Autophagy in Alzheimer’s disease and promising modulatory effects of herbal medicine

要約

アルツハイマー病（Alzheimer’s Disease: アルツハイマー病）は、記憶力の低下と認知機能の低下を特徴とする進行性で持続性のある神経変性疾患である。患者さんのQOL（生活の質）に大きな影響を与える。近年，有病率は増加傾向にある。そのため，アルツハイマー病の発症機序を解明し，有効な治療法を見出すことが重要となっている。

アルツハイマー病の病態には、凝集したタンパク質や損傷した小器官を分解する細胞内の主要な働きであるオートファジーが関与していることが明らかになってきている。ここ数年、天然物からのオートファジー調節因子の探索が進み、オートファジーを標的としたアルツハイマー病治療法の開発に新たな知見が得られてきている。

本総説では、オートファジーの機能的役割、オートファジーリソソーム経路の制御機構、オートファジーを標的としたアルツハイマー病に対する漢方薬の治療可能性について、最近の研究の進展を概観した。

1. アルツハイマー病の病態について

アルツハイマー病（Alzheimer’s Disease: アルツハイマー病）は，記憶喪失と認知機能障害を特徴とする進行性で持続性のある神経変性疾患である（Tseng er al)。 米国では2015年に約530万人がアルツハイマー病に罹患し、2050年には1,300万人以上になると推定されている。世界の有病率は2050年には1億人に達すると予測されている(Cai et al 2016)。発病期間は平均8～10年だが、前臨床段階では臨床症状が現れるまでに20年以上かかることもある。生活の質の低下と高額なケア費用は、アルツハイマー病患者とその家族に重い負担をもたらす（Nixon and Yang, 2011）。

アルツハイマー病によって引き起こされる最初の病理学的変化は以下の通りである。通常、海馬や側頭葉を含む脳組織で最初に検出され、その後ゆっくりと大脳皮質の他の領域に進行する（Tseng er al)。 現在のところ、アルツハイマー病の発症機序は明確には解明されていないが、アミロイドβ（アミロイドβ）と微小管関連蛋白質タウは、神経病理学的な特徴として認識されており、重要な寄与因子として十分なエビデンスを有している（図1）。アルツハイマー病の病態は、細胞外空間や血管壁に不溶性のアミロイドβが蓄積して老人性プラークを形成することや、神経細胞にリン酸化されたタウタンパク質（リン酸化タウ）が凝集して神経線維のもつれ（NFTs）を形成することと関連している。アミロイドβの蓄積がアルツハイマー病の発症に重要な役割を果たしていることが示唆されている。正常な状態では、アミロイド前駆体タンパク質（APP）は、アミロイドβドメインの途中でα-セクレターゼによって切断される。生成されたペプチドはアミロイド原性を示さず、生理学的レベルでシナプス可塑性や神経細胞の生存に有益なeffectを発揮することができる(Manczak et al 2018)。しかし、APP遺伝子、プレセニリン-1およびプレセニリン-2遺伝子の変異は、APPのβセクレターゼ（BACE-1）による切断を増加させ、α-セクレターゼの代わりにγ-セクレターゼによる切断を増加させ、異常アミロイドβペプチドの過剰産生および蓄積をもたらした（Cheng et al 2013）。異常アミロイドβペプチドはジffusibleなオリゴマーや不溶性老人斑を形成し，神経毒性が高い。また，アミロイドβオリゴマーは細胞内で凝集して線維構造を形成し，プラークとなって沈着する．さらに、アミロイドβオリゴマーは、まだ知られていないメカニズムによってタウのリン酸化と凝集を誘導する（L. Zhang et al 2017b）。また、タウタンパク質の欠失がアミロイドβ産生を減少させ、フィードバックループを介してアミロイドβ誘導毒性を阻害するという証拠もある（Gonzalez et al 2017）。タウタンパク質の正常な機能は、神経細胞の微小管を安定化することであるが、リン酸化されたタウは、微小管の不安定化、細胞膜の変性、および細胞内NFTへの凝集をもたらし、最終的には細胞死をもたらす（Ling et al 2014）。

有毒なAβオリゴマーは、同様にミトコンドリア傷害、神経細胞死およびシナプス損失をもたらし、これらはすべてアルツハイマー病の神経変性プロセスに関与する（Caccamo et al 2017; Hein et al 2017）。ミトコンドリアの機能不全は、アルツハイマー病のパトフォージェネシスにおける重要なイベントとして証明されており、代謝の低下、カルシウムイオンのホメオスタシスの崩壊、活性酸素種レベルの上昇、脂質過酸化およびアポトーシスによって反映される（Spilman et al 2010）。また、リン酸化されたタウは、ミトコンドリアの輸送とダイナミクスを阻害し、エネルギー不足、シナプスでの酸化ストレス、神経変性につながることが示されている。これらの観察は、アルツハイマー病におけるリン酸化タウとミトコンドリア機能不全との間の生理的な結合を示している（Z. Wang et al 2018; Zhao et al 2018）。

