リラグルチドとその神経保護作用-アルツハイマー病と脳虚血イベントにおける生化学的メカニズムの可能性に着目して

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Liraglutide and its Neuroprotective Properties—Focus on Possible Biochemical Mechanisms in Alzheimer’s Disease and Cerebral Ischemic Events

www.ncbi.nlm.nih.gov/labs/pmc/articles/PMC6429395/

オンラインで2019年2月28日公開

Michał Wiciński,1 Maciej Socha,2 Bartosz Malinowski,1 Eryk Wódkiewicz,1 Maciej Walczak,1,* Karol Górski,1 Maciej Słupski,3 and Katarzyna Pawlak-Osińska2

概要

LiraglutideはGLP-1アナログ(グルカゴン様ペプチド-1)であり、主に2型糖尿病(DM2)および肥満症の治療に用いられる。リラグルチドは、抗アポトーシス経路を活性化し、フリーラジカルの有害な影響を抑制することで、虚血性脳卒中の影響を軽減する可能性が示唆され始めている。GLP-1Rの発現は、大脳皮質、特に後頭葉や前頭葉、視床下部、視床で報告されている。

リラグルチドは、MCAO(中大脳動脈閉塞)による虚血領域を縮小し、神経学的障害を抑制するとともに、ストレスによる高血糖を改善し、Bcl-2およびBcl-xlタンパク質の発現を増加させ、BaxおよびBadタンパク質の発現を減少させることにより、抗アポトーシス作用を示した。また、NF-κB(Nuclear Factor-kappa β)ICAM-1(Intercellular Adhesion Molecule 1)カスパーゼ-3などのアポトーシス促進因子の濃度を低下させ、TUNEL陽性細胞を減少させた。

リラグルチドは、マロンジアルデヒド(MDA)を減少させ、スーパーオキシドディスムターゼ(SOD)グルタチオン(GSH)カタラーゼを増加させることで、フリーラジカルのレベルを低下させることができた。Liraglutideは、脳卒中後の回復に重要と思われる神経血管ユニットのリモデリングに影響を与える可能性がある。Liraglutideは、動脈硬化性プラークを安定化させるとともに、その初期形成やさらなる発展を抑制する可能性がある。リラグルチドは、GLP-1R(グルカゴン様ペプチド-1受容体)に結合し、PI3K/MAPK(Phosphoinositide 3-kinase/mitogen associated protein kinase)依存性経路を活性化することにより、脳脊髄液中のAβトランスポーターの存在を増加させ、Aβ(アミロイドベータ)のトラフィッキングとクリアランスに好影響を与えると考えられる。リラグルチドはタウの病理に影響を与えるようである。リラグルチドには幹細胞を刺激する作用がある可能性がある。この作用はPKA(phosphorylase kinase A)の活性化と関連しているかもしれない。

