信州医誌，61⑵：45〜56，2013

綜説

ずり応力刺激による脈管内皮細胞機能の制御機構
河

合

佳

子

信州大学医学部器官制御生理学講座

Pivotal Roles of Shear Stress Stimulation in the Regulationof Biological Properties of Vascular Endothelial Cells
Yoshiko KAWAI
Department of Physiology, Shinshu University School of Medicine
Key words:biorheology, shear stress, nitric oxide, gene expression, carbon dioxide gas exchange,cell surface F /F ATP synthase
バイオレオロジー，ずり応力，一酸化窒素，遺伝子発現，炭酸ガス交換，細胞表面 F /F ATP synthase問」であり，本邦では当教室の前教授である故東 健彦

はじめに先生が中心となって日本バイオレオロジー学会が設立

生体内の血液や体液に代表される液体は，基本的にされ，今年で第36回を数えている。医学の分野では主圧力勾配という物理的なエネルギーの差分を利用してに，血管，血液，各種臓器における物理的刺激に対す

移動している。また，血管，中でも壁の厚い動脈にはる反応特性の解析やその生理，病態生理学的役割や意

壁周張力 の変化によって血管平滑筋に伸展刺激義の解明といった研究が行われてきた。例えば，伸展

血管内腔に面する内皮細胞には血液の流れ

が，

により，

刺激に対する血管平滑筋の収縮機構の解明

や動脈

ずり応力という物理的刺激が加わっていることは周知

硬化症初期病変形成に関与するずり応力の影響の事実である（図１）。しかし，このずり応力が血管動脈瘤形成と壁周張力との関係 ，血小板の病的血栓やリンパ管の内皮細胞の機能にどのような影響を及ぼ成立におけるずり応力の意味づけして，その機能を制御しているかという視点から体系が今までに数多く報告されている。

的に解説した論文はほとんど見当たらない。
そこで，本稿では流れ刺激が血管・リンパ管の内皮細胞機能に及ぼす影響について焦点を絞って，私共の教室で行ってきた研究成果を中心に解説したい。
流れが医科学研究で注目され始めた歴史的背景，などの研究成果

動脈硬化初期病変発生機構や血栓形成におけるずり応力の役割従来，動脈硬化症は代謝疾患として，形態学的および生化学的な側面から研究が進められてきたが，動脈硬化の初期病変，特に脂肪線条や線維斑の発生には好発部位があることも同時に知られていた 。1970

流れと変形の学問，バイオレオロジーについて年代になると，その好発部位は血管内の中でも流れのレオロジー（rheology）とは，ギリシャ語のレオ＝離やよどみの生じやすい部位に一致しているという流れを語源とした，「流れと変形の学問」であり，1930

報告が多数見られるようになり，中でも胸部大動脈と年代からその言葉が使われ出した 。バイオレオロジー

肋間動脈の分岐部の中枢側に発生する低ずり応力部位（biorheology）は，レオロジーの中でも生体に関与すに初期病変が多発していることが確認され，動脈硬化

る「生体および生体を構成する物質の流れと変形の学初期病変の低ずり応力説が確立された別刷請求先：河合佳子〒390‑8621

松本市旭３‑１‑１

信州大学医学部器官制御生理学講座

E‑mail：ykawai＠shinshu‑u.ac.jp

No. 2, 2013。

また，細動脈の内皮細胞が何らかの理由で 離し，そこに血小板が一旦固着すると，血小板にずり応力刺激が加わり，その表面に接着分子が発現し，次々と血45

河 合 佳 子

図１ ポアズィーユの流れとニュートン流体
剛体管の円管内を流れる流体の速度分布は，その流れがニュートン流体の層流であると仮定する（ポアズィーユの流れ）と，この流速パターンの先端が描
く軌跡は放物線形を描く。すなわち，中央部では速く，壁近くでは流体の粘性のために減速される。そのため，壁では流体により，図の計算式で近似できる
ようなずり応力が生じる。
（文献６より改変）

