NMNはタバコ誘発性肺線維症による肺の損傷を緩和する。

By Brett J. Weiss
Published: 12:25 am PST Feb 27, 2021 | Updated: 1:30 am PST Mar 4, 2021

焦点：
1. NMNは、損傷した細胞のクリーンアッププロセスを復元し、タバコの煙にさらされた後の老化して増殖しない細胞の蓄積を防ぐ。
2.これらの細胞の蓄積を減らすことは致命的な肺線維症の進行を防ぐ可能性がある。

喫煙が健康に悪いことは皆知っている。また、特発性肺線維症(IPF)は肺組織の瘢痕化に起因する致命的な加齢性肺疾患である。IPFがどのように発生するかについてはほとんど分かっていないが、タバコの煙が、老化して増殖しない細胞(老化細胞と呼ばれる)の蓄積とともに重要な寄与因子であることは分かっている。しかし、タバコの煙と老化細胞の形成との関連や、年齢に関係するIPFの進行を遅らせる方法については、まだ研究が進んでいない。

中国南方医科大学の科学者は最近、『フリーラジカル生物学と医学』誌（Free Radical Biology and Medicine）に、NMNが喫煙後のマウスにおける損傷した細胞の除去を促進し、老化細胞のオートファジーを促進するという研究結果を発表した。また、研究チームは、タバコの煙はミトコンドリアに有害な酸素分子である活性酸素(ROS)を蓄積させ、老化細胞を蓄積させる。一方、NMNはオートファジーを促進し、ミトコンドリアから活性酸素を除去することで、細胞の老化を防ぎ、肺線維症の発生を防ぐ。この結果が人にも適用されれば、特に成人の喫煙者において、NMNがIPFを抑制する手段となる可能性がある。

タバコの煙は肺細胞の老化を誘導する。
細胞老化に対するタバコの煙の影響を調べるため、研究者たちは、マウスを1日2回、毎回30分で、5本のタバコの煙に4週間さらした。その結果、タバコの煙が肺細胞の老化を引き起こすことが明らかになった。また、培養シャーレにタバコの煙エキス(CSE)を使って処理した肺細胞の老化も増加した。これらの結果は、タバコの煙が肺細胞老化を誘発することを強く示唆している。

(Zhang et al., 2021 | Free Radical Biology and Medicine) タバコの煙にさらされると老化し、増殖しない細胞が蓄積する。β-ガラクトシダーゼはこれらの細胞を染色する。上の画像はマウスの肺組織における青く染まった老化細胞を示している。タバコの煙にさらされた肺組織(CS)が対照群(Control)より青い染色が多かったことが分かった。下の画像は老化細胞マーカーp21とp16で染色された肺組織を示している。いずれの場合も、CS肺組織の染色密度はタバコの煙にさらされていない肺組織(Control)より高かった。

オートファジーの障害は肺老化細胞の蓄積を誘発する。
オートファジーが損なわれると、タバコの煙に誘導される肺線維症が起こることはこれまでの研究で知られていたが、オートファジーと細胞の老化との関係は明らかになっていない。実験では、タバコの煙に浸染したエキス(CSE)で処理した後、肺細胞のオートファジー関連タンパク質であるLC3 IIの量が最初は増加したが、その後減少したことがわかった。そこで、ラパマイシン（rapamycin）という薬物を使ってオートファジーを誘導し、CSEによる肺細胞の老化を防いだ。これらの結果は、タバコの煙にさらされると最初はオートファジーが促進されるが、最終的にはオートファジーが阻害され、老化が誘発されることを示唆している。

(Zhang et al. 2021 | Free Radical Biology and Medicine) 左の図は、CSE処理後の肺細胞(CSE)が正常細胞(Ｃ)に比べ、最初の3時間でLC3 IIタンパク質のレベルが大幅に上昇し、その後低下し、正常レベルを下回ったことを示している。右は老化細胞のパーセンテージを示しているが、ラパマイシン(RAPA)治療で老化細胞を除去し、パーセンテージを下げることができる。一方、オートファジー阻害剤である3MAを肺細胞に投与すると、細胞老化が促進される。これらの結果は、喫煙による老化の原因がオートファジーの抑制にあることを示唆している。

