脳血管制御のメカニズム

はじめに MetSyn のインスリン抵抗性が脳血管疾患 (CVD) と脳卒中のリスクを高めることは広く受け入れられています。 さらに、MetSyn は認知障害と神経変性疾患のリスク増加に関連しています。 MetSyn における脳血管の健康状態の悪さとの強い関連性にもかかわらず、ヒトの急性インスリン サージに対する脳血流 (CBF) 応答は、ほとんど未調査のままです。 インスリンに応答した脳血管障害と、CBF を減弱させる潜在的なメカニズムは、脳卒中と CVD の病態生理学の中心的な基盤を強調するだけでなく、MetSyn を持つ高齢者に強く関連する認知機能低下を理解するための重要な洞察を提供する可能性があります。 したがって、インスリンを介した脳血管制御のメカニズムを確立することは、MetSyn の死亡率を低下させるために重要であるだけでなく、脳の健康を維持するためにも非常に重要である可能性があります。 インスリン媒介血管拡張は、主に血管内皮依存性のプロセスです。 動物モデルを使用したエレガントな実験は、インスリン抵抗性が 6 つの内皮シグナル伝達経路を混乱させることを示唆しており、最も強力な証拠は、一酸化窒素 (NO) 血管拡張の喪失と誇張されたエンドセリン (ET-1) 収縮を示唆しています。 文献は、MetSyn では、インスリンのスパイクが血管収縮と脳の低灌流につながることを示しています。 これらの所見は、文献で報告されているCBFの変化なしまたはインスリン媒介血管拡張および増加とは正反対です。 証拠は、一酸化窒素シンターゼ (NOS) の機能が切り離されていると、NO、活性酸素種、および ET-1 の間の好ましくないバランスが生じることを示唆しています。 通常、血管内皮上のインスリン受容体の刺激は、NOS が血管拡張と ET-1 の阻害につながる NO を生成する環境を提供するはずです。 代わりに、MetSyn では、インスリンは血管収縮剤 ET-1 をより大きく刺激しますが、NOS は切り離されて、生成された NO を除去するより多くの活性酸素種を生成し、血管拡張ではなく、より大きな血管収縮剤シグナルをもたらします。

特定の目的/研究目的

具体的な目的:

中心的な仮説は、インスリンの血管拡張作用が、メタボリック シンドロームでは、拡張器の喪失と収縮シグナルの獲得により、すでに損なわれているというものです。 インスリンに対する脳血管拡張は、主に内皮依存性です。 動物モデルにおける新たな証拠は、インスリン抵抗性が潜在的な標的となる可能性のある少なくとも6つの内皮シグナル伝達経路を混乱させることを示唆しており、この提案は、MetSynのCBFを減少させる可能性が最も高い2つに焦点を当てています:1)一酸化窒素(NO)血管拡張の喪失、および2)誇張エンドセリン (ET-1) 収縮。 これらの実験では、次の 3 つの特定の目的に取り組みます。

目的 1: インスリンの生理的急増が若年成人の CBF を急激に増加させるが、MetSyn の成人は逆説的なインスリン媒介血管収縮を示すという仮説を検証すること。

目的 2: MetSyn の CBF 低下の原因となる重要なメカニズムは、NO および ET-1 シグナル伝達の変化であるという仮説を検証すること。 具体的には、健康なコントロールでは、NO は堅牢な拡張を仲介し、ET-1 収縮はほとんどまたはまったくありません。 対照的に、MetSyn を持つ成人は、結合していない NO シンターゼ (NOS) と誇張された ET-1 収縮を示します。

目的 3: CBF のインスリン調節が地域によって異なるという仮説を検証すること (例: MCA は ACA やバシラーよりも反応性が高く、IR の負の効果も同様に地域によって異なります。

仮説:

• メタボリック シンドロームの成人は、OGTT に反応して脳血管拡張の減少を示す
• NOS 阻害は、痩せたコントロールの CBF 応答 (Δ CVC/Δ インスリン) をメタボリック シンドロームのレベルまで低下させますが、メタボリック シンドロームでは CBF 応答を増加させます。これは、メタボリック シンドロームが NOS 機能を切り離していることを示唆しています。
• ET-1 阻害は、やせたコントロールおよびメタボリック シンドロームで CBF 応答 (Δ 脳血管コンダクタンス インデックス (CVCi)/Δ インスリン) を増加させます。 ただし、メタボリックシンドロームではさらに大幅に増加します。
• MCA は、他の脳動脈よりもインスリン サージに対する反応性が高くなります。

