変わります。

【3. ペルオキシソームと遺伝子のダウンレギュレーション】
ペルオキシソームは細胞の中で脂質を分解したり、有害な物質を解毒したりする小さな構造です。TGF-β1によってSmadシグナルが活性化されると、**ペルオキシソームに関連する遺伝子の働きが抑制（ダウンレギュレーション）**され、ペルオキシソームの機能が低下します。これにより、細胞内で脂肪の代謝が乱れ、線維症の進行が促進されます。

【まとめ】

  • PPAR-α、PPAR-β/δ、PPAR-γは、それぞれ異なる代謝機能を持ち、互いに影響し合います（クロストーク）。

  • TGF-β1はSmadシグナルを介して、細胞の遺伝子を制御し、線維症を引き起こします。

  • TGF-β1の作用でペルオキシソームの遺伝子の働きが抑えられ、脂肪代謝が影響を受けます。

このようなシステムは非常に複雑ですが、PPARとTGF-β1は病気の進行や治療に重要な役割を果たしています。

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