細胞老化の分子メカニズムの解明と老化細胞除去治療の開発
Elucidation of molecular mechanism of cellular senescenceand development of senolytic therapy
順天堂大学
派遣期間
研究機関

研究指導者

須田 将吉
2021 年 9 月 7 日～2022 年 9 月 6 日
Departments of Medicine and Physiology and Biomedical Engineering,
Mayo Clinic
First St., S.W., Rochester, MN 55905, USA.
Prof. James L. Kirkland

Senolytics, elimination of senescent cells, has been reported as a promising anti-aging therapy in pre-clinical andclinical studies. However, senescent cells are heterogeneric cells and the contribution of cell-type specific senescent cellto the development of diseases and the effect of cell-type specific elimination of senescent cells have not been fully
understood yet. In this study, I established the endothelial specific senolytic mice using cre-loxP system. I foundelimination of senescent endothelial cells improved the glucose metabolism, vascular function, and cardiac function inthis endothelial cell specific senolytic mice as well as in the non-specific elimination of senescent cell mouse. Thesefindings suggests that senescent endothelial cells play an important role in cardiovascular diseases and targetingsenescent endothelial cells would be a novel therapy for cardiovascular diseases.

研究目的

は細胞種特異的な老化細胞を除去することを可能に近年、老化細胞自体を除去する(senolytics)ことでするモデルマウスを作製し、細胞種特異的な老化細疾病を治療するという画期的な研究が行われた。老胞除去治療の効果の検証ならびに、細胞種特異的な化細胞を特異的に除去するように設計したマウスで老化マーカーや分泌される分子を明らかにすることは、糖尿病や動脈硬化などの生活習慣病の発症が抑を目的とした。

制され、驚くべきことに寿命も延長することが報告され、大きな注目を集めている。さらには特異的に研究経過老化細胞を除去できる薬剤も同定され、実際にヒト血管内皮細胞特異的老化細胞除去マウスの解析の肺線維症に対する老化細胞除去治療の有用性を証

これまで本留学先の研究室で樹立されている、老化明した世界初の臨床研究が留学先の研究室より報告

マーカーである p16 が陽性の老化細胞を特異的に薬された。これらの結果から、細胞老化は老化や老年剤 投 与 で 除 去 で き る モ デ ル マ ウ ス

症候群の治療標的として有用であることが示されつ(systemic-p16-ATTAC マウス) を改良し、cre-loxP シ

つある。しかし、臨床研究を進めていく中で、依然ステムを用いて、cre 特異的に老化細胞を除去できるとして、ヒトの生体内で老化細胞を検出するマーカマウスを作製した（p16-loxP-ATTAC マウス）
。このーが確立していないという課題が明らかとなった。

p16-loxP-ATTAC マウスは細胞種特異的 Cre と交配すこの原因として、これまで様々な老化細胞を網羅することで細胞種特異的に老化細胞を除去することがる老化マーカーの探索が行われてきたが、老化細胞できる。 我々は血管内皮細胞特異的 Cre（Tie2-Cre）と一概に定義することは難しく、細胞種や体内におと交配し、Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスを作製

ける局在、細胞老化の原因などによって異なる性質した。

を持つことが徐々にわかってきた。そこで本研究でp16-loxP-ATTAC マウスの繁殖のトラブルのため、野生型マウスと戻し交配を行なうなど、モデルマウった病態による老化モデルとして広く利用されていスの樹立に非常に難渋した。

る。

野 生 型 の マ ウ ス 、 全 身の 老 化 細 胞 除 去 マ ウ ス

systemic-p16-ATTAC マウスでは、既報どおり、耐（systemic-p16-ATTAC マウス）、血管内皮細胞特異的糖能や血管弛緩能の改善を認めた。左室収縮能に関老化細胞除去マウス（Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マ

しては、心筋梗塞モデルや高齢マウスで心機能低下ウス）に対し、細胞老化を誘導するため、高脂肪食が軽減するという報告があったが、高脂肪食負荷でを与えた。
通常食のマウスが 20-25g であるのに対し、は報告がなく、非常に興味深いデータであった。

高脂肪食を負荷したマウスは 30-40g と肥満を呈した。

Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスでも同様に、耐糖これらのマウスに薬剤またはコントロールとして溶能、血管弛緩能、心機能の改善を認めた。血管弛緩媒を与えたところ、systemic-p16-ATTAC マウス、能は内皮細胞の機能を直接評価するアッセイであり、Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスともに薬剤投与群

血管内皮細胞を標的とした老化細胞除去マウスであではコントロール群と比較して、空腹時血糖の低下、る Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスでは予想通り改HbA1c の低下を認めた。心血管系への影響を調べる

