局所分節性糸球体硬化症の病態生理と治療:動物モデルの役割

上記のように、ヒトにおけるFSGSの様々な示唆された原因はすべてのターゲット足細胞である。 足細胞の損傷は、足のプロセスの効果および最終的にはGBMからの剥離をもたらす。 癒着は、露出したGBMとボーマンカプセルの間に形成され、壁上皮細胞（PEC）は、典型的なFSGS病変を引き起こす細胞外マトリックス（ECM）を産生し始める。, 動物モデルを用いたFSGSの全てを誘導する損傷podocytesを模倣した人FSGS.

残腎モデル

FSGSに最も頻繁に使用される動物モデルは、ラットにおける還元腎モデルまたは残腎モデルである。 このモデルでは、腎臓の固まりの4/6か5/6は外科的に対側の腎臓の腎臓の固まりの三分の二を減らすために腎臓動脈枝またはpolectomiesの腎臓そしてligationを切除することによって取除かれます。 ほとんどの調査は高血圧、顕著な腎臓の損傷およびFSGSを引き起こすので、5/6切除モデルを使用します。, 4/6の腎臓の固まりの減少モデルはより穏やかな変形として高血圧を引き起こさない、および適当な腎臓の機能障害およびglomerulosclerosisだけ使用されます。

腎塊の損失を補うために、管状および糸球体の成長が起こる。 糸球体の成長は、過形成および肥大の両方によって達成される。 Podocyteの成長は肥大によってだけ起こるので、構造的により遅いです。 従って、単一のpodocyteのための毛管そしてろ過区域は両方劇的に拡大します。, 結果として、濾液は十分に速く尿腔に濾過することができず、濾液を足細胞の体と足のプロセスとの間の空間にそらす閉塞を引き起こす。 これらの不適応な変化は、最終的に細胞破壊およびgbmとボーマン嚢との間の癒着を引き起こし、硬化を引き起こす。 さらに、polectomyモデルを使用して調査は糸球体硬化症の適当な高血圧そして遅い開発だけ示します。 これはより顕著な高血圧を引き起こすligationモデルと対照をなしてあります。, 高血圧の存在および糸球体硬化症の急速な発達は、結紮モデルにおける炎症を起こした梗塞周囲ゾーンにおけるレニンアンギオテンシン系、すなわちＡｎｇｉｉの成分の著しいアップ調節によって引き起こされ、足細胞の構造変化をもたらす。 レムナント腎臓モデルは、ヒトFSGに見られるものと同様に、過濾過高血圧症およびAng II経路の両方を介して足細胞損傷を引き起こす可能性がある。

ほとんどのラット株は、残存腎臓モデルを介してFSGSの誘導に感受性である。, Ｍｕｎｈｅｎ-Ｗｉｓｔａｒラットは、血行力学的因子の直接測定に使用することができる表面糸球体を有するという利点を有する。 対照的に、C57BL/6を含むほとんどのマウス株は、残存腎臓モデルを介してFSGSの開発に耐性があります。 129Svマウスは感受性であるが、マウスの腎動脈枝の解剖学的分布は、それが困難に再生可能な5/6腎摘出を達成することができます。

また、FSGSに対する感受性には性別依存的な違いがあるようです。, Munich-WistarのラットおよびSprague–Dawleyのラットの残りの腎臓モデルを使用して調査はエストロゲン、主にestradiolがFSGSの開発から、保護できることを示しました。

残腎モデルを用いた研究は、予防的治療戦略の開発のためだけでなく、根底にある病状におけるより多くの洞察を得るために実施されている。, このモデルを用いて，トロンボキサン合成の阻害，クロフィブリン酸（脂質低下剤），トログリタゾン（ペルオキシソーム増殖剤活性化受容体-γアゴニスト）およびトラニラスト（抗線維剤）の投与はすべて進行性糸球体硬化症を改善できることが分かった。 これらの研究-すべては、男性または女性の性別のSprague–Dawleyラットを使用し、腎動脈分岐結紮技術を介して腎量を減少させた。, 他の研究では、機能的なp21（WAF1/CIP1）129/Svマウス株の欠如は、慢性腎不全への進行を減らすことができ、アポリポタンパク質Eノックアウトマウスは、高脂血症の存在下で腎亜全摘術後の腎損傷の増加を持っていないことを示しており、二次FSGSの開発におけるこのタンパク質の役割を示唆している。 両研究は、残存腎臓モデルを誘導するためにpolectomiesを使用しました。,

