パンデミック下の生活様式が認知症に及ぼす影響について、正確な数字が出てくるのはまだ先になるが、パンデミック前の時点では、認知症は世界における死因の第7位となっている。
いくつかの研究で、高脂肪食や欧米型の食事（高脂肪・高血糖）が認知機能の低下につながることが示唆され、血管系が認知症の発症に重要な役割を果たしていることも認識されるようになってきている。
過去のマウス実験では、西洋食が脳の微小血管系に及ぼすマルチオミクスおよび脂肪毒性の影響とそれによる認知機能への悪影響が明らかになっている。
高脂肪食が認知機能に及ぼす影響に焦点を当てた研究は多くあるが、高脂質ではない場合の高血糖の影響を調べた研究はほとんどない。
リンクのデータは、海馬の微小血管と認知機能に対する高血糖食の分子的影響を明らかにし、血管保護作用と抗炎症作用が知られている可溶性エポキシドヒドロラーゼ（sEH）阻害剤（sEHI）がこれらの影響を調節するかどうかを調べることを目的としたもの。
雄マウスに、低血糖食（LGD、12％ショ糖／重量）または高血糖食（HGD、34％ショ糖／重量）を、sEHIであるtrans-4-[4-（3-アダマンタン-1-イル-ウレイド）-シクロヘキシルオキシ]-安息香酸（t-AUCB）の有無にかかわらず、12週間与えた。
脳の海馬微小血管の遺伝子発現をマイクロアレイで評価し、タンパク質および非タンパク質コーディング遺伝子、遺伝子ネットワーク、機能的パスウェイ、転写因子の発現の違いについて、マルチオミックアプローチを用いてデータを解析した。
HGDとLGDを与えたマウスでは、海馬全体の微小血管の遺伝子発現が根本的に異なっていた。HGDは、細胞シグナル、神経変性、代謝、細胞接着/炎症/酸化に関わる608の遺伝子の発現が異なることが特徴であり、t-AUCBとsEH阻害剤によって可逆的に作用し、アルツハイマー病の認知症予防につながることがわかった。
高血糖がsEHを介して脳の海馬の微小血管の炎症に寄与することを示した初めての研究。
Inhibition of Soluble Epoxide Hydrolase Is Protective against the Multiomic Effects of a High Glycemic Diet on Brain Microvascular Inflammation and Cognitive Dysfunction
・高血糖食または低血糖食を摂取したマウスの海馬微小血管マルチオミクスを用いて、高血糖食（HGD）がマウスの神経血管機能および認知機能に及ぼす影響を明らかにした。糖尿病のマウスモデルでは、可溶性エポキシドヒドロラーゼ阻害剤（sEHI）が神経炎症と認知機能低下を抑制することから、この研究でもその役割を調べることを目的とした。
・HGDが遺伝子発現にLGDとは異なる明確な影響を及ぼし、神経変性疾患（アルツハイマー病）、内皮細胞機能（フォーカルアドヒージョン）、細胞シグナル伝達（PPARシグナル、PI3K-Aktシグナル）、細胞代謝（酸化的リン酸化、電子輸送鎖）、その他の細胞パスウェイ（mRNAプロセッシング、酸化的損傷）に関与する5つの主要な細胞経路に関連する発現量の異なるタンパク質コード化遺伝子、転写因子、および非タンパク質コード化遺伝子（miRNA、snoRNA、lncRNA）のアップレギュレーションを特徴とすることが初めて明らかになった。
・マルチオミクス統合解析により、フォーカルアドヒージョン経路において、HGDにより調節されるタンパク質コード化遺伝子、TF、および非コード化遺伝子を特定することができた。
Cdc42 (Cell Division Control Protein Homolog 42) は、HGD によって発現量が増加する。Cdc42は老化した内皮細胞において、フォーカル・アドヒージョン経路を介してアップレギュレートされ、炎症性遺伝子の活性化を媒介する。STAT3転写因子は、酸化ストレスによって活性化され、神経血管の炎症やアルツハイマー病と関連する。
・HGDでは、ITGB（インテグリンβ）を標的とする発現量の異なるmiRNA miR-1902の発現量が増加した。ITGBの活性化は、細胞間結合の不安定化や細胞外マトリックス（ECM）の異常なリモデリングにより、内皮バリア機能の低下を誘導する。
・HGDによって発現量が増加するmiRNAの他の例として、PKC（プロテインキナーゼC）を標的とするmiR-5125とmiR-692がある。
PKCは内皮機能障害、インスリン抵抗性、および神経炎症と関連する。
・HGDでは、MLCK（Myosin Light Chain Kinase）を標的とするLncRNA Gm6117の発現が増加していた。MLCKの活性化は、内皮血管の透過性亢進、微小血管バリアー機能不全、および炎症を誘導する。
・HGDによって活性化されるもう一つの経路は、血管内皮増殖因子（VEGF）シグナル経路で、プロテインキナーゼC（PKC）を活性化することで微小血管透過性を増加し、MLCKの活性化を伝達する。このような分子カスケードは，HGDが微小血管の透過性亢進と炎症性因子、タンパク質、非タンパク質コーディング遺伝子の活性化によって内皮細胞の機能障害を促進することを示唆している。
・アルツハイマー病経路の統合解析を行い、HGDによって調節される組織因子、タンパク質コーディング、および非コーディングRNAを同定した。
ミトコンドリア複合体IVのタンパク質をコードする”DEG”は、HGDによって発現が上昇し、DNMT1（DNA Methyl Transferase 1）転写因子を標的とする。
複合体IVの発現増加はアルツハイマー患者の海馬で観察され、後期発症のアルツハイマーではDNMT1の発現が上昇する。