研究のエンドポイント: グルコース摂取後の血中インスリン濃度の変化に対する脳血管コンダクタンス (CVC、ml/分/100mmHg) の変化。

被験者 60 人の参加者 (1 グループ 30 人) を募集します。 適格性の決定は、2 段階のプロセスになります。 最初のステップは、すべての参加者が最初のスクリーニングを完了して、スクリーニング訪問の資格があるかどうかを判断することです。 予備的な資格のある被験者は、インフォームドコンセントと正式なスクリーニングのために研究室に招待されます。

研究室でのスクリーニング訪問中に、被験者はインフォームドコンセント、病歴アンケート、MRI安全性スクリーニングフォーム、および身体活動アンケートに記入します。 身長、体重、血圧、ウエストとヒップの周囲も測定されます。 さらに、適格性を判断するために、ブドウ糖および脂質検査のために静脈血サンプルが採取されます。 スクリーニングの訪問により、要約された除外基準でカバーされているかカバーされていない異常または参加禁忌があることが明らかになった場合、潜在的な被験者は参加を許可されません。 要約すると、被験者はラボ内スクリーニング訪問中に次の活動を経験します。

方法 最初のスクリーニングとスクリーニング訪問に続いて、この研究への参加には 2 つの別々の MRI 研究訪問が含まれます (プラセボとしての生理食塩水注入、経口で NOS またはアンブリセンタンを阻害するための L-NMMA 注入 (男性参加者のみ)、対 ET を阻害するためのラクトース プラセボ経口) -1)。 被験者は、統計力を維持するために必要な被験者の数に基づいて、実験条件（プラセボ/L-NMMAまたはプラセボ/アンブリセンタン）に導かれます。 アンブリセンタンの試験では、薬物が胎児に有害な影響を与える可能性があるため、被験者は男性でなければなりません。 実験条件グループが割り当てられると、薬物の注文 (プラセボ/薬物) は、ランダムに割り当てられたカウンターバランス型のシングル ブラインド方式で実行されます。 実験手順は、どの薬物が注入されるかを除いて、すべての試験日で同じになります。 各訪問中、被験者は、心拍数、血圧、呼気終末二酸化炭素、および MRI スキャナーにいる間、有害な症状の口頭でのコミュニケーション (被験者がどのように感じているか) について監視されます。

妊娠検査：すべての女性被験者は、各研究訪問時に妊娠していないことを確認するために、研究訪問（プラセボまたは薬物）の前に尿妊娠検査で陰性でなければなりません。 妊娠検査が陰性であっても、女性はアンブリセンタン試験に割り当てられません。

静脈穿刺血液サンプル：スクリーニング訪問中に、空腹時グルコース、血清脂質について分析するために静脈穿刺を使用して血液（最大20 ml）が採取されます。

被験者は運動、カフェイン、NSAIDS を控え、すべての実験の前に 10 時間以上絶食します。

静脈カテーテル: 訓練を受けたスタッフが 2 本の静脈カテーテルを配置します。 カテーテルの配置は、アクセスを容易にするために最も適していると見なされる任意の腕の静脈になります。 ただし、1 つは前肘窩 (注入) に配置され、もう 1 つは 2 回の研究訪問のそれぞれについて、反対側の腕の前肘、手、または手首の静脈 (血液サンプル) に配置されます。 採血 IV カテーテルを使用して、各研究訪問中の特定の時点で最大 15 mL の血液サンプルを採取し、グルコースとインスリンの濃度、および炎症と酸化ストレスのマーカーを測定します。 すべての手順は、各試験で同じです (プラセボ/L-NMMA/BQ123)。 MRI スキャン時間の変動が小さいため、おおよその特定の時点は次のとおりです。

• ベースライン、ベースライン PC VIPR スキャンの前
• PC VIPR スキャン前 OGTT 後 1
• PC VIPR スキャン前 OGTT 後 2
• PC VIPR スキャン前 OGTT 後 3
• PC VIPR スキャン前 OGTT 後 4
• PC VIPR スキャン前 OGTT 後 5
• PC VIPR スキャン前 OGTT 後 6
• PC VIPR スキャン前 7 OGTT 後
• PC VIPR スキャン前 OGTT 後 8
• PC VIPR スキャン前 OGTT 後 9

静脈内注入:

