免疫細胞の腸管内における局在、動態を支配する腸管神経シグナルの探索

• Project/Area Number: 21K18272
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 53:Organ-based internal medicine and related fields
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 筋野 智久 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40464862)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥25,090,000 (Direct Cost: ¥19,300,000、Indirect Cost: ¥5,790,000); Fiscal Year 2024: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2022: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2021: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: 大腸炎 / 脳腸連関 / 制御性T細胞 / 脳腸相関

Outline of Research at the Start

消化管内においては炎症をおこす細胞と炎症を抑制する細胞がバランスをとることで腸管内におけるホメオスタシスを保っている。炎症性腸疾患は慢性炎症を起こす疾患であるが、このバランスが崩れることで発症すると考えられている。そこで体外からの抗原シグナルのみならず、体内からの神経シグナルを中心に、特にTregの挙動、誘導を中心に検討することで、炎症性腸疾患の病態解明を行う。

Outline of Annual Research Achievements

近年脳ー腸連関が明らかとなりつつあり、特に神経回路を介して免疫細胞が関与することが多数報告されている。体内に張り巡らされた神経繊維が局所での免疫
細胞の維持さらに局所での炎症シグナルを脳に伝播することで、局所の免疫応答に重要な役割を担っていることが明らかとなりつつある。これまでに皮膚の神経
繊維がTLR7を介し脳にシグナルを与え、そのシグナルを腸管が受けることで腸管の免疫細胞が変化し腸炎を増悪させることを見出した（Kiyohara, Sujino Cell Mol Gast. Hepa. 2019）。 さらに神経伝達シグナルであるアセチルコリン受容体を有するマクロファージが抑制性のT細胞であるRorgt+Tregの腸管内での維持に重要であり、迷走神経遮断においてアセチルコリン受容体を有するマクロファージが減少することを見いだした(Teratani Nature 2021)。
脳腸管関連性においても求心路の解析が進む一方で、遠心路における病態制御、特に免疫細胞の消化管内での局在、動態については長年不明である。近年単一細胞レベルの免疫細胞機能解析における飛躍的な技術進歩により消化管内での多様な細胞の機能的相互作用を解析することが可能となった。これまでに報告されて
いない細胞間の相互作用ネットワークが構築され、免疫細胞のクラスター化などが可視化可能となっている。申請者はこれまで２光子顕微鏡を使用することで腸管内におけるTregの局在、動態を報告している（Sujino Science 2016）。そこで遠心路を中心としたシグナルに着目し、腸管解析を行い動態を含めた脳ー腸管
連関の理解に挑戦する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

神経伝達物質アミノ酸の1つであるDーAlaが腸管、肝臓炎症抑制に必要であることを報告した（Sujino T. Cell Mol Gast. Hep. 2023）。また、腸管上皮内における細胞の分化についても局在について報告した。（Sujino T. Nature Com. 2023）。さらに腸管内における神経伝達物質の腸内細菌を応用した産生機構を解明し報告した（Sujino T. Cell Rep. 2023）。昨年度本研究テーマを通じて研究報告を大きく推進した。さらに2023年には2022年にマウスファシリティーの建て替えで中断していた研究を再開し、マウスコロニーの立ち上げ、２光子顕微鏡を利用した安定的な画像取得に成功している。

Strategy for Future Research Activity

これまでに腸管上皮シグナルがTregの局在、動態制御を行い、大腸炎を抑制することを報告した。脳と腸管におけるシグナル経路を解明する目的で、EAEモデルを新たに採用し、迷走神経切断、及び切断後に神経刺激を行い腸管におけるTregの局材を検討している。さまざまな神経伝達物質の中で、Tregの運動を２光子顕微鏡で撮影する予定である。迷走神経遮断でEAEが改善することを見出しており、腸管内におけるTreg,Th17細胞のPhenotypeが大幅に変わることを見出している。さらに迷走神経から伝達される物質において特定の物質が重要であることを見出しており、その特定の物質に伴う腸管内のTreg、Th17細胞の時空間的解析を行う予定である。