本稿では、アルツハイマー病や脳虚血を中心に、神経細胞の損傷を伴う病態におけるリラグルチドの活性化機構の可能性について紹介する。

キーワード:リラグルチド、神経保護、パスウェイ、炎症、アルツハイマー病、脳梗塞

1. はじめに

発生が神経損傷と関連している疾患状態は数多くある。世界で2番目に多い死因は脳卒中で、年間600万人が亡くなっている。中でも神経変性疾患やアルツハイマー病は、毎年150万人以上の死亡原因となっている[1]。これらのデータをもとに、世界中の研究者が、神経細胞の再生や損傷からの保護に役立つ新薬を求めている。近年、GLP-1アナログ(グルカゴン様ペプチド-1)の神経保護作用を示唆する報告が増えてきており、その代表的なものがリラグルチドである。リラグルチドは、主に2型糖尿病(DM2)および肥満症の治療に用いられる医薬品である。GLP-1受容体に結合し、血中濃度に応じて血糖値を低下させ、インスリンの分泌を促進する。その結果、低血糖症のリスクが非常に低くなる[2]。また、胃排出の遅延[3]、グルカゴン分泌の抑制[4]、食欲の減退、体重増加の抑制[5]、血中トリグリセリド濃度の低下[6]などの効果も報告されている。神経系への効果を期待する上で重要なのは、血液脳関門を通過し[7]、内因性GLP-1を代謝する酵素であるジペプチジルペプチダーゼ4(DPP-4)の作用を受けにくいことである。そのため、リラグルチドの半減期は、天然型製剤の半減期を上回り、約13時間に達する[8]。GLP-1アゴニストは、GLP-1R(グルカゴン様ペプチド-1受容体)を介して直接影響を与えるだけでなく、インスリン感受性を改善し、それによって細胞の代謝に影響を与えることができる。リラグルチドのようなGLP-1アゴニストがその受容体に結合すると、インスリンシグナル伝達経路に収束するシグナル伝達経路が活性化される[9]。この過程で、PKA(phosphorylase kinase A)PI3K(Phosphoinositide 3-kinase)MAPK(mitogen associated protein kinase)PKC(Protein kinase C)AKT(protein kinase B)などの様々な因子が下流で調節されることにより、インスリンシグナルが促進される[10]。インスリンとIGF-1(インスリン様成長因子-1)は、構造的に相同性があり、生物学的活性の点でもよく似ている[11,12]。両者は主に膵臓や肝臓で末梢的に産生・分泌されるが、中枢神経系(CNS)でも合成され、受容体(IGF-1RおよびIR)を介して、神経細胞の伸長や生存、シナプスの維持、さらには学習や記憶にも寄与している[13]。IGF-1RとIRは、チロシンキナーゼ活性を持ち、インスリン受容体基質(IRS)のドッキングサイトとなる膜内ドメインをリン酸化することができる[14]。IRSは、インスリンおよび(IGF-1)受容体からのシグナルを細胞内の経路に伝達する上で重要な役割を果たしている。IRSには複数のリン酸化部位が存在することから、インスリン/IGF-1シグナル伝達経路は、リガンドに依存しないプロセスで制御されることが示唆されている[15]。GLP-1Rの活性化による効果は、急性反応と慢性反応につながるものに細分化される[16]。インスリン分泌、エキソサイトーシス、細胞内カルシウム濃度の増大などの急性の結果は、多くの場合、cAMP(環状アデノシン一リン酸)とそれに続くPKA(ホスホリラーゼキナーゼA)の活性化によって媒介される[17]。遺伝子発現の調節、細胞増殖の促進、抗アポトーシス活性などの慢性的な作用は、インスリン/IGF-1シグナルと重なるPI3K経路に起因すると考えられる。IRやIGF-1Rによって前述のIRSがさらにリン酸化されると、Shc(Src homology-2/α-collagen-related protein)相同性ドメインを持つタンパク質、例えばホスホイノシチド3-キナーゼ(PI3-K)との結合部位が多数出現する。PI3-Kは、GLP-1Rを介しても活性化される。活性化されたPI3-Kは、CREB(cAMP response element-binding protein)タンパク質の活性化により、AKTキナーゼ(protein kinase B)をリクルートする。その結果、Bcl-2 (B-cell lymphoma 2)とBcl-xl (B-cell lymphoma-extra-large)が活性化され、タンパク質合成を誘導するとともに、グリコーゲン合成酵素キナーゼ3β (GSK-3β)、カスパーゼ-9,Bcl-2関連死プロモーター (BAD)を阻害することで、抗アポトーシス作用を発揮する [18,19,20,21]。さらに、AKTの作用により、Forkhead box O(FoxO)が阻害され、哺乳類ラパマイシン標的(mTOR)の活性化が誘導される[22]。1つ目の分子は、アポトーシス誘導に関与する転写因子ファミリーに属し、Fasリガンド(FasL)やBcl-2-like protein 11(Bim)などのアポトーシス促進因子と関連している。2番目は、軸索再生に重要であることが示された[23]。GLP1アナログがその機能を発揮する主要なカスケードは、マイトジェン関連プロテインキナーゼ/細胞外シグナル制御キナーゼ経路(MAPK/ERK)である。MAPKは、カスパーゼ-9や活性化B細胞の核内因子であるNF-κBを阻害することで、アポトーシスを防ぎ、酸化ストレスや炎症反応を抑制する。このカスケードの上流因子である上記のIRSやShcは、Grb2(成長因子受容体結合タンパク質2)との結合を競い、結合するとERKを活性化し、ERKはその後、核に移動して、同化プロセスに関与する転写因子をリン酸化する[15,24].

図1にリラグルチドの活性化のメカニズムを、図2にリラグルチドのシグナル伝達のメカニズムを示する。

図1 リラグルチドの活性化のメカニズムの提案

↓=減少、↑=増加、p-p38=リン酸化されたp38,JNK-c=jun-NH2-terminal kinase、AKT=protein kinase B、ERK=extracellular signal-adjusted kinases。Bcl-2 = B-cell lymphoma 2, Bax = bcl-2-like protein 4, Bcl-xl = B-cell lymphoma-extra-large, Bad = Bcl-2-associated death promoter, NFκB = Nuclear Factor-kappaB, ICAM-1 = Intercellular Adhesion Molecule 1 Nrf2/HO-1-Nuclear factor erythroid 2-related factor/heme oxygenase-1,MDA = malondialdehyde、GSH = glutathione、SOD = superoxide dismutase, MPO = ミエロペルオキシダーゼ、ROS = 活性酸素種、eNOS = 内皮型一酸化窒素合成酵素、ET-1 = エンドセリン-1,eNOS = 内皮型一酸化窒素合成酵素、IL-6 = インターロイキン-6,ACAT-1 = アシル-CoA: コレステロールアシルトランスフェラーゼ1,IDE=インスリン分解酵素、Aβ=アミロイドβ、NSCs=神経幹細胞、cAMP/PKA=環状アデノシン一リン酸/ホスホリラーゼキナーゼA。

