間質性肺炎急性増悪病態における新規病的微小環境因子・ミトコンドリアＤＮＡの役割

• Project/Area Number: 21K08202
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53030:Respiratory medicine-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 阪本 考司 名古屋大学, 医学部附属病院, 病院講師 (00635633)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 芳川 豊史 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00452334) ; 若原 恵子 名古屋大学, 医学部附属病院, 講師 (00631433) ; 橋本 直純 藤田医科大学, 医学部, 教授 (30378020) ; 猪股 弥生 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 准教授 (90469792)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: ミトコンドリアDNA / 肺線維症 / 急性増悪 / DAMPS / ミトコンドリア / マクロファージ

Outline of Research at the Start

特発性肺線維症(IPF)は中高年に発症する進行性難治性の肺疾患である。急性増悪はIPF患者の約4割に突然発症する死亡率の高い合併症であるが、原因が分かっておらず発症の予測や治療法の開発が進んでいない。我々は最近、IPF患者さんの体液中のミトコンドリアDNAの増加が急性増悪の発症を予測しうることを発見した。これにヒントを得た本研究は、急性増悪発症のメカニズムとして肺に存在するマクロファージの異常活性化とミトコンドリアの代謝異常が関与していると仮定して、新たに急性増悪の動物モデルを作成し治療標的と診断法の開発を目指します。

Outline of Annual Research Achievements

進行性難治性の肺疾患である特発性肺線維症において、致死性合併症である急性増悪の発症誘因として、線維化肺における病的組織微小環境であるミトコンドリアDNAをはじめとするダメージ関連分子(DAMP)の増加が想定されるとの仮説に基づき、「肺線維症急性増悪における肺内ミトコンドリアDAMP増加と自然免疫経路の関与の解明」を目的として実験を進めている。R5年度は下記の研究項目に取り組んだ。
１）昨年度までに確立したデジタルPCRによるmtDNA絶対量測定系をもちいたヒトIPF由来の血清および肺胞洗浄液（BALF)におけるmtDNAおよびゲノムDNAのコピー数と臨床情報との対比を行った。BALF中のmtDNA上昇はIPF患者の急性増悪後の予後と有意な相関を示し、早期死亡の予測因子となることが分かった。一方、BALF中のゲノム由来DNA濃度や血清中のmtDNA濃度には予後予測能は認められなかった。肺胞中で増加するDAMPであるmtDNAはIPF病態悪化への寄与が示唆された。
２）マウス肺線維症モデルにおけるマクロファージ活性化の解析を進めている。ブレオマイシン誘導肺線維症モデルマウスの肺組織およびマクロファージにおいてSTING発現上昇を認めたことより、肺内遊離ｍｔＤＮＡがマクロファージのＳＴＩＮＧ経路を介して肺炎症を惹起するとの仮説に基づきmtDNAによるマクロファージの異常活性化の有無を骨髄由来マクロファージを用いて検討した。STING経路を介したｍｔＤＮＡの炎症はmtDNAの酸化に一部依存していることが分かった。
３）マクロファージにおけるmtDNAの生体肺における催炎症性の検討を行った。気管内投与されたmtDNAは一過性の肺炎症を起こすことが分かった。更にその程度はDNAの酸化傷害に大きく左右されることが示唆されている。現在詳細にマウス表現型の解析を行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

mtDNAの肺傷害における貢献に、事前には想定していなかった酸化傷害の程度が大きくかかわっていることが解析を進める中で分かってきた。今年度から、酸化ストレスの程度の差が肺胞マクロファージや気管内投与による肺傷害モデルにどの程度影響を与えるかを追加して検討しているため、当初の計画を伸ばして詳細に検討を進めている。
またこの過程STING経路に関連する複数のシグナル経路の関与が報告された。これらの新規知見についても併せて解析を進めており、興味深い発見に繋がっている。

Strategy for Future Research Activity

次年度を最終年度として、ｍｔＤＮＡとその酸化傷害の生態炎症における関りとそのメカニズム、そしてＩＰＦ急性増悪の病態形成における寄与を動物モデルを用いて解析し、新たな治療標的の発見につなげたい。