善を認めた。耐糖能や心機能に関しては、血管内皮ため、心エコーで心機能を確認したところ、細胞以外にも様々な細胞の関与が示唆されているが、Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスは薬剤投与群ではこれまで血管内皮細胞の老化を抑制したマウスで耐高脂肪食負荷による左室収縮能の低下が改善傾向で糖能や心機能の改善も報告されていることから、こあった。さらに安楽死後、大動脈を取り出し血管機れらも血管内皮細胞の老化が改善している結果とし能を確認したところ、Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マて矛盾しないものであった。これらの結果から、老ウスは薬剤投与群でアセチルコリンに対する血管の化 し た 血 管 内 皮 細 胞 だ けを 標 的 と し た 治 療 薬 、弛緩が良好であった。一方で systemic-p16-ATTAC マ

senolytics は糖尿病や心血管疾患の治療に有用であウスでは心機能、血管機能には明らかな改善は認めると考えられた。

なかった。肺、脂肪組織、肝臓を用いて Cdkn2a（p16）
で 調 べ た と こ ろ 、senolytics にダサチニブとケルセチンのカクテル療

systemic-p16-ATTAC マウスではいずれの組織でも法というものがある。これはダサチニブが老化したCdkn2a の発現が認められたのに対し、Tie2-Cre；

脂肪前駆細胞に有効であり、ケルセチンが血管内皮

p16-loxP-ATTAC マウスでは Cdkn2a の発現はほと細胞に有効であるため、より広範な老化細胞除去治んど変化がなかった。

療のため、2 つの薬剤を組み合わせて用いている。の 発 現 量 を

qPCR

現在までに報告されている老化細胞除去治療薬

ところが、本研究の結果、老化した血管内皮細胞だ考察

けでも効果が得られるという発見により、ケルセチ

血管内皮細胞特異的に老化細胞を除去できるンだけでも一定の効果が得られることを示唆していTie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスの樹立を行なった。

る。Senolytics の問題点として、副作用や off-target

繁殖のトラブルのため、その樹立に時間を要した。

効果などが挙げられており、より安全な治療のため野生型との戻り交配を行なった後は繁殖は順調にすに標的となる細胞を限定し、薬の量や種類を減らす

すんでおり、繁殖がうまくいかなかったのはマウスことが望ましい。実際ケルセチンはこれまで抗線維モデルの問題ではなさそうであった。

化作用があり、肺線維症や心臓線維化に対して効果

老化細胞は体内の数%と言われており、が報告されている。

systemic-p16-ATTAC マウスよりも血管内皮細胞に限Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスでの表現型が確定 し た 老 化 細 胞 を 標 的 と す る Tie2-Cre ；認されたため、分子生物学的に本モデルの正当性、

p16-loxP-ATTAC マウスでは表現型が乏しい可能性p16 陽性細胞が除去されていることの確認を行なっも考慮し、まずは表現型の確認を行うことにした。

た 。 と こ ろ が 、 p16 の 遺 伝 子 で あ る Cdkn2a は老齢のマウスの解析を行なうためにはマウスの寿

systemic-p16-ATTAC マウスでは低下していたのに対命に近い 2 年待つ必要があるため、高脂肪食負荷をし、Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスでは低下が認行ない老化の誘導を行なった。高脂肪食負荷によるめられなかった。これは肺、肝臓、脂肪において内老化の誘導は簡便であり、心血管疾患や糖尿病とい皮細胞以外の細胞の p16 が発現しているためと考えられ、逆に Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスが非特細胞除去治療の効果など疾患特異的に試験が計画さ異的に老化細胞を除去していないというデータともれることが多い。この場合病態に寄与する老化細胞捉えることができる。細胞種ごとの p16 の発現を調の種類は限定されている可能性があり、例えば心疾べるために、CyTOF や Flowcytometry、免疫染色な患に対する臨床試験では血管内皮細胞老化のマーカ

どによるシングルセルレベルでの解析を現在確立しーが有用な治療指標になることが示唆される。このている。

ように細胞種特異的な老化マーカーは臨床試験におまた、この Tie2-Cre；p16-loxP-ATTAC マウスの血漿を systemic-p16-ATTAC マウスと比較して老化内皮いても非常に有用になると考えられ、解析を勧めていきたい。

細胞特異的な老化マーカーや SASP 因子の同定につ他の老化の誘導方法として放射線照射やドキソルいても現在検討中である。すでに臨床試験も行われビシンなどの化学療法による老化の誘導についてもている senolytics であるが、非侵襲的に老化細胞の体検討している。ドキソルビシンは心毒性があり、左内における蓄積を正確に評価できる老化マーカーは室機能の改善を認めたことから、心疾患モデルとし存在しない。これは老化細胞の多様性が一因であるても有用である。これらのモデルによる老化誘導にと考える。老化細胞も細胞種、老化誘導方法、疾患、関しても現在野生型マウスを用いて検証を行ってい局在などにより分類を行なう必要がある。様々な Creる。

マウスと交配することにより、免疫細胞特異的、脂肪組織特異的など様々な細胞種特異的老化細胞除去

研究の発表

マウスを作製することが可能であり、この口頭発表

Tie2-Cre1.

；p16-loxP-ATTAC

マウス

やなし

systemic-p16-ATTAC マウスと比較することでそれぞれ特異的な老化マーカーや SASP 因子の同定が可能

誌上発表となる。臨床試験においては心疾患に対する老化細1.

胞除去治療の効果、アルツハイマー病における老化なし