さらに、アミロイドβの蓄積とリン酸化タウの凝集は、小胞体ストレス（ERS）を誘発し、シナプス機能障害とアルツハイマー病の神経変性に寄与することが提案されている（R. Jin et al 2018）。ERは、タンパク質のフォールディングを担う主要なオルガネラであり 品質管理 ER機能の変化は、ER内腔内にアンフォールドおよびミスフォールドされたタンパク質の蓄積をもたらし、アンフォールドされたタンパク質応答（UPR）を誘発してタンパク質の安定性を回復させる。しかし、小胞体ストレスの長期化・過剰化は、UPRシグナル伝達を促進し、プロアポトーシスプログラムへと移行させ、細胞死を引き起こす。

また、オートファジー欠損、プロテアソーム阻害、ミトコンドリア機能不全によっても、UPRは活性化される（Gerakis and Hetz, 2018）。オートファジー-リソソーム経路（ALP）およびユビキチン-プロテアソーム系（UPS）は、ミスフォールドされたタンパク質のクリアランスに関連する2つの重要な方法である。プロテアソームと比較して、オートファジーは、プロテアソームに入るには大きすぎる凝集した高分子タンパク質や損傷したオルガネラを分解する唯一の方法である(F. Guo et al 2018)。アミロイドβオリゴマーがプロテアソームの活性化を阻害し、ADマウスモデルにおけるリン酸化タウ蓄積およびERS媒介アポトーシスにつながることを示す証拠がある（Tseng et al 2008）。新興研究では、ERSとオートファジーとの間の機序的な関連性が示されている（Cai er al)。 アルツハイマー病におけるオートファジーの役割は、一般的には末期に障害されるミスフォールドされたタンパク質を排除することだと考えられているが、アルツハイマー病病態におけるオートファジーの機能についてはまだ議論の余地があり、解明するための更なる研究が必要である。本総説では，アルツハイマー病におけるオートファジーの役割に関する現在の知見と，漢方薬のオートファジーに対する期待される効果について検討した。

2. アルツハイマー病におけるオートファジー

2.1. オートファジーの分子過程

オートファジーには，標的基質の認識とリソソームへの送達の違いから，マクロオートファジー，ミクロオートファジー，シャペロン媒介オートファジーの3つのサブタイプがある．マクロオートファジーの分子過程は，ファゴフォアの生成と核生成，ファゴフォア膜の拡張と囲い込みによるオートファゴソームの形成，オートファゴソームとリソソームの融合によるオートリソソームへの融合，オートリソソームでの最終段階の分解という一連の過程を経る(Cheng et al 2013)．シャペロンが介在するオートファジーでは、ヒートショックコグネイトタンパク質（HSC70）による認識、リソソソーム関連膜タンパク質2A型（LAMP-2A）受容体への結合によるリソソソームへのトランスロケーション、リソソームでの分解というステップで標的基質が認識・分解される。マイクロオートファジーは、リソソーム膜を直接巻き込み、リソソーム内で分解することにより、タールを獲得した基質をクリアランスする方法である(Cheng et al 2013)。オートファジーの分子過程を図2に示す。

2.2. アルツハイマー病におけるオートファジーの効果

アルツハイマー病は、脳内にアミロイドβやリン酸化タウなどの異常な蛋白質が凝集している典型的な神経変性疾患である。通常、中枢神経系ではアミロイドβペプチドのクリアランス率と産生率がバランスよく保たれているため、アミロイドβペプチドが沈着することはない。しかし，アルツハイマー病脳ではアミロイドβペプチドの凝集が亢進していることが明らかになっている．研究の進展により、3種類の異なるオートファジーがアミロイドβおよびタウタンパク質の分解に寄与していることが示唆されている（Caballero er al)。 アミロイドβを含むオートファゴソームは、オートファジー時にリソソームと融合し、リソソーム内でアミロイドβの分解を行う。また、オートファジーはミクログリアにおける炎症反応を調節しており、オートファジーの破綻はNLRP3インフラマソームシグナル伝達を悪化させ、神経細胞の損傷を誘導することが報告されている（Cho er al)。 アミロイドβ代謝におけるオートファジー-リソソーム経路の大きな役割に鑑み、オートファジーとそのアルツハイマー病発症における役割に注目が集まっている（Ling et al 2014）。アルツハイマー病脳の神経細胞でオートファジー・リソソーム経路の異常が発生したことを示唆するエビデンスが増えており、初期段階での病理学的な内細胞経路応答やオートファジーの進行的な破綻を含め、基質の欠損したリソソームクリアランスや、萎縮した神経細胞での不完全消化タンパク質の大量蓄積につながる（Bordi et al 2016; Nixon and Yang 2011）。シスタチンB（リソソソームシステインプロテアーゼの内因性阻害剤）を遺伝的に欠失させてオートファジー・リソソーム経路を改善することで リソソソーム機能を高めることでオートファジーが回復し、アミロイドβやユビキチン化タンパク質の異常蓄積が減少し、学習・記憶障害を予防できる可能性があることを示した(Yang et al 2011)。また、ADマウスモデルにおいて、変異型APPとアミロイドβの海馬蓄積が学習・記憶障害、オートファジーの欠損、ミトコンドリアの構造的・機能的変化を誘発することが示された（Alvarez-Arellano et al 2018;Manczak et al 2018）。他の研究では、増加したオートファジーの空胞が、ユビキタス膜貫通タンパク質であるプレセニリン1（PS1）が豊富な場所に見られ、その切断形態は、APPを異常なAβペプチドに切断するγセクレターゼを触媒することができることを実証した（Chavez-Gutierrez et al 2012）。オートファゴソームの形成を阻害するか、またはオートファゴソームのリソソームへの融合をブロックするようなオートファジーの減少は、BACE-1によるAPPの切断によって生成されるフラグメントであるC99レベルの増加をもたらした（Gonzalez et al 2017）。対照的に、飢餓による、または哺乳動物標的ラパマイシン（mTOR）の阻害によるオートファジーの増加は、変性リソソームにおけるC99のクリアランスを増強した（Gonzalez et al 2017;Hein et al 2017）。