小板が集積し，病的血小板血栓を作ることも知られている。これがラクナ梗塞の一因を担うことも示唆されている。この高ずり応力刺激の作用機序の解明にずり応力刺激による脈管内皮細胞からの一酸化窒
素分泌

分子生物学的な解析が進み，高ずり応力刺激によって流れ刺激によって血管内皮細胞からガス体である一血小板表面の糖タンパク GP IIb/IIIa の発現が亢進し，酸化窒素（Nitric Oxide：NO）が分泌され，それが血小板相互の凝集が亢進することが確認された 。

血管拡張作用を示すことが1980年代に発見され ，

脈管内皮細胞に対するずり応力刺激作用

1998年の Furchgott 教授らのノーベル生理学・医学賞受賞に結びついている。また，このずり応力刺激に血管や血小板における流れ刺激の作用や，その病態よる NO 産生には律速酵素となる一酸化窒素合成酵

生理学的意義づけの研究は，1980〜2000年代にかけて素（NO synthase：NOS）が関わっており，血管内皮

世界中の研究者によって精力的になされてきたが，リ細胞には内皮既存型 NOS（endothelial constitutive

ンパ管内皮細胞に対する流れ刺激の研究は，血管や血NO synthase：ecNOS）が存在することも判明してい小板における研究にくらべて全く行われていなかった

る 。NO は活性酸素の一種であるために，血管内でといっても過言ではない。しかし，集合リンパ管にはは赤血球内のヘモグロビンと結合して速やかにその活平滑筋が存在し，心臓様の自発的な収縮機構が存在す性を消失し，生理学的には血管壁〜外膜側に拡散した

る ことから，集合リンパ管の内皮細胞に対する流れものがパラクライン的に血管平滑筋に作用することも刺激は無視できるほど小さなものでなく，生体内では注目すべき事実の一つである。一方，マクロファージ

静脈と同等か，それよりも高いずり応力（0.5〜2.0には炎症刺激時に様々なサイトカイン刺激で誘導されdyn/cm ） に暴露されていることが判ってきた（図てくる誘導型 NOS（inducible NO synthase）が存在

２）。そこで，当教室では1980年代から流れ刺激によし，多量の NO を分泌し，酸素ラジカルとともに生るリンパ管機能の制御様式について研究を進めてき体に侵入した細胞等を攻撃し，殺菌作用等を示すことたも知られている 。

。この成果の詳細については後に述べることとする。

では，赤血球が存在せず，低酸素状態のリンパ液が流れているリンパ管系では NO を介する生理機能制46

信州医誌 Vol. 61

ずり応力刺激による脈管内皮細胞機能の制御機構

図２ 麻酔下ラットの腸間膜リンパ管の能動的リンパ輸送機構に対する ecNOS 阻害薬 L‑NAME の効果
Ａ：心臓様収縮に対する30μM L‑NAM E の効果。 縦軸：薬物投与前の収縮頻度の平均値を100％として基準化した相対的な収縮頻度の変化率 横軸：L‑NAM E を腸間膜表面に灌流した後の時間経過 ：p＜0.05， ：：p＜0.01（Baseline period
p＜0.01（○（L‑NAME 非処置群）と●（L‑NAME 処置群）との比 検討）との比 検討）Ｂ：心臓様収縮の拡張末期時の集合リンパ管口径に対する30μM L‑NAME の効果。

縦軸：薬物投与前の拡張末期口径の平均値を100％として基準化した相対的な拡 張 末 期 口 径 の 変 化 率 横 軸：panel A と 同 一 指
標， ， ，panel A と同一指標
Ｃ：心臓様収縮の収縮末期時の集合リンパ管口径に対する30μM L‑NAME の効果。 縦軸：薬物投与前の収縮末期口径の平均値を100％として基準化した相対的な収縮末期口径の変化率 横軸：panel A と同一指標，，panel A と同一指標（文献24より引用）

御システムはどのようになっているのであろうか。解のムスカリン受容体刺激時でもずり応力刺激時でも，析を進めてみると，リンパ管内皮細胞には血管内皮細細胞内の［Ca ］ の上昇が第一義因子であることは胞よりも多量の ecNOS の存在することが免疫細胞化

