水素吸入の膵炎に対する保護作用

2024.04.22
2025.01.25

一言まとめ

マウスに水素ガスを吸入させた後にセルレイン誘発性急性膵炎を発症させたところ、膵臓の病理学的変化や炎症が軽減し、膵臓組織中のHsp60タンパク質発現量が増加した。

3分で読める詳細解説

結論

水素ガス吸入前処置は、セルレイン誘発性急性膵炎マウスモデルにおいて膵炎の進行を抑制する可能性がある。

研究の背景と目的

急性膵炎（Acute Pancreatitis, AP）は高い罹患率と致死率を伴う急性炎症性疾患であり、膵臓内での消化酵素（アミラーゼやリパーゼなど）の異常活性化や炎症性サイトカインの関与が主因と考えられている。しかし、その詳細メカニズムや効果的な予防・治療法の確立は十分には進んでいない。
一方で、水素吸入による抗酸化・抗炎症効果はさまざまな疾患モデルで報告されている。本研究では、カエルレイン投与によって急性膵炎を誘発したマウスにおいて、事前の水素吸入が膵組織の損傷をどの程度防止し、さらに膵Hsp60（Heat Shock Protein 60）の発現にどのような影響を与えるのかを検討した。

研究方法

対象（動物モデル）
- 80匹のC57BL/6マウス（雄雌混在、体重22±2 g）を無作為に4群（各群6～8匹×3時点）に分けた。
- NS群：生理食塩水を投与
- HNS群：生理食塩水を投与＋水素吸入を事前実施
- AP群：カエルレインで急性膵炎誘発
- HAP群：カエルレイン誘発＋水素吸入を事前実施
介入方法（吸入条件）
- カエルレイン投与（1時間おきに6回、1回あたり50 μg/kg）で急性膵炎モデルを作製。
- HNS群およびHAP群では、カエルレインまたは生理食塩水の初回投与の3日前から、水素吸入（42% H₂＋21% O₂＋37% N₂）を継続実施。
- 水素吸入量・期間以外の具体的データ（流量、吸入回数など）は論文内に明確な記述なし。
対照群
- NS群およびAP群では吸入なし（通常空気環境）。
- HNS群は「APを起こさない」＋「水素吸入あり」の対照。
- HAP群は「APを起こす」＋「水素吸入あり」の介入群。
評価方法
- 組織学的評価：膵組織の病理スコア（浮腫、空胞化、炎症浸潤、壊死）
- 血漿アミラーゼ・リパーゼ活性測定
- 炎症性サイトカイン（IL-1、IL-6）測定
- 膵組織内のグルタチオン（GSH）およびMDA（マロンジアルデヒド）定量
- 膵Hsp60のmRNA・タンパク質発現：RT-PCR、Western blot、免疫組織化学染色

研究結果

主要な結果
- 病理組織スコア：AP群では時間経過とともに浮腫・炎症・空胞化・壊死が進行したが、HAP群では各時点で損傷度合いが有意に低かった（具体的なスコア数値は論文内に図示）。
- 血漿アミラーゼ・リパーゼ：AP群で大きく上昇したが、HAP群では1時間後・3時間後を中心に有意に低下（p<0.05）。
- 炎症性サイトカイン（IL-1、IL-6）：AP群で上昇、HAP群で有意に低減（特にIL-6は各時点、IL-1は1時間後・5時間後）。
- 膵GSHおよびMDA：AP群はGSH減少・MDA増加が顕著だったが、HAP群ではGSHが増加し、MDAが減少（p<0.05）。
- Hsp60発現：
  - タンパク質レベルは、AP群では1時間後に減少、3時間後に一時的増加、5時間後に再度低下。HAP群は1時間後と5時間後でAP群に比べて有意に高値。
  - mRNAレベルはタンパク質発現と同期せず、HAP群では5時間後にAP群より有意に上昇（p<0.05）。
考察
- 事前の水素吸入は、酸化ストレスの軽減（GSH増加、MDA減少）だけでなく、膵Hsp60タンパク質の初期発現を高めることで急性膵炎の損傷を抑制する可能性がある。
- Hsp60は膵酵素の合成・分泌経路に関与し、その適切な発現が膵炎の進展制御に寄与すると考えられる。
- mRNAとタンパク質発現が同期しない理由はさらに検討が必要。
研究の限界
- 本研究はマウスモデルを対象とし、ヒトへの直接的外挿は慎重を要する。
- 水素吸入量・回数などの最適条件やHsp60以外の分子機序は十分に解明されていない。

Appendix（用語解説）

急性膵炎（Acute Pancreatitis, AP）：膵臓での消化酵素の異常活性化や炎症により、浮腫や壊死が生じる急性疾患。重症化すると多臓器不全などを引き起こすことがある。
Hsp60（Heat Shock Protein 60）：ミトコンドリア内在性の分子シャペロン。タンパク質の正しいフォールディングや細胞内輸送を助ける。膵臓では酵素顆粒の合成・分泌に関わる可能性が示唆されている。
GSH（グルタチオン）：細胞内で抗酸化作用を持つ物質。GSH濃度が高いほど酸化ストレスが低いと判断される。
MDA（マロンジアルデヒド）：脂質過酸化の過程で生成される物質。酸化ストレスの指標として用いられる。
カエルレイン（Caerulein）：コレシストキニン（CCK）類似作用をもつペプチドホルモン。過剰投与すると膵酵素分泌が亢進し、マウスなどで急性膵炎モデルを作製できる。

論文情報

タイトル

Pre-inhalation of hydrogen-rich gases protect against caerulein-induced mouse acute pancreatitis while enhance the pancreatic Hsp60 protein expression（セルレイン誘発性マウス急性膵炎モデルにおいて、水素ガス吸入前処置は膵臓Hsp60タンパク質発現を増加させつつ膵炎に対して保護作用を示す）

引用元

Li, K., Yin, H., Duan, Y., Lai, P., Cai, Y., & Wei, Y. (2021). Pre-inhalation of hydrogen-rich gases protect against caerulein-induced mouse acute pancreatitis while enhance the pancreatic Hsp60 protein expression. BMC gastroenterology, 21(1), 178. https://doi.org/10.1186/s12876-021-01640-9