オートファジーをアップレギュレーションする数多くの薬物またはアプローチが、アルツハイマー病治療において可能性を有することが報告された（Steele and Gandy, 2013）。mTOR経路の阻害剤であるラパマイシンは、アルツハイマー病のトランスジェニックマウスモデルにおいて、アミロイドβ蓄積を減少させ、認知障害を救済し、オートファジーのインクリエイションを介してアルツハイマー病の進行をブロックした（Majumder et al 2011;Richardson et al 2015;L. Zhang et al 2017b）。LC3に結合してオートファジーを促進する多機能タンパク質である脳内p62を増加させると、APP/PS1マウスの認知機能が改善され、一方、p62のLC3-interacting region（LIR）ドメインを再移動させると、オートファジーを阻害してアミロイドβのクリアランスが防止された（Caccamo et al 2017）。これらの知見は、オートファジー系がアルツハイマー病において障害されており、オートファジーを調節することがアルツハイマー病治療のための実行可能な戦略であることを明確に示している。

2.3. アルツハイマー病におけるオートファジーの有害作用

オートファジーは、がんや虚血性心疾患などの健康や疾患の調節における諸刃の剣として認識されている(S. Jin et al 2018; D. Wang et al 2017)。アルツハイマー病におけるオートファジーの二重の役割も提唱されている（Nilsson and Saido, 2014）。正常なオートファジー中のアミロイドβ生成は、その後、リソソームによって分解される。しかし、オートファジーの刺激は、リソソームのクリアランス能力を超えた過剰なオートファジーにより、アミロイドβなどの成分を含むオートファゴソームが神経細胞内に蓄積され、大きな細胞内毒性や細胞外へのアミロイドβ放出につながるため、必ずしも有益なものではない（Annunziata et al 2013; Funderburk et al 2010; Liang and Jia, 2014）。凝集したアミロイドβの脱顆粒におけるオートファジーの直接的な役割にもかかわらず、アルツハイマー病病理におけるオートファジーの機能は議論の的となっている。Nilssonらは、アミロイドβ代謝におけるアミロイドβ分解をファシリテートするのではなく、オートファジーの付加的な役割を明らかにした（Nilsson and Saido, 2014）。彼らは、オートファジー関連遺伝子7（Atg7）のノックアウトによるオートファジー欠損症では、アミロイドβ分泌の阻害により細胞外アミロイドβプラークが著しく減少することを報告した。また、レンチウイルスからAtg7を補充してオートファジーを回復させると、細胞外に放出されるアミロイドβのレベルがオートファジーを有するニューロンのレベルまで上昇した。さらに、オートファジーコンピテントニューロンでのレンチAtg7発現は、オートファジーを増加させ、アミロイドβの分泌も増加させた。さらに、mTOR阻害剤であるラパマイシンはオートファゴソームの量を増加させ、アミロイドβ分泌を誘導したが、スパウチン-1はオートファジーを阻害し、アミロイドβ分泌を有意に減少させた(Nilsson et al 2013)。また、小ユビキチン様修飾因子1（SUMO1）の過剰発現はオートファジー活性化を介してアミロイドβ産生を増加させたが、オートファジー阻害剤（3-メチルアデニンまたはワルトマンニン）または遺伝的阻害剤（ATG5,ATG7,ATG12を標的とするsiRNA）はSUMO1を介したアミロイドβ増加を減少させたことも再報告されている（Cho et al 2015）。抗糖尿病薬であるメトホルミンは、アルツハイマー病の病態を悪化させる可能性がある。メトホルミンは、AMPKを活性化し、mTORを抑制することで、オートファジー誘導とオートファゴソーム蓄積を介してγ-セクレターゼ活性とアミロイドβ生成を増加させた（Son et al 2016）。これらのデータから、オートファジーが細胞内輸送やアミロイドβ分泌を阻害し、アミロイドβプラーク形成を促進することが示唆され、アルツハイマー病におけるデトリメンタルな効果が示唆された。しかし、オートファジーによるアミロイドβ分泌の分子機構やオートファジーがアミロイドβを輸送して分解・分泌するかどうかの決定因子については、まだ十分に解明されていない。今後、オートファジーがどのようにしてアミロイドβ分泌に影響を与えているのか、また、アミロイドβ分解とアミロイドβ分泌のバランスがどのように保たれているのかについて、さらにメカニズムを解明していくことが重要であり、オートファジーを標的としたアルツハイマー病治療法の開発につながる知見が得られると考えられる。

