The possible role of insulin resistance in vascular endothelial cells on exacerbation of periodontitis

• Project/Area Number: 20K18513
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 57030:Conservative dentistry-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 新城 尊徳 九州大学, 歯学研究院, 助教 (20711394)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 糖尿病関連歯周炎 / 糖尿病 / インスリン作用 / インスリン抵抗性 / 肥満 / 血管内皮細胞 / 歯周炎 / VCAM-1 / インスリン / 白血球接着因子

Outline of Research at the Start

歯肉（歯ぐき）には上皮細胞や線維芽細胞、血管内皮細胞など様々な細胞によって構成されている。肥満・糖尿病があると、歯周病が増悪しやすいことは多くの疫学研究より明らかとなっているが、なぜそうなるのかについての具体的なメカニズムについては十分に分かっていない。本研究代表者は、歯肉線維芽細胞でインスリン抵抗性が起こると歯周病が増悪することをマウス実験から見出した。本研究はこれから派生し、白血球など歯周病菌とたたかうのに重要な細胞を呼び込むのに重要な役割を持つ血管内皮細胞に焦点を当て、インスリン抵抗性状態が血管内皮細胞にどのような影響を及ぼして歯周病増悪に働くかを明らかにすることを目的としている。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、in vitro実験でAkt下流分子のFoxO1に着目し、インスリンによる同分子のリン酸化が、血管内皮細胞でのLPSやTNFα誘導性VCAM1発現制御に関わるかを検討するとともに、in vivo実験においては、WTマウスに対してVEIRKOマウスで観察された歯槽骨吸収量の有意な増大に関わる歯周炎病態の変化を、歯肉におけるqPCRや免疫組織学的検討を行い評価した。
【in vitro実験】インスリンによってリン酸化を受ける3か所の残基を変異させ、FoxO1不活性化が起こらないようにした変異型FoxO1と、intact FoxO1を血管内皮細胞株TKD2に過剰発現させ、インスリン刺激を行ったところ、変異型FoxO1を過剰発現したTKD2ではインスリンによるAktおよびErkリン酸化は変化ないものの、FoxO1リン酸化が著しく減弱した。この条件でインスリンによるLPS/TNFα誘導性VCAM1発現制御をウェスタンブロット法で確認したところ、変異型FoxO1過剰発現TKD2細胞ではインスリンによる制御が喪失していた。一方、intact FoxO1過剰発現TKD2では、インスリンによるVCAM1の制御は変わらず観察されたが、LPSやTNFα刺激でのVCAM1発現レベルが増強されることはなかった。
【in vivo実験】VEIRKOマウスでは、結紮後の歯肉中の炎症性遺伝子やRanklの遺伝子発現がWTマウスよりも有意に亢進していた。また、絹糸結紮による歯槽骨周囲の破骨細胞形成はVEIRKOマウスで有意に亢進していた。さらに、絹糸結紮後のMPO陽性細胞の歯周組織への浸潤数は、VEIRKOマウスで有意に増加した。
これらの結果より、血管内皮細胞におけるインスリン抵抗性は、感染性炎症によるVCAM1発現制御が破綻し、白血球浸潤が増大することで歯周炎の増悪に寄与することが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

コロナの世界的流行によって、共同研究先からのVEIRKOマウスの凍結胚の提供が半年程度遅れていたが、in vitro実験を大きく進めるとともに、in vivo実験についても精力的な検討によっておおむね予定通りの実験の実施まで追いついている。

Strategy for Future Research Activity

今後は、歯周炎によって障害された歯周組織の回復にも、血管内皮細胞のインスリン作用が重要な役割を持つかどうかを、引き続きVEIRKOマウスを用いて検討していく予定である。

Research Products

• [Journal Article] miR-582-5p targets Skp1 and regulates NF-κB signaling-mediated inflammation (2023)
  • Author(s): Li Rongzhi、Sano Tomomi、Mizokami Akiko、Fukuda Takao、Shinjo Takanori、Iwashita Misaki、Yamashita Akiko、Sanui Terukazu、Nakatsu Yusuke、Sotomaru Yusuke、Asano Tomoichiro、Kanematsu Takashi、Nishimura Fusanori
  • Journal Title: Archives of Biochemistry and Biophysics Volume: 734 Pages: 109501-109501
  • DOI: 10.1016/j.abb.2022.109501
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Endothelial cells induced progenitors into brown fat to reduce atherosclerosis (2022)
  • Author(s): Park K, Li Q, Lynes MD, Yokomizo H, Maddaloni E, Shinjo T, St-Louis R, Li Q, Katagiri S, Fu J, Clermont A, Park H, Wu IH, Yu MG, Shah H, Tseng YH, King GL
  • Journal Title: Circulation Research Volume: 131 Issue: 2 Pages: 168-183
  • DOI: 10.1161/circresaha.121.319582
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] XAF1 overexpression exacerbates diabetes by promoting pancreatic β-cell apoptosis. (2022)
  • Author(s): Nishimura Y, Iwashita M, Hayashi M, Shinjo T, Watanabe Y, Zeze T, Yamashita A, Fukuda T, Sanui T, Sano T, Asano T, Nishimura F.
