理研、急性心筋梗塞の早期診断用の新規バイオマーカー候補を発見

理化学研究所(理研)は10月11日、「血管内皮細胞」に発現する「アミロイドβ前駆体タンパク質APP770」を特異的に測定できる「サンドイッチELISA」法の開発に成功し、これによりAPP770が急性心筋梗塞の早期診断マーカーとなり得ることを発見したと発表した。

成果は、理研基幹研究所 システム糖鎖生物学研究グループ 疾患糖鎖研究チームの北爪しのぶ副チームリーダー、福島県立医科大学 循環器内科の竹石恭知教授、同・義久精臣准教授、同・八巻尚洋助教、免疫生物研究所の研究者らの共同研究グループによるもの。研究の詳細な内容は、米科学雑誌「Journal of Biological Chemistry」印刷版12月号に掲載されるに先立ち、日本時間10月3日付けでオンライン版に掲載された。

アルツハイマー病患者の脳では、「脳実質(神経細胞)」と脳内血管の双方にペプチド「アミロイドβ(Aβ)」が沈着することが知られており、Aβの脳内蓄積がこの疾患の進行と密接に関わっていると考えられている。また、脳内血管のAβ蓄積は、脳内出血、血管内皮障害の原因にもなることが知られていた。

Aβは、アミロイドβ前駆体タンパク質APPから複数の酵素で切断されて産生される。またAPPには、その生合成過程で生じる「スプライシングバリアント」(RNA前駆体からイントロンを除去し、前後のエキソンを再結合するスプライシング反応は、残るエキソンに多様性があり、このように多様なメッセンジャーRNAをスプライシングバリアントと呼ぶ)によって「APP695」、「APP751」、APP770という3種類が存在し、この内、神経細胞にはAPP695が発現していることが確認済みだ。そして、2010年には研究グループが血管内皮細胞にAPP770が特異的に発現することを明らかにした。

APPの最終生成物であるAβは、APP695由来でもAPP770由来でも同じ構造を持つため、どちらの由来か見分けることは不可能だ。しかし、Aβの生合成過程で生じたAPP切断産物の切断型APP770や切断型APP695は、特徴的な構造を持つため、判別することができる(画像1)。そこで今回、切断型APP695と切断型APP770を区別することで、神経障害と血管内皮障害の識別が可能になるのでないかと考え、その手法の開発に挑んだ次第だ。

研究グループは、従来のサンドイッチELISA法を応用して、切断型APP770を特異的に判別、測定できるAPP770サンドイッチELISAを免疫生物研究所と共同で開発することに成功した。

この手法によって切断型APP770が血管内皮細胞の炎症により増加すること、血小板にも豊富に存在して、活性化した血小板からも放出されることを明らかにした。

さらに、APP770サンドイッチELISAと通常のAPPサンドイッチELISAを併用することで、脳や脊髄を正常に保つための脳脊髄液中には主に切断型APP695が含まれる一方で、血液中では主に切断型APP770が含まれることがわかったのである。

そこで、血液中の切断型APP770が血管内皮障害のマーカー(標識)になり得るのでないかと研究グループは予測し、血管内皮障害をきっかけとする疾患に焦点を絞って解析を進めた結果、「急性冠症候群」の患者では、健常者と比べて血漿中の切断型APP770が有意に高く、逆に血清中の切断型APP770は低くなっていることを明らかにした(画像2)。

画像2は、血漿中の切断型APP770と血清中の切断型APP770の測定値。健常人と急性心筋梗塞患者の血漿、血清中の切断型APP770濃度、および両者の比を取ったものを示している。血漿中の切断型APP770/血清中の切断型APP770の比率は急性心筋梗塞患者で有意的に高い。カットオフ値とは、健常人の平均値から求める値で、この値内は正常値と判断する。

急性冠症候群は、血管内皮障害や血小板の活性化を引き金として血小板や免疫細胞の1種であるマクロファージの活性化が起き、冠動脈にあるプラーク(血管内膜の肥厚性病変)の破裂や血栓形成によって、急性心筋梗塞、不安定狭心症から心臓急死を引き起こす。そのため、臨床現場では急性心筋梗塞へ移行する確率の高い患者を早期の段階で見分けることが求められているというわけだ。

現在用いられている心筋梗塞マーカーは、いずれも急性冠症候群の病理進行過程(画像3)の最終段階に相当する心筋の壊死に伴う逸脱酵素で判別しているが、今回の研究で見だした血液中の切断型APP770は、初期に起きる血管内皮障害や血小板の活性化を反映していると考えられるので、早期診断マーカーとして期待できると、研究グループはコメントしている。

なお画像3は、急性冠症候群の病理進行過程と切断型APP770の変動。急性冠症候群では、血管内皮細胞の炎症をきっかけとして血小板や免疫細胞の1種であるマクロファージが活性化し、冠動脈に脂質からなるプラーク(血管内膜の肥厚性病変)が形成。そのプラークの破裂や血栓形成により、急性心筋虚血を発症し、急性心筋梗塞に至ってしまうのである。