3. オートファジー-リソソーム経路の制御

3.1. PI3K/Akt/mTOR経路

オートファジープロセスを制御するいくつかのシグナル伝達経路が解明されている（図3）。PI3K/Akt/mTORシグナル伝達経路は、酸化ストレス、感染、およびオンコスタシスなどの特定の条件下でのオートファジーの一次調節因子である（R. Jin et al 2018; Su et al 2017; Yin et al 2018）。mTORは、タンパク質合成および分解、長寿および細胞骨格形成の調節に関連しており、重要な成長および生存経路を再提示する。mTORシグナル伝達の異常なインクリーゼは、細胞から細胞外空間へのタウ分泌の開始および異常なp-タウの形成に寄与する（Tang et al 2015）。数多くの研究は、PI3K/Akt/mTOR経路が、特にアルツハイマー病の病態において、年齢依存性の認知機能低下に関連しているという証拠を提供してきた（Di Domenico er al)。 ホスホイノシチド3-キナーゼ（PI3K）は、インスリン様成長因子-1（IGF1）などの成長因子によって活性化され、その後、セリン残基473（Ser473）におけるAktの下流のリン酸化を促進する。その結果、p-Aktは、脳内に濃縮された次のRasホモログ（Rheb）およびmTOR活性化を媒介するmTOR複合体1（mTORC1）に対する結節性硬化症複合体1/2（TSC1/2）の抑制作用を阻害し、オートファジーに対して負の調節を及ぼす（Z.Y. Wang et al 2017）。

ハイポ活性化およびハイポ活性化の両方を含むPI3K/Akt/mTOR経路の調節障害は、以下に関与することが示されている。アルツハイマー病のオートファジー関連病態（Fan er al)。 無気力軽度認知障害者やアルツハイマー病後期の被験者の下頭頂葉組織において、PI3K/Akt/mTOR経路の亢進とオートファジーの低下が観察されることが報告されている（Tramutola et al 2015）。そのため、オートファジーを誘導することで、神経細胞を保護し、アルツハイマー病を緩和することが提案されている。例えば、クルクミンは、PI3K/Akt/mTOR経路のダウンレギュレーションとオートファジーの誘導により、アミロイドβ遺伝子の生成を減衰させ、認知機能障害を改善し、さらに神経保護効果を示した（C. Wang er al)。 また，PI3K/Akt/mTOR経路のアップレギュレーションも特定の条件で神経保護効果を示したことは興味深い。神経成長因子（NGF）はPI3K/Akt/mTOR経路の活性化とオートファジーの抑制を介して運動ニューロンに神経保護効果を発揮した（Zhang er al)。 IGF-1は、培養海馬ニューロンにおいて、PI3K/Akt/mTOR経路の活性化を介してNMDA誘導オートファジーを抑制し、その後のアポトーシスを抑制し、ニューロン保護を促進した（Y. Wang er al)。 これらの研究により、アルツハイマー病脳の神経細胞やグリア細胞におけるオートファジーの機能や、オートファジーを制御する根底にある経路が複雑に絡み合っていることが示された。

3.2. AMPK/ULK1経路

AMPK/ULK1経路は、オートファジープロセスを活性化することができる主要なレグレーターの一つであることが報告されている（Aryal et al 2014; Salminen et al 2011）。オートファジー活性化キナーゼ1（ULK1）のようなULK1は、重要なイニシエーター複合体であり、哺乳類細胞における栄養感知とオートファジープロセスの誘導との間の橋渡し役である（Wong et al 2013）。アデノシン一リン酸活性化プロテインキナーゼ（AMPK）は、細胞代謝からのAMP／ATP比のアップレギュレーションによって活性化される（Caberlotto et al 2013）。活性化されたAMPKは、下流のULK1複合体をホスホリル化し、オートファジーを誘導する。また、ULK1はmTORC1の抑制効果を阻害することで、mTORシグナルに依存したオートファジーを誘導する(Wong et al 2013)。逆に、mTORC1複合体は栄養豊富条件下ではULK1に直接結合してオートファジー阻害と相関し、栄養不足条件下ではULK1複合体から解離してデホスホリル化を誘導する（Hosokawa er al)。 先行研究では、慢性低酸素はAPP/PS1トランスジェニックマウスの脳内でより多くの老人斑を引き起こし、AMPKを活性化し、mTORシグナル伝達経路をさらに阻害することでオートファジーを誘導することが明らかになった（H. Liu et al 2015）。最近では、AMPKを活性化し、mTOR/S6Kシグナル伝達経路を抑制し、オートファジー・リソソーム経路関連タンパク質をアップレギュレートしたAPP/PS1トランスジェニックマウスが発見され、一方、一過性受容体電位ムコリピン-1（TRPML1）の過剰発現は、AMPK/mTORシグナル伝達経路を介してオートファジーを調節することにより、オートファジー・リソソーム経路関連タンパク質レベルを再誘導し、認知障害を減衰させ、神経細胞のアポトーシスを抑制した（L. Zhang et al 2017a）。