残腎モデルは、損傷が急性処置によって誘発されるのに対し、ヒトFSGでは損傷がはるかに遅く誘導されるので、ヒトFSGを模倣する能力において限 しかしながら、残存腎臓モデルは、ピューロマイシンによる注射または誘発高血圧症のような他のＦＳＧ誘導モダリティと組み合わせて使用することがで これらのFSGSモデルについては、次の段落で説明します。

全身性疾患による腎質量減少

腎質量の減少は、特定の病状に対する二次的事象である。, 多くの動物モデルにおいて、腎量の減少は、高血圧による糸球体血管の慢性損傷の結果である。 これらのモデルでは、FSGSは、腎量の減少が同じ量の血清を濾過するための糸球体の数の減少をもたらす残存腎モデルと同様の方法で発達する。 高血圧を研究する技術には、チャウと水道水に8％NaClを負荷したときに高血圧を発症する塩感受性動物であるSabra高血圧を起こしやすいラットの使用, このモデルではオスのSprague-Dawleyのラットは14日間静脈的にNEおよびAng IIを与えられる、膨脹可能な管のoccluderはベースラインレベルで左の腎臓に腎臓の灌流圧力を維持し、高い灌流圧力に右の腎臓を露出するが、使用されます。 さらに、Zuckerラットのような高脂血症および肥満モデル、ならびに老化、ネフロン欠損Munich-Wistar Frömterラットについても調査されている。,

これら二つの動物モデルにおける糸球体硬化症の発症に対する高血圧の影響を観察することに加えて、Zuckerラットは、糸球体マクロファージの早期流入が糸球体硬化症に先行することを示している。 老化ミュンヘン-Wistarラットは、年齢依存性糸球体硬化症は、エンドセリン-1阻害後に逆転することを示しています。 エンドセリン-1は、ポドサイト細胞周期活性および脱分化に対する阻害効果を有するようである。 エンドセリン-1アンタゴニストを投与すると、足細胞は細胞周期に再入力し、前および加齢関連の傷害から回復することができる。,

糸球体血管への損傷は、糸球体血管を閉塞し、慢性炎症をもたらす全身性エリテマトーデス（SLE）に存在する抗リン脂質抗体によっても起こり得る。 この慢性炎症は、結紮を用いた残腎モデルに記載されているものと同様の高血圧を引き起こすと考えられている。 雌NZBWF1マウスは抗核抗体の高力価を産生することが知られている。 これらのマウスでは、腎臓はTNF-α遮断による損傷から保護されている。

これらの動物モデルはすべて、ヒトにおける二次FSGの良好な表現である。, 残念ながら、二次ＦＳＧはヒトＦＳＧのほんの一部であり、ＦＳＧへの発達は、これらの根底にある原因の治療によってしばしば防止および／または遅延され得る。

薬物誘発性

アドリアマイシン、ピューロマイシン、およびストレプトゾトシンは、主にFSGSを誘導するために使用される薬物である。 さらに、利用できる文献はここに論議されない成長ホルモンおよびcyclosporineと行なわれた少数の調査を記述します。

ほとんどのラット株は、アドリアマイシンまたはピューロマイシンによって誘導されるFSGSに感受性である。, ほとんどのマウス株は、アドリアマイシン誘導FSGSに感受性であるbalb/cマウスを除いて、ではありません。

アドリアマイシンは、2mg/kgのラットに3週間の間隔で静脈内に投与すると、第二注入からタンパク尿を誘導することができる腫瘍溶解性抗生 16週間後、分節性糸球体硬化症が観察され、24週間後に全球性糸球体硬化症および尿細管間質性線維症への進行が観察される。 血清尿素レベルの増加により、一部の動物は28週を超えて生存できません。, 5mg/kgの単回静脈内用量で与えられた場合、アドリアマイシンは動物の6％において50ヶ月以内に硬化を引き起こす。 議論される研究は、男性ミュンヘンウィスターラットを使用し、単回投与を注入しました。 与えられた用量は、ラットでは1,5から5mg/kg、マウスでは10から15mg/kgの範囲である。 アドリアマイシンは、それが有毒になるその外に小さな医薬範囲を有するので、実験を行う前に用量をテストすることが重要です。 さらに、バッチの違いが観察できます。