図2 リラグルチドのシグナル伝達経路の提案

GLP-1R=グルカゴン様ペプチド-1受容体、IR=インスリン受容体、IRS-1=インスリン受容体基質1,PI3K p110=ホスホイノシチド3キナーゼp110,PDK1=ホスホイノシチド依存性キナーゼ-1,JNK=c-jun-NH2-terminal kinase、AKT=プロテインキナーゼB、ERK=細胞外シグナル調節キナーゼ、Bcl-2=B細胞リンパ腫2,Bax=bcl-2様タンパク質4。Bcl-xl = B-cell lymphoma-extra-large, Bad = Bcl-2-associated death promoter, cAMP = cyclic adenosine monophosphate, PKA = phosphorylase kinase A, Bim = Bcl-2-like protein 11, FasL = FasリガンドまたはCD95L、FoxO = Forkhead box class O、mTOR = mammalian target of rapamycin、GSK3β = Glycogen synthase kinase 3 beta、IDE = Insulin-degrading enzyme、Aβ = amyloid beta. 

2. 虚血

虚血性脳卒中の低酸素状態では、フリーラジカルの増加(主に再灌流期に現れる)により、細胞死をもたらす不可逆的なカスケードが発生する可能性がある。現在、リラグルチドが抗アポトーシス経路を活性化し、フリーラジカルの有害な上昇を抑制することで、虚血性脳卒中の影響を軽減する可能性を示唆する文献が出始めている[25,26,27]。Zhuら[28]の研究では、リラグルチドはMCAO(中大脳動脈閉塞)による虚血領域を縮小し、神経学的障害を限定し、ストレスによる高血糖を減少させるとともに、Bcl-2およびBcl-xタンパク質の発現を増加させ、Bax(bcl-2-like protein 4)およびBadタンパク質の産生を減少させることで、抗アポトーシス作用を示した。これらの化合物は、特定の分子カスケードを誘導したり(プロアポトーシス)阻害したり(アンチアポトーシス)することで、アポトーシスと呼ばれるプログラムされた細胞死を調節する。

次に、DCFH-DA(dichlorofluorescein diacetate)法で定量化したフリーラジカル(ROS)の濃度が大幅に低下している。Brialらが行った研究結果[25]も同様である。2週間のリラグルチドの事前投与により、MCAO導入後にマロンジアルデヒド(MDA)の活性が低下し、同時にスーパーオキシドディスムターゼ(SOD)レベルとグルタチオン(GSH)が増加した。また、TUNEL法(Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling)による解析の結果、TUNEL陽性細胞(アポトーシスを起こした細胞)の数が有意に減少していることが確認された。TUNELは、アポトーシスに伴うDNAの断片化を検出する方法で、アポトーシス細胞の同定や定量、あるいは個々の細胞における過剰なDNA切断の検出に広く用いられている[29]。この結果は、GLP-1アゴニストであるリラグルチドが、アポトーシスを防ぎ、酸化ストレスを減少させることによって、ラットの脳虚血後の神経細胞の損傷を軽減する可能性を示している。Dongら[30]は、虚血イベント(MCAO)の1日後にリラグルチドを適用した場合の影響を評価する努力をした。100および200μg/kgの用量で投与したラット群では、ネズミの脳卒中症状の重さを評価するために用いられる行動テストであるmNSS(modified neurological severity score)において良好な結果が得られた[31]。

リラグルチド投与後に糖代謝の亢進を示す18F-FDG(18F-fluorodeoxyglucose)の蓄積が観察されており、神経細胞の機能回復を示唆していると考えられる[30]。18F-フルオロデオキシグルコース(18F-FDG)を用いたPET(ポジトロン・エミッション・トモグラフィー)は、虚血性脳卒中後のラットにおける糖代謝の微妙な変化を検出することができる。リラグルチド投与によるNeuN(神経細胞マーカー)、GFAP(グリア線維酸性タンパク質、グリア細胞マーカー)、vWF(von Willebrand Factor、内皮細胞マーカー)などのマーカー濃度の上昇は、神経血管ユニット(神経細胞、グリア細胞、血管細胞が細胞外マトリックスと組み合わさったユニット)に影響を与え、その再構築を引き起こす可能性を示唆している[30]。脳卒中後の回復には、このユニットの再構築が重要であると思われる[32,33,34]。MCAO後のマウスを用いたLiらの研究[35]では、リラグルチドは、抗ラジカル作用に加えて、NF-κB、ICAM-1(Intercellular Adhesion Molecule 1)、カスパーゼ-3、TUNEL陽性細胞などのプロアポトーシス因子の濃度を低下させた。さらに、Baxの発現やBax/Bcl-2比を有意に低下させ、AKTやeNOS(内皮-NOS)シグナルを刺激することで、アポトーシスの減少につながったと考えられる。虚血部位におけるAKT経路の活性化は、内皮の一酸化窒素経路を調節することで、虚血および再灌流による損傷を軽減することが報告されている。ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)を用いた研究からの観察結果は一貫している[36]。

