Therapeutic strategy for pancreatic cancer based on molecular circuitry governing skeletal muscle wasting and cachexia

• Project/Area Number: 21KK0283
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 53010:Gastroenterology-related
• Research Institution: Asahikawa Medical College
• Principal Investigator: 佐藤 裕基 旭川医科大学, 医学部, 客員助教 (20747373)
• Project Period (FY): 2022 – 2024
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
• Keywords: 膵癌 / サルコペニア / PDXモデル / 骨格筋 / 液性因子 / 筋代謝 / 悪性腫瘍 / Exome解析 / Transcriptome解析 / 癌治療

Outline of Research at the Start

膵癌は最難治癌である。申請者は骨格筋量低下が膵癌患者の予後に及ぼす影響を明らかにし、「骨格筋」という宿主因子に着目した膵癌悪性化の分子機構を追求している。これまで国内ではマウスモデルの活用により骨格筋量低下に寄与する分子群を複数同定しつつある。さらに、骨格筋量低下と膵癌ゲノム異常との関係性を示唆する知見を得た。この研究を発展させ、膵癌細胞が引き起こす骨格筋量低下の改善と患者の予後延長を目的に、ヒト試料を用いた国際連携により研究を加速し発展的な視点を得て、新しい膵癌治療戦略を構築する。

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は昨年に引き続き、マサチューセッツ総合病院 Pancreatic research laboratory（以下、MGH）に在籍し、PDX（Patient-Derived Xenograft）マウスモデルを用いて、膵癌における骨格筋の低下に関する研究を継続している。
膵癌の新鮮外科切除材料を免疫不全マウスへ皮下移植し、その遺伝子変異・発現を網羅解析し、現在まで約40種類のモデルに対し解析結果を得た。これらの結果から、癌組織・間質別にサブタイプを決定し、サブタイプに応じた膵癌に対する治療戦略を構築しつつある。治療効果はサブタイプに応じて明確に現れ、この成果を本年度の学会で発表した。治療終了のエンドポイントの際に骨格筋と血清を採取しており、モデルにより治療群と対照群の間で骨格筋量に差があるもの・ないものが存在していることが明らかとなった。腫瘍・間質への治療効果が交絡している可能性があるが、骨格筋の減少メカニズムを解き明かす上で重要なポイントであると考えられる。昨年と同様、骨格筋は遺伝子解析用と組織解析用にそれぞれ十分量の検体を保管している。
In vitro実験では、エンドポイント時点で複数のPDXから新たに複数の初代細胞を樹立し、複数の細胞株の樹立に成功した。PDX実験と同様に遺伝子変異・発現の網羅解析を行っている。現在、これらの初代細胞を用いた共培養実験のため、網羅解析の結果をもとに細胞株の選定を行っている。
基課題では、治療ターゲットなる分子のノックダウンにより、筋芽細胞の分化抑制を解除するデータが得られた。この結果は本年度学会発表を行っており、今後論文を完成させる予定であると同時に、上記PDX、初代細胞などのヒトモデルを用いて、この分子の骨格筋量減少に対する検証を進めていく予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

骨格筋代謝に関しては、昨年度までは癌組織のExomeならびにTranscriptome解析を元にターゲット治療を検討してきた。本年度からは癌組織だけではなく、間質のデータも解析し、ターゲットとなる分子を検討している。すでに複数のPDXマウスモデルで、サブタイプ別に癌組織、間質それぞれをターゲットにした治療を行っており、現在までに6～7種類程度のマウスモデルに対してエンドポイント時点での骨格筋量を測定した。経時的な体重測定や腫瘍量の測定も行っており、具体的なデータを得つつある。
現在、網羅的遺伝子発現解析の結果を元に、新規治療ターゲットの絞り込みを行っているが、骨格筋低下の程度は既存の癌組織・間質のサブタイプとは異なる可能性があり、骨格筋低下に寄与する複数の分子を組み合わせて検討する必要があると考えられる。
また、初代細胞の樹立にも複数株で成功し、現在、共培養実験に向けて準備を進めている。本年度は実験規模の拡大と研究室内の既存のリソースの活用に主軸をおいていたが、来年度より日米双方で具体的な結果を出せるよう、実験を進める。また、MGH内外の研究者からアドバイスを得て、いくつかの新規解析手法や代謝経路などの分析も計画している。Single cell RNA-シーケンスの結果や様々な研究ネットワークを介して、より幅広く骨格筋量の減少に向けたメカニズム解析に目を向ける予定である。
患者検体については、米国ではPDXの新規樹立、国内では切除不能膵癌患者の患者情報の収集を行い、血清とペアで検体・情報収集を継続している。
基課題については、本年度、最終的な確認実験が終了し、現在学会発表と論文化にむけて準備を進めている。共同研究関係にあるMGHと日本の研究者を通して、有意義なディスカッションを進めており、新しい研究展開についても模索している。

