多嚢胞性腎疾患に伴う網膜血管障害における可溶性エポキシドヒドロラーゼ阻害の保護効果

Protective effect of Soluble Epoxide Hydrolase Inhibition in Retinal Vasculopathy associated with Polycystic Kidney Disease.

• Jihong Lin
• Jiong Hu
• Andrea Schlotterer
• Jing Wang
• Matthias Kolibabka
• Khader Awwad
• Nadine Dietrich
• Kristin Breitschopf
• Paulus Wohlfart
• Aimo Kannt
• Katrin Lorenz
• Yuxi Feng
• Rüdiger Popp
• Sigrid Hoffmann
• Ingrid Fleming
• Hans Peter Hammes

抄録

網膜変性症や糖尿病性網膜症を含む様々な網膜疾患において、グリア活性化に伴う二次的な血管障害が発現する。視細胞の変性とそれに続く網膜の血管分解は、糖尿病がない場合には、多嚢胞性腎疾患（PKD）遺伝子を発現するトランスジェニックラットでも見られます。活性化したミュラーグリアは、可溶性エポキシドヒドロラーゼ（sEH）の発現を介して、少なくとも部分的には網膜血管新生に寄与する。糖尿病ではsEH発現の増加が血管不安定化の引き金となっており、糖尿病マウスとPKDラットでは血管新生が類似していることから、本研究の目的はsEHを阻害することでPKDラットの網膜血管新生を抑制できるかどうかを調べることであった。 1ヶ月齢のオスのホモ接合トランスジェニックPKDラットを、4週間、ビヒクルまたはsEH阻害剤（sEH-I；Sar5399、30mg/kg）の投与を受けるように無作為に割り付けた。野生型のSprague-Dawley(SD)被験動物は対照としてビヒクルを投与した。網膜のsEH発現および活性をウエスタンブロットおよびLC-MSにより測定し、網膜消化調製物中の血管障害を定量した。ミクログリア活性化および免疫応答サイトカインを、それぞれ免疫蛍光および定量PCRにより評価した。19,20-ジヒドロキシドコサペンタエン酸(19,20-DHDP)はNotchシグナル伝達、ミクログリア活性化および遊走を評価した。 本研究では、PKD 網膜において sEH の発現と活性が増加し、19,20-DHDP の産生が増加し、Notch シグナル伝達が低下したことを示した。後者の変化は、周皮細胞の損失とCD11b/CD74ミクログリアの血管周囲領域へのリクルートを誘発した。ミクログリアの活性化は免疫応答サイトカインの発現を増加させ、Notch3とデルタ様リガンド4（Dll4）のレベルを低下させた。Sar5399を投与すると、19,20-DHDPの生成が減少し、Notch3の発現が増加した。また、Sar5399は周皮細胞の損失を減少させ、ミクログリアの活性化を抑制し、免疫応答サイトカインの発現を抑制することで、血管機能の低下を抑制した。メカニズム的には、Dll4によるNotchシグナル伝達の活性化は、微小グリア細胞の表現型を静止状態に維持し、すなわち、CD74の表面提示と微小グリアの遊走の両方を減少させた。対照的に、網膜の探索物では、19,20-DHDPとNotchの阻害は共にCD74の発現を促進し、Dll4によって誘導された遊走の減少を逆転させた。 これらのデータは、19,20-DHDPによるNotchシグナル伝達の変化がミクログリアの活性化と周皮細胞の喪失をもたらし、多嚢胞性腎疾患における網膜血管機能の低下に寄与していることを示している。さらに、sEH阻害は炎症性ミクログリアの活性を低下させることで血管障害を改善する可能性があり、sEH阻害は網膜血管障害を予防する魅力的な新しい治療法である。

Vasoregression secondary to glial activation develops in various retinal diseases, including retinal degeneration and diabetic retinopathy. Photoreceptor degeneration and subsequent retinal vasoregression, characterized by pericyte loss and acellular capillary formation in the absence diabetes, are also seen in transgenic rats expressing the polycystic kidney disease (PKD) gene. Activated Müller glia contributes to retinal vasodegeneration, at least in part via the expression of the soluble epoxide hydrolase (sEH). Given that an increase in sEH expression triggered vascular destabilization in diabetes, and that vasoregression is similar in diabetic mice and PKD rats, the aim of the present study was to determine whether sEH inhibition could prevent retinal vasoregression in the PKD rat. One-month old male homozygous transgenic PKD rats were randomly allocated to receive vehicle or a sEH inhibitor (sEH-I; Sar5399, 30 mg/kg) for four weeks. Wild-type Sprague-Dawley (SD) littermates received vehicle as controls. Retinal sEH expression and activity were measured by Western blotting and LC-MS, and vasoregression was quantified in retinal digestion preparations. Microglial activation and immune response cytokines were assessed by immunofluorescence and quantitative PCR, respectively. 19,20-dihydroxydocosapentaenoic acid (19,20-DHDP) mediated Notch signaling, microglial activation and migration were assessed and . This study demonstrates that sEH expression and activity were increased in PKD retinae, which led to elevated production of 19,20-DHDP and the depression of Notch signaling. The latter changes elicited pericyte loss and the recruitment of CD11b/CD74 microglia to the perivascular region. Microglial activation increased the expression of immune-response cytokines, and reduced levels of Notch3 and delta-like ligand 4 (Dll4). Treatment with Sar5399 decreased 19,20-DHDP generation and increased Notch3 expression. Sar5399 also prevented vasoregression by reducing pericyte loss and suppressed microglial activation as well as the expression of immune-response cytokines. Mechanistically, the activation of Notch signaling by Dll4 maintained a quiescent microglial cell phenotype, i.e. reduced both the surface presentation of CD74 and microglial migration. In contrast, in retinal explants, 19,20-DHDP and Notch inhibition both promoted CD74 expression and reversed the Dll4-induced decrease in migration. Our data indicate that 19,20-DHDP-induced alterations in Notch-signaling result in microglia activation and pericyte loss and contribute to retinal vasoregression in polycystic kidney disease. Moreover, sEH inhibition can ameliorate vasoregression through reduced activity of inflammatory microglia. sEH inhibition is thus an attractive new therapeutic approach to prevent retinal vasoregression.

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