リラグルチドは、TNF-α(腫瘍壊死因子α)によって誘発されるプロオキシダントレベルを正常化することが報告された。この効果は、NADPHオキシダーゼサブユニットの発現低下、PKC-α(Protein kinase C alpha)の膜転位の減少、SODとカタラーゼの過剰発現に起因すると考えられる。研究者らは、TNF-αによるNF-kBの活性化との相関関係があるのではないかと推測している。Dengら[37]によるMCAOを誘発した糖尿病ラットの研究では、リラグルチドによってNrf2/HO-1シグナル伝達経路(核因子赤血球2関連因子/ヘムオキシゲナーゼ-1)が活性化されるという結果が得られた。また、Nrf2/HO-1シグナル伝達経路の活性化により、神経障害やMPO(ミエロペルオキシダーゼ)活性の低下が確認された。Nrf2/HO-1経路は、抗酸化酵素を活性化して制御し、特に、脳虚血に対する神経細胞、グリア細胞、内皮の反応と関連している[38]。さらに、研究者たちは、Nrf2経路の活性化が、再灌流による損傷の制限に対する保護効果と関連づけている[39,40]。Zhuら[29]は、リラグルチドの抗アポトーシス効果は、GLP-1受容体の活性化がPI3K/AKTやMAPKなどのアポトーシスに関連する細胞内経路に影響を与えている可能性を示唆している。さらに、リラグルチドは、リン酸化されたp38およびJNK(c-jun-NH2-terminal kinase)の発現を減少させたが、AKTおよびERK(extracellular signal-adjusted kinases)の発現を増加させた。これまでの研究で、PI3K/AKTとERKの活性化は、Bcl-2ファミリーの発現を調節することで、効果的に活性酸素の発生を抑制できることがわかっている[41]。重要な抗酸化タンパク質であるBcl-2とBcl-xlは、効率的にフリーラジカルを消去し、スーパーオキシドの生成を抑制するため、結果的に虚血神経細胞におけるROSの過剰発現による酸化的損傷を緩和することができる[42,43]。一方、Bcl-2は強い抗酸化活性を有しており、PI3K/AKTとERKがBcl-2の発現レベルをアップレギュレートすることで、虚血障害におけるROSの生成を抑制することができる[44,45]。興味深いことに、ROSはAKTとERKのリン酸化を抑制し、順に細胞のアポトーシスを促進する[46,47,48]。著者らは、PI3K/AKT経路およびERKの活性化は、GLP-1Rの誘発により生じ、その結果、アポトーシス調節因子の濃度が調節されたと述べている。また、JNKの発現が減少し、リン酸化されたp38が、カスパーゼ-8および-3の活性化を減少させることにより、アポトーシスの強度を低下させた。他の研究者も、PI3K/AKT経路[49]やERK[50]の活性化、JNK[51]やリン酸化p38[52]の抑制からなるリラグルチドの同様の効果を観察している。

3. 中枢神経系の炎症とアテローム性動脈硬化症

脳虚血イベントの主要な原因の1つである動脈硬化性疾患の進展を遅らせることにリラグルチドが関連する可能性があるという報告がある[53]。頸動脈、椎骨動脈、脳動脈の動脈硬化性病変による脳卒中は、これらの血管の致命的な狭窄により脳血流が制限され、病変に関連した血栓症を引き起こす。Chungら[54]によると、前大脳動脈、中大脳動脈、椎骨動脈、前・後下小脳動脈領域の梗塞では、大動脈の動脈硬化が最も多いサブタイプであった。

Gaspariらの研究[55]では、リラグルチドが動脈硬化性プラークの安定化に有効であること、また、初期の形成とそのさらなる進展を抑制することが示された。これらの効果は、いずれもGLP-1受容体に部分的に依存していた。Daiら[56]の結果によると、リラグルチドの作用のメカニズムは、NF-κBのリン酸化の抑制に関連していると考えられる。この過程で、強い血管収縮物質であるET-1(エンドセリン-1)の発現が減少し[57,58]、血管拡張物質であるeNOS(内皮一酸化窒素合成酵素)の発現が増加する。血管収縮因子の産生が亢進し、その結果、血管拡張作用が低下することは、内皮機能障害やアテローム発生の要因として知られている[57]。それにもかかわらず、動脈硬化の病理の基礎は、慢性的な内皮の炎症である[59,60,61,62]。リラグルチドは、NF-κBを活性化するPMA細胞(phorbol 12-myristate 13-acetate)に作用することで、強力な炎症性サイトカインであるIL-6(Interleukin-6)の産生を抑える効果があることが示された。PMAにさらされた細胞は、IL-6の産生量の増加を示したが、リラグルチドの投与によってこの作用が逆転した[56]。