ピューロマイシンは、タンパク質合成を阻害する抗生物質である。, ピューロマイシンは、10mg/kgの初期投与に続いて40mg/kgの4週ごとに、または50mg/kgの単回静脈内投与として、ピューロマイシンアミノヌクレオシド誘発性ネフローゼ（PAN）を引き起こすために複数の腹腔内注射によって与えることができる。 注入の後で、ラットは明白な決断に先行している完全なフィートプロセスeffacementの10日にピークに達する早いネフローゼ段階を示します。 10と13週間の間に、進行性低レベルのタンパク尿は18週間で明確に定義された分節硬化症につながる早期分節硬化病変と開発しています。,

アドリアマイシンとピューロマイシンの両方が、それらの強い用量反応効果のためにFSGSを誘導するために頻繁に使用される。 これらの薬物は、多くの場合、二つの別々の腕で同じ研究で使用されています。 これらのモデルが糸球体硬化症が成長している間単一のnephronの連続micropunctureの分析を調査するのに使用されていました。 アドリアマイシンおよびピューロマイシン動物モデルを用いたFSGS治療研究では、アンジオテンシン変換酵素阻害剤（ACE-I）およびAng II遮断薬の組み合わせは、ACE-I単独よりも優れた効果を有さないことが示されている。, さらに、MAPKがp38MAPKを潜在的な治療標的にするポドサイト損傷に不可欠であり、CCL2DNAによるワクチン接種がアドリアマイシン注射後の腎臓損傷 それぞれフィブロネクチンとRab-23などのFSGSの開始と重症度のための可能な新しいバイオマーカーは、同様にこれらの動物モデルで研究されました。 血清フィブロネクチンレベルは、糸球体フィブロネクチン沈着の発生の3日前にわずかではあるが有意な増加を示すことができ、FSGSの素因に対する非特異的バイオマーカーとなる。, RAB-23の場合、FSGの発生中にメサンギウム細胞にオートクリンシグナル伝達経路が観察され、これがrab-23の尿レベルの上昇をもたらし、この経路を抑制する。 したがって、バイオマーカーとして、Rab-23尿レベルは、おそらくFSGSの重症度を示す可能性があります。

両方の薬物は、足細胞に直接的な毒性損傷を引き起こし、より大きな分子に対する糸球体内皮細胞の透過性を高め、糸球体電荷選択性を低下させ、尿細管間質傷害を引き起こす。, これらの経路はヒトFSGで知られている経路とは異なるため、これらのモデルの関連性は不明である。ストレプトゾトシンは天然に存在する化学物質であり、膵臓のインスリン産生β細胞に有毒である。 これは、ランゲルハンス島の癌を治療し、動物モデルで糖尿病を誘発する医学研究に使用することができます。 このモデルで誘発される糖尿病性腎症はＦＳＧＳへの発症に先行する。, 男性のシリアAPAハムスターの40mg/kgの腹腔内注入は高いブドウ糖の尿のレベルの進行中のhyperglycemiaそしてhyperlipidemiaを引き起こし、1か月後に糸球体のlipidosisで起因します。 3ヶ月後、メサンギウム拡張を伴うFSGSが見られる。 これは、基底膜様物質、脂質滴および泡沫細胞の増加によって引き起こされる。 特に高脂血症は脂質のしぶきを形作るのでこの開発で重大です。,

男性のMunich Wistarラットにおけるストレプトゾトシン誘発性高血糖を用いた研究では、血圧低下剤であるドキサジンはアルブミン尿を80％減少させるが、メサンギウム拡張または糸球体硬化症への進行には影響しないことが示されている。 対照的に、適切な血糖コントロールは、すべての三つを防ぎます 高血糖によって引き起こされる腎疾患の初期段階における遺伝子発現の変化は、これらの動物において重要であり得る。,