すでに既知の事実として知られている学的手法によって証明され ，細胞内の Ca 濃度のずり応力刺激がどのような機序で細胞内の［Ca ］

上昇を引き金に，多量の NO を分泌していることがを上昇させるのかの詳細についてはまだ研究の途次で確認された 。このリンパ管内皮細胞から分泌されるあり，いくつかの可能性が示唆されている。① ずり

NO は，集合リンパ管の自発性収縮リズム，収縮速度，

応力刺激によって内皮細胞表面の非特異的陽イオンチ

収縮力を抑制し

，生体内でリンパ液の流れ刺激

ャンネルが活性化され，細胞外より細胞内に Ca がで分泌されている NO はリンパの能動的な輸送機構

流入する 。② ずり応力刺激によりフィブロネクチを抑制することも確認されているンに連結する細胞骨格の特性が変化し，内皮細胞相互。

。ところが，

また，リンパ液中には NO を化学的に失活させる

間に存在するギャップジャンクションの Ca 透過性

ヘモグロビンが存在しないことや，低酸素環境であるが変わり，細胞内の［Ca ］ が上昇する 。③ ずり

ため酸素ラジカルに反応する確率が低く，一旦 NO

応力刺激により内皮細胞相互の変形が起こり，細胞表が産生されるとリンパ液の流れに乗って血管よりも広面に存在するカベオリンの Ca 放出機構が変化した

範囲にその影響を及ぼすことがリンパ管系の NO にり，伸展刺激高感受性の Ca チャネルが活性され，よる生理機能制御の特徴の一つとして知られてい細胞内に Ca が流入し，［Ca ］ が上昇する 。以る

上が現在までに知られているずり応力刺激による細胞。
ずり応力刺激による脈管内皮細胞からの NO 分

泌のメカニズム
先に述べたように，ずり応力刺激によって脈管内皮内［Ca ］ 上昇機序である。
ずり応力刺激による脈管内皮細胞における遺伝
子・蛋白発現を介する細胞機能の制御細胞から分泌される NO の律速酵素が ecNOS であ

培養ヒト血管内皮細胞に流れ刺激をかけて，その細ることは，血管でもリンパ管でも同じであるが，その胞機能が遺伝子―蛋白発現を介して生理機能を制御しecNOS がずり応力刺激によってどのようにその活性ている報告が最近散見されるようになってきている 。

を調節しているかが次の問題である。アセチルコリン

私共も，培養ヒト集合リンパ管内皮細胞への流れ刺激

No. 2, 201347

河 合 佳 子

図３ 流れ刺激負荷によるヒト集合リンパ管内皮細胞の ecNOS 発現増強効果
Ａ：培養したリンパ管内皮細胞に流れ刺激を０〜1.0dyn/cm 負荷し，免疫細胞染色法にて ecNOS の発現を観察した蛍光顕微鏡写真の典型例。 スケール：100μm
Ｂ：panel A の蛍光輝度を５視野ずつ任意に抽出して Scion Image 解析ソフトを用いて定量化した実験結果。横軸の番号は panel A の指標に対応する。 ：p＜0.05， ：p＜0.01 NS：有意差なし（流れ刺激なしを対照として比 検討）
Ｃ：培養したリンパ管内皮細胞に流れ刺激を負荷し，ecNOS mRNA の発現量変化について RT‑PCR 法を用いて比 検討した実験結果。横軸の番号は panel A の指標に対応する。 縦軸：ecNOS mRNA 発現量の相対値：p＜0.01 NS：有意差なし（流れ刺激なしを対照として比 検討）
Ｄ：培養したリンパ管内皮細胞に流れ刺激を負荷し，ecNOS 蛋白の発現量について Western blot 法を用いて比検討した典型例。各バンドの番号は panel A の流れ刺激値に対応する。
Ｅ：panel D のバンドの輝度を Scion Image 解析ソフトを用いて比 検討した実験結果。 縦軸：ecNOS 蛋白
発現量の相対値：p＜0.01 NS：有意差なし：p＜0.01 NS：有意差なし（流れ刺激なしを対照として比 検討）（文献37より引用）