  • Journal Title: Acta Diabetol Volume: 59 Issue: 10 Pages: 1275-1286
  • DOI: 10.1007/s00592-022-01930-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extracellular vesicles derived from GMSCs stimulated with TNF-α and IFN-α promote M2 macrophage polarization via enhanced CD73 and CD5L expression. (2022)
  • Author(s): Watanabe Y, Fukuda T, Hayashi C, Nakao Y, Toyoda M, Kawakami K, Shinjo T, Iwashita M, Yamato H, Yotsumoto K, Taketomi T, Uchiumi T, Sanui T, Nishimura F.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 13344-13344
  • DOI: 10.1038/s41598-022-17692-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] miR-1260b inhibits periodontal bone loss by targeting ATF6β mediated regulation of ER stress. (2022)
  • Author(s): Hayashi C, Fukuda T, Kawakami K, Toyoda M, Nakao Y, Watanabe Y, Shinjo T, Sano T, Iwashita M, Yotsumoto K, Shida M, Taketomi T, Sanui T, Uchiumi T, Kanematsu T, Nishimura F.
  • Journal Title: Front Cell Dev Biol Volume: 10 Pages: 1061216-1061216
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.1061216
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regeneration of glomerular metabolism and function by podocyte pyruvate kinase M2 in diabetic nephropathy (2022)
  • Author(s): Fu Jialin、Shinjo Takanori、Li Qian、St-Louis Ronald、Park Kyoungmin、Yu Marc G.、Yokomizo Hisashi、Simao Fabricio、Huang Qian、Wu I-Hsien、King George L.
  • Journal Title: JCI Insight Volume: 7 Issue: 5
  • DOI: 10.1172/jci.insight.155260
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Adipose-specific C-C motif chemokine ligand (CCL) 19 overexpression drives the mice to both insulin resistance and weight gain (2021)
  • Author(s): Hayashi Masato、Iwashita Misaki、Nishimura Yuki、Shinjo Takanori、Sano Tomomi、Yamashita Akiko、Fukuda Takao、Sanui Terukazu、Asano Tomoichiro、Nishimura Fusanori
  • Journal Title: BMJ Open Diabetes Research & Care Volume: 9 Issue: 1 Pages: e001871-e001871
  • DOI: 10.1136/bmjdrc-2020-001871
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exosomes from TNF-α-treated human gingiva-derived MSCs enhance M2 macrophage polarization and inhibit periodontal bone loss (2021)
  • Author(s): Nakao Yuki、Fukuda Takao、Zhang Qunzhou、Sanui Terukazu、Shinjo Takanori、Kou Xiaoxing、Chen Chider、Liu Dawei、Watanabe Yukari、Hayashi Chikako、Yamato Hiroaki、Yotsumoto Karen、Tanaka Urara、Taketomi Takaharu、Uchiumi Takeshi、Le Anh D.、Shi Songtao、Nishimura Fusanori
  • Journal Title: Acta Biomaterialia Volume: 122 Pages: 306-324
  • DOI: 10.1016/j.actbio.2020.12.046
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Anti-inflammatory Effects of miRNA-146a Induced in Adipose and Periodontal Tissues (2020)
  • Author(s): Taiki Sanada, Tomomi Sano, Yusuke Sotomaru, Rehab Alshargabi, Yosuke Yamawaki, Akiko Yamashita, Hiroaki Matsunaga, Misaki Iwashita, Takanori Shinjo, Takashi Kanematsu, Tomoichiro Asano, Fusanori Nishimura
  • Journal Title: Biochem Biophys Rep. Volume: Jul Pages: 100757-100757
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2020.100757
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Amelogenin Downregulates Interferon Gamma-Induced Major Histocompatibility Complex Class II Expression Through Suppression of Euchromatin Formation in the Class II Transactivator Promoter IV Region in Macrophages (2020)
  • Author(s): Yotsumoto K, Sanui T, Tanaka U, Yamato H, Alshargabi R, Shinjo T, Nakao Y, Watanabe Y, Hayashi C, Taketomi T, Fukuda T, Nishimura F.
