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| エイリアス | CST3、ARMD11、HEL-S-2、シスタチンC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 外部ID | オミム：604312; MGI : 102519;ホモロジーン: 78;ジーンカード：CST3; OMA :CST3 - オルソログ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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シスタチンCまたはシスタチン3（以前はガンマトレース、ポストガンマグロブリン、または神経内分泌塩基性ポリペプチド）[5]は、 CST3遺伝子によってコードされるタンパク質であり、主に腎機能のバイオマーカーとして使用されています。最近では、心血管疾患の新規発症または悪化を予測する役割について研究されています。また、アルツハイマー病などのアミロイド（特定の種類のタンパク質沈着）を伴う脳疾患にも役割を果たしているようです。ヒトでは、核（ DNAを含む細胞核）を持つすべての細胞が、 120個のアミノ酸の鎖としてシスタチンCを生成します。シスタチンCは、事実上すべての組織と体液に含まれています。これはリソソームプロテアーゼ（細胞の特殊なサブユニットから得られる、タンパク質を分解する酵素）の強力な阻害剤であり、おそらくシステインプロテアーゼの最も重要な細胞外阻害剤の 1 つです（特定の種類のタンパク質分解酵素による細胞外のタンパク質の分解を防ぎます）。シスタチン C は、タイプ 2シスタチン遺伝子ファミリーに属します。
医学における役割
腎機能
腎臓の健康の指標である糸球体濾過率（GFR）は、イヌリンなどの化合物、51クロム-EDTA、125 I-イオタラム酸、99m Tc- DTPAなどの放射性同位元素、またはイオヘキソルなどの造影剤を注射することによって最も正確に測定されますが、これらの技術は複雑で、費用と時間がかかり、副作用の可能性があります。[6] [7]クレアチニンは、最も広く使用されている腎機能のバイオマーカーです。軽度の腎機能障害の検出には不正確であり、クレアチニン値は筋肉量によって変化しますが、タンパク質摂取量によっては変化しません。尿素レベルはタンパク質摂取量によって変化する可能性があります。[8] コッククロフトとゴールトの式やMDRD式（腎機能を参照）などの式は、これらの変数を調整しようとします。
シスタチンCは分子量が低く（約13.3キロダルトン）、腎臓の糸球体濾過によって血流から除去されます。腎機能と糸球体濾過率が低下すると、血中シスタチンC濃度が上昇します。横断研究（単一時点に基づく）では、血清シスタチンC濃度は血清クレアチニン濃度よりも腎機能（糸球体濾過率、GFRで表される）のより正確な検査であることが示唆されています。 [7] [9] 縦断研究（シスタチンCを経時的に追跡）はまばらですが、いくつかは有望な結果を示しています。[10] [11] [12]研究によって多少の相違はあるものの、ほとんどの研究では、クレアチニンと比較してシスタチンCレベルは年齢、性別、民族、食事、筋肉量への依存度が低く、[13] [14]シスタチンCは、糖尿病患者、慢性腎臓病（CKD）、腎移植後など、さまざまな患者集団において、利用可能な他のバイオマーカーと同等か優れていることがわかっています。 [15]シスタチンCはCKD発症リスクを予測し、それによって「前臨床」腎機能障害の状態を示す可能性があることが示唆されています。[16]さらに、血清シスタチンCの加齢に伴う上昇は、全死亡率、心血管疾患による死亡、多重疾患、身体機能と認知機能の低下など、加齢に伴う健康状態の悪化の強力な予測因子です。 [17]英国国立医療技術評価機構（NICE）の成人のCKDの評価と管理に関するガイドラインでは、血清シスタチンCを使用してGFRを推定することは、血清クレアチニンを使用するよりも重要な疾患の結果に対してより特異的であり、境界診断の患者の過剰診断を減らし、不必要な診察、患者の不安、および人口全体のCKDの負担を減らす可能性があると結論付けています。[18]
研究では、薬剤投与量の調整における腎機能のマーカーとしてシスタチンCも調査されている。[19] [20]