ウイルス誘導

FSGS研究で最も頻繁に使用されるウイルス誘導動物モデルは、トランスジェニックマウスがVprなどのHIV-1アクセサリー遺伝子を発現するHIV-1ベースのモデルである。 これらのトランスジェニックマウスは、Vprとネフリン遺伝子プロモーターとC57BL/6とDBA/2の間のハイブリッドの受精卵をトランスフェクトするか、Tg26マウスラインを使用することによって得られる。 さらに、SIVMACR71/17E、クローン化されたリンパ球トロピックsimian免疫不全ウイルス（SIVAN）に感染したアカゲザルは、FSGSを研究するために使用されます。, 上記のように、ウイルスは、これらの細胞の直接感染または炎症性サイトカインの放出のいずれかによって、足細胞に損傷を与えることができる。 また、ウイルスの移転からの感染T細管上皮細胞を経由ウイルスのシナプスの中で細胞接着. この動物モデルを使用して調査はFluvastatinおよびcyclin依存したキナーゼ抑制剤CYCL202との処置によってglomerulosclerosisの保護そして逆転をそれぞれ示しました。

これらの動物モデルは、ヒト腎細胞もHIV-1遺伝子を発現するので、HIVANを研究するために重要である。, しかし、HIVANはFSGSの二次的な原因であり、一次FSGSに関する知識を広げるものではありません。

FSGSのポドサイトターゲティングモデル

fsgsの主要な細胞ターゲティングとしてポドサイトが同定されたので、新しい動物モデルが開発されました。 遺伝子のエンコーディングpodocyte-特定のタンパク質を対象としてきたを得るノックアウトマウスをモデルとFSGS. Mpv-17およびα-アクチニン4は、最も頻繁に標的とされた遺伝子であった。 ポドシン欠損マウス、ならびにThy-1.1抗体およびジフテリア毒素によるポドサイトの枯渇について議論する。,

Mpv-17レトロウイルス挿入による不活性化は、酸素ラジカルの過剰産生、および脂質過酸化付加物の蓄積によって引き起こされる30日産後以内に足 9-12ヶ月後、マウスは腎不全に屈する。

Mpv-17不活性化を用いた研究では、皮膚、内耳および腎臓に影響を及ぼすミトコンドリアDNAの枯渇が示されている。 FSGSの発症時には、糸球体房の細胞内にミトコンドリアDNAはほとんど残っていない。

α-アクチニン4遺伝子は、アクチン架橋タンパク質の産生をコードする。, この遺伝子における点突然変異は、ヒトFSGの常染色体優性形態を引き起こす。 スリット横隔膜の成分であるｍｒｎａおよびネフリンの有意な減少がある。 結果は急速に分解し、調整されたアクチンの細胞骨格（α-actinin-4によって引き起こされる）およびスリットダイヤフラムの悪化（nephrinによって引き起こされる）、蛋白尿およびFSGSの早い開発の原因となるです。 Α-アクチニン4変異マウスを用いた研究では、同じα-アクチニン4変異によって引き起こされるヒトFSGの常染色体優性型との比較のためにサンプル

ポドシンはNPHS2遺伝子によってコードされている。, この遺伝子の突然変異により人間でステロイド抵抗力があるnephroticシンドロームおよびFSGSの家族性および散発的な形態を引き起こします。 NPHS2ノックアウトマウスはFSGSが、びまん性メサンギウム硬化症を開発していません。 これらのマウスは、腎不全から出生後数日から数週間以内に死亡する。 しかし、cre-loxP技術を用いて成体マウスでポドシンが不活性化されると、4週間以内にネフライト症候群およびFSGSが生じる。 これに続いてびまん性糸球体硬化症および尿細管間質損傷が続く。