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 11 Pages: 709-709
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.00709
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SPOCK1 is a novel inducer of epithelial to mesenchymal transition in drug-induced gingival overgrowth (2020)
  • Author(s): Alshargabi Rehab、Sano Tomomi、Yamashita Akiko、Takano Aiko、Sanada Taiki、Iwashita Misaki、Shinjo Takanori、Fukuda Takao、Sanui Terukazu、Kishida Shosei、Nishimura Fusanori
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 9785-9785
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66660-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SPOCK1 induces adipose tissue maturation: New insights into the function of SPOCK1 in metabolism (2020)
  • Author(s): Alshargabi Rehab、Shinjo Takanori、Iwashita Misaki、Yamashita Akiko、Sano Tomomi、Nishimura Yuki、Hayashi Masato、Zeze Tatsuro、Fukuda Takao、Sanui Terukazu、Nishimura Fusanori
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 533 Issue: 4 Pages: 1076-1082
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.09.129
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 九大歯学優秀研究者賞受賞講演 Regeneration of glomerular metabolism and function by podocyte pyruvate kinase M2 in diabetic nephropathy. (2022)
  • Author(s): 新城尊徳
  • Organizer: 2022年度KOB・OBT・DDR合同国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Insulin Resistance and Obesity-Related Periodontitis: a Novel Molecular Basis and Potential Therapeutic Targets. (2022)
  • Author(s): Takanori Shinjo
  • Organizer: 2022 IADR/APR General Session & Exhibition PRG Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 糖尿病性腎症モデルマウスを用いた歯周病による腎症増悪機構の解明 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳、佐藤晃平、瀬々起朗、西村英紀
  • Organizer: 第76回日本口腔科学会学術集会 シンポジウム3「Periodontal MedicineのSDGsと未来」
  • Invited
• [Presentation] SPOCK1はシクロスポリンによる薬剤性歯肉増殖症において歯周炎症を介した歯肉肥厚と歯槽骨吸収を増大する (2022)
  • Author(s): 今川澪、新城尊徳、山下明子、佐藤晃平、瀬々起朗、西村優輝、川上賢太郎、岩下未咲、西村英紀
  • Organizer: 第65回秋季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] Endothelial insulin resistance contributes to the pathogenesis of diabetes-related periodontitis (2022)
  • Author(s): Tatsuro Zeze, Takanori Shinjo, Kohei Sato, Mio Imagawa, Yuki Nishimura, Misaki Iwashita, Akiko Yamashita, Takao Fukuda, Terukazu Sanui, Fusanori Nishimura
  • Organizer: 2022 IADR/APR General Session & Exhibition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Podocyte Targeted Pyruvate Kinase M2 (PKM2) Activation Normalized Glomerular VEGF Expression, Mitochondrial Function, Fuel Metabolism, and Diabetic Nephropathy (2022)