によって，リンパ管内皮細胞が NO を分泌するだけ

ecNOSの遺伝子・蛋白発現が著明に抑えられることをでなく，その産生酵素である ecNOS の遺伝子・蛋白

薬理学的手法を用いた実験事実より証明した 。さらに，発現までを亢進していることを見出した（図３） 。

ずり応力刺激によってリンパ管内皮細胞より分泌されたこの遺伝子・蛋白発現の亢進作用には培養リンパ管内

ATPは細胞内のCa 貯蔵部位（滑面小胞体）よりCa

皮細胞表面に存在する F /F ATP synthase から分泌の遊離を引き起こし，Ca ‑activated K channel をされた ATP が関与していることも明らかにした 。

特異的に活性化させることも見出した（図４） 。こすなわち，リンパ管内皮細胞の表面に存在する ATPの細胞内情報伝達系の活性化の過程で核内の ecNOSの受容体，purinergic 2X/2Y receptor の阻害薬であ遺伝子発現が亢進し，ecNOS 蛋白の産生を促している suramin や，F /F ATP synthase の阻害薬であるることを確認した 。こうした事実より，流れ刺激は

piceatannolを前処置しておくと，ずり応力刺激による

NO 分泌によるリンパ管や血管の弛緩反応だけでなく，

48

信州医誌 Vol. 61

ずり応力刺激による脈管内皮細胞機能の制御機構

NO を合成する ecNOS の遺伝子や蛋白の発現までも

特に静水圧の上昇は癌周囲の間質液の増加を主要因と促進させ，内皮細胞の流れ刺激に対する感受性を自己するため，センチネルリンパ節に流入する輸入リンパ制御している可能性が示唆されている。

管の内皮細胞やリンパ節の辺縁洞内膜を形成するリン

ずり応力刺激がセンチネルリンパ節内の微小環境形成に及ぼす影響

パ管内皮細胞様細胞には，他のリンパ節より多くのリンパ流を受けていることになると考えられる。生理学
的に読み直してみると，センチネルリンパ節は強いず

癌原発巣の周囲は，癌細胞の増殖により組織間隙のり応力刺激を受けているリンパ節と言い換えることも低酸素化，pH の低下，静水圧の上昇など，様々な環できる。事実，超音波造影剤ソナゾイドを用いたミニ

境変化が惹起されてくることが知られている

ブタの胃近傍のリンパ節の可視化実験を用いてこの事。

図４ 流れ刺激によるヒト集合リンパ管内皮細胞での ecNOS 遺伝子・蛋白発現様式の模式図
細胞表面に流れ刺激が負荷されると，その細胞表面の F /F ATP synthase から ATP が分泌され，purinergic 受容体をオートクライン的に刺激し，細胞内の Ca 貯蔵部位から Ca を遊離し，
Ca ‑activated K channel を活性化する過程で ecNOS の遺伝子・蛋白発現を誘起する。
（文献37より引用）

図５ 超音波造影剤ソナゾイド によるミニブタ胃近傍リンパ節の可視化実験結果の典型例
ミニブタの胃粘膜内から粘膜下にかけて0.1mL のソナゾイドを注入し，胃の粘膜側から超音波プローブを当てて，30秒後（左），１分後（中央），４分後（右）の所属リンパ管網ならびにリンパ節を観察した動画写真の典型例。 点線矢印：胃漿膜を走行する輸入リンパ管 矢印：胃漿膜側に存在する所属リンパ節 PV：門脈 IVC：
下大静脈
（文献41より改変）
No. 2, 201349

