キチナーゼ3-ライク-1は、肝血小板の動員を促進することにより、アセトアミノフェン誘発性肝障害に寄与する

Chitinase 3-like-1 contributes to acetaminophen-induced liver injury by promoting hepatic platelet recruitment.

抄録

背景:

肝血小板の蓄積は、アセトアミノフェン（APAP）誘発性肝障害（AILI）の原因となる。しかし、血小板の肝臓への動員に関わる分子経路や、そのような経路を標的とすることでAILIを軽減できるかどうかについては、ほとんど知られていない。

Background: Hepatic platelet accumulation contributes to acetaminophen (APAP)-induced liver injury (AILI). However, little is known about the molecular pathways involved in platelet recruitment to the liver and whether targeting such pathways could attenuate AILI.

方法:

マウスを一晩絶食させた後、雄マウスには210mg/kg、雌マウスには325mg/kgのAPAPを腹腔内（）に注射した。APAPを過剰投与したマウスと患者の両方で、クッパー細胞に付着した血小板を測定した。α-Chitinase 3-like-1 (α-Chi3l1)がAILIの緩和に与える影響を治療の場で決定し、肝障害を分析した。

Methods: Mice were fasted overnight before intraperitoneally () injected with APAP at a dose of 210 mg/kg for male mice and 325 mg/kg for female mice. Platelets adherent to Kupffer cells were determined in both mice and patients overdosed with APAP. The impact of α-chitinase 3-like-1 (α-Chi3l1) on alleviation of AILI was determined in a therapeutic setting, and liver injury was analyzed.

結果:

本研究では、AILIにおける肝血小板の動員にChi3l1が重要な役割を果たしていることが明らかになった。APAPを過剰投与した患者およびマウスでは、肝臓でのChi3l1および血小板の増加が観察された。野生型（WT）マウスと比較して、マウスは肝血小板の蓄積が顕著に減少し、AILIが減弱した。メカニズム面では、Chi3l1がマクロファージのCD44を介してポドプラニンの発現を誘導し、C型レクチン様受容体2を介して血小板の動員を促すことが明らかになった。さらに、マウスにAPAPを投与すると、WTマウスに比べて肝血小板の数が大幅に減少し、肝障害が発生するなど、マウスと同様の表現型を示した。組換えChi3l1は、マウスの肝血小板数とAILIを回復させることができたが、マウスでは回復しなかった。重要なのは、抗Chi3l1モノクローナル抗体を作製し、肝血小板の蓄積とAILIを効果的に阻害できることを示したことである。

Results: The present study unveiled a critical role of Chi3l1 in hepatic platelet recruitment during AILI. Increased Chi3l1 and platelets in the liver were observed in patients and mice overdosed with APAP. Compared to wild-type (WT) mice, mice developed attenuated AILI with markedly reduced hepatic platelet accumulation. Mechanistic studies revealed that Chi3l1 signaled through CD44 on macrophages to induce podoplanin expression, which mediated platelet recruitment through C-type lectin-like receptor 2. Moreover, APAP treatment of mice resulted in much lower numbers of hepatic platelets and liver injury than WT mice, a phenotype similar to that in mice. Recombinant Chi3l1 could restore hepatic platelet accumulation and AILI in mice, but not in mice. Importantly, we generated anti-Chi3l1 monoclonal antibodies and demonstrated that they could effectively inhibit hepatic platelet accumulation and AILI.

おわりに:

我々は、Chi3l1/CD44軸が、APAPによる肝血小板の動員と組織傷害を媒介する重要な経路であることを明らかにした。我々は、AILIの治療にChi3l1を標的とすることの実現可能性と可能性を示した。

Conclusions: We uncovered the Chi3l1/CD44 axis as a critical pathway mediating APAP-induced hepatic platelet recruitment and tissue injury. We demonstrated the feasibility and potential of targeting Chi3l1 to treat AILI.

資金調達:

ZSはNSFC(32071129)から資金提供を受けています。FWLはNIH(GM123261)から資金提供を受けました。ALFSGはNIDDK(DK 058369)から資金提供を受けました。ZAは、CPRIT（RP150551およびRP190561）およびWelch Foundation（AU-0042-20030616）から資金提供を受けました。CJは、NIH（DK122708、DK109574、DK121330、DK122796）から資金提供を受け、テキサス大学システム・トランスレーショナル・スターズ賞から支援を受けました。本研究の一部は、Michael E. DeBakey VA Medical Centerの資源と施設の使用、および退役軍人省I01 BX002551（Equipment, Personnel, Supplies）の資金援助を受けています。本コンテンツは、米国退役軍人省または米国政府の見解を示すものではありません。

Funding: ZS received funding from NSFC (32071129). FWL received funding from NIH (GM123261). ALFSG received funding from NIDDK (DK 058369). ZA received funding from CPRIT (RP150551 and RP190561) and the Welch Foundation (AU-0042-20030616). CJ received funding from NIH (DK122708, DK109574, DK121330, and DK122796) and support from a University of Texas System Translational STARs award. Portions of this work were supported with resources and the use of facilities of the Michael E. DeBakey VA Medical Center and funding from Department of Veterans Affairs I01 BX002551 (Equipment, Personnel, Supplies). The contents do not represent the views of the US Department of Veterans Affairs or the US Government.