さらに、Tashiroら[63]は、ヒトのマクロファージとapoE -/-マウスを用いた研究で、リラグルチドが酸化LDLによるフォームセル形成を抑制することを示唆している。リラグルチドをマウスに投与すると、マクロファージによって誘発される動脈硬化病変の発生が抑制された。これらの作用は、マクロファージに見られる、遊離コレステロールをCE(コレステロールエステル)に変換して蓄積する酵素であるACAT-1(acyl-CoA: cholesterol acyltransferase 1)のダウンレギュレーションと関連しているという。興味深いことに、Xinらの研究結果[64]によると、ACAT-1の制御は、ERK、p38MAPK、JNKなどの既述のシグナル伝達経路が関与して行われている可能性が示唆されている。

4. アルツハイマー型認知症

2型糖尿病(DM2)とアルツハイマー病(AD)の間には密接な関係があることが疫学的に示唆されている[65,66]。脳内グルコース濃度の持続的な上昇の結果、中枢神経系のインスリン感受性が低下すると、これらの疾患で観察される酸化ストレス、ミトコンドリア機能障害[67]、神経炎症[68,69]など、数多くの相互関連メカニズムで神経細胞死が引き起こされる[70]。両疾患は、細胞の変性をもたらすいくつかの分子経路を共有している[71]。アルツハイマー病の病理組織学的検査では、βアミロイドから構築されたプラークや、微小管に結合するタウタンパク質の凝集体である神経原線維性タングル(NFT)と呼ばれる細胞外および細胞内の残留物が認められる[70]。蛋白質の蓄積の過程で、神経細胞が徐々に失われていく[72]。効果的な治療法の模索は現在も続いており、現在の解決策に失望した科学者たちは、新たな視点を模索しているのは間違いない。GLP-1およびGLP-1アナログは、生体内試験および試験管内試験で細胞増殖を誘導できることが研究で示されている[73,74]。また、ヒトとげっ歯類の脳内に十分な受容体が発見されている[75,76]。GLP-1Rの発現は、大脳皮質、特に後頭葉と前頭葉、視床下部、視床で報告されている。さらに、海馬の錐体層、歯状回の顆粒層、小脳のプルキンエ細胞などの大脳領域内でも発見されている。グリア細胞では、GLP-1Rは病的な状態でのみ局在することができる[77,78,79]。GLP-1受容体欠損マウスの表現型は、学習障害や発作の重症化と関連しており、欠損した遺伝子を海馬に移すと元に戻ることは注目に値する。さらに、上記の遺伝子の過剰発現は、認知機能の改善と相関している[80]。内在性の幹細胞を刺激して新しいニューロンを増殖・分化させることが、神経変性疾患と闘う新しい方法になるのではないかと期待されている。興味深いのは、食事によるエネルギー制限が、神経細胞の変性を防ぐことが観察されていることである[81]。ADの実験マウスモデルでは、カロリー制限がAβ(アミロイドベータ)とNFTの負荷を軽減することが証明されている。臨床研究では、GLP1アナログの投与により、食物摂取量、空腹感、および体重が減少することが示されている[82,83]。GLP-1シグナルがエネルギー利用能とグルコース代謝に与える影響は、認知機能の維持に寄与すると考えられる。それにもかかわらず、GLP-1Rの活性化による上述の作用は、食物摂取量の制限による二次的なものではなく、BDNF(脳由来向神経性因子)が直接媒介するものと考えられている[84,85]。学習と記憶におけるBDNFの役割は、生体内試験のげっ歯類モデルを用いた研究によって確立されており[86]、中枢神経系障害におけるBDNFターゲティングの観点から、PezetとMalcangioがレビューしている[87]。

