シュウ酸カルシウム結晶との結合は、AIMのN末端ドメインとシュウ酸カルシウム結晶との電荷的相互作用を通じてなされていた。その結果、シュウ酸カルシウム結晶表面の電荷は奪われ、結晶どうしが重合できず、結晶は成長しなくなることが明らかとなった。実際、試験管内でシュウ酸カルシウム溶液にAIMを添加すると、一定時間後に観察される刺々しい形をした大きな結晶の産生が顕著に抑制された（図2）。

図2：AIM添加による
シュウ酸カルシウム結晶の成長抑制

　また、マウスの腹腔内にグリオキシル酸を負荷すると、腎臓にシュウ酸カルシウム結石を発生させることできるが、同時にAIM（100μg）を一日一回投与すると、腎臓結石の発生は著しく抑制された（図3）。シュウ酸カルシウムと結合するAIMのN末端ドメインのみ（100アミノ酸程度）を用いても、同様の結晶の成長抑制、並びに腎臓結石発生の抑制を観察した。

　AIMのN末端ドメインと同じように、強く負に荷電しているタンパク質や化学化合物あるいは人工的なペプチドも、マウスに投与すると腎臓結石の発生を抑制したが、AIMと比べ、結石発生の抑制効果は低かった。これは、AIMとシュウ酸カルシウムとの結合が、他に比べ顕著に強いことが理由であることも分かった。

図3：AIM投与による腎臓結石の抑制

　さらに、マウスにグリオキシル酸を投与し腎臓にシュウ酸カルシウム結晶が沈着すると、その刺々しい形状によって腎臓の細胞が傷つけられ、障害を受けた細胞からDAMPsが放出されて慢性的な炎症が生じ、全身状態も悪化する。しかしAIMを投与すると、結晶の成長を抑制すると同時に、DAMPsも除去されるので、炎症は抑制され全身状態も改善する。このような効果は、DAMPsに結合し除去することができるAIMに特異的であり、他のタンパク質、科学化合物、ペプチドの投与では認められない。

　このように、AIMの投与は腎臓結石の発生を抑制し、シュウ酸カルシウム結晶の沈着に伴う腎臓での炎症とそれによる全身状態の悪化を改善する。したがって、腎臓結石の予防や結石除去後の再発の抑制に効果的であると考えられる。

KIM-1による結石除去機構
　一方で、すでに発生した結石をAIMで効果的に除去することはできなかったが、尿細管上皮細胞に特異的に発現するkidney injury molecule 1（KIM-1；注3）が、上皮細胞による結石の貪食を誘導し、腎臓から結石を減らす作用があることを見出した。マウスにグリオキシル酸を投与し、腎臓に結石が蓄積するにしたがって腎臓におけるKIM-1の発現は上昇するが、結石量がピークとなる6日目以降、結石の量は減り始める。しかし、KIM-1を欠損するマウスにグリオキシル酸を投与すると、6日目以降も結石の量は減らず増加した。この結果から、KIM-1の発現を増強することによって、すでに発生した結石を外科的な侵襲なしに腎臓から除去できる可能性が示唆された。急性腎障害においては、AIMとKIM-1は共同して尿細管中の死細胞デブリを除去し、疾患治癒に貢献するが、腎臓結石では独立して働き、AIMが結石発生を阻止し、KIM-1が既に発生した結石の除去を誘導する、という興味深い機構が明らかになった。

文献

1. 1. Miyazaki, T. et al. J. Exp. Med. 189: 413-422 (1999).
   2. Kurokawa, J. et al. Cell Metab. 11: 479-492 (2010).
   3. Arai, S. et al. Cell Rep. 3: 1187-1198 (2013).
   4. Maehara, N., et al. Cell Rep. 9: 61-74 (2014).
   5. Hamada, N. ey al. Nat. Commun. 5: 3147 (2014).
   6. Wang, C. et al. Cell. 163: 1413-1427 (2015).
   7. Arai, S. et al. Nat. Med. 22: 183-193 (2016).
   8. Tomita, T. et al. Sci. Rep. 25: 6450 (2017).
   9. Maehara, N. et al. Cell Rep. 36: 109693 (2021).
   10. Hiramoto, E. et al. Sci. Adv. 4: eaau1199 (2018).
   11. Sugisawa, R. et al. Sci. Rep. 6: 35251 (2016).
   12. Arai, S. & Miyazaki, T. Semin. Immunopathol. 40: 567-575 (2018).

発表雑誌

雑誌名：Communications Biologyオンライン版

論文タイトル：Two independent modes of kidney stone suppression achieved by AIM/CD5L and KIM-1

DOI：10.1038/s42003-022-03750-w

著者：Kyohei Matsuura¹, Natsumi Maehara^{1, 2}, Ayaka Eguchi¹, Aika Hirota^{1, 2}, Keisuke Yasuda^{1, 2}, Kaori Taniguchi¹, Akemi Nishijima^1,2, Nobuyuki Matsuhashi³, Yoshiyuki Shiga³, Yasuhiro Iguchi⁴, Kazunari Tanabe⁵, Satoko Arai^{1, 2} & Toru Miyazaki²

所属：1．東京大学、2．AIM医学研究所（IAM）、3．NTT東日本関東病院、4．井口泌尿器科病院、5．東京女子医科大学

研究に関するお問い合わせ

一般社団法人AIM医学研究所　
代表理事・所長　宮﨑 徹（みやざき とおる）
TEL：
FAX：
E-mail：

用語解説

（注1）Apoptosis Inhibitor of Macrophage（AIM）：マクロファージから分泌され、当初細胞のアポトーシス(細胞死)を抑制する分子として宮﨑徹博士が発見したもの。その後の研究で、体内で発生する様々な不要物（ゴミ）と結合し、貪食細胞に除去させることで、様々な疾患を抑制・治癒する作用があることが明らかになった。遺伝子名CD5L。

（注2）Damage Associated Molecular Patterns（DAMPs）：損傷組織または壊死に向かっている細胞から放出される分子構造（微粒子）で、自然免疫、獲得免疫、また炎症反応の誘導に関与する。脳梗塞の増悪に関与する主なDAMPsとして、PRDX1（Peroxiredoxin-1）、HMGB1（high mobility group box 1）、S100A（S100-Calcium-Binding Protein A）などが知られている。

（注3）IgM：免疫グロブリンM。IgGやIgAなどと共に血中に存在する抗体の一種であり、抗体産生過程の最も初期に現れる抗体である。血中濃度は100～150 mg/dL。

（注4）Kidney Injury Molecule 1（KIM-1）：腎障害時に腎臓の近位尿細管上皮細胞で強い発現が誘導される膜タンパク質。スカベンジャー受容体としての機能を持ち、急性腎障害時に尿細管中の細胞の死骸（デブリ）などに付着したAIMと結合し、上皮細胞によるデブリの貪食除去を誘導する。また、尿中に放出されるKIM-1の断片が、急性腎障害のバイオマーカーとして使われることもある。