河 合 佳 子

実を in vivo 実験で証明した（図５） 。そこで，こうした作業仮説に基づいて，私共は流れ刺激によりセ

ずり応力刺激の癌細胞への効果

ンチネルリンパ節に流入するヒトの輸入リンパ管の内

最近の私共 の 研 究 で は，ヒ ト 乳 癌 細 胞 株 で あ る

皮細胞表面に発現する細胞接着分子の発現様式の変化

MDA‑M B‑231に流れ刺激をかけると，癌細胞表面にについて解析した 。同時に，センチネルリンパ節の多数存在している F /F ATP synthase を活性化して，微小癌転移モデルとして，その接着分子を介したリン

脈管内皮細胞に対するずり応力刺激作用と同じように

パ管内皮細胞と癌細胞との接着実験も合わせて行っ。
ATP が分泌されることを見出した（未発表所見）た 。

癌細胞は転移の際に組織間隙内を移動する時やリンパ上記の条件に合致したヒトの輸入リンパ管の培養内

管・リンパ節内を移動する時に，かなり大きなずり応

皮細胞に1.0dyn/cm のずり応力刺激を２時間以上負力刺激（〜5.0dyn/cm ）を受けていると考えられる。

荷すると，細胞接着分子の一つである intercellular

こうした高ずり応力の刺激を受けると癌細胞はその刺adhesion molecule (ICAM )‑1がその内皮細胞表面に激の大きさに応じて，血管やリンパ管の内皮細胞と同強力に発現してくることを免疫細胞染色法や mRNA様に ATP と水素イオンを共分泌し，癌微小環境の低の発現を指標とした分子生物学的解析により見出し

い pH 環境や高炭酸ガス分圧環境を作り出し，癌の転た 。また，流れ刺激によって ICAM ‑1発現が増強

移や増殖の自己調節に関与している可能性が判ってきしたリンパ管内皮細胞表面に，その特異的結合物質

た（未発表所見）。

CD 11a や CD 11b を持った癌細胞が有意に接着することを in vitro の接着実験で確認した 。この事実より，流れ刺激によりセンチネルリンパ節内部の環境変化が誘起され，ICAM ‑1を介して微小癌転移が出現してくる可能性が示唆された。
また，ラットの腸骨リンパ節を用いた in vivo 実験

ずり応力刺激によって ATP と共に分泌された水
素イオンの生理学的役割について
培養の血管内皮細胞およびリンパ管内皮細胞では，流れ刺激により細胞表面の caveola 内に存在する F /F ATP synthase から ATP が分泌されることは，私において，上記の培養実験や in vitro 実験の結果が同共の実験 の他，数多くの報告で実証されている

じように証明されるか否かについてさらに検討を行っ

もともと F /F ATP synthase はミトコンドリアの内た。生体内でリンパ液の流れからずり応力を定量的に膜に存在し，エネルギー源である ATP を産生すると算出するのは困難であるため，流れ刺激をセンチネル

ともに水素イオンを共分泌する分子である 。分泌さリンパ節に加えた環境を擬似的に再現した状態，すな

れる ATP については前述のようにシグナル伝達物質

わち ATP を外因性に組織間隙や微小リンパ管内に投として様々な生理機能を有していることが今までに報与した状態でリンパ節内に存在するリンパ管内皮細胞

告されているが様細胞表面の ICAM ‑1発現が増強するかどうかにつ理学的意義については今までに全く報告がなく，ほといて検討を行った 。その結果，体外から組織間隙やんど看過されてきたのが現状である。そこで私共はず

微小リンパ管内に ATP を投与した群では，腸骨リン

り応力刺激によって脈管内皮細胞から ATP と共に分パ節内の ICAM ‑1発現が有意に増強することを，特泌されてくる水素イオンの生理的意義や意味を解明す

異抗体を用いた生体蛍光顕微鏡動画画像から確認したる研究の過程で，この水素イオンが肺の細動脈におけ（図６） 。このことから，流れ刺激によりリンパ管内

る炭酸ガスの産生，排出にきわめて重要な生理学的役

皮細胞表面に存在する F /F ATP synthase から分泌割を果たしていることを発見した ので，以下にこのされた内因性の ATP がリンパ節内部の微小環境変化