ParthsarathyとHölscherは、リラグルチドによる治療効果の期間依存性の違いを分析した。彼らは、早期のプラーク沈着を特徴とするAPP/PS1トランスジェニックマウスを使用したが、これは以前にインスリンシグナルの欠乏と関連していた[88,89]。Ki67,BrdU(チミジンのピリミジンアナログ)DCX(ダブルコルチン)染色は、延長期間中にリラグルチドを投与したマウスの増殖と分化のレベルを評価するために利用された。DCXは、未熟な神経細胞にほぼ独占的に発現する微小管関連タンパク質である。BrdUとKi-67タンパク質(MKI67としても知られている)はともに細胞増殖のマーカーである[7]。この研究では、リラグルチド(25nmol/kg体重)を7日間および37日間投与したときの反応を比較した。彼らの発表したデータによると、神経芽細胞の栄養反応を引き起こすには急性投与で十分だが、分化過程を誘導して成熟した神経細胞を得るには慢性投与が必要であることが示唆されている[90]。リラグルチドは、グリア組織への分化には影響しないようである。GLP-1シグナルが、繊毛向神経性因子(CNTF)依存性の細胞増殖に関与しているという証拠がある。CNTFを生体内試験で投与すると、視床下部におけるGLP-1免疫反応性の発現が増加することが相関している。さらに、GLP-1R遺伝子が機能していないマウスから得られた視床下部の細胞培養では、CNTFによるBrdUの取り込みが見られなかった。これらの事実は、GLP-1Rの活性化が機能的に必要であることを示唆しているのかもしれない[91]。Sunらの最近の研究[92]では、GABA(γ-アミノ酪酸)系とグルタミン酸系の神経伝達の不均衡がADにおける神経新生の障害に寄与している可能性が示唆されており、これにより学習や記憶の一部が損なわれる可能性があるとしている[93,94]。リラグルチドは、これまでにGABA作動性およびグルタミン酸作動性の神経伝達に影響を与えることが証明されている[95,96,97]。その調節のメカニズムはまだ明らかになっていないが、その作用はGLP-1Rを介していると推測されている。Gilmanらの研究[97]では、GLP1を前処理した神経細胞では、グルタミン酸に対するカルシウム反応および膜の脱分極が抑制された。したがって、GLP-1Rの活性化は、グルタミン酸による細胞死に対する神経保護に影響を与える可能性があると推測される。その後の2つの研究で、McClean et al 2011,2013)は、リラグルチドが神経保護作用を有するかどうかを評価した[98,99]。7ヶ月齢と14ヶ月齢のAPP/PS1マウスに2ヶ月間投与したところ、リラグルチド(25nmol/kg体重)は、空間記憶を改善し、病的な介在物数と炎症反応を30~50%有意に減少させることができた。(表1) さらに、いくつかの再生特性が観察された。生理食塩水を投与した被験者と比較して、歯状回と呼ばれる海馬領域において、神経前駆細胞数が50%に達する増加が見られた。これらの効果は、マウスに存在するインスリン分解酵素の増加によるものと考えられる。

表1 レビュー結果の概要
著者 研究対象 リラグルチドの投与量 結果
バティスタら (2018)[  ] 非ヒト霊長類モデル、オスのスイスマウス 最初の週は0.006mg / kg、その後は0.012mg / kg、7日間25 nmol / kg / day ↑cAMP / PKA↓Aβプラーク
↓記憶障害↓シナプス喪失
Briyal etal。(2014)[  ] Sprague-Dawleyラット 1日あたり50μg/ kgを14日間前処理 ↓MCAO後の梗塞サイズ、
↓神経学的欠損、↑Bcl-2、
↓Bax、↓MDA、↑GSH、↓TUNEL陽性細胞、↑SOD
ダイら (2013)[  ] HUVEC 10、100、1000 ng / mL、6〜24時間 ↓NF-κB、↓ET-1、
↑eNOS、↓IL-6
Deng etal。(2018)[  ] Sprague-Dawleyラット MCAOの7日前に1日2回100μg/ kg ↓MCAO後の梗塞サイズ、
↓神経学的欠損、↑SOD、
↓MPO
ドンら (2017)[  ] Sprague-Dawleyラット MCAO–50の1日後、100、200μg / kg /日で4週間 ↑mNSS、↑18F-FDG、↑NeuN、
↑GFAP、↑vWF
ハンセンら (2015)[  ] SAMP8マウス 100または500g / kg / dayscで4か月 ↑メモリ保持; ↑CA1ニューロン番号
ハンセンら (2016)[  ] hTauP301Lトランスジェニックマウス 500mg / kg /日で6ヶ月 ↓NFT↑運動機能
Holubováetal。(2019)[  ] APP / PS1マウス 0.2mg / kg /日で3ヶ月 ↓Aβプラーク↓カスパーゼ-3
McClean etal。(2011)[  ] APP / PS1マウス 25 nmol / kg、2か月 ↓シナプス喪失↓Aβプラーク
↓記憶障害
↑認識テストスコア
McClean etal。(2013)[  ] APP / PS1マウス 25 nmol / kg、2か月 ↓Aβプラーク
↑神経前駆細胞数
↓CNSにおける炎症反応
Li etal。(2016)[  ] db / dbマウス MCAO後の0、3、6、または12時間の再灌流期間中に腹腔内投与された0.1 mg / mL ↓ROS、↓NF-κB、↓ICAM-1、
↓カスパーゼ-3、↓TUNEL陽性細胞↑p-AKT、↑p-eNOS
ParthsarathyetHölscher(2013)[  ] APP / PS1トランスジェニックマウス 25 nmol / kg /日で7日間
25nmol / kg /日で37日間
↑NSC増殖
↑NSC分化
白木ほか (2012)[  ] HUVEC 30nM / mLを1時間プレインキュベート ↓ROS、↑SOD、↑カタラーゼ
田代ほか (2014)[  ] ヒトマクロファージおよびapoE-/-マウス 107 nmol / kg /日で4週間 ↓泡沫細胞、↓マクロファージによるアテローム性動脈硬化症、
朱ら。(2016)[  ] Sprague-Dawleyラット MCAOの1時間後–100μg / kg /日、1、3、7日間 ↓MCAO後の梗塞サイズ、
↓神経学的欠損、↑Bcl-2、
↑Bcl-xl、↓バックス、↓悪い、↓ROS