HGDによって発現量が増加したDEGのもう一つの例は、LRP1（LDLR関連タンパク質）である。LRP1の発現は、アルツハイマー患者の海馬で増加し、特にアルツハイマー脳のアミロイドプラークに近い微小血管系で増加している。
・miR-5125はHGDによって活性化され、DKK1（Dickkopf-1）を標的とすることが知られている。DKK1の発現増加は、アルツハイマー患者の血漿や脳で検出される。
miR-5125のもう1つの標的はLPL (Lipoprotein lipase)で、LPLは老人斑に蓄積し、その発現はアルツハイマーマウスの海馬で増加している。
LncRNAのGm6117とGm16339もHGDによって発現が上昇し、NMDAR（N-methyl-D-aspartate receptor）を標的としていた。NMDAR活性の増加は、アルツハイマーにおけるアポトーシスと神経変性を誘導する。
・HGDによって調節されるもう一つの興味深い経路は、PI3K-Aktシグナル経路で、この活性化は酸化ストレスを介した細胞死を促進する。
・HGDはミトコンドリア機能障害、アポトーシス、神経変性を促進することによる脳微小血管系への悪影響や、フォーカルアドヒージョン経路と同様に、経路に関連する組織因子、タンパク質コード化遺伝子、非コード化遺伝子のアップレギュレーションを介して、これまでに定義されたアルツハイマー病関連経路に関与している可能性が示唆された。
・可溶性エポキシドヒドロラーゼ阻害剤（sEHI）を用いた研究では新しい知見が得られた。
sEH酵素は、血管性認知障害やアルツハイマー病に関与する抗炎症性および神経保護性の脂肪酸エポキシド（EET）をジオール（DHET）に分解する。
脳卒中の動物モデルでは、sEH阻害剤が神経保護作用を示すことが示されている。
本研究では、sEHIがHGDの有害な表現型を逆転させることを初めて示した。
それは、HGDとその組織因子によってアップレギュレートされた遺伝子をダウンレギュレートすること、また、ノンコーディングRNA（miRNA、snoRNA、lncRNA）が発現する現象で、これはHGDによってアップレギュレートされた経路を標的とすることを示している。
・阻害剤が標的とする特定のDEGを観察すると、興味深いDEGを発見した。例えば、sEHIの存在はCdc42の発現をダウンレギュレートしており、Cdc42の欠失は内皮細胞の慢性炎症に対する保護効果があることが知られている。
またsEHIは、PPAR（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor）転写因子が標的とする遺伝子の発現を低下させた。PPARは，アルツハイマーの神経炎症に対して保護的な役割を果たすことが知られている。
さらにsEHIは、DEのmiRNAであるmiR-5125とmiR-692およびそれらの標的であるDKK1とPKCをそれぞれダウンレギュレートした。DKK1の阻害は，認知障害を改善し、神経毒性から保護することが示されている。
さらにsEHIは、DE lncRNA Gm6117とその標的であるMLCKもダウンレギュレートしていた。MLCK阻害剤は、血管の透過性亢進や微小血管機能障害に対して保護的な役割を果たしている。
これらの知見は、sEHIがHGDに伴う神経毒性、内皮・神経炎症、血液・脳関門透過性障害から保護する役割を果たしていることを示している。
・HGDおよび阻害剤によって調節されたDEGと、アルツハイマー病患者の脳から得られた遺伝子発現プロファイルとの相関分析により、HGDはアルツハイマー病に関連する遺伝子と正の相関があり、阻害剤は負の相関があることがわかった。
さらに2因子相互作用解析により、食事と可溶性エポキシドヒドロラーゼ阻害剤との間に有意な相互作用があるDEGを同定した。これらのDEGsは、アルツハイマー病、電子伝達系、酸化的リン酸化、フォーカルアドヒージョンなどに関与していた。
またsEHIは、HGDを摂取したマウスの海馬微小血管の遺伝子発現プロファイルを、LGDと同様のプロファイルに回復させることが示された。
その中にはHGDによって増加し、sEHIによって減少するRock1（Rho-associated protein kinase 1）などの遺伝子も含まれていた。
ROCK1はアルツハイマー病で活性化され，ROCK1を減少させることで脳内のアミロイドβレベルを低下させ，ADを予防することができる。
・これらの結果から、可溶性エポキシドヒドロラーゼ阻害剤は、HGDの影響を相殺し、有害な遺伝子発現パターンをLGDと同様のパターンに強固に反転させることで、血管損傷、神経炎症、神経変性から保護する可能性があることが示唆された。
さらにsEHIは、HGDで発現が上昇した組織因子、タンパク質をコードするDEG、非タンパク質をコードするDEGの発現を低下させることで、認知機能の向上と関連していた。
結論と臨床的意義
HGDは、ミトコンドリア機能の変化、酸化、炎症、微小血管機能不全に関与するタンパク質コード化遺伝子および非コード化遺伝子をアップレギュレートすることにより、脳の記憶中枢における脳微小血管の差次的な遺伝子発現に悪影響を及ぼすことが示された。
これらのプロセスは、認知症の病態生理に重要な役割を果たしている。
またsEHを阻害することで、HGDによって上昇するDEGsをダウンレギュレーションすることで、神経炎症、アポトーシス、血管障害、認知機能低下を防ぐことができることを示した。
今回の研究ではアルツハイマー病や血管性認知症に伴う微小血管内皮機能障害においてもsEHIが有望な治療標的となりうることを示している。