RANKLが引き起こす細菌性肺炎の重症化機構の解明と治療への応用

• Project/Area Number: 21K08207
• 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: Sapporo Medical University
• Principal Investigator: 長谷川 喜弘 札幌医科大学, 医学部, 講師 (90643180)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 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 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: RANKL / 破骨細胞 / 肺胞マクロファージ / 肺炎 / ARDS

Outline of Research at the Start

申請者は最近、珪肺モデルマウスと肺ヒストプラズマ症モデルマウスの肺内で破骨細胞分化誘導因子（RANKL）が産生され、結果として破骨細胞様の多核巨細胞 (肺破骨細胞とする) が誘導されることを発見した。また、抗RANKL抗体で肺破骨細胞への分化を阻害すると、急性炎症が抑制された。本研究では、「RANKLが単球・Mφ系前駆細胞を肺胞Mφではなく、肺破骨細胞へ分化誘導することで、肺炎を重症化させている」という仮説のもと、RANKLの阻害により肺胞Mφへの分化を促し、病原体のクリアランス向上や抗炎症につなげるという新しい肺炎治療を提唱することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

肺炎の治療においては、適切な抗菌薬に加え、過剰な炎症を制御し急性呼吸急迫症候群 (ARDS) への移行を防ぐ補助療法が重要であるが、確立されたものはない。破骨細胞は骨吸収を担う多核巨細胞であり、破骨細胞分化誘導因子（RANKL）によって単球・マクロファージ系前駆細胞から分化する。申請者は最近、珪肺モデルマウスの肺内でRANKLが産生され、結果として破骨細胞様の多核巨細胞 (肺破骨細胞とする) が誘導されることを発見した。また、抗RANKL抗体を珪肺モデルマウスに投与すると、肺破骨細胞への分化を阻害されるだけでなく、急性炎症が抑制された。本研究では、「RANKLが単球・マクロファージ系前駆細胞を肺胞マクロファージではなく、肺破骨細胞へ分化誘導することで、肺炎を重症化させている」という仮説のもと、RANKLの阻害により肺胞マクロファージへの分化を
促し、病原体のクリアランス向上や抗炎症につなげるという新しい肺炎治療を提唱することを目指す。
これまでに予備実験として作製した肺ヒストプラズマ症モデルマウスの肺内において、破骨細胞分化誘導因子（RANKL）の発現が増加していることを明らかにした。さらにその結果として、破骨細胞様の多核巨細胞が肺胞腔内に出現することを確認した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

類似課題である肺線維症モデルマウスにおける肺破骨細胞の機能解析に時間を要し、細菌性モデルマウスを用いた検討を進めることができなかった。また、肺内に存在する破骨細胞様の多核巨細胞が酸やタンパク分解酵素の分泌能といった破骨細胞としての機能を有することを証明することを目指しているが、機能解析のためのアッセイ系の確立に難渋している。破骨細胞様多核巨細胞を疾患モデルマウスの肺組織から単離し、骨切片スライス上で培養することで、骨吸収能を評価することを試みているが条件設定に時間を要している。

Strategy for Future Research Activity

当初の予定通り、肺内のRANKLや肺破骨細胞、肺炎の重症度を評価するのに適した細菌性肺炎モデルマウスの作製方法を確立する。適切な肺炎モデルマウスが作製できた後は、抗RANKL抗体を腹腔内投与し、生存率、肺組織像、肺内菌量、血清CRP値、血清プロカルシトニン値を比較することで治療効果を判定する。

Research Products

• [Journal Article] Insights into pulmonary phosphate homeostasis and osteoclastogenesis emerge from the study of pulmonary alveolar microlithiasis. (2023)
  • Author(s): Uehara Y, Tanaka Y, Zhao S, Nikolaidis NM , Pitstick LB, Wu H, Yu JJ , Zhang E, Hasegawa Y, Noel JG, Gardner JC, Kopras EJ, Haffey WD, Greis KD, Guo J, Woods JC, Wikenheiser-Brokamp KA, Kyle JE, Ansong C, Teitelbaum SL, Inoue Y, Altinisk G, Xu Y, McCormack FX.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 1205-1217
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36810-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] N-glycosylation regulates MET processing and signaling (2022)
  • Author(s): Atsushi Saitou, Yoshihiro Hasegawa, Naoki Fujitani, Shigeru Ariki, Yasuaki Uehara, Ukichiro Hashimoto, Atsushi Saito, Koji Kuronuma, Kunio Matsumoto, Hirofumi Chiba, Motoko Takahashi
  • Journal Title: Cancer Science Volume: ー Issue: 4 Pages: 1292-1304
  • DOI: 10.1111/cas.15278
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of glycosyltransferases in carcinogenesis; growth factor signaling and EMT/MET programs (2022)
  • Author(s): Takahashi M, Hasegawa Y, Maeda K, Kitano M, Taniguchi N.
  • Journal Title: Glycoconjugate Journal Volume: 39 Issue: 2 Pages: 167-176
  • DOI: 10.1007/s10719-022-10041-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Integrated Structual Analysis of N-glycans and Free Oligosaccharides Allows for a Quantitative Evalution of ER Stress (2021)
  • Author(s): Fujitani N, Ariki S, Hasegawa Y, Uehara Y, Takahashi M.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 60 Issue: 21 Pages: 1708-1721
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.0c00969
  • Peer Reviewed
• [Presentation] A Novel Pleurodesis Method Using Hydroxyapatite Microspheres (2022)
  • Author(s): Yusuke Tanaka, Yoshihiro Hasegawa, Lori B. Pitstick, Huixing Wu, Elizabeth J. Kopras, Francis X. McCormack
  • Organizer: American Thoracic Society International Conference (ATS 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FGFR1の糖鎖の部位特異的構造解析と機能解析 (2022)
  • Author(s): 岡本 弘美, 藤谷 直樹, 上原 康昭, 長谷川 喜弘, 橋本 宇吉郎, 有木 茂, 白土 明子, 高橋 素子
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] ヒトRANKの糖鎖による機能制御メカニズムの解析 (2022)
  • Author(s): 上原 康昭, 藤谷 直樹, 長谷川 喜弘, 有木 茂, 橋本 宇吉郎, 岡本 弘美, 高橋 素子
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] ヒトErbB2(HER2)の部位特的糖鎖構造解析 (2022)
  • Author(s): 藤谷 直樹, 上原 康昭, 長谷川 喜弘, 橋本 宇吉郎, 有木 茂, 高橋 素子
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] 肺胞微石症における肺破骨細胞様細胞の機能解析 (2022)
  • Author(s): 上原 康昭, 長谷川 喜弘, 高橋 素子, McCormack Francis X.
  • Organizer: 第62回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] Upregulation of circulating RANKL induces osteoporosis in the silicosis model mouse (2021)
  • Author(s): Yoshihiro Hasegawa, Yusuke Tanaka, Ciara M. Shaver, Kevin K. Brown, Charles Perkins, Lori B. Pitstick, Christopher G. McKnight, Huixing Wu, Elizabeth J. Kopras, Francis X. McCormack
  • Organizer: American Thoracic Society International Conference (ATS 2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RANKL-dependent pulmonary fibrosis in the silicosis model mouse (2021)
  • Author(s): Yoshihiro Hasegawa, Yasuaki Uehara, Yusuke Tanaka, Lori B. Pitstick, Huixing Wu, Elizabeth J. Kopras, Francis X. McCormack
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology (APSR 2021)
  • Int'l Joint Research