注。↓=減少、↑=増加、MCAO=中大脳動脈閉塞、Bcl-2=B-cell lymphoma 2,Bax=bcl-2-like protein 4,MDA=malondialdehyde、GSH=glutathione、TUNEL=Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling TUNEL-positive cells-apoptotic cells、SOD=superoxide dismutase。Bcl-xl = B-cell lymphoma-extra-large, Bad = Bcl-2-associated death promoter, ROS = 活性酸素種, mNSS = modified neurological severity score, 18F-FDG = 18F-fluorodeoxyglucose, NeuN = 神経細胞マーカー, GFAP = Glial fibrillary acidic protein, vWF = von Willebrand Factor, s. c. = 皮下、NFκB=Nuclear Factor-kappaB、ICAM-1=Intercellular Adhesion Molecule 1,p-AKT=phosphorylated protein kinase B、p-eNOS=phosphorylated endothelial nitric oxide synthase、HUVECs=human umbilical vein endothelial cells、MPO=myeloperoxidase、ET-1=Endothelin-1。eNOS = endothelial nitric oxide synthase, IL-6 = Interleukin-6, NFT = neurofibrillary tangles, Aβ = amyloid β, db/db mouse = leptin receptor db mutation mouse, NSCs = neuronal stem cell, CA1 = cornu ammonis, cAMP/PKA = cyclic adenosine monophosphate/phosphorylase kinase A.