アルツハイマー病の病理学的プロセスに関与するオートファジーに関連して、いくつかの化合物は、AMPK/ULK1依存性オートファジー活性化を増強することにより、タンパク質凝集体をクリアし、認知障害を改善することができることが報告されている（Fan et al 2017）。例えば、ピモジドは、TauC3マウスにおける記憶障害を救済し、mTOR非依存性AMPK/ULK1経路を介したオートファジーフラックスを増加させることにより、神経細胞における異常にリン酸化されたタウタンパク質の凝集を減少させた（Kim et al 2017）。セレノメチオニンは、3×Tg-ADマウスおよびプリマリー3×Tgニューロンの両方において、AMPK/mTORシグナル伝達経路を介したオートファジーフラックスを増強することにより、認知機能の低下を改善し、リン酸化タウクリアランスを促進した（Z.H. Zhang et al 2017）。

3.3. Bcl-2/Beclin-1経路

オートファジータンパク質Beclin-1と抗アポトーシスタンパク質Bcl-2との相互作用の調節は、オートファジー制御の重要なメカニズムの一つである(Decuypere et al 2012)。Beclin-1は、オートファジー、アポトーシス、エン-ドサイトーシス、ファゴサイトーシスを含む様々な細胞プロセスに関与している(McKnight and Zhenyu, 2013)。ベクリン-1は、Bcl-2-ホモロジー-3（BH3）ドメイン、コイルドコイルドメイン（CCD)およびエボカリー保存ドメイン（ECD）を含む3つの主要なタンパク質結合ドメインから構成されている。ベクリン-1は、そのCCDおよびECDドメインを介してクラスIIIホスファチジルイノシトール3-キナーゼ（PIK3C3）と相互作用する（Salminen et al 2013）。オートファジー過程において、Beclin-1は、主要なオートファジー蛋白質を再結合させる機能を持つファゴフォア形成のための重要な開始因子である。最近の研究では、ベクリン-1の過剰発現がオートファジーを活性化し、神経変性疾患の発症を改善することが示唆されている。ベクリン-1は、表面APPの内部化とエンドリソソームへの選別を主に促進し、表面APPのリソソーム分解を促進し、APP代謝物の分泌を減少させることが報告されている（Swaminathan et al 2016）。ベクリン-1の発現の低下は、年齢をマッチさせた対照群と比較して、アルツハイマー病患者の脳サンプルにおいて観察された（Jaeger et al 2010; Pickford et al 2008）。ベクリン-1のノックダウンはAPPとアミロイドβの集積を増加させ、過剰発現はAPPレベルを低下させた（Jaeger et al 2010）。ベクリン-1のECD領域（アミノ酸285〜299）の欠失はAPP-ベクリン-1相互作用を損なうが、ベクリン-1-PIK3C3相互作用は損なわず、それにより表面APPの内部化と分解を阻害し、APP代謝物の分泌を増加させた（Swaminathan et al 2016）。

抗アポトーシスタンパク質Bcl-2は、Beclin-1のBH3ドメインに結合し、Beclin-1/PIK3C3複合体の形成を阻害し、その結果、オートファジーを阻害することができた（Marquez and Xu, 2012）。Bcl-2の過剰発現は様々なプロオートファジー刺激によって誘導されるオートファジーを抑制し、一方、Bcl-2のノックダウンはオートファジー細胞死を誘発し、細胞をアミノ酸飢餓に感作した(Robert et al 2012)。最近の研究では、オートファジー必須遺伝子であるBeclin-1の点変異F121Aをマウスにノックインすると、Bcl-2との相互作用が阻害され、オートファジーが構成的に活性化されることが明らかになった。ベクリン-1 F121Aを介したオートファジーは、アミロイドβの蓄積を有意に抑制し、認知機能の低下やアルツハイマー病の進行を抑制した（Rocchi et al 2017）。また，低分子オートファジー誘導薬ML246は，ADマウスのアミロイドβクリアランスと記憶の回復にも同様の保護効果を示し，その基盤となるメカニズムはBeclin1経路に依存していた（Rocchiら，2017）．したがって，Beclin-1とBcl-2のバランスは，アルツハイマー病におけるオートファジー調節の重要なチェックポイントであると考えられる。

3.4. 転写因子 EB (TFEB)

TFEBは、ファゴフォアの開始、オートファゴソームの形成、オートライソームの融合、基質の脱脂などのオートファジーの過程でオートファジー関連遺伝子の発現を制御する転写因子である(Settembre et al 2011)。TFEBは通常の状態ではサイト質に存在するが、飢餓やリソソーム機能不全などのストレス環境下では核内核内では、TFEBはプロモーター領域のリソソソーム発現制御配列（CLEAR）に結合し、標的遺伝子の転写を積極的に制御する（Sardiello et al 2009; Settembre et al 2011）。TFEB の活性と核内移動は、特に Ser142 と Ser211 における TFEB のリン酸化状態と相関している。TFEBのリン酸化はmTORC1によって調節され、一方、S211A変異はTFEBの核局在を増加させる(Vega-Rubin-de-Celis et al 2017)。mTORC1がTFEBをリン酸化し、細胞質内にTFEBを主に保持し、正常な状態ではTFEBのヌクレウスへの転座を抑制することが報告されている(Napolitano and Ballabio, 2016; Roczniak-Ferguson et al 2012; Settembre et al 2012)。薬理学的または遺伝学的方法によるストレスまたはmTOR阻害の存在は、TFEBの脱リン酸化および核への転座を誘導し、そこで遺伝子発現およびオートファジーを促進する(Eun et al 2018; Martina et al 2012; Settembre et al 2012)。一方、AktがTFEBをSer467で物理的にリン酸化し、mTORC1シグナリングとは無関係にTFEBの核へのトランスロケーションを阻害するというエビデンスがある。TFEB-Ser467の変異は、AktによるTFEBのリン酸化を阻害することができる（Palmieri et al 2017; Su et al 2018）。