実験事実の詳細を解説する。

。

，共分泌される水素イオンの生を生み出している可能性 が 示 唆 さ れ た。す な わ ち

血管内皮細胞に流れ刺激をかけると細胞表面の F /ICAM ‑1等の接着分子の発現や分泌された ATP がF ATP synthase から ATP が分泌され，その反応はpurinergic 2X/2Y 受容体刺激を介してリンパ節内に動・静脈の内皮細胞の中で，ヒト肺動脈がもっとも顕存在する免疫担当細胞等の機能を変化させていると想著であると報告されている定される。

動脈で最も顕著なのか，その生理学的意義を検討して。そこで私共はなぜ肺いる中で，流れ刺激によって 肺 動 脈 内 皮 細 胞 か ら
ATP と共分泌される水素イオンが肺の重要な機能で50

信州医誌 Vol. 61

ずり応力刺激による脈管内皮細胞機能の制御機構

図６ ラット腸骨リンパ節の流れ刺激モデル（生体外より ATP を組織間隙あるいは微小リンパ管内に投与する）における生体内リンパ節の接着分子 ICAM ‑1発現増強効果
Ａ：生体外よりATP 10 M を尾部基始部の皮下組織間隙に投与（24時間）したラット腸骨リンパ節のICAM ‑1
免疫組織染色写真の典型例。 左：人工保生液（PBS）のみ投与群（negative control）の蛍光顕微鏡写真の典型例。 腸骨リンパ節内に ICAM ‑1発現はほとんど認められない。 右：ATP 10 M を含んだ PBS 投与群の蛍光顕微鏡写真の典型例。 腸骨リンパ節内の様々な細胞に ICAM ‑1の発現を認めた。 スケール：200μm
Ｂ：panel A 実験結果を Scion Image 解析ソフトを用いて定量化して比 検討した実験結果。 縦軸：ICAM ‑1蛍光発現量を定量化した値：p＜0.01 両群間の統計的検定結果
Ｃ：生体顕微鏡の動画画像を用いて生体内で腸骨リンパ節における ICAM ‑1発現を評価した実験結果の典型例
ATP は panel A と同様，24時間前にラット尾部基始部の皮下組織間隙あるいは微小リンパ管内に投与し，撮影
開始10分前に同一部位に蛍光標識した ICAM ‑1抗体を投与し，腸骨リンパ節内の ICAM ‑1発現を，蛍光輝度を定量化することにより ICAM ‑1発現量を評価した。 左上段：対照群（PBS を24時間処置）の典型的な光学顕微鏡写真。 左下段：対照群の ICAM ‑1抗体投与10分後の典型的な蛍光顕微鏡写真。 右上段：ATP 10 M
投与群の典型的な光学顕微鏡写真。 右下段：ATP 10 M 投与群の典型的な蛍光顕微鏡写真。 スケール：
１mm
Ｄ：panel C の蛍光顕微鏡写真を Scion Image 解析ソフトを用いて定量化して比 検討した実験結果。 縦軸：
ICAM ‑1蛍光発現量を定量化した値（文献42より引用）：p＜0.01 両群間の統計的検定結果

ある炭酸ガスの排出に関与しているのではないかといしかし，30年くらい前に行われた動物実験で，赤血う作業仮説を持つに至った。これまでの呼吸生理学の球を含まない人工保生液で肺を灌流した場合でも，血教科書的定説として知られている肺における炭酸ガス

液灌流時と全く同じ量の二酸化炭素が排出されるとい

産生・排出の機序は，肺毛細血管を通過している赤血う報告 や，ヒトでも重篤な貧血の患者さんの場合に球に酸素が取り込まれると，酸素化されたヘモグロビ

おいても，肺の炭酸ガス排出能に異常をきたすというンから水素イオンが遊離する。そして赤血球内におい報告は見当たらず ，この理由については長い間全くて，塩素イオンと交換して血漿中より流入した重炭酸

不明のままであった。そこで，私たちは，肺動脈内皮

イオンと反応し，二酸化炭素を合成する。その二酸化細胞よりもずり応力の強い肺細動脈の内皮細胞を用い炭素が肺毛細血管から肺胞に拡散して，炭酸ガスとして，流れ刺激を行うのが妥当であるとの結論に至った。

