Summary
脂質シャペロンである脂肪酸結合蛋白（FABP）のうち，aP2（FABP4/A-FABP）とmal1（FABP5/E-FABP）は脂肪細胞とマクロファージに発現し，糖尿病と動脈硬化の病因と深く関連する。われわれは，マウスにおいてaP2特異的阻害薬が糖尿病および動脈硬化の治療薬になりうることを示した。最近，aP2が分泌シグナルをもたないものの脂肪細胞から分泌されることが報告され，血中aP2濃度が肥満，糖尿病，動脈硬化などさまざまなメタボリックシンドロームの病態と関連することが示されている。一方，FABP欠損マウスの各種臓器におけるLipomics解析から脂肪組織で特徴的な脂質コンポーネントの変化が認められ，de novoで生成・分泌される不飽和脂肪酸のパルミトレイン酸（C16：1n-7）が，「リポカイン」としてインスリン感受性の増大や動脈硬化を抑制する可能性が報告されている。
Key words
●脂肪酸結合蛋白 ●糖尿病 ●動脈硬化 ●リポカイン
はじめに
近年，がん，アルツハイマー病などの神経変性疾患，糖尿病，動脈硬化性疾患，自己免疫疾患などの種々の疾患の局所において炎症細胞の浸潤と慢性的な炎症が観察され，それが組織変性と疾患の重症化に重要な要因となっていることが明らかにされてきている。Hotamisligilらは，遺伝性肥満動物における脂肪組織の解析から，炎症性サイトカインである腫瘍壊死因子（tumor necrosis factor；TNF）-αが脂肪細胞から産生され，これが肥満に伴うインスリン抵抗性に関与することを明らかにした1）。現在では広くコンセンサスを得られている知見ではあるが，脂肪組織が内分泌臓器であるというまさにパラダイムシフトとなる重要な報告となった。最近では，TNF-αのみならずさまざまな脂肪細胞由来のサイトカイン（アディポサイトカイン）や脂質（特に，飽和脂肪酸）が，c-Jun N-terminal kinase（JNK）やinhibitor of kappa B kinase（IKK）の活性化を介して炎症反応を増強したり，インスリン抵抗性を惹起することが示されている（図１）。
細胞外からのみならず，細胞内においても酸化ストレスや小胞体ストレス，さらにはある種の脂肪酸結合蛋白（fatty acid-binding protein；FABP）がJNKやIKKを活性化することが報告されている。
本稿では，FABPおよびそれに関連した脂肪酸メディエーターに関する最近の研究成果を交えながら，慢性炎症疾患（特に，糖尿病および動脈硬化）との関連，さらにはバイオマーカーとしての可能性について概説する。
１ FABP
FABPは，長鎖脂肪酸やエイコサノイドのような疎水性リガンドと結合する約130個のアミノ酸から構成される分子量約14～15kDaの可溶性蛋白質で，脂質シャペロンファミリーの1つである2）。これまでに，少なくとも9つのアイソフォームが同定され，単離された組織や細胞にちなんで，肝型（L-FABP/FABP1），腸型（I-FABP/FABP2），心臓型（H-FABP/FABP3），脂肪細胞型（A-FABP/FABP4/aP2），表皮型（E-FABP/FABP5/mal1），回腸型（Il-FABP/FABP6），脳型（B-FABP/FABP7），ミエリン型（M-FABP/FABP8），精巣型（T-FABP/FABP9）と名付けられているが，多くのFABPが単離された場所以外にも幅広く発現している（表１）。
線維芽細胞にそれぞれのFABPを過剰発現させた検討から，FABPは細胞内への脂肪酸の取り込みや酸化能，および脂肪酸の細胞内輸送などを制御すると推測されているが（図２），それぞれのアイソフォームの生体内での機能は明らかにされていなかった。
近年のノックアウトおよびトランスジェニックモデルの検討から，それぞれのFABPの生体内での機能が明らかにされつつあり，そのなかでもaP2は最も検討されているFABPの1つである（図３A，B）。
２ aP2（FABP4/A-FABP）とmal1（FABP5/E-FABP）
aP2は脂肪細胞に非常に高発現しており，脂肪組織における全可溶性蛋白の1～数％を占める。ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体（peroxisome proliferator-activated receptor；PPAR）γアゴニスト，インスリン，脂肪酸によってその発現が調整されている3）。また，発現量は脂肪細胞の約10000分の1と少ないものの，aP2はマクロファージにも発現している4）。aP2欠損マウスを用いた検討から，aP2は代謝・炎症反応の統合において脂肪細胞とマクロファージのそれぞれの作用からメタボリックシンドロームの進展に重要な役割を果たすことが報告されている。aP2の欠損により，遺伝および高脂肪食由来の肥満モデルでインスリン抵抗性が改善し5）6），動脈硬化モデルではプラーク形成が予防されることが示されている7）。
