博 士 （ 医 学 ） 石 谷 利 光
学位論文 題名
rEff． eCtSOfCa2十 SenSitiZerSOnCOntraCtion， ［ Ca2十 ］ i
TranSientandMyO丘 1amentCa2十 SenSitiVityinDiabetiC
RatMyOCardium： POtentialUSefulneSSaSInotropiCAgentS
一（実験的糖尿病ラット心筋におけるカルシウム感受性増強薬の効果：強心薬としての有用性）

学位論文内容の要旨【背景】
糖尿 病患 者 では 冠動 脈 疾患 がを く とも 心不 全 死が多いこ とが疫学的研究から 明らかにされてお り、糖尿 病そ のも の によ る心 筋 障害と してdiabetic cardiomyopathy （糖尿病性心 筋症）という名称 が与えら れて いる 。 この よう な 糖尿 病患 者 では カテ コ ラミンに対 する反応性が低下し ていることが報告 されてお り、 我々 も ヒト にお け る糖 尿病 性 心筋 症の モ デル とし て 有用 であ る とさ れる streptoz
otoc
in誘発性糖尿病ラ ットにおいて、p一受容体刺 激に対する心筋収 縮反応性の滅弱を報 告してきた（Gandoetal.
，ゾ
Ph
arma
col E
xp T
her 1997;ヱぬぬetal．，AmゾPh
ysiol 1998)。
近 年 、 従 来 の 強 心 薬 で あ る ジ ギ タ リ ス やカ テコ ラ ミン に代 わ る心 不全 治 療薬 とし て 数多 くの Ca2+sensitizersが 開 発 さ れ て き て い る 。 本 研 究 で は streptozotoci
n誘 発性 糖 尿病 ラッ ト にお ける CaZ+sensitizers (EMD57033、MCI―154、EGI
S―9377)の有用性を検討 した。
一方、 糖尿病病態におけ る心筋細胞ではCaz＋処理機構が損なわれているため(
llattorietal.
，ゾPhysiol
20ロの 、細胞の弛緩過程 に異常がみられる 。EMD57033
は心臓 の弛緩を遷延させ拡 張期張カを上昇さ せると
い う問 題点 が 指摘 され て おり 、糖 尿 病心 の拡 張 機能 障害 を さら に悪 化 させ る可 能 性が ある 。そ こで、KM
D57033が左室拡張能に及 ばす影響も検討した 。
【方法】
1．塞験的蛍尿痘21l
ヒの佐 成
8週令 のWi
starラットにstreptozotocin 45 mg/kgを尾静脈よ り静注し、実験的糖 尿病ラットを作成 した。
対照群に はstrep
toz
otocinの溶媒のみを静注し た。
Z．C鉦 ：．sens
itiz
ers赴宝験的 盤尿痘互望ヒより坐 離Lた！ 吐筋細胞のca2+ t
ransient(CaT)t9
加 壅と細胞長 短鎚壅に及ほ主髭 蟹
streptozotoci
n投 与4‑‑‑6
週 後に、ランゲ ンドルフ法によル コラゲナーゼ処理に て心室筋細胞を単 離し、CaTと 細 胞 長 を indo− 1を 用 い た 顕 微 測 光 と video edge detectorに よ り 同 時 測 定 し た 。
3． E迎 io盟 盤 宝 験 的 艟 尿 痘 乏 塗 ヒ よ り 摘 出 Lた ！ 吐 室 肉 柱 接 杢 の jl2ヒ 皇 立 ム 感 受 性 に及 ほ空 髭 饗
対 照お よぴ糖尿病ラット の心室筋より標本 を摘出し、p−escinで処理してスキン ドフんイバーを作 成し、ー 54 ‑