て肺から排出されてくるという考え方であった 。

その細胞を用いて細胞表面に存在するはずの F /F

No. 2, 201351

河 合 佳 子

図７ 培養したヒト肺細動脈内皮細胞に流れ刺激（2.0〜5.0dyn/cm ）負荷した際の ATP 分泌と培地 pH の変化
Ａ：流れ刺激（2.0〜5.0dyn/cm ）時のヒト肺細動脈内皮細胞（HPAoEC）とヒト肺動脈内皮細胞（HPAEC）
からの ATP 分泌評価の実験結果。 縦軸：培地の ATP 濃度（×10 M ） 横軸：内皮細胞に負荷した流れ刺激。−は流れ刺激無処置群を示す。
：p＜0.01 両群の統計的検定結果
Ｂ：ヒト肺細動脈内皮細胞（1:HPAoEC）とヒト肺動脈内皮細胞（2:HPAEC）の細胞表面（non‑permeabilized）
あるいはミトコンドリア内膜（permeabilized）の F /F ATP synthase 免疫細胞染色結果の典型例。 スケー
ル：10μm
Ｃ：ヒト肺細動脈内皮細胞（HPAoEC）の流れ刺激（5.0dyn/cm ）による ATP 分泌機構に対する細胞表面の，ならびに piceatannol（20μM ，PIC）前処置評価の
F /F ATP synthase 阻害薬 angiostatin（2.0μM ，ANG）
実験結果。 縦軸：培地の ATP 濃度（×10 M ）：p＜0.01 両群の統計的検定結果
Ｄ：ヒト肺細動脈内皮細胞（HPAoEC）の流れ刺激（5.0dyn/cm ）による pH 変化と20 μM PIC の効果。 縦軸：培地の pH 測定値 横軸：内皮細胞に負荷した流れ刺激。−は流れ刺激無処置群を示す：p＜0.01 両群間の統計的検定結果（文献46より引用）

ATP synthase のずり応力感受性，ならびに共分泌さ部いただき，肺細動脈内皮細胞を分離培養した。培養れるはずの水素イオンが炭酸ガス産生・排出に関与ししたヒト肺細動脈内皮細胞表面に生理的範囲のずり応ているか否かについて解析する研究計画を立てた。し力刺激を負荷すると二酸化炭素が顕著に排出されてくかし，ヒト肺細動脈内皮細胞は市販されていなかった

る こ と を 発 見 し た 。肺 細 動 脈 表 面 に は，F /Fため，まず信州大学医学部倫理委員会の承認を得て，

ATP synthase が高発現しており，しかも，水素イオ

肺癌で摘出した肺の中で正常組織と思われる部分を一ンと重炭酸イオンを反応させて二酸化炭素を作る酵素

52

信州医誌 Vol. 61

ずり応力刺激による脈管内皮細胞機能の制御機構

図８ ヒト肺細動脈内皮細胞（HPAoEC）の流れ刺激（2.0〜5.0dyn/cm ）による炭酸ガス排出
Ａ：流れ刺激（2.0〜5.0dyn/cm ，−は流れ刺激無処置群）に対する HPAoEC からの炭酸ガス排出量の測定結果と，20μM PIC（細胞表面 F /F ATP synthase 阻害薬）と1.0μM acetazolamide（ACZ，細胞表面 carbonic anhydrase（CA）IV 阻害薬）前処置の影響。 縦軸：閉鎖培地容器内に排出された炭酸ガス量（ppm）
Ｂ：ヒト肺細動脈内皮細胞（1: HPAoEC）とヒト肺動脈内皮細胞（2: HPAEC）の細胞表面に存在する CA II，CA
IV の免疫細胞染色結果の典型例。 スケール：100μm
Ｃ：ヒト肺細動脈内皮細胞（1: HPAoEC）とヒト肺動脈内皮細胞（2: HPAEC）における CA II mRNA，CA IV
mRNA 発現量の定量的検索結果。 縦軸：CA II mRNA，CA IV mRNA 発現量の相対値：p＜0.01 両群間の統計的検定結果（文献46より引用）

