最適な前臨床モデルを選ぶためのヒント：アテローム性動脈硬化症とLDLRに注目する

心血管疾患（CVD）は、世界中で罹患率および死亡率の最大の原因となっている。¹心血管疾患の大部分は、動脈壁における線維脂肪性病変の形成および蓄積によって、臓器への酸素を豊富に含む血液の供給が著しく制限される慢性疾患であるアテローム性動脈硬化症に起因する。 これは最終的に、心筋梗塞、脳卒中、および身体機能を損なう末梢動脈疾患を引き起こす可能性がある。²いくつかの実験的および疫学的な証拠により、リポタンパク質代謝の異常がアテローム性動脈硬化症において極めて重要な役割を果たしていることが示されている。例えば、低密度リポタンパク質（LDL）はアテローム性動脈硬化症や冠動脈疾患のリスクを高める一方、高密度リポタンパク質（HDL）は逆の作用を示す。^3–6

遺伝子工学の進歩に伴い、マウスやラットは現在、アテローム性動脈硬化症の研究において主要なモデル生物となっているが、依然としていくつかの制約がある。実際、げっ歯類はコレステロールの大部分をHDL粒子で輸送するのに対し、ヒトはLDLでコレステロールを輸送する。^⁷その結果、マウスやラットは全体的にコレステロール値が著しく低く、アテローム性動脈硬化症を発症しないため、疾患モデルとして用いるには、遺伝的、食事的、および／または機械的な改変が必要となる。^⁸

アテローム性動脈硬化症の研究において疾患モデルとして用いられる遺伝子改変の一例として、LDL受容体（LDLR）の変異が挙げられる。 この膜貫通型糖タンパク質は、循環するLDLの除去を媒介し、LDLのエンドサイトーシスを媒介することで、血中コレステロール量の調節に関与している。^9,10ヒトにおいて、LDLRの機能喪失型変異は、家族性高コレステロール血症（FH）と関連している。FHは、血漿総コレステロールの著しい上昇、早期のアテローム性動脈硬化性心血管疾患（CVD）、および早期死亡を特徴とする常染色体優性遺伝性疾患である。^{3,11 残念ながら}、Ldlrノックアウト（KO）マウスでは、高コレステロール食を与えられた場合にのみ、LDLコレステロール値が中程度に上昇し、動脈硬化性病変を発症する（そして、その場合でも、病変の発生率、発生部位、および性質はヒトとは異なる）。¹²

興味深いことに、ラットの脂質代謝は、ヒトとマウスの特徴の中間に位置する。さらに、ラットは炎症反応やコレステロール代謝の点でもマウスとは異なる。その結果、LdlrKOラットは、LdlrKOマウスよりもヒトで観察される所見により近い、高レベルのLDLコレステロール、脂肪蓄積の増加、および進行性の耐糖能異常を示す。 しかし、LdlrKOラットが作出され、その特性が解明されたのはごく最近のことである（最初のLdlrKOマウスが開発されたのは10年前である）。そのため、LdlrKOラットとFH患者との間の徹底的な比較研究は、依然として不足している。¹³

CRISPR/Cas9の登場により、ラットにおける標的遺伝子の欠失がより容易かつ一般的になり、科学者は、特にアテローム性動脈硬化症などの疾患を研究する際に、マウスの持つ特定の限界を克服しようと試みるラットモデルを確立できるようになった。 2018年、研究者らは、Ldlrおよびコレステロール豊富なリポタンパク質の輸送に関与する別のタンパク質であるApoeの両方が不活性化されたラットを作出し、Apoe/Ldlr二重ノックアウト（ダブルKO）ラットにおいて、アテローム性動脈硬化プラークの形成にヒトと非常に類似した性差のパターンが認められることを示した。¹⁴

これらのモデルに関するさらなる研究は、科学者がアテローム性動脈硬化症の病態生理をより深く理解する上で確実に役立つだけでなく、さらなる治療法の研究を促進することになるでしょう。さらに、CRISPR/Cas9などの遺伝子編集ツールのおかげで、ヒトへの応用可能性がより高い、より洗練されたラットモデルが開発されることになり、この広範な疾患に対するより強力な治療法の将来的な開発に役立つことが期待されます。

参考文献：

1. 心血管疾患（CVD）。https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/cardiovascular-diseases-(cvds) (2021)。
2. Libby, P. ほか. 「アテローム性動脈硬化症」.Nat Rev Dis Primers5, 56 (2019).
3. Wang, H. Y. et al. 脂質オミクス研究により、ラットモデルにおけるLDL受容体欠損に関連する肝臓の脂質シグネチャが明らかになった。Biology Open5, 979–986 (2016).
4. Brunham, L. R. & Hayden, M. R. 「HDLの人類遺伝学：粒子代謝と機能に関する知見」。『Progress in Lipid Research』58, 14–25 (2015)。
5. Ishibashi, S., Goldstein, J. L., Brown, M. S., Herz, J. & Burns, D. K. 「コレステロールを投与された低密度リポタンパク質受容体陰性マウスにおける重度の黄斑症およびアテローム性動脈硬化症」。J. Clin. Invest.93, 1885–1893 (1994).
6. Zhong, S. et al. 心血管疾患における脂質酸化と炎症に関する最新知見。 Free Radical Biology and Medicine144, 266–278 (2019).
7. Sari, G. ほか。ヒト化肝臓のマウスモデルは、ヒトと同様の脂質プロファイルを示すものの、西洋型食餌を摂取してもアテローム性プラークは形成されない。『Biochemical and Biophysical Research Communications』 524, 510–515 (2020)。
8. Oppi, S., Lüscher, T. F. & Stein, S. 「アテローム性動脈硬化症研究のためのマウスモデル――どの系統を選ぶべきか？」『Front. Cardiovasc. Med.』6, 46 (2019).
9. Brown, M. S. & Goldstein, J. L. 「コレステロール恒常性を担う受容体媒介経路」。『Science』232, 34–47 (1986)。
10. Ishibashi, S. et al. 低密度リポタンパク質受容体ノックアウトマウスにおける高コレステロール血症およびアデノウイルスを用いた遺伝子導入によるその改善。J. Clin. Invest.92, 883–893 (1993).
11. Kim, Y. R. & Han, K. H. 「家族性高コレステロール血症とアテローム性動脈硬化症」。Korean Circ J43, 363 (2013)。
12. Sithu, S. D. ほか. LDL受容体ノックアウトラットにおけるアテローム発生と代謝異常.JCI Insight2, e86442 (2017).
13. He, K. ほか. 低密度リポタンパク質受容体欠損を伴う家族性高コレステロール血症動物モデルにおける脂質プロファイルおよびアテローム性動脈硬化症に関する種間比較研究.Am J Transl Res11, 3116–3127 (2019).
14. Zhao, Y. et al. 「高脂血症はLdlrおよびApoe欠損ラットにおいて典型的なアテローム性動脈硬化の進行を誘発する」。『Atherosclerosis』271, 26–35 (2018)。