TFEBは、オートファジーを調節する薬剤の新しい潜在的標的である。複数の証拠のラインは、TFEB活性の誘導が細胞内クリアランスを促進し得ることを示し、神経変性疾患のための一般的な治療アプローチを代表する。TFEBの過剰発現は、アミロイドβ蓄積およびリン酸化タウタンパク質とNFTsのpa-thologyをeffectively減少させ、神経細胞の損失および神経炎症を改善し、アルツハイマー病疾患のrTg4510マウスモデルおよびAPP/PS1マウスモデルの両方でオートファジーを誘導することにより、認知機能障害およびシナプス障害を救済した（Polito et al 2014; ZhangおよびZhao 2015）。別の研究では、TFEBを核へのプロモーテッドTFEB転座を送達するアデノ随伴ウイルスの外因性注射が、リソソーム機能を強化し、Aβレベルを減少させ、APP／PS1トランスジェニックADマウスの海馬のアミロイドプラークを減少させることを発見した（Xiao et al 2014）。オートファジーを増強するためにTFEBを直接標的とするいくつかの低分子が発見された。

合成されたクルクミンアナログは、N末端でTFEBに特異的に結合し、mTOR活性を阻害することなくTFEB核内転座を促進し、オートファジーおよびリソソソームバイオジェネシスをもたらす（Song et al 2016）。フルベンダゾール（抗寄生虫薬）は、mTOR活性を阻害し、TFEB核内転座を促進し、オートファジー誘導をもたらすことが実証された。さらに、フルベンダゾールはJNK1とBcl-2を活性化し、Bcl-2-Beclin1複合体の解離とオートファジー誘導を誘導した。さらに、flu-bendazoleは、N2aマウス神経芽腫細胞におけるリン酸化タウタンパク質のクリアランスを促進し、アルツハイマー病の治療に有益であった(Chauhan et al 2015)。

4. オートファジーを標的としたアルツハイマー病に対する漢方薬の治療可能性

中国では数千年前から漢方薬が認知症治療に用いられてきた。現代の薬理学的研究では，生薬の有効成分がコリネステラーゼ阻害活性，抗酸化・抗アポトーシス・抗神経炎症による神経保護効果，神経原性活性，オートファジーを標的としたアミロイドβやリン酸化タウ代謝の調節など様々な機序でアルツハイマー病に対する効果を発揮することが明らかになっている（Sreenivasmurthyら，2017;Z.Y. Wangら，2016）。近年、オートファジー調節因子を同定するために、より多くの天然物が注目されている。多数の研究により、オートファジープロセスを調節する活性化合物がサポニン、アルカロイド、フラボノイド、ポリフェノール等の構造を含み、試験管内試験および生体内試験で神経変性疾患の代替療法を提供することが確認されている（Nabavi et al 2018; S.F. Wang et al 2016）。タールゲッティングオートファジーによりアルツハイマー病の症状を改善することができる漢方薬の主成分またはモノマーを以下のようにまとめ、表1に詳細に示す。

4.1. 粗抽出物

Radix Polygalae（遠志）は伝統的に鎮静剤として使用されており、記憶力の低下を改善する効果がある。Radix Polygalaeの水抽出物は、APPとBACE1（CHO-APP/BACE1）を過剰発現させたチャイニーズハムスター卵巣細胞において、AMPK/mTORシグナル伝達を活性化することでアミロイドβ1-40レベルを低下させ、aオートファジーを誘導した（Zhao er al)。 主にイチョウフラボノイド、イチョウフラボン配糖体、イチョウを含むイチョウ葉抽出物を5ヶ月間投与すると、TgCRND8 ADマウスの認知機能が有意に改善され、シナプス構造障害が改善され、ミクログリアの炎症が抑制された。メカニズムの一部はオートファジーの活性化に関与していた（X. Liu et al 2015）。