である 型炭酸脱水酵素も細胞表面に多く存在してい胞内の［Ca ］ 上昇をトリガーとして，秒オーダー

ることを免疫細胞染色および mRNA の発現解析によの生理機能，例えば NO の産生分泌から② 遺伝子，って確認した（図７，８） 。このことから，今まで蛋白発現を修飾して数時間から数日オーダーの生理機の「赤血球の酸素化により炭酸ガスが産生される」と能，例えば ecNOS の遺伝子・蛋白発現まで制御していう考え方よりも，「肺細動脈内皮細胞に流れ刺激がいることが判ってきた。さらに③ 脈管内皮細胞の表加わると炭酸ガスが産生される」という新しい概念の面に一般的に存在している F /F ATP synthase の活方が，過去の実験データや臨床的矛盾を一元的に説明性を調節して ATP と水素イオンを共分泌し，それらできることを報告した（図９） 。

の分泌物質を介して生理機能を制御していることも看おわりに過できない事実として明白になってきた。特に私共が見出した共分泌された水素イオンが肺細動脈内皮細胞

これまで述べたように，生体内では流れによるずりの炭酸ガス産生，排出に関与しているという知見は，応力刺激が血管やリンパ管の内皮細胞において① 細その典型的な事例の一つである。しかし，ずり応力刺No. 2, 201353

河 合 佳 子

図９

私共の提唱しているヒト肺細動脈内皮細胞における流れ刺激による細胞表面の F /F ATP synthase 活性変化を介した炭酸ガス産生・排出機構の模式図

左：私共の提唱した炭酸ガス産生・排出の新しい考え方 右：赤血球内の炭酸ガス産生・排出を唱えた従来の考え方（文献46より引用）

激がなぜ F /F ATP synthase を活性させるのかの分

さらに，生理学研究では最終的に動物実験を用いた子機構についてはまだ不明であり，今後の課題である。

in vivo 実験が必要不可欠であるが，その動物実験の培養細胞を用いた分子生物学的手技により新しい物

データを解釈するにあたっても十分に配慮すべき問題

質や因子を捕まえる研究が最近隆盛を極めている。しがあることをお伝えしておきたい。例えば，静脈系やかし，培地交換という分子生物学者にとってはごくご

リンパ管系の低圧系の循環系では，ヒトやサルの立位

く当たり前の操作によっても圧変化や流れ刺激といっ動物とラット・マウスやウサギの四足歩行動物との間た物理的刺激を細胞に与えてしまうことになる。そしに循環動態に大きな違い，例えばヒトでは顔と下肢とて，細胞のタンパク発現や遺伝子発現にまで影響を及のリンパ動態は重力の影響が強く，同一には考えられぼしてしまう可能性のあるという事実は，私共分子生ないという事実がある。そのため，汎用されているラ

物学的手技を用いる研究者にとっても肝に銘ずべきでットやマウス等の実験動物で得られた結果が即ヒトにあると思われる。

応用できるかというところに大きな問題が存在するこまた，生理学は生体内の機能を，細胞，臓器，生体とは，さらに注意を喚起しなければならない点である。

レベルで広く解析する学問分野である。培養細胞を用ゆえに，私共は培養細胞を用いる分子生物学的研究はいた分子生物学的手技による機能解析をするにあたっ

ヒト由来の細胞を用いることを旨としている。そして，ても，今までに生理学分野で蓄積されてきた知識や情培養細胞での研究結果をもとに，ヒトと四足歩行動物

報を十二分に活用し，より生体内に近い環境を作り出との機能特性の違いを十分に把握した上で，動物実験

して実験計画を吟味することによって新たな発見の手を計画することが，臨床応用にできるだけ短時間で近がかりになる可能性をこれらの研究を通して再認識しづけることになるのではないかと考えている次第であたところでもある。

る。
文

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