アセトアミノフェンは、米国外ではパラセタモールとも呼ばれ、一般的に使用されている鎮痛剤で、米国では5000万人以上が毎週服用しています。パラセタモールは標準的な用量であれば安全ですが、過剰摂取すると急性肝不全を引き起こし、米国では毎年3万人の患者が救急搬送されています。過剰摂取に対する解毒剤は1種類しか承認されておらず、その適用が数時間以上遅れると効果が著しく低下します。そのため、新たな治療法につながる新たな薬物ターゲットを特定する研究が進められています。アセトアミノフェンの過剰摂取は、血液凝固や炎症を引き起こし、肝障害の原因となります。また、アセトアミノフェンの過剰摂取は、血液中の血小板と呼ばれる細胞の減少を引き起こすことが、マウスとヒトの両方で確認されています。マウスでは、血小板が肝臓に蓄積されることでこの現象が起こります。この過剰な細胞を除去することで、アセトアミノフェンによる損傷の重症度を下げることができるようですが、薬剤がどのようにして肝臓への蓄積を誘発するのかはまだ明らかになっていません。2018年、研究者たちは、Chi3l1と呼ばれるタンパク質が、別の形の肝臓損傷に重要な役割を果たしていることを示した。Shanら（2018年の研究に関わった研究者の多くを含む）は、このタンパク質が肝臓におけるアセトアミノフェンの損傷にも寄与しているかどうかを調べた。Shanらは、Chi3l1をコードする遺伝子を欠くマウスが、アセトアミノフェンの過剰摂取後に重度の肝障害を発症せず、肝臓内の血小板の数も少ないことを示した。また、アセトアミノフェンによる急性肝不全を起こしたヒトの患者では、Chi3l1の濃度が高く、肝臓に血小板が著しく蓄積していることもわかった。そこでShanらは、マウスにアセトアミノフェンを過剰摂取させた後、抗体を使ってChi3l1を中和し、被害を防ぐことができるかどうかを検証した。その結果、肝臓への血小板の蓄積が抑えられ、それに伴う障害も減少した。以上の結果から、アセトアミノフェンの過剰摂取による肝障害を防ぐためには、Chi3l1を標的とすることが有効であると考えられる。さらに研究を進めれば、アセトアミノフェンによる肝障害や、その他の肝疾患の新たな治療法の開発につながる可能性がある。

Acetaminophen, also called paracetamol outside the United States, is a commonly used painkiller, with over 50 million people in the United States taking the drug weekly. While paracetamol is safe at standard doses, overdose can cause acute liver failure, which leads to 30,000 patients being admitted to emergency care in the United States each year. There is only one approved antidote to overdoses, which becomes significantly less effective if its application is delayed by more than a few hours. This has incentivized research into identify new drug targets that could lead to additional treatment options. Acetaminophen overdose triggers blood clotting and inflammation, contributing to liver injury. It also causes a decrease in cells called platelets circulating in the blood, which has been observed in both mice and humans. In mice, this occurs because platelets accumulate in the liver. Removing these excess cells appears to reduce the severity of the damage caused by acetaminophen, but it remains unclear how the drug triggers their accumulation in the liver. In 2018, researchers showed that a protein called Chi3l1 plays an important role in another form of liver damage. Shan et al. – including many of the researchers involved in the 2018 study – have examined whether the protein also contributes to acetaminophen damage in the liver. Shan et al. showed that mice lacking the gene that codes for Chi3l1 developed less severe liver injury and had fewer platelets in the liver following acetaminophen overdose. They also found that human patients with acute liver failure due to acetaminophen had high levels of Chi3l1 and significant accumulation of platelets in the liver. To test whether damage could be prevented, Shan et al. used antibodies to neutralize Chi3l1 in mice after giving them an acetaminophen overdose. This reduced platelet accumulation in the liver and the associated damage. These findings suggest that targeting Chi3l1 may be an effective strategy to prevent liver damage caused by acetaminophen overdose. Further research could help develop new treatments for acetaminophen-induced liver injury and perhaps other liver conditions.