脂肪細胞には，もう1つのFABPとしてmal1（FABP5/E-FABP）が存在する。発現量はaP2の100分の1と少なく2），aP2欠損マウスにおいては代償的に増加し5），相補的な役割を担っている。mal1欠損マウスは，程度がマイルドではあるがaP2欠損マウスと同様にインスリン感受性が亢進している8）。また，mal1はaP2と同様にマクロファージにも発現していることが確認されているが，脂肪細胞と異なりaP2欠損マクロファージにおいてはmal1の代償的増加を認めない7）。さらに，マクロファージにおけるmal1の欠損は，動脈硬化を抑制することも報告されている9）。
われわれは，aP2とmal1のダブルノックアウトマウスを作製し，それぞれの単独欠損マウスより劇的なインスリン感受性の増加と動脈硬化抑制を呈することを報告した10）11）。さらに，骨髄移植および脂肪細胞とマクロファージの共培養を用いた実験から，FABP（aP2とmal1）は脂肪細胞とマクロファージの相互で代謝・炎症反応に影響を及ぼし，インスリン抵抗性を惹起することを明らかにした12）13）（図４）。
このように，FABP（aP2とmal1）は代謝・炎症反応の統合において脂肪細胞とマクロファージのそれぞれの作用からメタボリックシンドロームの進展に重要な役割を果たすことが示されており，糖尿病や動脈硬化の新規の薬物治療のターゲットになる可能性が示唆される。実際われわれは後述のように，これまでにない作用機序で効果を示す糖尿病および動脈硬化の治療薬としてaP2阻害薬の有効性を初めて明らかにした14）。
３ aP2阻害薬
われわれは，製薬会社と共同してaP2内の脂肪酸結合ポケットに特異的に結合して，競合的に内因性の脂肪酸との結合を阻害するBMS309403を合成した（図５A）。
動脈硬化モデルである高コレステロール食摂取apoE欠損マウスに対して，このaP2阻害薬を投与して動脈硬化の進展度を検討したところ，血中の糖・脂質値に影響を及ぼさずに動脈硬化領域を有意に減少させた14）（図５B）。その機序としてin vitroの検討から，aP2阻害薬はABCA1（ATP-binding cassette transporter A1）の増加を介するコレステロール排出の亢進，およびACAT1（acyl-coenzyme A；cholesterol-acyltransferase 1）の抑制によるコレステロールエステルの合成低下によりマクロファージの泡沫化を抑制するとともに，単球走化性蛋白質（monocyte chemoattractant protein；MCP）-1，インターロイキン（interleukin；IL）-1β，IL-6，TNF-αなどの各種ケモカインおよびサイトカインの発現を低下させることによることが明らかとなった。なお，これらの効果はaP2発現細胞でのみ認められ，薬剤のターゲット特異性が確認されている。
次に，遺伝性肥満・糖尿病モデルであるob/obマウスに対してaP2阻害薬を投与したところ，対照群に比べ，有意に血糖，インスリン，中性脂肪値が低下し，耐糖能およびインスリン感受性（図５C，D）が改善した14）。脂肪組織におけるマクロファージの浸潤が肥満由来のインスリン抵抗性と関連することが報告されているが，aP2阻害薬投与群の脂肪組織ではマクロファージの浸潤を示す王冠状構造（Crown-like structure）が対照群に比べて少なく（図５E），マクロファージのマーカーであるF4/80およびCD68の発現も有意に低かった。さらに，各種ケモカインおよびサイトカインは，aP2阻害薬投与群で有意に低下していた。肝臓においては，aP2阻害薬は脂肪肝を抑制し（図５F），肝臓内中性脂肪含量を有意に低下させた。さらに，食餌性肥満モデルとして高脂肪食を与えた野生型およびFABP欠損マウスにaP2阻害薬を投与したところ，aP2が発現している野生型のマウスでは耐糖能が有意に改善したが，FABP欠損マウスにおいては効果が認められず，in vivoにおいてもaP2阻害薬のターゲット特異性を確認することができた（図５G）。
ヒトへの応用性が重要な問題となるが，これまでの報告から，脂肪細胞およびマクロファージにおけるaP2の発現や調節機構は，マウスとヒトでほぼ同様であることが報告されている5）7）。aP2はマクロファージの活性化とともに発現が亢進し，炎症反応，コレステロール排出，および泡沫化を調節していることが示されている。実際に，マウスおよびヒトの動脈硬化領域にaP2が高発現している15）16）。また，肥満とともに脂肪組織におけるaP2の発現が増加することも報告されている17）。さらに，ヒトaP2のプロモーター領域における遺伝子多型（T-87C）がaP2の転写活性および発現を低下させることが示され，多数例での検討ではこの多型保有者は中性脂肪値および心血管疾患のリスクが低下しており，肥満・糖尿病の罹患に対して保護的に働くことが示唆されている18）。これらのことから，ヒトにおいてもaP2阻害薬が糖尿病や動脈硬化の治療薬となる可能性が十分に予想され，臨床応用を含めて今後のさらなる検討が期待される。
４ 血中aP2濃度
aP2はアミノ酸配列上明らかな分泌シグナルをもたないため非分泌蛋白と考えられていたが，最近，機序は不明であるがaP2が脂肪細胞から分泌されることが報告された19）。そして，その血中濃度が肥満，糖尿病，高血圧，動脈硬化などさまざまなメタボリックシンドロームの病態と関連する可能性が示されている19）-23）。