I. NOS 阻害: L - NMMA は、血管生理学の研究に使用される強力な非選択的 NOS 阻害剤です。 Ｌ－ＮＭＭＡは、３ｍｇ／ｋｇ体重／時間ボーラス（１０分以上）で注入され、続いて実験期間中１ｍｇ／ｋｇ／時間の維持注入が行われる。 L - NMMA の全身送達は、運動中に観察される範囲内である 8 ～ 15 mmHg までの血圧を上昇させることが示されています。

Ⅱ．プラセボ: プラセボ注入速度は、L-NMMA 注入と同じ式を使用して、被験者の最新のスクリーニング体重を使用して決定されます。 理想的には、生理食塩水は、対応する薬の訪問と同じ速度と量で注入されます。 しかし、再スクリーニングされて体重が変化した被験者は、L-NMMA 注入速度とはわずかに異なる生理食塩水注入速度を有する可能性があります。

生理食塩水と薬物注入速度のわずかな不一致は、採血ごとに IV (1-5 mL) をフラッシュするために使用されるため、被験者が受け取る生理食塩水の量にはすでにばらつきがあるため、科学的な観点からは重要ではありません (最大10回の採血）。

ET-1 - 阻害研究 (15 コントロール、15 MetSyn) (アンブリセンタン アーム):

I. ET-1 阻害: アンブリセンタンは ETA 受容体のアンタゴニストです。 被験者は、OGTTの90〜150分前に錠剤の形で10 mgのアンブリセンタンを受け取ります。 このクラスの薬物は、糖尿病、肥満、および高血圧症における ET-1 シグナル伝達の研究に使用されてきました (Bruno、Sudano、Ghiadoni、Masi、および Taddei、2010; Lteif、Vaishnava、Baron、および Mather、2007; Mather、Mirzamohammadi、Lteif 、Steinberg & Baron、2002)。 ETA 受容体は、MetSyn 患者の過度の収縮を媒介する可能性が最も高いです。 アンブリセンタンは経口摂取されます。 エンドセリンアンタゴニストの全身送達は、長期投与で高血圧患者の収縮期血圧を 4.5±10 mmHg および拡張期血圧を 3 ± 7.5 mmHg 低下させ、肥満の平均動脈圧を変化させないことが示されています (Bruno et al., 2010; Mather et al., 2010; Spratt et al., 2001)。

Ⅱ．プラセボ：アンブリセンタンと同様のサイズと形状のプラセボ錠剤をプラセボコントロールとして使用します。

磁気共鳴画像法（MRI）：3テスラMRIを使用して、脳血流を定量化し、研究訪問中の指定された時点で脳血管構造をキャプチャします（ベースライン時および治療条件中）。 造影剤は一切使用しません。 被験者は、最初のベースライン スキャンと実験的試行の間、スキャナーに入れられます。 すべてのスキャンは、実験的試行の提案されたタイムラインで行われます。 スキャナーにいる間、被験者は心拍数、心電図、呼気終末二酸化炭素 (CO2)、および血圧を監視されます。 スキャナーは、サブジェクト モニターで収集される呼気終末 CO2 を除いて、このデータを収集する機能を備えています。 臨床目的で一般的に得られる標準パルス シーケンス (ローカライザー、血管解剖学用の標準 MR Angiography (造影剤なし)、速度エンコード測定用の 2D 位相コントラスト MRI) に加えて、a.s.o.; 「基本シーケンス」)、ウィスコンシン大学マディソン校で開発された取得スキームが使用されます。 このスキームである PC VIPR (位相コントラストが大幅にアンダーサンプリングされた等方性投影再構成) は、3 方向の速度エンコーディングと高い空間分解能を備えたボリューム データ セットをかなり短いスキャン時間で取得できるという点で独特です。 この研究で使用されるすべてのパルス シーケンスは、FDA によって確立された dB/dt の現在のガイドライン内にとどまるように設計されています。

経口ブドウ糖負荷試験 (OGTT): 対象者は、5 分以内に 75 グラムのブドウ糖を含む蒸留脱イオン水 (300ml) を飲みます。 これが OGTT の標準的な管理方法です。

再登録：研究を完全に完了した男性被験者は、参加しなかった研究の部門を再登録して完了することを選択できます。 被験者は適格性を判断するために再スクリーニングされ、研究の完了から少なくとも1週間離れます。 さらに、彼らは L-NMMA または Ambrisentan (研究の他の翼で完了していないもの) にのみ参加し、コントロール/生理食塩水の訪問を繰り返す必要はありません。