4.2. サポニン

Panax Ginseng（高麗人参）から単離されたいくつかの化合物は、神経保護活性を発揮し、アルツハイマー病および血管性認知症における記憶障害を改善することが実証されている(Cui et al 2017; Li et al 2016; Zhang et al 2008)。これらの中で、ジンセノサイド-Rg2とプロトパナキサジオールは、一般的に生理活性を有する同成分であると考えられている。Rg2 は AMPK/ULK1 依存的、mTOR 依存的にオートファジーを活性化することが報告されている。Rg2は、アルツハイマー病の5×家族性ADマウスモデルにおいて、オートファジー誘導を介して、タンパク質凝集体のクリアランスを促進し、脳アミロイドβ蓄積を改善し、認知行動を改善した（Fan er al)。 プロトパナキサジオール型高麗人参サポニンの代謝物であるプロトパナキサジオールは、PI3Kカスケードを介してアミロイドβ25-35で誘導された変性ニューロンの軸索伸長を促進し、ADマウスの記憶障害やシナプス欠損を改善した（Tohda et al 2006; Tohda et al 2004）。最近，プロトパナキサジオール誘導体であるDDPUが，ERストレスとオートファジーの両方を調節することでAPP/PS1トランスジェニックADマウスの行動・認知障害を改善したことが報告された。DDPUは主にPERK/eIF2α シグナリング-mediated BACE1翻訳を抑制することでアミロイドβ産生を抑制し，PI3K阻害剤としてPI3K/AKT/mTORシグナル経路を介してオートファジーを促進することでアミロイドβクリアランスを促進した（X. Guoら，2018）。

また、ジンセンやPanax notoginsengに豊富に含まれる別のステロイドサポニンであるジペノサイドXVIIは、PC12-APP695swe細胞におけるAPPおよびアミロイドβの消去を促進するとともに、APP/PS1マウスの海馬および皮質におけるアミロイドβプラーク形成を抑制した。ジペノサイドXVIIのアルツハイマー病に対する改善効果は、TFEB/14-3-3複合体からのTFEBの放出とTFEBの核内転座に関連しており、オートファジーとリソソームバイオジェネシスの誘導につながっていた（Meng er al)。

トリテルペノイドサポニン化合物であるマデカソシドは、アミロイドβ25-35誘導NG108-15神経細胞において、Bcl-2レベルを上昇させ、Beclin-1およびオートファゴソームを抑制することにより、オートファジー阻害活性を示した（Du er al)。 また、マデカソシドは、D-ガラクトースで誘導されたマウスにおいて、認知機能を増加させ、シナプス可塑性を改善し、コリ-神経機能を回復させ、神経炎症を抑制し得ることが明らかにされている（Lin et al 2014）。

4.3. アルカロイド

アルカロイドは、そのコリンエステラーゼ阻害活性とオートファジー調節効果の観点から、神経変性疾患の治療に有用な漢方薬の重要な有効成分の一つである（Kaufmann et al 2016; Sasazawa et al 2015; Umezawa et al 2018）。さらに、植物由来のアルカロイドは、アルツハイマー病におけるオートファジーを調節することが実証されている。

例えば、Dendrobium nobile Lindl.（ラン科の着生植物、デンドロビウム・ノビル）から抽出されたアルカロイドは、主にデンドロビン、デンドロビン-N-オキシド、ノビロニン、デンドロキシン、6-ヒドロキシノビロニンを含む。これらは、アミロイドβ25-35誘導海馬ニューロンにおいて、軸索変性を抑制し、Beclin-1発現、オートファゴソーム形成および分解を促進することにより、オートファゴフラックスを増加させることが明らかになっている（L.S. Li et al 2017）。

ベルベリンは空間学習能力と記憶保持を有意に改善し、アミロイドβクリアランスを促進し、3×Tg-ADマウスの海馬におけるアミロイドβプラーク沈着を減少させた。ベルベリンの神経保護効果は、脳LC3-II、Beclin-1,hVps34,p62,カテプシン-D le-velsのエンハンスメントを介してオートファジーを促進するとともに、脳Bcl-2レベルの低下と関連している（Huang et al 2017）。血漿中のベルベリンは、1.13時間の半減期で速やかに消去され、一方、海馬-海馬では12.0時間の半減期で急速に増加し、ゆっくりと消去され、血液-脳関門（BBB）を通過することができることを示している（Wang et al 2005）。

コリノキシンは、Uncaria rhynchophylla（カギカズラ） (Miq.)由来のオキシンドールアルカロイドであり、天然のオートファジーエンハンサーとして、誘導性PC12細胞におけるオートファゴソームの形成とαシヌクレインのクリアランスを促進することが示された(Chen et al 2014)。また、コリノキシンの異性体であるコリノキシンBは、オートファジーを増強してリソソーム活性を高めることでAPPの分解を促進し、アミロイドβレベルを低下させた（Durairajan et al 2013）。

4.4. フラボノイド類

フラボノイドがいくつかの疾患でオートファジーを活性化することが明らかになってきている（Song et al 2018; Zhang et al 2018b）。Silybum mar-ianum由来のフラボノイドであるシリビニン（マリアザミ）は、ラットのアミロイドβ1-42誘発性抑うつ行動を改善し、オートファジー阻害を介して海馬の神経細胞損傷をmi-tagatedした（Song et al 2017）。

ウォゴニンは、Scutellaria baicalensisから単離されたフラボノイド化合物である。この成分は、初代皮質アストロサイトにおけるアミロイドβクリアランスを促進し、ULK1/mTOR/オートファジーシグナル伝達経路の誘導を介してAPPとBACE1を過剰発現したSH-SY5Y細胞におけるアミロイドβ分泌を減衰させることが報告されている（Zhu and Wang, 2015）。Wogoninは、薬物を血液中に戻す輸送機能を持つATP結合カセット（ABC）輸出タンパク質であるP-糖タンパク質を阻害することが報告されていた。しかし、この化合物が血液脳関門を通過することができることを示唆する直接的な証拠はない（Yu et al 2016）。