中国人を対象とした5年間の前向き疫学検討で，血中aP2濃度はメタボリックシンドロームの発症の予測因子になることが示された20）。同じグループからの別の報告では，10年間のフォローで糖尿病発症の予測にも有用であることが報告されている21）。さらに，血中aP2濃度が動脈硬化の指標である内頸動脈の内膜中膜肥厚と相関することや，動脈硬化惹起性の脂質代謝異常と関連することが示唆されている22）23）。また最近では，aP2のみならずmal1も血中で検出され，その濃度はaP2に比べ10分の1以下と低いものの，メタボリックシンドロームの指標や動脈硬化と関連することが報告されている24）25）。
脂肪細胞由来の蛋白質であるFABPが血中で検出することができるものの，これが単に肥満とともに肥大した脂肪細胞から非特異的に放出あるいは逸脱しているのか，もしくは血中のaP2あるいはmal1自体に生理活性があり，メタボリックシンドロームや動脈硬化の形成に直接関与しているのかについては現時点では不明であり，今後の検討が期待される。
５ リポカイン
aP2とmal1のダブルノックアウトマウスを用いて，脂肪組織，肝臓，骨格筋，血液におけるLipomics解析を行ったところ，脂肪組織においてのみ特徴的な脂質コンポーネントの変化が認められ，不飽和脂肪酸の1つであるパルミトレイン酸（C16：1n-7）が脂肪細胞からde novoで生成・分泌され，「リポカイン」として肝臓や骨格筋でのインスリン感受性を増大させることが報告された26）（図６A，B）。
これまで，脂肪酸分画としてω-3系/ω-6系脂肪酸あるいは飽和／不飽和脂肪酸とメタボリックシンドロームの病態との関連は数多く報告されてきたが，ヒトにおいてリポカイン（パルミトレイン酸）の血中濃度に注目した検討はほとんど皆無であった。最近，100名を対象とした検討からパルミトレイン酸の血中濃度が独立したインスリン感受性の予測因子であることが報告されたが27），3630名を対象にした検討では，肥満度のみならず炭水化物消費量やアルコール摂取量との関連も示唆され，生活習慣や嗜好性，さらには脂肪組織と肝臓での内因性脂肪酸合成のバランスを考慮する必要があることが示唆されている28）。
興味深いことに，最近マクロファージにおけるaP2が小胞体ストレスと関連して動脈硬化形成に関与することが報告された29）。aP2の欠損あるいは阻害は，マクロファージにおいて肝X受容体α（liver X receptor α；LXRα）を介した脂肪酸合成酵素（fatty acid synthase；FAS）およびステアリン酸コエンザイムA脱飽和酵素（stearoyl-coenzyme A desaturase 1；SCD1）を活性化する。結果として，リポカインであるパルミトレイン酸のｄe novo合成が亢進し，これが小胞体ストレスを軽減して動脈硬化抑制に関与することが推察されている.（図７）。
おわりに
FABPおよびリポカインに関して，最近の研究成果を交えながら，特に糖尿病および動脈硬化との関連とバイオマーカーとしての可能性について概説した。脂質シャペロンとそれに関連する脂肪酸メディエーターはメタボリックシンドロームの病態に幅広く関与することから，治療標的として大変有望であると考えられる。しかしながら，それぞれの疾患や病態における詳細な機序については十分に明らかにされていないのが現状であり，今後の研究発展に期待したい。
文 献
1）Hotamisligil GS, Shargill NS, Spiegelman BM：Adipose expression of tumor necrosis factor-α；direct role in obesity-linked insulin resistance. Science 259：87-91, 1993
2）Furuhashi M, Hotamisligil GS：Fatty acid-binding proteins；role in metabolic diseases and potential as drug targets. Nat Rev Drug Discov 7：489-503, 2008
3）Haunerland NH, Spener F：Fatty acid-binding proteins－insights from genetic manipulations. Prog Lipid Res 43：328-349, 2004
4）Shum BO, Mackay CR, Görgün CZ, et al：The adipocyte fatty acid-binding protein aP2 is required in allergic airway inflammation. J Clin Invest 116：2183-2192, 2006
5）Hotamisligil GS, Johnson RS, Distel RJ, et al：Uncoupling of obesity from insulin resistance through a targeted mutation in aP2, the adipocyte fatty acid binding protein. Science 274：1377-1379, 1996