Strategy for Future Research Activity

来年度は研究計画年度の最終年となるため、具体的な成果にむけた実験を開始する。
引き続きマウスのPDXからエンドポイント時点で骨格筋を回収し、組織学的な検討を行う。PDXを用いた実験は残り2～4モデル程度であり、来年度前半にはIn vivoの実験は終了予定である。組織学的な検討では免疫染色などで因子の発現量を確認すると同時に、保存してある骨格筋を用いた網羅解析の結果から、骨格筋量低下の因子を同定する。
これらの結果をもとに、In vitroの実験で共培養を開始する。初代細胞の場合には、そのソースとなるPDXと遺伝子発現パターンが異なるため、共培養実験などを行う際には結果の解釈に注意する必要があると考えられる。そこで、初代細胞とPDXの間で、ターゲットとなる分子の発現量が近いものを選定する。
共培養については、新規に樹立した細胞株を含めて6種類程度を検討する。共培養では、培養液内のターゲット分子をELISAなどで定量することも考慮する。ターゲット分子については、すでに阻害薬などを研究室内のリソースから入手しつつあり、これらを添加することで、骨格筋分化抑制が解除されることも確認する。
国内（旭川医科大学）、国外（米国；マサチューセッツ総合病院）で膵癌の患者検体（血清）を臨床情報とともに収集しており、国内ではCTや骨格筋量との対比、米国ではPDXとの対比を行う予定である。
基課題については、2024年5月に国際学会で発表しており、論文を執筆中である。また、ターゲット分子を中心に、代謝経路に着目した新しいプロジェクトを開始しつつある。日本国内でも新しい共同研究にある研究者のアドバイスを得る予定であり、また国外ではマサチューセッツ総合病院を中心に、その他の研究機関との共同研究も検討中である。