シスタチンC値は、癌患者[21] [22] [23]、（たとえわずかでも）甲状腺機能障害[24] [25] [26]、および一部の状況でのグルココルチコイド療法[27] [28]で変化すると報告されているが、すべての状況で変化するわけではない[29] 。他の報告では、値は喫煙やC反応性タンパク質の値に影響されることがわかっている。[30]しかし、炎症はシスタチンCの産生を増加させない。なぜなら、患者に強い炎症反応を引き起こす選択的外科手術は、シスタチンCの血漿濃度を変えないからである。[医学的引用が必要]値はHIV感染で増加するようであるが、これは実際の腎機能障害を反映している場合とそうでない場合がある。[31] [32] [33]妊娠中のGFRをモニターするためのシスタチンCの役割は、依然として議論の余地がある。[34] [35]クレアチニンと同様に、シスタチンCの腎臓以外の経路からの排泄はGFRの悪化とともに増加する。[36]
死亡と心血管疾患
腎機能障害は死亡および心血管疾患のリスクを高める。[37] [38] いくつかの研究では、シスタチンCレベルの上昇が死亡、いくつかの種類の心血管疾患（心筋梗塞、脳卒中、心不全、末梢動脈疾患、メタボリックシンドロームを含む）、および健康的な老化のリスクと関連していることがわかっている。[要出典] [要説明]いくつかの研究では、この点でシスタチンCが血清クレアチニンまたはクレアチニンベースのGFR方程式よりも優れていることがわかっている。[39] [40] [41] [ 42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] シスタチンCと長期転帰の関連性はGFRに予想されるものよりも強いため、シスタチンCは腎機能とは無関係に死亡率にも関連している可能性があるという仮説が立てられている。[51]ハウスキーピング遺伝子の特性と一致して、シスタチンCは基礎代謝率の影響を受ける可能性があることが示唆されている。[52]
提案された毛穴縮小症候群
ヒトの腎臓における10～30kDaの血漿タンパク質の糸球体ふるい係数は、0.9～0.07と比較的高い。[医学的出典が必要] [53]これらの比較的高いふるい係数は、健康な状態での限外濾過液の高生成と相まって、血漿中の30kDa以下のタンパク質は通常は主に腎臓で除去され、シスタチンCの除去の少なくとも85%は腎臓で起こることを意味する。[医学的出典が必要] [54]糸球体膜の孔が縮小すると、シスタチンCなどの大きな分子の濾過は減少するが、水やクレアチニンなどの小さな分子の濾過への影響は少なくなる。この場合、シスタチン C に基づく GFR の推定値 eGFRシスタチン Cは、クレアチニンに基づく推定値 eGFRクレアチニンよりも低くなるため、 eGFRシスタチン C /eGFRクレアチニン比が低いことで、毛穴収縮症候群と呼ばれる仮説上の状態が特定されます。[医学的引用が必要] [55]この症候群は、死亡率の非常に大きな増加と関連しています。[56]
神経疾患
シスタチン3遺伝子の変異は、アイスランド型の遺伝性脳アミロイド血管症の原因であり、脳内出血、脳卒中、認知症の原因となる。[57] [58]この疾患は優性遺伝する。単量体シスタチンCはドメインスワッピングによって二量体とオリゴマーを形成し[59] 、二量体[60]とオリゴマー[61]の両方の構造が決定されている。
シスタチン3はアミロイドβにも結合し、その凝集と沈着を減らすため、アルツハイマー病の潜在的な標的である。[62] [63]すべての研究がこれを確認したわけではないが、全体的な証拠はCST3がアルツハイマー病の感受性遺伝子としての役割を果たしていることを支持している。[64]アルツハイマー病の患者ではシスタチンCのレベルが高いことが報告されている。[65]
多発性硬化症やその他の脱髄疾患（ミエリン神経鞘の喪失を特徴とする）におけるシスタチンCの役割については依然として議論の余地がある。 [66]
その他の役割
シスタチンCのレベルは、大動脈のアテローム性動脈硬化症（いわゆる「動脈硬化」）および動脈瘤（嚢状の膨らみ）病変で減少します。[67] [68] [69] [70] 遺伝学的および予後的研究でもシスタチンCの役割が示唆されています。[71] [72] これらの状態における血管壁の部分的な破壊は、プロテアーゼ（システインプロテアーゼおよびマトリックスメタロプロテアーゼ、増加）とその阻害剤（シスタチンCなど、減少）の間の不均衡から生じると考えられています。
いくつかの研究では、加齢性黄斑変性におけるシスタチンCまたはCST3遺伝子の役割が調べられています。[73] [74]シスタチンCは、いくつかの種類の癌の予後マーカーとしても研究されています。[75] [76]子癇前症におけるその役割はまだ確認されていません。[77] [78] [79] [80]
実験室測定
シスタチンCは、血清（血液中の赤血球と凝固因子を取り除いた液体）の無作為標本で、ネフェロメトリーや粒子増強濁度測定法などの免疫測定法を使用して測定できます。[81]これは、ヤッフェ反応で測定できる血清クレアチニン（約2～3ドル、0.02～0.15ドル）よりも高価な検査です。[82] [83] [84]