6）Uysal KT, Scheja L, Wiesbrock SM, et al：Improved glucose and lipid metabolism in genetically obese mice lacking aP2. Endocrinology 141：3388-3396, 2000
7）Makowski L, Boord JB, Maeda K, et al：Lack of macrophage fatty-acid-binding protein aP2 protects mice deficient in apolipoprotein E against atherosclerosis. Nat Med 7：699-705, 2001
8）Maeda K, Uysal KT, Makowski L, et al：Role of the fatty acid binding protein mal1 in obesity and insulin resistance. Diabetes 52：300-307, 2003
9）Babaev VR, Runner RP, Fan D, et al：Macrophage mal1 deficiency suppresses atherosclerosis in low-density lipoprotein receptor-null mice by activating peroxisome proliferator-activated receptor-γ-regulated genes. Arterioscler Thromb Vasc Biol 31：1283-1290, 2011
10）Maeda K, Cao H, Kono K, et al：Adipocyte/macrophage fatty acid binding proteins control integrated metabolic responses in obesity and diabetes. Cell Metab 1：107-119, 2005
11）Boord JB, Maeda K, Makowski L, et al：Combined adipocyte-macrophage fatty acid-binding protein deficiency improvesmetabolism, atherosclerosis, and survival in apolipoprotein E-deficient mice. Circulation 110：1492-1498, 2004
12）Furuhashi M, Fucho R, G rg n CZ, et al：Adipocyte/macrophage fatty acid-binding proteins contribute to metabolic deterioration through actions in both macrophages and adipocytes in mice. J Clin Invest 118：2640-2650, 2008
13）Furuhashi M, Ishimura S, Ota H, et al：Lipid chaperones and metabolic inflammation. Int J Inflam 2011：642612, 2011
14）Furuhashi M, Tuncman G, Görgün CZ, et al：Treatment of diabetes and atherosclerosis by inhibiting fatty-acid-binding protein aP2. Nature 447：959-965, 2007
15）Fu Y, Luo N, Lopes-Virella MF, et al：The adipocyte lipid binding protein（ALBP/aP2）gene facilitates foam cell formation in human THP-1 macrophages. Atherosclerosis 165：259-269, 2002
16）Agardh HE, Folkersen L, Ekstrand J, et al：Expression of fatty acid-binding protein 4/aP2 is correlated with plaque instability in carotid atherosclerosis. J Intern Med 269：200-210, 2011
17）Fisher RM, Eriksson P, Hoffstedt J, et al：Fatty acid binding protein expression in different adipose tissue depots from lean and obese individuals. Diabetologia 44：1268-1273, 2001