有害な酸素含有分子の蓄積は細胞老化に寄与する。
ミトコンドリアにおけるROSの蓄積は老化や細胞老化の人気話題となっているが、タバコの煙によって引き起こされるオートファジーの損傷と関係があるのだろうか。研究者は、CSEで処理された肺細胞においてミトコンドリアのROSレベルが上昇したが、ROSを除去する化合物であるミトトラキノンメスルホン酸（mitoquinone）で処理することで、細胞の老化を防ぐことができることを発見した。その結果、オートファジーが損なわれると、ミトコンドリアにおいて有害なROSが蓄積され、老化が起こるという結論に達した。

NMNはオートファジーを回復させ、細胞老化を抑制する。
NMNは人体の重要分子であるNAD+の前駆体である。NAD +は細胞のエネルギー生成反応において重要な役割を果たし、Sirtuin1タンパク質に結合する。Sirtuin1タンパク質はまた、NAD +に依存している。このためNMNは、NAD+レベルを高めることでSirtuin1機能を促進する。Sirtuin1はまた、LC3 IIタンパク質からアセチル基を除去することでオートファジーの働きを促進し、老化を緩和する。

研究チームは500µm濃度のNMNでNAD＋を補充することで、オートファジーへの影響を研究する。その結果、CSEにさらされた細胞では、NMNがオートファジーを促進し(LC3 IIのレベルが上昇)、老化を抑制する(老化マーカーのレベルが低下)ことがわかった。肺線維症において、Sirtuin1はオートファジーを調節するLC3 IIタンパク質からアセチル基を除去することで、オートファジーを誘導し、ミトコンドリアにおけるROSを減少させ、老化した細胞を除去する。一方、Sirtuin1抑制剤Ex527の使用でSirtuin1を抑制すると、全く逆の結果が出る。これは、NMNが喫煙によって引き起こされる細胞老化や肺線維症を緩和する可能性を示唆している。

(Zhang et al., 2021 | Free Radical Biology and Medicine) NMNはオートファジーを促進することで細胞の老化を防いだ。この画像はβ-ガラクトシダーゼ（β-galactosidase）肺細胞染色を示している。タバコの煙エキスは青いβ-galactosidase染色を増加し、増殖しない細胞の存在を示している。NMNはこれを修復し、老化して増殖しない細胞の蓄積を減少させたが、Sirtuin1抑制剤Ex527はNMNの効果を逆転させた。右のグラフは、NMNは細胞を保護するが、Sirtuin1抑制剤Ex527は老化して増殖しない細胞の蓄積を増加させることを示している。これらの結果は、NMNがオートファジーを修復し、SIRT1の機能を高めることで、老化して増殖しない細胞の蓄積を抑制することを示唆している。

NMNの効果は人類の病気にも適用できるのか?
研究者たちは、タバコの煙がSIRT1 (Sirtuin1)の活性を抑制することを確認した。さらに、NAD +とその前駆体であるNMNを補充することで、Sirt1を活性化させ、細胞の老化を防ぐことができる。しかし、老化細胞の集積やIPFを防ぐNMNの効果が、人類喫煙者にも適用できるかどうかを見極めるためには、厳密な意味では、将来的には人のための臨床試験を行う必要があると研究者は説明している。

(Zhang et al., 2021 | Free Radical Biology and Medicine)NMNは、損傷した細胞のクリーンアッププロセス(オートファジー)を回復させ、タバコにさらされて老化して増殖しない細胞の蓄積や肺線維化を防ぐ。NMNはNAD+のレベルを上昇させることでSIRT1 (Sirtuin1)の機能を促進する。Sirt1は、オートファジーを促進するLC3 IIタンパク質からアセチル基と呼ばれる分子タグを除去する。オートファジーは、ミトコンドリアから活性酸素と呼ばれる有害な酸素を含む分子を除去し、老化して増殖しない細胞の蓄積や肺線維化を抑制する。加齢とともにNAD+レベルが低下し、この過程が阻害され、DNA損傷が起こると、DNAを修復するタンパク質PARPsが活性化してNAD+を消費し、肺線維症を引き起こすという悪循環が生じる。

Story Source
Zhang Y, Huang W, Zheng Z, Wang W, Yuan Y, Hong Q, Lin J, Li X, Meng Y. Cigarette smoke-inactivated SIRT1 promotes autophagy-dependent senescence of alveolar epithelial type 2 cells to induce pulmonary fibrosis. Free Radic Biol Med. 2021 Feb 17:S0891-5849(21)00093-9. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2021.02.013. Epub ahead of print. PMID: 33609723.