  • Author(s): Fu J, Shinjo T, Li Q, Park K, Yu MG, Yokomizo H, Huang Q, Wu IH, King GL
  • Organizer: 82nd American Diabetes Association Scientific Sessions
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 歯周炎による糖尿病性腎症増悪メカニズムの解明 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳、佐藤晃平、西村英紀
  • Organizer: 日本歯科医学会 第37回「歯科医学を中心とした総合的な研究を推進する集い」
• [Presentation] 糖尿病性腎症モデルマウスを用いた歯周病による腎症増悪機序の解明 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳、佐藤晃平、瀬々起朗、西村英紀
  • Organizer: 第７６回日本口腔科学会学術集会 シンポジウム「Periodontal Medicineの未来とSDGs」
  • Invited
• [Presentation] 歯周炎による糖尿病性腎症増悪メカニズムの解明 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳、佐藤晃平、西村英紀
  • Organizer: 第３７回「歯科医学を中心とした総合的な研究を推進する集い」
• [Presentation] 血管内皮細胞におけるインスリン抵抗性は炎症誘導性VCAM-1発現制御が破綻することで歯周炎増悪に寄与する. (2021)
  • Author(s): 瀬々起朗、新城尊徳、西村優輝、佐藤晃平、今川澪、岩下未咲、山下明子、西村英紀
  • Organizer: 第64回秋季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] 実験的歯周炎により2型糖尿病モデルKK-Ayマウスの糖尿病性腎臓病は増悪する. (2021)
  • Author(s): 佐藤晃平、新城尊徳、西村優輝、瀬々起朗、今川澪、岩下未咲、山下明子、西村英紀.
  • Organizer: 第64回秋季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] SPOCK1は歯周炎における歯槽骨吸収と歯肉肥厚に関与する. (2021)
  • Author(s): 今川澪、新城尊徳、山下明子、西村優輝、瀬々起朗、佐藤晃平、岩下未咲、西村英紀.
  • Organizer: 2021年度日本歯科保存学会秋季学術大会(第155回)
• [Presentation] 歯肉幹細胞由来エクソソーム内包miR-1260bによる小胞体ストレス応答制御を介した歯槽骨吸収抑制作用. (2021)
  • Author(s): 林千華子, 福田隆男, 渡邊ゆかり, 川上賢太郎, 豊田真顕, 中尾雄紀, 四本かれん， 大和寛明，新城尊徳，讃井彰一，西村英紀.
  • Organizer: 2021年度日本歯科保存学会秋季学術大会(第155回)
• [Presentation] Insulin Resistance in Gingival Fibroblasts Aggravates Experimental Periodontitis in Mice. (2021)
  • Author(s): Shinjo T, Van Dyke TE, Hasturk H, Nishimura F, King GL.
  • Organizer: 99th General Session and Exhibition of the IADR.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 膵β細胞Xaf1が膵島機能および糖尿病発症に及ぼす影響. (2021)
  • Author(s): 西村優輝、岩下未咲、林大翔、新城尊徳、瀬々起朗、佐野朋美、山下明子、西村英紀.
  • Organizer: 2021年度日本歯科保存学会春季学術大会(第154回)
• [Presentation] 歯肉幹細胞由来エクソソーム内包miR-1260bによる小胞体ストレス応答制御を介した抗炎症作用. (2021)
  • Author(s): 林千華子、福田隆男、渡邊ゆかり、川上賢太郎、豊田真顕、中尾雄紀、四本かれん、大和寛明、新城尊徳、讃井彰一、西村英紀.
  • Organizer: 第64回春季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] Identification of microRNA regulating NF-κB pathway in macrophage. (2021)
  • Author(s): 李栄智、佐野朋美、新城尊徳、岩下未咲、山下明子、福田隆男、西村英紀.
  • Organizer: 第64回春季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] Pyruvate Kinase M2 (PKM2) Enzymatic Activity Is Necessary to Improve Podocyte Mitochondrial Function and Glomerular Fuel Metabolism and Diabetic Nephropathy. (2021)
  • Author(s): Fu J, Shinjo T, St-Louis R, Li Q, Park K, Yokomizo H, Yu MG, Shah H, Wu IH, King GL.