AβはAPP(Amyloid precursor protein)が切断されてできた産物である。Aβの処理経路は、一般的に非アミロイド性とアミロイド性に分けられる。後者では、βおよびγセクレターゼがAPPを40および42アミノ酸長のペプチドに切断し、Aβの毒性種を形成しやすい[104,105]。Aβが神経細胞外から除去されるメカニズムはいくつか考えられる[104,106]。おそらく最も重要なのは、血液バリアーを越えて血管内腔に入るトランスサイトーシスであろう[107]。2つ目は、IDEのような酵素によるAβのタンパク質分解である。この酵素は、ミクログリア細胞や神経細胞から分泌され、細胞外や細胞表面のAβを分解する。3つ目の方法は、より安定したフィブリル形成を増強することであり、これは可溶性オリゴマーよりも毒性が低いと考えられている[108,109,110]。最後に、自然免疫系、特にミクログリアと補体シグナル伝達経路の活性化が、凝集体の存在によって引き起こされることが知られている。急性免疫反応は、最初はミスフォールドタンパク質のクリアランスを増加させることでポジティブな影響を生み出すかもしれないが、炎症経路の慢性的な活性化は、神経細胞の損傷につながる可能性がある[111,112]。リラグルチドは、GLP-1Rに結合し、PI3K/MAPK依存性経路を活性化することにより、脳脊髄液中のAβトランスポーターの存在を増加させることで、Aβのトラフィッキングとクリアランスにプラスの影響を与えると考えられる[113,114,115,116]。さらに、DM2とADの混合モデルでは、cAMP/PKAシグナル伝達経路がIDEの発現を変化させることができることが示唆されている[110,117]。IDEとDM2およびADとの関連性の正確なメカニズムは完全には解明されていないが、GLP-1RがcAMP/PKAシグナル伝達経路を調節することでIDEの発現を制御し、Aβ蛋白分解に影響を与えているのではないかと考えられる。リラグルチドは、神経行動学的および神経病理学的変化の進行を遅延させたが、これは(Hansen et al 2015)がSAMP8マウスでも報告している。興味深いことに、このモデルでは、100または500mcg/kg/日のs.c.を4カ月間投与すると、低用量で最も効果的であると思われた[101]。同様の結果は、Holubováらがリラグルチドを用いて得たもので、彼らはアミロイド斑全体の数を有意に減少させ、特にCA1(cornu ammonis 1)領域で顕著な減少を示した[103]。APP/PS1マウスにおけるカスパーゼ-3の病理学的な過剰発現は、薬剤の慢性的な投与により制限されている。上述のタンパク質は、ADの病因においていくつかの役割を果たしている。アミロイドーシス[119]、NFT形成[120]、および神経細胞のアポトーシス[121]を含む。カスパーゼ-3活性の阻害は、将来的にAD治療に有用であると考えられる。Batista et al 2018)は、リラグルチドの保護作用はcAMP/PKAの活性化と相関していると述べている。この結果は、記憶障害の誘発に用いられるアミロイドβオリゴマー(AβO)の注射が、マウスの海馬におけるPKA活性の低下を引き起こしたことを示唆している[100]。PKA活性は、ADの脳で低下していることが以前に報告されており[122]、酵素作用の低下にはAβが関与していることが判明していた[123]。1週間の長期前処理(投与)により、AβO(アミロイドβオリゴマー)によるPKA活性の低下を抑えることができた。さらに、本研究では、リラグルチドがAβOのシナプスへの結合を弱めることができたことから、リラグルチドの別の作用機序の可能性が示唆された。一方、PKAの活性化は、タウパシーに関して異なる影響を与える可能性がある。Van der Harg and Bangelら[124]は、PKAの活性化が、タウのリン酸化とそれに続くNFTの蓄積を増加させる可能性があると仮定した。研究者らは、ストレプトゾシンによるヒポインスリン血症の後、PKA活性の上昇を観察した。興味深いことに、このキナーゼ活性の変化は、インスリン投与によって元に戻った。このように、PKAはストレスに対する生理的な反応として、適応的な性格をもっていると推測される。一方[125]、Myekuらの研究では、PKA活性の刺激が、タウ病理の初期段階にあるマウスにおいて、タウ凝集の全体的な減少と相関していた。この作用は、PKAによるリン酸化によってプロテアソーム活性が上昇したことによるとしている。リラグルチドはタウ病理に影響を与えるようである。Hansen et al 2016)[102]は、トランスジェニックhTauP301Lマウスモデルに特異的な後肢把持などの神経症状の軽減を含む、運動機能の良好な変化を報告した。GLP-1アゴニストは、クラッシングの発生率を39%に減少させ、クラッシングに起因する致死を完全に防止し、神経細胞のphospho-tau負荷をポンテーンと髄質の両方のレベルで60~70%減少させた。これまでの研究で、タウのリン酸化亢進は、プロテインホスファターゼのダウンレギュレーション、GSK-3βのアップレギュレーションなど、いくつかの細胞シグナル伝達経路や代謝異常の活性化に起因することが明らかになっている[126]。研究者らは、リラグルチドが脳のインスリンシグナル活性を高め、AKTによるリン酸化を介してGSK-3βの阻害につながり、タウタンパク質の過リン酸化を回復させたことを示唆している。4週間の長期投与では、時間依存的にAKTとGSK-3βの両方のリン酸化が回復し、タウの過リン酸化が改善された[127]。同様の結果は、Maら[128]のdb/dbマウスの研究でも得られた。リラグルチドは、加齢に伴う海馬内でのタウリン酸化の増加を抑制し、db/dbマウスで加齢に伴って生じるAKTとGSK-3βのリン酸化の調節障害を予防した。興味深いことに、インスリンを投与しても同様の保護効果は見られず、インスリンシグナル伝達経路とは独立したメカニズムであることが示唆された。Qiら[129]は、リラグルチドが海馬におけるGLP-1Rの発現を増加させ、ADマウスの認知機能を改善し、Aβ刺激によるタウの過リン酸化を減少させると述べているが、これはAKTの活性化とそれに続くGSK-3βの阻害によるものと考えられる。さらに、Batistaら[100]は、非ヒト霊長類において、リラグルチドがAβによるタウの過リン酸化を抑制することを報告している。これらの結果を総合すると、インスリンとGLP-1のシグナル伝達がタウ凝集に対して有益な効果をもたらすことが示唆される。

5. おわりに

以上の情報から、リラグルチドは2型糖尿病以外の疾患の治療においても有望な薬剤であると考えることができる。もし、GLP-1アナログがヒトにおいて臨床的に意味のある抗硬化作用を有することが証明されれば、ある種の神経変性疾患の負担を軽減することが一つの応用例となるかもしれない。リラグルチドは、脳内で神経細胞の生存を促進し、アポトーシスや酸化ストレスを減少させるようである。酸化ストレスの軽減と抗アポトーシス作用の両方が、脳虚血後の神経学的回復に役割を果たしているようだ。フリーラジカルの生成やβアミロイドの凝集を抑制することは、ADに関連する神経変性の抑制に役立つと考えられる。また、神経細胞の再生を促す作用が証明されれば、様々な形態の認知症の治療に応用できるだろう。リラグルチドの有用性を正当に評価するためには、神経保護作用を評価する研究を強化する必要がある。

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