気道上皮細胞恒常性維持機構による気管支喘息抑制機構の解明

• Project/Area Number: 21K08211
• 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: International University of Health and Welfare
• Principal Investigator: 廣瀬 晃一 国際医療福祉大学, 医学部, 主任教授 (90400887)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須藤 明 千葉大学, 大学院医学研究院, 准教授 (50447306) ; 横田 雅也 千葉大学, 大学院医学研究院, 特任助教 (70721950)
• 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: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: アレルギー性気道炎症 / 気道上皮細胞 / Th2細胞 / クロマチンリモデリング / IL-18 / IL-18BP

Outline of Research at the Start

1．テトラサイクリン誘導性気道上皮細胞特異的IL-18欠損マウスを作成する。
2．上記マウスにHDM誘発性アレルギー性気道炎症を誘発性アレルギー性気道炎症の発症における気道上皮細胞由来IL-18の働きを検討する。
3．上記マウスにおけるTh2細胞分化、肺2型自然リンパ球の遺伝子発現プロファイルをRNAシークエンス法により解析する。
4．野生型マウスにHDM誘発性アレルギー性気道炎症を惹起し、単細胞RNAシークエンス法によりIL-18受容体発現細胞を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

気管支喘息は気道を場とした慢性アレルギー性炎症である。この中心には抗原特異的Th2細胞、IL-4、IL-5、IL-13を始めとしたTh2サイトカイン、更には2型自然リンパ球（ILC2）が存在することが知られている。さらに近年の研究によりTh2細胞の分化、並びにILC2の活性化には気道上皮細胞の活性化、また活性化気道上皮細胞から産生されるIL-33、IL-25、TSLPといった上皮細胞由来サイトカインが重要な働きを持つことが示された。
これまでに気道上皮細胞の活性化にはTLRやC型レクチン受容体など自然免疫に関わる受容体が必須であることが知られている。しかし、一方、気道上皮細胞の恒常性が如何に制御されているか、すなわち気道上皮細胞活性化が如何にして負に制御されているかは一切不明であった。本研究ではチリダニ（HDM)誘発性アレルギー性気道炎症を惹起したマウスから気道上皮細胞をFACSにより単離し、その遺伝子発現を単細胞RNAシークエンス法により解析することにより気道上皮細胞恒常性の制御機構を明らかにすることを目的とした。
既報にみられるようにHDMを投与したマウスから単離した気道上皮細胞では、PBSを投与したコントロール群と比較して、IL-33、IL-25、TSLPなどの発現が有意に増加していた。さらに、IL-1ファミリーに属するIL-18の発現も上昇していることが明らかになった。また、経時的に気道上皮細胞のmRNA発現を観察することにより、HDM投与48時間後にはサイトカインの抑制因子であるIL-22 binding protein, IL-18 binding proteinなどの産生も亢進することが明らかとなった。
これらの結果から、気道上皮細胞はサイトカイン産生に引き続き、その抑制タンパクも産生することにより恒常性を維持していると考えられた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

HDM誘発性アレルギー性気道炎症モデルを作成し、そのマウスから気道上皮細胞を単離すること、さらに単離した細胞のRNAシークエンスを行うことに関しては順調に進んでおり概ね順調に進行していると考えている。
一方、気道上皮細胞から産生される制御因子、抑制因子に関しては遺伝子欠損マウスを作成し、アレルギー性気道炎症の発症における働きをin vivoで解析することを予定していたが、予定していた共同研究者からのマウス納入がCovid 19の影響などにより遅れており全体的に判断すると、研究の進捗はやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

今後はRNAシークエンスで同定した気道上皮細胞の制御因子を欠損するマウスを用いて、アレルギー性気道炎症の発症における働きを検討する予定である。具体的には気道上皮細胞特異的遺伝子欠損マウスを用いて、HDM誘発性アレルギー性気道炎症を惹起し気道好酸球浸潤、気道リモデリング、メサコリンに対する気道過敏性を比較検討する。さらに、自然リンパ球の気道浸潤、活性化、ならびにIL-33、IL-25、TSLPを始めとした気道上皮細胞由来サイトカイン産生を比較検討する。これらの解析により同定した制御因子のアレルギー性気道炎症における役割が詳細に解明される。