FSGSの誘導モデルは、足細胞にThy-1.1抗原の発現を導入することによって生成されている。, Thy-1.1は正常マウスの足細胞には発現しない。 マウスモデルは、ヒトマウスThy-1.1をThy-1.2CBA x C57BIマウスの接合体に注入することによって開発された。 抗Thy-1.1モノクローナル抗体を注入した後、足細胞および頭頂上皮細胞（PEC）は、pecによる足細胞肥大および細胞外マトリックス産生につながる損傷を受 急性アルブミン尿症は一日以内に誘導され、21日目に急速に発達する焦点糸球体硬化症を伴う。 Thy-1.,1トランスジェニックマウスモデルは、このモデルではFSGSの重症度がpodocyte損傷の拡張と相関することが証明されているので、特にpodocyte損傷、アルブミン尿症およびFSGS発症との関係を研究するのに適している。 このモデルでは、ACE-Iは、おそらくPEC増殖の閉塞を介して、FSGSの発症を予防する上で重要であることも実証されている。

足細胞特異的毒素の注射を介してトランスジェニック動物におけるFSGSを誘導することはまた、足細胞上のヒトジフテリア毒素受容体（hDTR）を発現するラットを開発することによって達成された。, 受精Fisherラットを投入したとポドシンのプロモーター/hDTRの開発これらのtgマウス 成人年齢に達した後、ラットにジフテリア毒素（DT、1ml/10g）を注入し、7日以内に細胞質にDTを輸送する足細胞の枯渇を引き起こした。 足細胞の20％が失われると、メサンギウム拡張および軽度の蛋白尿が腎機能を失うことなく発症し、これは代償機構が誘導されることを示唆している。, 足細胞の40％の枯渇の後、シネキア形成、中等度のタンパク尿およびGBM癒着を含むFSGS病変、PEC遊走およびECM形成が発達し始める。 足細胞の40％以上が枯渇すると、グローバル硬化症が発症する。

これらのモデルはすべて、既存の遺伝子およびそれらのコードタンパク質を標的とすることによって、または特異的に標的とすることができる 既存の遺伝子を使用したモデルは、FSGのヒト原因の8％未満をカバーしています。, 両方のポドサイト枯渇モデルは、用量依存的にFSGSの継続的な進行に関する重要な情報を与えるが、一次FSGSの原因に対処していません。

循環透過性因子

動物実験は、FSGS患者の血清を注射した後、ラットにFSGSが誘導されることを示すことによって、FSGSの原因となる循環透過性因子の存在を証明するのに役立っている。 ここで議論された両方の研究は、原疾患を有する患者に生検で証明されたFSGSの血清を注入したSprague–Dawleyラットを使用した。, これらの研究から，ＦＳＧＳ患者血清の単回注入はラットにおいて一過性のアルブミン尿と蛋白尿を引き起こし，特にｆｓｇｓ変異体の崩壊を有する患者の血清は糸球体房収縮と足細胞損傷を引き起こすことを示した。

これまで、実際の”FSGS因子”がどの候補因子であるか、またはどこで生成されるかについてのコンセンサスはありません。 これらの研究は、循環透過性因子の存在を支持し、この”FSGS誘導因子”を同定する可能性を有する。,

自然発達FSGS

文献では、自然発達FSGSマウスモデルは一つだけが公開されています。 このFGS/Ngaマウスモデルを用いた研究は、1991年から2004年の間に登場している。 マウスモデルは、CBA/NgaおよびRFM/Nga子孫のひずみ間交雑後に確立された。 この株は3ヶ月でFSGS病変を自発的に発症し、一年以内に重度の糸球体硬化症を発症した。 このマウスモデルの研究は、IgA、IgM、C3およびレトロウイルスエンベロープ抗原を含むメサンギウムにおける密な預金を明らかにした。, これらの動物の繁殖は18世代まで可能であった。

このマウスモデルを用いた研究では、正常マウスからFSGSマウスへの骨髄移植（BMT）がFSGSを改善し、BMTまたはfsgsマウスから正常マウスへの精製造血幹細胞 これらのマウスにおける糸球体硬化症インデックス（ＧＳＩ）に影響を与える定量的形質遺伝子座（ＱＴＬ）を同定するために研究を行った。 二つのQTLは、染色体8と10に発見されました。 Gsi1の存在は、Gsi2の存在は、GSIを減少させながら、GSIを増加させた。,

現在、日本にはこのマウスモデルの胚がいくつかしか残っていないが、活発な研究は行われていないようである（表1）。