18）Tuncman G, Erbay E, Hom X, et al：A genetic variant at the fatty acid-binding protein aP2 locus reduces the risk for hypertriglyceridemia, type 2 diabetes, and cardiovascular disease. Proc Natl Acad Sci U S A 103：6970-6975, 2006
19）Xu A, Wang Y, Xu JY, et al：Adipocyte fatty acid-binding protein is a plasma biomarker closely associated with obesity and metabolic syndrome. Clin Chem 52：405-413, 2006
20）Xu A, Tso AW, Cheung BM, et al：Circulating adipocyte-fatty acid binding protein levels predict the development of the metabolic syndrome；a 5-year prospective study. Circulation 115：1537-1543, 2007
21）Tso AW, Xu A, Sham PC, et al：Serum adipocyte fatty acid binding protein as a new biomarker predicting the development of type 2 diabetes；a 10-year prospective study in a Chinese cohort. Diabetes Care 30：2667-2672, 2007
22）Yeung DC, Xu A, Cheung CW, et al：Serum adipocyte fatty acid-binding protein levels were independently associated with carotid atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol 27：1796-1802, 2007
23）Cabré A, Lázaro I, Girona J, et al：Plasma fatty acid binding protein 4 is associated with atherogenic dyslipidemia in diabetes. J Lipid Res 49：1746-1751, 2008
24）Yeung DC, Wang Y, Xu A, et al：Epidermal fatty-acid-binding protein；a new circulating biomarker associated with cardio-metabolic risk factors and carotid atherosclerosis. Eur Heart J 29：2156-2163, 2008
25）Bagheri R, Qasim AN, Mehta NN, et al：Relation of plasma fatty acid binding proteins 4 and 5 with the metabolic syndrome, inflammation and coronary calcium in patients with type-2 diabetes mellitus. Am J Cardiol 106：1118-1123, 2010
26）Cao H, Gerhold K, Mayers JR, et al：Identification of a lipokine, a lipid hormone linking adipose tissue to systemic metabolism. Cell 134：933-944, 2008
27）Stefan N, Kantartzis K, Celebi N, et al：Circulating palmitoleate strongly and independently predicts insulin sensitivity in humans. Diabetes Care 33：405-407, 2010
28）Mozaffarian D, Cao H, King IB, et al：Circulating palmitoleic acid and risk of metabolic abnormalities and new-onset diabetes. Am J Clin Nutr 92：1350-1358, 2010
29）Erbay E, Babaev VR, Mayers JR, et al：Reducing endoplasmic reticulum stress through a macrophage lipid chaperone alleviates atherosclerosis. Nat Med 15：1383-1391, 2009
札幌医科大学医学部内科学第二講座助教
古橋 眞人 Masato Furuhashi
札幌医科大学医学部内科学第二講座
美田 知宏 Tomohiro Mita
伏屋 敬博 Takahiro Fuseya