気管支軟骨・平滑筋に着目した先天性横隔膜ヘルニア低形成肺の病態解明と治療戦略

• Project/Area Number: 19K09101
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55010:General surgery and pediatric surgery-related
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 丹藤 創 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (80423870)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 先天性横隔膜ヘルニア / 気管支軟骨 / 一次繊毛 / 気管軟骨 / 低形成肺

Outline of Research at the Start

先天性横隔膜ヘルニア(CDH)に合併する低形成肺は、CDH患児の最も重要な死因の一つである。本研究では、CDH低形成肺の気道軟骨や平滑筋に着眼し、これら間葉系組織の異常が呼吸障害の一因になっているとの仮説を検証する。具体的には、
(1) ヒトCDH剖検肺を用いた気管支軟骨・平滑筋の組織計測学的解析
(2) 網羅的遺伝子発現解析による気管・気管支軟骨、平滑筋細胞分化に関わる新たなマ－カ－検索とそれらを用いたCDH病態解明
(3)CDHモデルラットを用いた気道平滑筋の発生学的形態・機能異常の検証
を行い、今後の新たなCDH胎児治療法開発へと展開し得る基盤的研究を行う。

Outline of Annual Research Achievements

先天性横隔膜ヘルニア(CDH)の最も重要な死因である肺低形成の病態解明のため、低形成肺における間葉系組織の異常に着眼し、研究を行った。ヒトCDH剖検肺を解析対象とした組織学的定量解析を行い、ヒトCDH低形成肺における肺内気管支軟骨の異常（異常な小型軟骨と大型軟骨の存在)を明らかにし、論文化した。この結果は、肺内気管支軟骨の発達していないげっ歯類CDHモデルでは得られない、ヒト特有のCDH肺低形成の病態の一つと考えられた。次に、気管支軟骨形成異常の病態メカニズム解明のため、ニトロフェン誘発CDHラットモデルを用い、 E17, E18, E21ラット胎仔気管における軟骨形成異常(ヒトの病態に対応する小型および大型異常軟骨の出現)と異常軟骨における一次繊毛の短縮を見出した。さらに、E18胎仔気管を用いて、PIC (Photo-Isolation Chemistry)法を行い、小型異常軟骨部位特異的に発現変動する遺伝子の網羅的解析を行い、mTORC2 サブユニットであるMAPKAP1（SIN1）の発現低下を認め、免疫染色で確認した。また、同時にE18胎仔気管のbulkのRNA-seq解析を行い、CDH群では、有意に繊毛関連の遺伝子群の発現低下と骨格筋の収縮に関する遺伝子群の発現上昇を認めた。
これらの結果から、横隔膜ヘルニアに伴う軟骨形成異常の病態には、繊毛、特に発生期における一次繊毛の異常が関与していることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Maldevelopment of intrapulmonary bronchial cartilage in congenital diaphragmatic hernia (2020)
  • Author(s): So Tando, Kohei Sakai, Shohei Takayama, Kenji Fukunaga, Mayumi Higashi, Shigehisa Fumino, Shigeyoshi Aoi, Taizo Furukawa, Tatsuro Tajiri, Hiroshi Ogi, Kyoko Itoh
  • Journal Title: Pediatric pulmonology Volume: -
  • Peer Reviewed