別のフラボノイド化合物であるヘスペレチンおよびその配糖体であるヘスペリジンは、アミロイドβ活性化オートファジーのダウンレギュレーションを介して、アミロイドβ誘発性のグルコース取り込みおよびグルコース輸送障害から神経細胞を保護し得る（Huang et al 2012）。ヘスペレチンは、試験管内試験ECV304/C6単層共培養BBBモデルにおいて、血液脳関門を越えることができることが再報告された（Youdim et al 2003）。

4.5. ポリフェノール

クルクミンは認知障害を減衰させ、アミロイドβの生成を抑制する可能性があった。そのメカニズムは、PI3K/Akt/mTORシグナル伝達経路のダウンレギュレーションを介したオートファジーの誘導と関連している（C. Wang et al 2014）。

レスベラトロールは、アルツハイマー病におけるその治療可能性のために広く注目されているポリフェノールである。それは、炎症やアポトーシスの抑制、マイトファジーの調節を含む様々なメカニズムを介して、アミロイドβの産生を減少させ、アルツハイマー病の進行を抑制することが示されている（Drygalski et al 2018）。レスベラトロールは、マイトファジーを活性化することで、アミロイドβ1-42誘導損傷からニューロンを保護することができた（H. Wang et al 2018）。さらに、レスベラトロールは、AMPKを活性化し、オートファジーおよびリソソソーム分解を誘発するためのmTORシグナル伝達を阻害することにより、APPを過剰発現したHEK293およびN2a細胞の上清におけるアミロイドβ合成を減少させた（Vingtdeux et al 2010）。生体内試験での研究では、レスベラトロールの経口投与は大脳皮質へのアミロイドβ蓄積を抑制することが検出された（Vingtdeux et al 2010）。アルツハイマー病治療のための臨床試験では、レスベラトロールが血漿中および脳脊髄液（脳脊髄液）中で検出されることが示された。脳脊髄液中のレスベラトロールのレベルは、投与後52週目に3.3%であり、それは血液脳関門を貫通することができることを明らかにした（Turner et al 2015）。

Radix Polygoni Multiflori（ツルドクダミ）の主な有効成分である2,3,5,4′-テトラヒドロキシスチルベン-2-O-グリコシドは、オートファジー経路におけるBeclin-1およびLC3-IIの発現を減少させることにより、APPの発現を減少させ、3ヶ月齢のトランスジェニックADマウスの学習および記憶能力、ならびに空間的指向性を改善した(Luo et al 2015; Zhou et al 2013)。

エモジン（Rheum palmatum L.から単離されたアントラキノン化合物）は、APP/ PS1 ADマウスにおいて、LC3-II発現を有意に阻害し、Bcl-2を増加させる一方で、Beclin-1およびhVps34発現を減少させることが判明した。さらに、小型干渉遺伝子サイレンシングBeclin-1およびホスファチジルイノシトール3キナーゼ阻害剤LY294002は、オートファジー関連タンパク質上でエモジンと一貫した結果を示し、Bcl-2/Beclin-1/PIK3C3経路の活性化を介してアミロイドβ25-35誘導オートファジー上でのエモジンの遮断を明らかにした（Sun and Liu, 2015）。

また、Rosemarinus officinalis（ローズマリー）由来のポリフェノール性ジテルペンであるカルノジック酸は、アミロイドβ25-35 誘導性神経毒性を緩和し、AMPK の活性化や mTOR の阻害と関連したオートファジー誘導を介して、アミロイドβ1-42 蓄積とタウの高リン酸化を抑制した（Liu et al 2016）。

4.6. その他

さらに、アルクチゲニン、トリクロロリド、β-アザロンのような特殊な構造を持つ化合物がある。これらはいずれも、様々なオートファジー関連のシグナル伝達経路を調節することにより、ADモデルの記憶障害を改善する活性を示す（Chang and Teng, 2015; Deng et al 2016; Zeng et al 2015; Zhu et al 2013）。アルクチゲニン（ごぼう成分）の薬物動態学的研究は、脳を含むすべての組織全体に広く分布していることを示した。特筆すべきことに、アルクチゲニンは、投与後0.25-1時間で脳内で検出され、血液脳関門を越えられることを示唆した（J. Li et al 2017）。

5. 結論

オートファジーはアルツハイマー病の病態形成に重要な役割を果たしており、病理組織学的なプロテインであるアミロイドβとリン酸化タウの生成と分解を調節している。オートファジーはアルツハイマー病において二重の役割を果たしているが、詳細な調査と新たなエビデンスにより、アルツハイマー病治療のためのオートファジープロセスの制御についての洞察が得られた。本レビューで概説されているように、Radix Polygalae、Panax Ginseng、Ginkgo biloba、Radix Polygoni Multiflori、Silybum marianum、Scutellaria baicalensis、Dendrobium nobileなどの生薬の生理活性成分の多様性は、オートファジーを標的とすることでアルツハイマー病を改善することが示されている。結論として、多くの薬草は、有望なオートファジー調整剤が含まれており、アルツハイマー病治療のための大きな治療の可能性を持っている。