  • Organizer: 81th American Diabetes Association Scientific Sessions,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 歯周病と糖尿病を関連付ける新たなキーファクター「インスリン作用」～ボストンでの3年間の留学生活. (2021)
  • Author(s): 新城尊徳
  • Organizer: 第64回春季歯周病学会学術大会 第54回若手研究者の集い
  • Invited
• [Presentation] 歯肉におけるインスリン抵抗性は歯周炎を増悪する (2020)
  • Author(s): 新城尊徳、西村英紀
  • Organizer: 第35回日本糖尿病合併症学会
• [Presentation] Insulin resistance in gingival fibroblasts exacerbates experimental periodontitis in mice. (2020)
  • Author(s): Shinjo T, Van Dyke TE, Hasturk H, King GL, Nishimura F.
  • Organizer: 第106回アメリカ歯周病学会共済日本歯周病学会・日本臨床歯周病学会2020年大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 長期生存1型糖尿病患者群における歯周病重症度と糖尿病合併症との相関 (2020)
  • Author(s): 新城尊徳、西村英紀
  • Organizer: 第63回春季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] White and Brown Rice Supplementation Changes High-Fat Diet induced Dysbiosis of Gut Microbiome and Improves Energy and Glucose Metabolism. (2020)
  • Author(s): Yokomizo H, Ishikado A, Shinjo T, Park K, Maeda Y, Li Q, Wu IH, Matsumoto M, Devkota S, Kostic A, King GL
  • Organizer: 80th American Diabetes Association Scientific Sessions
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reversal of Diabetic Nephropathy in T2D db/db Mouse Model by Systemic Pyruvate Kinase M2 (PKM2) Activation (2020)
  • Author(s): St-Louis R, Fu J, Park K, Shinjo T, Ludeke J, Yokomizo H, Li Q, Wolfson E, King GL
  • Organizer: 80th American Diabetes Association Scientific Sessions
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] IGF-1 Receptors, Not Insulin Receptors, on Mesangial Cells Are Accelerating Mesangial Expansion and Albuminuria in Streptozotocin-Induced Diabetic Mice (2020)
  • Author(s): Ishikado A, Shinjo T, Yokomizo H, Maeda Y, Park K, Qi W, St-Louis R, Li Q, King GL
  • Organizer: 80th American Diabetes Association Scientific Sessions
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Activation of Mitochondrial Activities by Pyruvate Kinase M2 (PKM2) in Podocytes Improved Glomerular Metabolism and Diabetic Nephropathy (2020)
  • Author(s): Fu J, Shinjo T, St-Louis R, Li Q, Park K, Yokomizo H, Zaitsu Y, Yu MG, Wu IH, Shah H, King GL
  • Organizer: 80th American Diabetes Association Scientific Sessions
  • Int'l Joint Research
• [Book] FORUM 合併症Ⅰ歯周病 歯周病と糖尿病の相互関係(3) 糖尿病プラクティス2022年11・12月号 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
• [Book] FORUM 合併症Ⅰ歯周病 歯周病と糖尿病の相互関係(2) 糖尿病プラクティス2022年9・10月号 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
• [Book] FORUM 合併症Ⅰ歯周病 歯周病と糖尿病の相互関係(1) 糖尿病プラクティス2022年7・8月号 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
• [Book] 月刊糖尿病 2022年 特集 肥満・糖尿病・歯周病 インスリン抵抗性と歯周炎～新たな分子基盤～ (2022)
  • Author(s): 新城尊徳
  • Publisher: 医学出版株式会社
• [Book] 糖尿病・内分泌代謝科 2022年（特集）口腔ケアと生活習慣病Up-to-date 歯周病と糖尿病及び糖尿病合併症との関連性 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳、西村英紀
  • Publisher: 科学評論社
• [Book] ファーマスタイル2022年 歯周病を知る－知っておきたい歯周病の知識と全身疾患との関連 (2022)
  • Author(s): 新城尊徳、大山順子
  • Publisher: アルトマーク
• [Book] 糖尿病合併症としての歯周病 糖尿病プラクティス9・10月号 (2020)
  • Author(s): 新城尊徳
  • Total Pages: 120
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
• [Book] 第8章 糖尿病 ヒト常在菌層と生理機能・全身疾患 (2020)
  • Author(s): 新城尊徳、西村英紀
  • Total Pages: 325
  • Publisher: シーエムシー出版