Research Products

• [Journal Article] Small Insulinoma Followed-up as an Indolent Pancreatic Tumor (2024)
  • Author(s): Sato Hiroki、Fujii Shozaburo、Okada Tetsuhiro、Kawabata Hidemasa、Kamikokura Yuki、Fujiya Mikihiro
  • Journal Title: Internal Medicine Volume: 63 Issue: 21 Pages: 2929-2937
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.3194-23
  • ISSN: 0918-2918, 1349-7235
  • Year and Date: 2024-11-01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New gel immersion endoscopic ultrasonography technique for accurate periampullary evaluation. (2024)
  • Author(s): Sato H, Kawabata H, Iwamoto H, Okada T, Fujibayashi S, Takahashi K, Kitano Y, Goto T, Mizukami Y, Okumura T, Fujiya M.
  • Journal Title: Surg Endosc. Volume: 38 (4) Issue: 4 Pages: 2297-2394
  • DOI: 10.1007/s00464-024-10762-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Liquid Biopsy for Pancreatic Cancer by Serum Extracellular Vesicle-Encapsulated Long Noncoding RNA HEVEPA. (2024)
  • Author(s): Takahashi K, Inuzuka T, Shimizu Y, Sawamoto K, Taniue K, Ono Y, Asai F, Koyama K, Sato H, Kawabata H, Iwamoto H, Yamakita K, Kitano Y, Teramoto T, Fujiya M, Fujii S, Mizukami Y, Okumura T.
  • Journal Title: Pancreas. Volume: - Issue: 5 Pages: 395-404
  • DOI: 10.1097/mpa.0000000000002315
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Lambda stenting technique: a new approach to address EUS-guided biliary drainage-associated adverse events (2024)
  • Author(s): Sato Hiroki、Kawabata Hidemasa、Fujiya Mikihiro
  • Journal Title: VideoGIE Volume: 9 Issue: 2 Pages: 107-114
  • DOI: 10.1016/j.vgie.2023.10.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Effectiveness of the Combination of Arterial Infusion Chemotherapy and Radiotherapy for Biliary Tract Cancer: A Prospective Pilot Study. (2023)
  • Author(s): Goto T, Sato H, Fujibayashi S, Okada T, Hayashi A, Kawabata H, Yuzawa S, Ishitoya S, Yamashina M, Fujiya M.
  • Journal Title: Cancers (Basel) Volume: 15 (9) Issue: 9 Pages: 2616-2616
  • DOI: 10.3390/cancers15092616
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiplex Digital PCR Assay to Detect Multiple KRAS and GNAS Mutations Associated with Pancreatic Carcinogenesis from Minimal Specimen Amounts (2023)
  • Author(s): Maeda Chiho、Ono Yusuke、Hayashi Akihiro、Takahashi Kenji、Taniue Kenzui、Kakisaka Rika、Mori Miyuki、Ishii Takahiro、Sato Hiroki、Okada Tetsuhiro、Kawabata Hidemasa、Goto Takuma、Tamamura Nobue、Omori Yuko、Takahashi Kuniyuki、Katanuma Akio、Karasaki Hidenori、Liss Andrew Scott、Mizukami Yusuke
  • Journal Title: The Journal of Molecular Diagnostics Volume: 23 Issue: 6 Pages: 1525-1578
  • DOI: 10.1016/j.jmoldx.2023.02.007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Interventional strategies in infected necrotizing pancreatitis: Indications, timing, and outcomes (2022)
  • Author(s): Purschke Birte、Bolm Louisa、Meyer Max Nikolaus、Sato Hiroki
  • Journal Title: World Journal of Gastroenterology Volume: 28 Issue: 27 Pages: 3383-3397
  • DOI: 10.3748/wjg.v28.i27.3383
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Correlation Among Body Composition Parameters and Long-Term Outcomes in Crohn's Disease After Anti-TNF Therapy (2022)
  • Author(s): Ando Katsuyoshi、Uehara Kyoko、Sugiyama Yuya、Kobayashi Yu、Murakami Yuki、Sato Hiroki、Kunogi Takehito、Sasaki Takahiro、Takahashi Keitaro、Ueno Nobuhiro、Kashima Shin、Moriichi Kentaro、Tanabe Hiroki、Okumura Toshikatsu、Fujiya Mikihiro
  • Journal Title: Frontiers in Nutrition Volume: 9 Pages: 765209-765209
  • DOI: 10.3389/fnut.2022.765209