Research Products

• [Journal Article] Mild elevation of pulmonary vascular resistance predicts mortality regardless of mean pulmonary artery pressure in mild interstitial lung disease (2024)
  • Author(s): Sato Tomonori、Furukawa Taiki、Teramachi Ryo、Fukihara Jun、Yamano Yasuhiko、Yokoyama Toshiki、Matsuda Toshiaki、Kataoka Kensuke、Kimura Tomoki、Sakamoto Koji、Ishii Makoto、Kondoh Yasuhiro
  • Journal Title: Thorax Volume: 79 Issue: 5 Pages: 422-429
  • DOI: 10.1136/thorax-2023-220179
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapidly progressive interstitial lung disease with positive anti-MDA5 antibody as an immune-related complication of nivolumab: A case report (2024)
  • Author(s): Kato Sayaka、Sakamoto Koji、Sato Tomonori、Kobayashi Tomoko、Shindo Yuichiro、Morise Masahiro、Iwama Shintaro、Arima Hiroshi、Ishii Makoto
  • Journal Title: Respiratory Investigation Volume: 62 Issue: 2 Pages: 313-316
  • DOI: 10.1016/j.resinv.2024.01.009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cohort study to evaluate prognostic factors in idiopathic pulmonary fibrosis patients introduced to oxygen therapy (2023)
  • Author(s): Kataoka K, Oda K, Takizawa H, Ogura T, Miyamoto A, Inoue Y, Akagawa S, Hashimoto S, Kishaba T, Sakamoto K, Hamada N, Kuwano K, Nakayama M, Ebina M, Enomoto N, Miyazaki Y, Atsumi K, Izumi S, Tanino Y, Ishii H, Ohnishi H, Suda T, Kondoh Y
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 13664-13664
  • DOI: 10.1038/s41598-023-40508-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Acute exacerbation of rheumatoid arthritis-associated interstitial lung disease triggered by COVID-19: What is the best practice for treatment? (2023)
  • Author(s): Yonezawa Toshiyuki、Suzuki Atsushi、Fukumitsu Kensuke、Katano Takuma、Kako Hisashi、Ishii Makoto、Niimi Akio、Imaizumi Kazuyoshi、Sakamoto Koji、Omote Norihito、Yamaguchi Etsuro
  • Journal Title: Respiratory Medicine Case Reports Volume: 43 Pages: 101857-101857
  • DOI: 10.1016/j.rmcr.2023.101857
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Successful Treatment with High-dose Steroids for Acute Exacerbation of Idiopathic Pulmonary Fibrosis Triggered by COVID-19 (2022)
  • Author(s): Omote Norihito、Kanemitsu Yoshihiro、Inoue Takahiro、Yonezawa Toshiyuki、Ichihashi Takuji、Shindo Yuichiro、Sakamoto Koji、Ando Akira、Suzuki Atsushi、Niimi Akio、Ito Satoru、Imaizumi Kazuyoshi、Hashimoto Naozumi
  • Journal Title: Internal Medicine Volume: 61 Issue: 2 Pages: 233-236
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.8163-21
  • NAID: 130008141771
  • ISSN: 0918-2918, 1349-7235
  • Year and Date: 2022-01-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] COVID-19-Triggered Acute Exacerbation of IPF, an Underdiagnosed Clinical Entity With Two-Peaked Respiratory Failure: A Case Report and Literature Review (2022)
  • Author(s): Goto Yosuke、Sakamoto Koji、Fukihara Jun、Suzuki Atsushi、Omote Norihito、Ando Akira、Shindo Yuichiro、Hashimoto Naozumi
  • Journal Title: Frontiers in Medicine Volume: 9 Pages: 815924-815924
  • DOI: 10.3389/fmed.2022.815924
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] BMP3b Is a Novel Antifibrotic Molecule Regulated by Meflin in Lung Fibroblasts (2022)
  • Author(s): Suzuki Atsushi、Sakamoto Koji、Nakahara Yoshio、Enomoto Atsushi、Hino Jun、Ando Akira、Inoue Masahide、Shiraki Yukihiro、Omote Norihito、Kusaka Masahiro、Fukihara Jun、Hashimoto Naozumi
