注目ポイント
- HBV感染はピルビン酸濃度を上昇させ、活性酸素種（reactive oxygen species, ROS）の産生を増強し、肝線維化を促進する。
- ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体α（peroxisome proliferator-activated receptor α, PPARα）の発現低下は、HBV誘導性酸化ストレスおよび線維化形成において重要な役割を果たす。
- PPARαの活性化、またはROSの抑制により、HBVおよびピルビン酸によって誘導される線維化は可逆的に抑制され、抗線維化治療標的の候補が示された。
- これらの知見は、in vitroの細胞培養、HBV動物モデル、ならびに患者血清解析のいずれにおいても支持された。
研究背景
慢性B型肝炎（chronic hepatitis B, CHB）は、世界で2億5,000万人以上に影響を及ぼす重要な世界的健康負担であり、肝硬変および肝細胞癌の主要な原因の一つである。肝線維化は、細胞外マトリックスの過剰沈着を特徴とする創傷治癒反応であり、CHB患者における病態進展の中心を担う。抗ウイルス治療の有効性が確立されているにもかかわらず、多くの患者で線維化や肝硬変の進行が続いており、HBV感染および代謝変化に直接関連する分子レベルの線維化経路の解明が依然として求められている。これまでに、細胞のエネルギー代謝における重要な代謝産物であるピルビン酸がHBV複製を増強することが報告されている。しかし、ピルビン酸代謝とHBV誘導性線維化を結び付ける機序は十分に解明されておらず、CHBにおける線維化に対する標的治療の選択肢は限られている。本研究では、HBV誘導性肝線維化は、脂質代謝および酸化ストレスを制御する核内受容体であるPPARαの抑制を引き起こすピルビン酸駆動性経路を介して媒介され、その結果としてROS産生と線維化シグナルが誘導される、という仮説を立てた。
研究デザイン
本研究では、分子細胞培養モデル、HBV動物モデル、および臨床検体解析を統合した包括的な実験系を用いた。
1. 細胞モデル：HepAD38細胞（HBV発現肝細胞）、NTCP-HepG2細胞（HBV感染ヒト肝細胞）、初代ヒト肝細胞、およびLX2肝星細胞（hepatic stellate cells, HSCs）を、単独培養および共培養条件下で検討し、線維化の基盤となる肝細胞-HSC相互作用を再現した。
2. 介入：ピルビン酸添加、PPARαアゴニスト／アンタゴニスト、ROS阻害薬を用いて、経路構成要素を解析した。
3. 動物モデル：HBVキャリアマウス、HBVトランスジェニック（HBV-Tg）マウス、ならびにヒト化肝臓マウスを用い、in vivoでの関連性を確認した。
4. Ex vivo：患者由来のprecision-cut liver slices（PCLS）を用い、HBV関連線維化に関するトランスレーショナルな知見を得た。
5. 臨床相関：CHB患者血清を解析し、ピルビン酸および線維化関連バイオマーカーを定量した。
評価項目には、線維化促進遺伝子（TGF-β1、TIMP-1、COL1A1、α-SMA）の発現量、ROS産生アッセイ、PPARαタンパク質発現、ならびに組織学的線維化マーカーが含まれた。
主な結果
本研究では、代謝経路と酸化経路が関与する、HBV誘導性肝線維化の多面的機序が明らかになった。
1. ピルビン酸および線維化マーカーの上昇：HBV感染は、肝細胞および患者血清において細胞内ピルビン酸濃度を有意に増加させ、線維化促進遺伝子の発現を亢進させた。ピルビン酸単独でも線維化関連遺伝子発現を増強し得た。
2. ROS産生とPPARα抑制：HBV感染およびピルビン酸添加により、肝細胞ではROS産生が増加すると同時に、PPARα発現が低下した。ROSは、肝星細胞の活性化と細胞外マトリックス（ECM）蓄積を促進する既知の因子である。
3. PPARα活性の調節による線維化の変化：薬理学的にPPARαを活性化すると、HBVおよびピルビン酸によって誘導されるROS産生と線維化促進遺伝子発現は減弱した。一方、PPARα拮抗または遺伝子ノックダウンでは、これらの線維化反応が増強された。
4. PPARα下流でのROSの役割：ROS阻害薬の投与により、HBV条件培地、ピルビン酸添加、またはPPARα抑制によって増強された肝線維化マーカーは有効に抑制された。これにより、ROSがPPARα抑制の下流に位置する重要な線維化メディエーターであることが確認された。
5. 各モデルでの検証：これらの分子レベルの知見は、細胞培養、HBV-Tgマウスおよびヒト化肝臓マウス、ならびにヒト肝スライスモデルのいずれにおいても一貫して示され、生理学的・臨床的意義が支持された。
専門家コメント
本研究は、PPARα抑制に連動したピルビン酸依存性ROS産生を介してHBV誘導性肝線維化を駆動する、新たな代謝—酸化ストレス軸の存在を裏付ける説得力のある証拠を提示している。ピルビン酸がPPARαを抑制しつつ線維化シグナルを増幅するという知見は、線維化進展を制御する代謝リプログラミングの新たな概念とも整合する。PPARαが酸化ストレスと脂質代謝を調節する役割はよく確立されており、HBVによるその低下は治療標的となり得る重要な経路を明らかにしている。さらに、PPARαアゴニストおよびROSスカベンジャーが線維化変化を可逆的に改善したことは、実用的なトランスレーショナル研究の可能性を示す。
一方で、HBVがどのようにピルビン酸代謝を制御し、PPARαを抑制するのかについては、エピジェネティック因子または転写調節因子の関与を含め、さらなる分子機序の解明が必要である。また、前臨床モデルで本所見は支持されているものの、CHB患者の肝線維化に対してピルビン酸代謝あるいはPPARα経路を標的とする治療の有効性と安全性を検証するには、臨床試験が不可欠である。
結論
慢性HBV感染は、PPARα発現を抑制するピルビン酸依存性機構を介して肝線維化を促進し、その結果としてROS産生の増加と線維化促進経路の活性化を引き起こす。ピルビン酸代謝を標的とし、PPARα活性を回復させることは、CHBにおける酸化ストレス媒介性肝線維化を軽減する有望な戦略である。本知見は、HBVの病態をウイルス複製にとどまらず、代謝変化および酸化還元状態の変化を含むものとして理解するうえで重要であり、HBV関連肝疾患の臨床的負担に対処する新たな治療標的を提示する。
資金提供および臨床試験
本研究は、原著論文に記載された複数の機関・政府助成金により支援された。特定の臨床試験登録は記載されていない。
参考文献
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4. Lefebvre P, et al. Role of PPARs in liver pathophysiology and fibrosis: From molecular mechanisms to therapeutic perspectives. Prog Lipid Res. 2021;83:101099.