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mutant GNAS limits tumor aggressiveness in established pancreatic cancer via antagonizing the KRAS-pathway (2022)
  • Author(s): Kawabata Hidemasa、Ono Yusuke、Tamamura Nobue、Oyama Kyohei、Ueda Jun、Sato Hiroki、Takahashi Kenji、Taniue Kenzui、Okada Tetsuhiro、Fujibayashi Syugo、Hayashi Akihiro、ほか
  • Journal Title: Journal of Gastroenterology Volume: 57 Issue: 3 Pages: 208-220
  • DOI: 10.1007/s00535-021-01846-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Concepts and Outcomes of Perioperative Therapy in Stage IA-III Pancreatic Cancer?A Cross-Validation of the National Cancer Database (NCDB) and the German Cancer Registry Group of the Society of German Tumor Centers (GCRG/ADT) (2022)
  • Author(s): Bolm L, Zemskov S, Zeller M, Baba T, Roldan J, Harrison JM, Petruch N, Sato H, Petrova E, Lapshyn H, Braun R, Honselmann KC, Hummel R, Dronov O, Kirichenko AV, Klinkhammer-Schalke M, Kleihues-van Tol K, Zeissig SR, Rades D, Keck T, Fernandez-Del Castillo C, Wellner UF, Wegner RE
  • Journal Title: Cancers Volume: 14 Issue: 4 Pages: 868-868
  • DOI: 10.3390/cancers14040868
• [Journal Article] Prognostic factors to predict the survival in patients with advanced gastric cancer who receive later‐line nivolumab monotherapy?The Asahikawa Gastric Cancer Cohort Study (AGCC) (2021)
  • Author(s): Tanaka Kazuyuki、Tanabe Hiroki、Sato Hiroki、Ishikawa Chisato、Goto Mitsuru、Yanagida Naoyuki、Akabane Hiromitsu、Yokohama Shiro、Hasegawa Kimiharu、Kitano Yohei、Sugiyama Yuya、Uehara Kyoko、Kobayashi Yu、Murakami Yuki、Kunogi Takehito、Sasaki Takahiro、Takahashi Keitaro、Ando Katsuyoshi、et al.
  • Journal Title: Cancer Medicine Volume: 11 Issue: 2 Pages: 406-416
  • DOI: 10.1002/cam4.4461
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 急性膵炎の致命率改善への集学的治療 DIC合併重症急性膵炎の臨床的アウトカムに関する検討 (2023)
  • Author(s): 岩本 英孝, 高橋 賢治, 梶浦 麻未, 小杉 英史, 佐藤 裕基, 岡田 哲弘, 河端 秀賢, 北野 陽平, 藤谷 幹浩, 水上 裕輔, 奥村 利勝
  • Organizer: 第54回日本膵臓学会大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] IPMNの発癌機構と治療方針決定 IPMN関連膵癌におけるGNAS遺伝子の病態解明からみた治療戦略 (2023)
  • Author(s): 河端 秀賢, 高橋 賢治, 佐藤 裕基, 岡田 哲弘, 岩本 英孝, 北野 陽平, 大森 優子, 古川 徹, 藤谷 幹浩, 奥村 利勝, 水上 裕輔
  • Organizer: 第54回日本膵臓学会大会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 胆膵内視鏡診療におけるトラブルシューティング EUS-BDにおけるステント迷入への対処法 (2023)
  • Author(s): 河端 秀賢 , 佐藤 裕基 , 水上 裕輔
  • Organizer: 第105回 日本消化器内視鏡学会総会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エヌトレクチニブの投与により重篤な認知障害・運動失調をきたしたNTRK1融合遺伝子陽性肝内胆管癌の1例 (2023)
  • Author(s): 小山 一也, 梶浦 麻未, 佐藤 裕基, 岡田 哲弘, 河端 秀賢, 岩本 英孝, 高橋 賢治, 北野 陽平, 藤谷 幹浩, 奥村 利勝, 水上 裕輔
  • Organizer: 第133会日本消化器病学会北海道支部例会・第127会日本消化器内視鏡学会北海道支部例会
• [Presentation] ERCPでのガイドワイヤ操作が難しい症例に対する新規ガイドワイヤの使用経験 (2023)
  • Author(s): 馬場 佑介, 河端 秀賢, 小山 一也, 梶浦 麻未, 佐藤 裕基, 岡田 哲弘, 岩本 英孝, 高橋 賢治, 北野 陽平, 藤谷 幹浩, 奥村 利勝, 水上 裕輔
  • Organizer: 第133会日本消化器病学会北海道支部例会・第127会日本消化器内視鏡学会北海道支部例会
• [Presentation] EUS下胆道ドレナージにおけるステント迷入への対策 (2023)
  • Author(s): 石黒 達也, 河端 秀賢, 小山 一也, 梶浦 麻未, 佐藤 裕基, 岡田 哲弘, 岩本 英孝, 高橋 賢治, 北野 陽平, 藤谷 幹浩, 奥村 利勝, 水上 裕輔
  • Organizer: 第133会日本消化器病学会北海道支部例会・第127会日本消化器内視鏡学会北海道支部例会
• [Presentation] An enhanced Classical subtype determines the effectiveness of FOLFIRINOX (2023)
  • Author(s): Hiroki Sato, Louisa Bolm, Natalie Petruch, Julia Straesser, Samantha Signori, Miriam Abigail Ricanati, Susan Kuo, Keith D. Lillemoe, Andrew L. Warshaw, Carlos Fernandez-Del Castillo, Andrew S. Liss
  • Organizer: American Pancreatic Association Annual Meeting 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-sensitive liquid biopsy using pancreatic juice/duodenal fluid containing tumor-derived DNA to capture genetic mutations by molecular barcode sequencing (2023)