EMD57033(lO皿M）を作用させて得 られるpCa‑tension curveか らCaz+感受性の変化を検討 した。
4．塞 験的 盤 尿痘乏型b赴ら摘出Lた左室乳頭筋に霊泣るED5W33の収縮左増強佳田と弛緩睦 聞延長
佐鼠
1Hzで電気的に駆動した左室乳頭筋（糖尿病作成後、4‑‑‑6週、10週およぴ25週で摘出）にEM
D57033(10皿 M） を 作 用 さ せ た 際 の 収 縮 力 増 強 作 用 と 弛 緩 時 間 延 長 の 程 度 を 測 定 し た 。
5．垈2ヒZ！2kピ空ニ2ヒ塵酸 TcD22bにぉ！）エE墜5ヱQ3:3擾左室の収縮能、拡張能に 及ほ士髭蟹
麻 酔下のラヅトにEMD57033(30mg/kgi．d）を投与した際の 左室の%fractional shortening、EWave
Deceleration time、 Isovolumetric Relaxation timeの 変 化 を 心 エ コ ー で 評 価 し た 。
【結果ならぴに考察】
Caz+ sensitizerであるEM
D5703
3は濃度依存性に心筋細胞の細胞長短縮率を増加させたが、CaTの増加を伴わなかった。糖尿病群でも、対照群とほば同等の収縮力増加作用が認められた。FICI‑154(100,uM）、EGIS―9377(300htH)も同様にCaTの増加を伴わずに心筋細胞の細胞長短縮率を増加させた。また
HCI―154 (100皿M）とEGIS−9377(300/LM)による収縮力増強作用は対照群と糖尿病群で有意差を認めなかった。これに対して、Ctrz+sensitizingac
tionとphospho
diesteraseII
I阻害効果をもつpimobendan、
ロ―受容体刺激薬である.isoprot
erenolは収縮カ増加作用とともにCaTの増加を惹起したが、両作用とも糖尿病群で有意に低下していた。
スキンドファイパーにおいては、pCa
一tensioncurveは対照群に比較して糖尿病群でわずかに右方移動 していたが、有意差はなかった。EMD57033
はpCa‑tens
ion curveを有意に左方移動させたが、このCaz+感受性増強効果は対照群・糖尿病群間で違いは認められなかった。
糖尿病作成後、4‑‑6週、10週およぴ25週で摘出した左室乳頭筋にEMD57033(10LtM)を作用させた際の収縮力増強作用は、同週令の対照ラットから摘出した乳頭筋のそれと同程度であった。糖尿病乳頭筋では有意な弛緩時間の延長が見られ、それはEMD57033によってさらに増加したが、EM
D57033
非存在下、存在下での弛緩時間は週令によって差はなかった。またEMD57033による弛緩時間の増加率は4〜6週では糖尿病 群 と対 照群 は同 程度 であ った が、 対照 群で は週 令と とも に増加する傾向にあった。
麻酔下のラットにおいては、左室収縮機能に対するElq
D57033の効果は4‑6週の糖尿病ラヅトと対照ラットで差を見なかった。左室拡張能は糖尿病群で低下していたが、EM
D57033を投与しても左室拡張能を反映するバラメーターを悪化させなかった。
以上の結果から、EMD57033の適当量では糖尿病心において拡張機能を悪化させずに収縮機能を改善しうることが期待される。すなわちEM
D57033のようなCa
2+sensitizersは、糖尿病患者の心不全時の治療薬として、特に集中治療医学領域においてカテコラミンなどの従来の強心薬よりも有用である可能性が示唆された。

− 55 ‑

学位論文 審査の要旨
主査
副査
副査

教 授 北畠教 授 劍物教 授 丸藤顯修
哲

学 位論文題名
Effects of Ca2十 Sensitizers on Contraction，［Ca2十］ i

Transient and Myofilament Ca2十 Sensitivity in Diabetic
Rat Myocardium： Potential Usefulness as Inotropic Agents（実験的糖尿病ラット心筋におけるカルシウム感受性増強薬の効果：強心薬としての有用性）