  • Journal Title: American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology Volume: 67 Issue: 4 Pages: 446-458
  • DOI: 10.1165/rcmb.2021-0484oc
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Overexpression of bone morphogenetic protein receptor type 2 suppresses transforming growth factor β-induced profibrotic responses in lung fibroblasts (2022)
  • Author(s): Fukihara Jun、Maiolo Suzanne、Kovac Jessica、Sakamoto Koji、Wakahara Keiko、Hashimoto Naozumi、Reynolds Paul N.
  • Journal Title: Experimental Lung Research Volume: 48 Issue: 1 Pages: 35-51
  • DOI: 10.1080/01902148.2021.2024301
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Size and surface modification of silica nanoparticles affect the severity of lung toxicity by modulating endosomal ROS generation in macrophages (2021)
  • Author(s): Masahide Inoue, Koji Sakamoto, Atsushi Suzuki, Shinya Nakai, Akira Ando, Yukihiko Shiraki, Yoshio Nakahara, Mika Omura, Atsushi Enomoto, Ikuhiko Nakase, Makoto Sawada, Naozumi Hashimoto
  • Journal Title: Particle and Fibre Toxicology Volume: 18 Issue: 1 Pages: 21-21
  • DOI: 10.1186/s12989-021-00415-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Effect of Pirfenidone on the Prescription of Antibiotics and Antitussive Drugs in Patients With Idiopathic Pulmonary Fibrosis (2021)
  • Author(s): Suzuki Atsushi、Sakaguchi Hiroki、Sakamoto Koji、Ebina Masahito、Azuma Arata、Ogura Takashi、Taguchi Yoshio、Suga Moritaka、Takahashi Hiroki、Sugiyama Yukihiko、Kudoh Shoji、Nukiwa Toshihiro、Miyazawa Shogo、Kondoh Yasuhiro
  • Journal Title: Chest Volume: 160 Issue: 4 Pages: 1372-1376
  • DOI: 10.1016/j.chest.2021.05.058
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fibroblasts positive for meflin have anti-fibrotic properties in pulmonary fibrosis (2021)
  • Author(s): Nakahara Y, Hashimoto N, Sakamoto K, Enomoto A, Adams TS, Yokoi T, Omote N, Poli S, Ando A, Wakahara K, Suzuki A, Inoue M, Hara A, Mizutani Y, Imaizumi K, Kawabe T, Rosas IO, Takahashi M, Kaminski N, Hasegawa Y.
  • Journal Title: European Respiratory Journal Volume: 58 Issue: 6 Pages: 2003397-2003397
  • DOI: 10.1183/13993003.03397-2020
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] mtDNA in bronchoalveolar lavage fluid is a prognostic factor for IPF and AE-IPF (2023)
  • Author(s): Fukihara, J; Sakamoto, K; Furukawa, T ; Teramachi, R; Ikeyama, Y; Kataoka, K; Kondoh, Y; Hashimoto, N; Ishii, M
  • Organizer: Annual congress of the European-Respiratory-Society (ERS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 特発性肺線維症の新規バイオマーカーミトコンドリアDNA絶対定量法の開発 (2023)
  • Author(s): 池山賢樹、富貴原淳、阪本考司、片岡健介、古川大記、鈴木淳、日下真宏、表紀仁、橋本直純、近藤康博、石井誠
  • Organizer: 第63回 日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] Meflin-BMP3b Axis Is a Novel Anti-Fibrotic Pathway Against TGF-βInduced Lung Fibrogenesis (2022)
  • Author(s): A. Suzuki, K. Sakamoto, Y. Nakahara, A. Enomoto, J. Hino, A. Ando, M. Inoue, N. Omote, M. Kusaka, J. Fukihara, N. Hashimoto
  • Organizer: American Thoracic Society 2022 International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pathophysiological basis of Haemoptysis (2021)
  • Author(s): Koji Sakamoto
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Unbiased retrospective survey of ‘Real-World Data’ generated a 1,000-case new cohort of interstitial lung diseases (2021)
  • Author(s): Koji Sakamoto
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology
  • Int'l Joint Research