Research Products

• [Journal Article] Downregulation of chemokine receptor 9 facilitates CD4+CD8αα+ intraepithelial lymphocyte development (2023)
  • Author(s): Ono Keiko、Sujino Tomohisa、Miyamoto Kentaro、Harada Yosuke、Kojo Satoshi、Yoshimatsu Yusuke、Tanemoto Shun、Koda Yuzo、Zheng Jiawen、Sayama Kazutoshi、Koide Tsuyoshi、...、Mucida Daniel、Taniuchi Ichiro、Kanai Takanori
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40950-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The gut microbiota-induced kynurenic acid recruits GPR35-positive macrophages to promote experimental encephalitis (2023)
  • Author(s): Miyamoto Kentaro、Sujino Tomohisa、...、Kanai Takanori
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 8 Pages: 113005-113005
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.113005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] D-amino Acids Ameliorate Experimental Colitis and Cholangitis by Inhibiting Growth of Proteobacteria: Potential Therapeutic Role in Inflammatory Bowel Disease (2023)
  • Author(s): Umeda Satoko、 Sujino Tomohisa、、、Shiomi Daisuke、Ashida Hiroshi、Kanai Takanori
  • Journal Title: Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology Volume: 16 Issue: 6 Pages: 1011-1031
  • DOI: 10.1016/j.jcmgh.2023.08.002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Roadmap for the Human Gut Cell Atlas (2023)
  • Author(s): Zilbauer Matthias、、、Sujino Tomohisa、Human Cell Atlas Gut Biological Network Consortium
  • Journal Title: Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology Volume: 20 Issue: 9 Pages: 597-614
  • DOI: 10.1038/s41575-023-00784-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Usefulness of texture and color enhancement imaging in assessing mucosal healing in patients with ulcerative colitis (2023)
  • Author(s): Hayashi Yukie、Takabayashi Kaoru、Kato Motohiko、Tojo Anna、Aoki Yasuhiro、Hagihara Yuya、Yoshida Kosuke、Yoshimatsu Yusuke、Kiyohara Hiroki、Sugimoto Shinya、Nanki Kosaku、Mikami Yohei、Sujino Tomohisa、Mutaguchi Makoto、Kawaguchi Takaaki、Hosoe Naoki、Yahagi Naohisa、Ogata Haruhiko、Kanai Takanori
  • Journal Title: Gastrointestinal Endoscopy Volume: 97 Issue: 4 Pages: 759-766.e1
  • DOI: 10.1016/j.gie.2022.11.019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficacy of Calcineurin Inhibitors for Induction of Remission in Intestinal Beh?et’s Disease (2022)
  • Author(s): Kawaguchi Takaaki、Fukata Masayuki、Omori Teppei、Kiyohara Hiroki、Sugimoto Shinya、Nanki Kosaku、Sujino Tomohisa、Mikami Yohei、Kanai Takanori
  • Journal Title: Crohn's & Colitis 360 Volume: 4 Issue: 3 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1093/crocol/otac017
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Single-cell transcriptomics of human gut T cells identifies cytotoxic CD4+CD8A+ T cells related to mouse CD4 cytotoxic T cells (2022)
  • Author(s): Tanemoto Shun,Sujino Tomohisa,Miyamoto Kentaro,Moody Jonathan,Yoshimatsu Yusuke,Ando Yoshinari,Koya Ikuko,Harada Yosuke,Tojo Anna Okuzawa,Ono Keiko,Hayashi Yukie,Takabayashi Kaoru,Okabayashi Koji,Teratani Toshiaki,Mikami Yohei,Nakamoto Nobuhiro,Hosoe Naoki,Ogata Haruhiko,Hon Chung-Chau,Shin Jay W,Kanai Takanori
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 13 Pages: 977117-977117
  • DOI: 10.3389/fimmu.2022.977117
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Aryl hydrocarbon receptor signals in epithelial cells govern the recruitment and location of Helios+ Tregs in the gut (2022)
  • Author(s): Yoshimatsu Yusuke、Sujino Tomohisa、Hosoe Naoki、et al.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 39 Issue: 6 Pages: 110773-110773
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110773
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Protocol to isolate and enrich mouse splenic naive CD4+ T?cells for in?vitro CD4+CD8αα+ cell induction (2022)
  • Author(s): Harada Yosuke、Miyamoto Kentaro、Sujino Tomohisa
  • Journal Title: STAR Protocols Volume: 3 Issue: 4 Pages: 101728-101728
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2022.101728
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intracellular metabolic adaptation of intraepithelial CD4+CD8αα+ T lymphocytes (2022)
  • Author(s): Harada Y, Sujino T, Miyamoto K, Nomura E, Yoshimatsu Y, Tanemoto S, Umeda S, Ono K, Mikami Y, Nakamoto N, Takabayashi K, Hosoe N, Ogata H, Ikenoue T, Hirao A, Kubota Y, Kanai T.
  • Journal Title: iScience Volume: 25 Issue: 4 Pages: 104021-104021
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Host-microbe cross-talk governs amino acid chirality to regulate survival and differentiation of B cells (2021)
  • Author(s): Suzuki Masataka、Sujino Tomohisa、Chiba Sayako、Harada Yoichi、Goto Motohito、Takahashi Riichi、Mita Masashi、Hamase Kenji、Kanai Takanori、Ito Mamoru、Waldor Matthew Kaden、Yasui Masato、Sasabe Jumpei
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7 Issue: 10
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd6480
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stepwise chromatin and transcriptional acquisition of an intraepithelial lymphocyte program (2021)
  • Author(s): London Mariya、Bilate Angelina M.、Castro Tiago B. R.、Sujino Tomohisa、Mucida Daniel
  • Journal Title: Nature Immunology Volume: 22 Issue: 4 Pages: 449-459
  • DOI: 10.1038/s41590-021-00883-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CD8+ tissue-resident memory T cells promote liver fibrosis resolution by inducing apoptosis of hepatic stellate cells (2021)
  • Author(s): Koda Yuzo、Teratani Toshiaki、Chu Po-Sung、Hagihara Yuya、Mikami Yohei、Harada Yosuke、Tsujikawa Hanako、Miyamoto Kentaro、Suzuki Takahiro、Taniki Nobuhito、Sujino Tomohisa、Sakamoto Michiie、Kanai Takanori、Nakamoto Nobuhiro
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 4474-4474
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24734-0
  • Peer Reviewed / Open Access