申 請者 は実 験的 糖尿 病ラ ット か ら単 離し た心 筋細 胞に おい てp受 容体刺激薬であるisoproterenolと 主としてPDEIII阻害作用を有するP
imobendanによる反応が減弱しているのに対して、よりCa:+感受性増強作用の強いEM
D57033、MCI―154、EGI
S−9377は[Ca2+］iTransientを増加させずに，細胞長短縮率を増加させることを示した。さらにその作用が対照ラットと糖尿病ラットで差を認めないことから、糖尿病性心筋症においてはcAMPを介する陽性変力作用は期待できないが，Ca2+sensitizerによる陽性変力作用は十分期待できることを示した。またCaz+sensitizerはその作用機序から心臓の拡張機能障害を惹起するが，EMD57033による左室乳頭筋の等尺収縮におけ る弛緩時間延長作用は50X
弛緩時間の増加率で比較すると対照群と糖尿病群で同程度であ り、伽vivoで壱EMD
57033（経口投与）は両群において左室拡張能を示すバラメータを変化させずに左室収縮カを増強させないことから、EMD
57033が糖尿病ラットが本来もつ拡張能障害を悪化させることなく陽性変力作用を発揮することを示した。
口頭発表の後、主査と副査から以下の質問があり、申請者は過去の文献および自分自身の見解に基づいて的確に回答した。会場からの質問はなかった。
1．

糖尿病性心筋症のおこるメカニズムは？

う高血糖によるフリーラジカルの産生やPKCの活性化が、遺伝子レベルで心臓の収縮制御夕ンバクに影響を及ぼしている可能性がある。
2．

3
つのCa2+sensitizerの臨床応用に対する見解は？

うまだ動物実験の段階で臨床応用には数年かかると思われる。より純粋なCa
2+sensitizer(EMD57033)の臨床応用にっいては特に期待されるところである。
3．

糖尿病性心 筋症以外の心不全（例えぱ敗血症）に対してC
a2+sensitizerは有効か？
― 56 ‑

う敗血症ではGsタンバクの減少が心機能低下の原因とされており、その下流（トロボニンCと Ca2+の 相 互 作 用 ） に 作 用 点 の あ る Ca:+ sensitizerは 効 果 が 期 待 で き る 。
4．

ロ 受容 体を 介し た 情報 伝達 系において、糖尿病で障害を受けてい るのはどこか？
cAMPを 介 さ な い ジ ギ タ リ ス に よ る 陽 性 変 力 作 用 は 期 待 で き な い の か ？

う糖尿病性心筋では、ホスホランパンのりン酸化による筋小胞体のCa2＋摂取に障害がある。
またNa+−Ca2＋交換系にも異常があり、細胞外Caz+濃度が急激に変化した場合には細胞内に流入するCaz+を処理しきれなくなりCa2+過剰負荷となってしまう。よってジギタリスはその作用機序を考えるとCa2+過剰負荷を助長することになる。
5．

糖 尿病 心筋 症に お いて 、p受容 体以 外の 受容 体 を介 した細胞内情 報伝達系に変化はあるのか9うぱ受容体、ムスカリン受容体、エンドセリン受容体を介する反応は変化していないといわれている。
6．

糖尿病心筋症で拡張機能障害がおこる機序は9→筋小胞体機能の低下により、拡張期の細胞内CaH濃度の減衰が障害されて、トロポニンCとCaz+の結合が解離しずらくなることが原因である。
7．Ca
z+sensitizerの作用機序は？
‑*Ca'+ sensitizer
はトロ ボニンCとCa2+の親和性を増強させたり、アクチンとミオシンのクロスプリッジの回転速度を上げたりして作用を表す。個々の薬剤の作用点に関しては、明確な結諭は出ていない。
8．

糖 尿病 ラッ トの 乳 頭筋 では 弛緩時間の増加が認められたのに、心 エコーでは拡張能障害が認められなかったことについての考察は？

う心エコーにおける拡張能を示すバラメ一夕がRR間隔で除したものであることを考慮すると、糖尿病ラットの徐脈傾向が影響を及ぽしている可能性がある。またEMD
57033の経口投与による血中濃度の上昇が十分でなかった可能性も否めない。
9． Ca2+感 受 性 増 強 作 用 を も つ 薬 物 の 心 不 全 に お け る 臨 床 試 験 の 成 績 に つ い て+EM
D57033のようなよりCaz+感受性増強作用の強い薬物が用いられれぱ、有効性を示すデータが得られた可能性があると考えている。
本研究は糖尿病性心筋症における心不全治療薬としてC
a2+sensitizerが有効である可能性を示唆した点で高く評価された。今後C
a2+sensitizerの生体での有効性についてさら詮る検討が期待される。
審査員一同は、これらの成果を高く評価し、申請者が博士（医学）の学位を受けるのに充分な資格を有するものと判定した。