基準値は多くの集団で異なり、性別や年齢によっても異なります。さまざまな研究で、平均基準範囲（5パーセンタイルと95パーセンタイルで定義）は0.52～0.98 mg/Lでした。女性の場合、平均基準範囲は0.52～0.90 mg/Lで、平均は0.71 mg/Lです。男性の場合、平均基準範囲は0.56～0.98 mg/Lで、平均は0.77 mg/Lです。[81] 正常値は生後1年まで減少し、比較的安定してから、特に50歳を超えると再び増加します。[85] [ 86] [87]クレアチニン値は思春期まで増加し、それ以降は性別によって異なるため、小児患者にとっては解釈が困難です。[86] [88]
米国の国民健康栄養調査による大規模な研究では、基準範囲（1パーセンタイルと99パーセンタイルで定義）は0.57～1.12 mg/Lでした。この範囲は女性では0.55～1.18、男性では0.60～1.11でした。非ヒスパニック系黒人とメキシコ系アメリカ人は、正常シスタチンC値が低かった。[85]他の研究では、腎機能障害のある患者では、同じGFRで女性はシスタチンC値が低く、黒人はシスタチンC値が高いことがわかっています。[89]たとえば、60歳の白人女性のCKDのシスタチンCのカットオフ値は1.12 mg/L、黒人男性では1.27 mg/L（13％の増加）になります。 MDRD方程式で調整された血清クレアチニン値の場合、これらの値は0.95 mg/dLから1.46 mg/dL（54％の増加）になります。[90]
1.09 mg/L（高血圧、糖尿病、微量アルブミン尿または大量アルブミン尿、またはステージ3以上の慢性腎臓病のない20～39歳の人口の99パーセンタイル）の閾値に基づくと、米国におけるシスタチンCレベルの上昇の有病率は、正常体重の被験者で9.6％であり、太りすぎおよび肥満の個人で増加しています。[91] 60歳および80歳以上のアメリカ人では、血清シスタチンが41％および50％以上で上昇しています。[85]
分子生物学
シスタチンスーパーファミリーには、複数のシスタチン様配列を含むタンパク質が含まれます。メンバーの一部は活性システインプロテアーゼ阻害剤ですが、他のメンバーはこの阻害活性を失っているか、おそらく最初から獲得していません。スーパーファミリーには、タイプ 1 シスタチン (ステフィン)、タイプ 2 シスタチン、およびキニノーゲンの 3 つの阻害ファミリーがあります。タイプ 2 シスタチンタンパク質は、さまざまなヒトの体液や分泌物に含まれるシステインプロテアーゼ阻害剤の一種で、保護機能を果たすようです。20番染色体の短腕にあるシスタチン遺伝子座には、タイプ 2 シスタチン遺伝子と擬遺伝子の大部分が含まれています。
CST3 遺伝子はシスタチン遺伝子座に位置し、 4.3キロ塩基対に及ぶ 3 つのエクソン(遺伝子内の非コード領域であるイントロンとは対照的に、コード領域)から構成されています。これは、システインプロテアーゼの最も豊富な細胞外阻害剤をコードしています。これは、体液中に高濃度で存在し、事実上体のすべての器官で発現しています (CST3 はハウスキーピング遺伝子です)。最も高いレベルは精液中に存在し、次いで母乳、涙、唾液に存在します。疎水性リーダー配列は、タンパク質が正常に分泌されることを示している。この遺伝子のプロモーター領域には3 つの多型があり、その結果 2 つの一般的な変異体が生じています。[92]いくつかの一塩基多型は、シスタチン C レベルの変化と関連付けられています。[93]
シスタチンCは非グリコシル化の塩基性タンパク質（等電点pH9.3 ）である。シスタチンCの結晶構造は、短いαヘリックスと、大きな反平行の5本鎖βシートを横切る長いαヘリックスを特徴とする。他の2型シスタチンと同様に、2つのジスルフィド結合を持つ。分子の約50％がヒドロキシル化プロリンを運ぶ。シスタチンCはサブドメインを交換することで二量体（分子ペア）を形成し、ペア状態では、各半分は長いαヘリックスと一方のパートナーの1つのβストランド、およびもう一方のパートナーの4つのβストランドで構成される。[94]
歴史
シスタチンCは、1961年に他のタンパク質（ベータトレースなど）とともに、腎不全患者の脳脊髄液および尿中に存在する微量タンパク質として「ガンマトレース」として初めて記述されました。[95]グラブとレーフバーグが最初にそのアミノ酸配列を報告しました。[95]彼らは、進行した腎不全患者でシスタチンCが増加することに注目しました。[96]グラブと同僚は1985年に糸球体濾過率の指標として初めてシスタチンCを提案しました。[97] [98]
2012年7月5日発行のニューイングランド医学ジャーナル誌に報告された研究では、血清クレアチニンとシスタチンCの使用はGFRを正確に反映するのに非常に効果的であることが判明した。[99]
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