Elucidation of survival mechanism through metabolites in sepsis

• Project/Area Number: 21K11724
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59040:Nutrition science and health science-related
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 堤 理恵 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 講師 (80510172)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大藤 純 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (40346606) ; 阪上 浩 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (60372645) ; 堤 保夫 広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (90523499)
• 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: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 代謝 / 敗血症 / 骨格筋萎縮 / アミノ酸代謝 / 多臓器連関 / メタボローム解析 / アミノ酸 / タイチン / 筋萎縮

Outline of Research at the Start

本研究では、これまで通説であった敗血症時の代謝不全はサイトカイン・ストームの結果という視点に加え、骨格筋における代謝調節機構が司令塔となって筋蛋白異化やサイトカインカスケードを変化させ、代謝や生存を調節するという新たな生命のホメオスタシス機構を見出すものである。さらに、このときに生命維持のバイオマーカーとなる遊離アミノ酸に注目し、その臨床的意義を検証するものであり、敗血症患者における代謝変動の意義と新しい生命維持機構の可能性を切り拓く。

Outline of Annual Research Achievements

研究の目的：我々はこれまでに、重症病態において生じる骨格筋萎縮モデルにおいては、血液中の遊離アミノ酸が増加すること、その際に代謝経路が大きく変化していること、この代謝変化は生存のために重要であること、などを報告してきた。本研究期間においては、敗血症患者における血清遊離アミノ酸濃度を測定し、骨格筋萎縮と萎縮マーカーの関連を明らかにすることを目的とした。
研究の方法：本研究では重症患者における代謝動態を明らかにするため、Aラインより新鮮血を採血し、ATP量を含む糖代謝およびアミノ酸代謝産物をメタボローム解析により解析した。また、尿中バイオマーカーはELISA法にて測定した。同様のモデルをマウスにおいてもモデルを作製し採血、採尿を行いその機序の解明に取り組んだ。
結果：骨格筋萎縮の尿中バイオマーカーは骨格筋の萎縮割合と相関関係にあった。同様に、遊離アミノ酸濃度、特にBCAA濃度と骨格筋萎縮率減少との相関を認めた。一方で、栄養投与量、タンパク投与量との関連は認められなかった。また、モデルマウスにおいても同様に遊離アミノ酸の上昇、尿中マーカーの増加などを確認した。さらにその機序としてオートファジー関連分子、関連キナーゼの増減などを確認した。また、血液中のバイオマーカーは尿中に比べてよりダイナミックに関連し、生存とのかかわりも顕著であった。
考察；敗血症患者および動物モデルにおいてデータの蓄積および機序の一端が解明できた。
また、新たに血液中の生存のバイオマーカーを見出せた可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

covid19のために患者サンプルを得にくい状況にあったが、
骨格筋萎縮の尿中バイオマーカーは骨格筋の萎縮割合と相関関係を確認した。同様に、遊離アミノ酸濃度、特にBCAA濃度と骨格筋萎縮率減少との相関も確認できた。また、モデルマウスにおいても同様に遊離アミノ酸の上昇、尿中マーカーの増加などを確認した。さらにその機序としてオートファジー関連分子、関連キナーゼの増減などを確認した。また、血液中のバイオマーカーは尿中に比べてよりダイナミックに関連し、生存とのかかわりも顕著であることを明確にした。よっておおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

最終年度では、現在行っている敗血症における生命維持機構の機序を培養細胞レベルにて明らかにする。特に、骨格筋細胞、肝細胞、褐色脂肪細胞を用いて、多臓器の代謝産物の受け渡しについて、その連関を解明する。また、これまでの臨床データをすべて統合し、オーミクス解析を行い、新たなる栄養介入の見通しについて探索することとする。