Research Products

• [Journal Article] Prevalence and risk factors of osteonecrosis of the femoral head in patients with ANCA-associated vasculitis: a multicentre cohort study (2023)
  • Author(s): Mimura N, Iwamoto T, Furuta S, Ikeda K, Kobayashi Y, Nakamura T, Saku A, Kagami SI, Matsuki A, Takahashi K, Umibe T, Nakagomi D, Sanayama Y, Sugimoto T, Fukuta M, Hiraguri M, Kawashima H, Hirose K, Nakajima H. et al.
  • Journal Title: RMD Open Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1136/rmdopen-2022-002787
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Airway epithelial STAT3 inhibits allergic inflammation via upregulation of stearoyl-CoA desaturase 1 (2022)
  • Author(s): Nishimura N, Yokota M, Kurihara S, Iwata A, Kageyama T, Ito T, Saku A, Maezawa Y, Hirose K, Nakajima H.
  • Journal Title: Allergology International Volume: 71 Issue: 4 Pages: 520-527
  • DOI: 10.1016/j.alit.2022.05.002
  • ISSN: 1323-8930, 1440-1592
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] T-bet and STAT6 Coordinately Suppress the Development of IL-9-Mediated Atopic Dermatitis-Like Skin Inflammation in Mice (2020)
  • Author(s): Makita S, Takatori H, Matsuki A, Kawashima, Iwata A, Tanaka S, Nakagomi D, Oya Y, Matsumura R, Tamachi T, Suto A, Suzuki K, Hirose K, Nakajima H
  • Journal Title: J Invest Dermatol. Volume: Online ahead of print Issue: 5 Pages: 1274-1285
  • DOI: 10.1016/j.jid.2020.08.029
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sox12 enhances Fbw7-mediated ubiquitination and degradation of GATA3 in Th2 cells (2020)
  • Author(s): Suehiro Ken-Ichi、Suto Akira、Suga Kensuke、Furuya Hiroki、Iwata Arifumi、Iwamoto Taro、Tanaka Shigeru、Kageyama Takahiro、Suzuki Kotaro、Hirose Koichi、Lefebvre V?ronique、Nakajima Hiroshi
  • Journal Title: Cellular & Molecular Immunology Volume: 0 Issue: 7 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1038/s41423-020-0384-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 生物製剤による気管支喘息の個別医療とunmet needs (2022)
  • Author(s): 廣瀬 晃一
  • Organizer: 第3回免疫疾患横断セミナー
  • Invited
• [Presentation] ANCA関連血管炎患者における大腿骨骨頭壊死症の有病率と発生リスク因子の検討 (2022)
  • Author(s): 三村典裕、岩本太郎、古田俊介、池田啓、小林芳久、中村隆之、策愛子、加々美新一郎、松木彩子、高橋健太郎、海辺剛志、中込大樹、眞山快枝、杉本豊彦、福田匡志、平栗雅樹、川島広稔、廣瀬晃一、高取宏昌、末廣健一、高橋成和、玉地智宏、加藤愛美、瀧澤史佳、中村順一、中島裕史
  • Organizer: 第66回日本リウマチ学会総会・学術集会
• [Presentation] 大動脈炎症候群に合併した辺縁潰瘍性角膜炎の一例 (2022)
  • Author(s): 川島広稔、廣瀬晃一
  • Organizer: 第66回日本リウマチ学会総会・学術集会
• [Presentation] ANCA関連血管炎患者における大腿骨頭壊死の有病率と発症リスク因子の解析 (2022)
  • Author(s): 三村典裕、岩本太郎、古田俊介、池田啓、小林芳久、中村孝之、策愛子、加々美新一郎、海辺剛志、中込大樹、眞山快枝、杉本豊彦、福田匡志、平栗雅樹、川島広稔、廣瀬晃一、高取宏昌、末広健一、高橋成和、玉地智弘、加藤愛美、瀧澤史佳、中村順一、中島裕史
  • Organizer: 第66回日本リウマチ学会総会・学術集会
• [Presentation] A novel methotrexate target TAp63 suppresses Foxp3 expression and exacerbates autoimmune arthritis (2021)
  • Author(s): Kensuke Suga、Akira Suto, Shigeru Tanaka, Yutaka Sugawara, Takahiro Kageyama, Junichi Ishikawa, Yoshie Sanayama, Kei Ikeda, Shunsuke Furuta, Shin-ichiro Kagami, ArifumiIwata, Koichi Hirose, Kotaro Suzuki, Osamu Ohara, Hiroshi Nakajima
  • Organizer: 第50回日本免疫学会
• [Remarks] 国際医療福祉大学成田病院 アレルギー・膠原病内科
  • URL: https://naritahospital.iuhw.ac.jp/doctor/rheumatology-allergy.html