  • Author(s): Yusuke Ono, Kenji Takahashi, Chiho Maeda, Akihiro Hayashi, Hidemasa Kawabata, Tetsuhiro Okada, Hiroki Sato, Atsushi Saito, Toru Kawamoto, Kuniyuki Takahashi, Keisuke Kimura, Hirotoshi Iwano, Nobuyuki Yanagawa, Mayumi Suzuki, Miyuki Mori, Hidenori Karasaki, Yusuke Mizukami
  • Organizer: UEGW 112th Annual Meeting United European Gastroenterology Week
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Circulating extracellular vesicle-encapsulated long non-coding RNAs obtained via liquid biopsy are potential biomarkers for pancreatic ductal adenocarcinoma (2023)
  • Author(s): Kenji Takahashi, Tatsutosi Inuzuka, Fumi Asai, Kazuya Koyama, Mami Kajiura, Hiroki Sato, Tetsuhiro Okada,Hidemasa Kawabata, Hidetaka Iwamoto, Yohei Kitano, Mikihiro Fujiya, Yusuke Mizukami, Toshikatsu Okumura
  • Organizer: UEGW 112th Annual Meeting United European Gastroenterology Week
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 膵腫瘤の経過観察中, 低血糖を契機に診断に至ったインスリノーマの1例 (2023)
  • Author(s): 藤井 尚三郎、岡田 哲弘、佐藤 裕基 、梶浦 麻未、小杉 英史、滝山 侑里、滝山 由美、藤谷 幹浩、水上 裕輔、奥村 利勝
  • Organizer: 日本内科学会第297回北海道地方会
• [Presentation] 経乳頭的ドレナージが困難な急性閉塞性化膿性膵管炎に対し、EUS-PDにより化学療法を継続し得た 膵頭部癌の1例 (2022)
  • Author(s): 久保田寛之，河端 秀賢，梶浦 麻未，小杉 英史，佐藤 裕基，藤林 周吾，岩本 英孝， 高橋 賢治，北野 陽平，齋藤 敦，藤谷 幹浩，水上 裕輔，奥村 利勝
  • Organizer: 第131回日本消化器病学会北海道支部例会・第125回日本消化器内視鏡学会北海道支部例会
• [Presentation] 新規バスケットカテーテルとEHLプローブを用いた内視鏡的膵石治療の経験 (2022)
  • Author(s): 小杉 英史，河端 秀賢，久保田寛之，梶浦 麻未，佐藤 裕基，藤林 周吾，岩本 英孝，後藤 拓磨，高橋 賢治，北野 陽平，藤谷 幹浩，水上 裕輔，奥村 利勝
  • Organizer: 第131回日本消化器病学会北海道支部例会・第125回日本消化器内視鏡学会北海道支部例会
• [Presentation] Tumor-suppressive effect of mutant GNAS through the restriction of tumor aggressiveness in established pancreatic cancer (2022)
  • Author(s): Hidemasa Kawabata, Yusuke Ono, Nobue Tamamura, Hiroki Sato, Kenji Takahashi, Kenzui Taniue, Tetsuhiro Okada, Syugo Fujibayashi, Akihiro Hayashi, Takuma Goto, Hiroaki Konishi, Mikihiro Fujiya, Hidenori Karasaki, Andrew S. Liss, Yusuke Mizukami, Toshikatsu Okumura
  • Organizer: DDW2022/AGA2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The application of EV RNA panel as liquid biopsy for pancreatic ductal adenocarcinoma (2022)
  • Author(s): Kenji Takahashi, Hiroki Sato, Shugo Fujibayashi, Akihiro Hayashi, Hidemasa Kawabata, Hidetaka Iwamoto, Takuma Goto, Yohei Kitano, Yusuke Mizukami, Toshikatsu Okumura.
  • Organizer: 2022IAP&JSP meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mutant GNAS limits tumor aggressiveness in established pancreatic cancer via antagonizing the KRAS-pathway (2022)
  • Author(s): Hidemasa Kawabata, Yusuke Ono, Hiroki Sato, Kenji Takahashi, Tetsuhiro Okada, Syugo Fujibayashi, Akihiro Hayashi, Takuma Goto, Mikihiro Fujiya, Yusuke Mizukami, Toshiktsu Okumura.
  • Organizer: 2022IAP&JSP meeting
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] ボストン日本人研究者交流会 (BJRF)「膵癌のはなし：科学と実践のはざまで」
  • URL: https://www.boston-researchers.jp/lecture/2023.php
• [Remarks] Research map
  • URL: https://researchmap.jp/hsjapan
• [Patent(Industrial Property Rights)] 内視鏡用診断プログラム、内視鏡用診断装置、内視鏡用診断装置の制御方法および内視鏡診断用学習済みモデル生成プログラム (2024)
  • Inventor(s): 森正人、藤谷幹浩、盛一健太郎、安藤勝祥、佐藤裕基、榎本克朗
  • Industrial Property Rights Holder: 森正人、藤谷幹浩、盛一健太郎、安藤勝祥、佐藤裕基、榎本克朗
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2024
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 内視鏡用診断プログラム、内視鏡用診断装置、内視鏡用診断装置の制御方法および内視鏡 診断用学習済みモデル生成プログラム (2023)
  • Inventor(s): 森正人、藤谷幹浩、 盛一健太郎、安藤勝 祥、佐藤裕基、榎本克朗
  • Industrial Property Rights Holder: 森正人、藤谷幹浩、 盛一健太郎、安藤勝 祥、佐藤裕基、榎本克朗
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2023