Integrative understanding of molecular mechanisms underlying age- and stress-associated adrenal alteration and its pathological consequences

• Project/Area Number: 22H04993
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section I
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 小川 佳宏 九州大学, 医学研究院, 主幹教授 (70291424)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 馬場 健史 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (10432444) ; 馬場 崇 九州大学, 医学研究院, 准教授 (40435524) ; 馬越 洋宜 九州大学, 医学研究院, 助教 (40741278) ; 小川 誠司 京都大学, 医学研究科, 教授 (60292900) ; 諸橋 憲一郎 九州大学, 医学研究院, 主幹教授 (30183114)
• Project Period (FY): 2022-04-27 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥194,610,000 (Direct Cost: ¥149,700,000、Indirect Cost: ¥44,910,000); Fiscal Year 2024: ¥34,710,000 (Direct Cost: ¥26,700,000、Indirect Cost: ¥8,010,000); Fiscal Year 2023: ¥34,710,000 (Direct Cost: ¥26,700,000、Indirect Cost: ¥8,010,000); Fiscal Year 2022: ¥55,770,000 (Direct Cost: ¥42,900,000、Indirect Cost: ¥12,870,000)
• Keywords: 副腎 / 副腎腫瘍 / ステロイドミクス / 統合オミクス解析 / 機械学習

Outline of Research at the Start

内分泌細胞は高度に分化した細胞群であるが、様々な環境要因により分化形質が変化し、腫瘍化すると腫瘍性増殖とホルモン産生能の有無を考慮する必要がある。副腎は整然とした皮質3層と発生起源が異なる髄質より構成される内分泌臓器であり、ストレス応答の司令塔として生体の恒常性維持に不可欠である。本研究は、加齢や慢性ストレスにより変容する副腎組織とその結果生じる副腎由来ホルモンの不均衡による破綻病態の統合的理解を目指すものである。

Outline of Annual Research Achievements

コルチゾール産生腫瘍（CPA）の前駆病変としてsteroids-producing nodule（SPN）の同定に世界に先駆けて成功した。SPNにおいてPKA経路を恒常的に活性化するGNAS変異が認められ、SPNの形成・維持にはPKA経路が関与することが明らかになった。SPNは束状層様構造と網状層様構造の2層構造を呈することが明らかになり、束状層様構造は強い細胞増殖活性を有すること、網状層様構造はアンドロゲン依存性の抗腫瘍効果を有することが示唆された。両者の相反する作用のバランスにより、CPAの腫瘍が生じることが明らかになった（eBioMedicine In press, 2024）。一方、CPAでは骨粗鬆症が高率に併存するが、腫瘍に由来する11-デオキシコルチコステロンの過剰状態と萎縮した付随副腎皮質に由来するアンドロゲン欠乏が骨粗鬆症リスクに関与することを見出した。特に、アンドロゲン代謝産物であるアンドロステロン・グルクロニドは網状層の活性を反映するため、副腎年齢（副腎老化）の指標となることが示唆された（eBioMedicine 95:104733, 2023）。アルドステロン産生腫瘍（APA）については、機械学習により新たなサブタイプを同定し、ステロイドプロファイルの相違と予後の関連を明らかにした（論文投稿中）。
空間トランスクリプトーム解析により、高齢者では副腎皮質3層の不連続化が生じ、球状層では Wnt/β-cateninシグナルの減弱、束状層では炎症・老化関連遺伝子の発現上昇とAP-1活性化が認められ、副腎皮質全層においてグルココルチコイド生合成にシフトすることが示唆された（論文投稿中）。
網羅的ステロイドミクス解析を含む生理活性脂質の一斉分析が可能な包括的分析系の構築に成功した（J. Lipid Res. 65:100492, 2024）。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究は、ストレス応答の司令塔である副腎を全身疾患の責任臓器として位置付け、様々な環境要因により変容する副腎組織の分子基盤とその結果生じる副腎由来ホルモンの不均衡による破綻病態の統合的理解を目指すものである。
2023年度には、2022年度のアルドステロン産生腫瘍（APA）の前駆病変とされるAPCCのシングルセルトランスクリプトーム解析に引き続き、コルチゾール産生腫瘍（CPA）の前駆病変としてSPNの同定に世界に先駆けて成功した。以上により、APAとCPAの2種類の副腎皮質腫瘍においては、正常副腎皮質組織がドライバー遺伝子変異を獲得し、前駆病変を経て発生することが示唆された。一方、空間トランスクリプトーム解析により、加齢により変容するヒトの副腎組織（副腎老化）の分子機構に関する基盤データを得ることができた。マウスを中心とした齧歯類とヒトの副腎皮質には著しい種属差があるため、本研究成果により、ヒトの副腎皮質3層構造の形成・維持機構と副腎皮質腫瘍の発生機構を理解する上で重要な基盤データを得ることができたと考えられる。
本研究を推進する上で不可欠な網羅的ステロイドミクス解析の開発に成功し、血液あるいは副腎皮質組織などの臨床検体の網羅的ステロイドミクス解析が可能になった。実際にCPAでは腫瘍部分と萎縮した非腫瘍部分に由来するステロイド中間代謝産物の不均衡が骨粗鬆症リスクに関与することを見出し、CPAにおけるホルモン産生の多様性と不均一性の分子機構とともに併存疾患としての骨粗鬆症の発症・親展における臨床的意義が明らかになった。
以上のように、加齢や慢性ストレスにより変容するヒトの副腎皮質組織に関する新しい知見と今後の研究基盤を得ることができ、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

A. 臨床症例・検体を用いる臨床研究
A-1 副腎組織の可逆的変化と腫瘍化に関する検討：副腎皮質の3層構造の加齢性変化におけるAP-1の機能的意義に焦点を当てる。APAの腫瘍発生過程において活性化される転写調節因子のエピゲノム制御を検討する。培養細胞実験により腫瘍化に関連する細胞内代謝経路を検討する。CPAの腫瘍発生機構として、SPNを対象としたscRNA-seq解析により、腫瘍細胞と免疫細胞・線維芽細胞などの細胞間相互作用を検討する。副腎髄質腫瘍については、レーザーマイクロダイセクション法による多部位サンプリングと網羅的遺伝子解析により、様々な進展段階の病変のクローン構造を比較検討する。
A-2 副腎腫瘍におけるホルモン産生の多様性・不均一性に関する検討：CPAについては、腫瘍組織におけるWnt/β-cateninシグナルの活性化とステロイド代謝産物の関連を検討する。APAについては、腫瘍微小環境におけるマクロファージと腫瘍細胞の細胞間相互作用とステロイド合成能や細胞増殖の関連を検討する。
A-3 副腎由来ホルモンの不均衡の病態生理的意義に関する検討：副腎腫瘍患者の血液検体の網羅的ステロイドミクス解析により、従来の分類にはないステロイドプロファイルを有する腫瘍群を見出し、腫瘍組織のデータも統合して副腎腫瘍を再分類する。健常者の網羅的ステロイドミクス解析を実施する。
B. 動物実験・培養実験による基礎研究
男性ホルモンがAd4BP/SF-1の遺伝子発現を抑制する分子機構を検討する。Ad4BP/SF-1の遺伝子発現に対する男性ホルモン作用を増強・阻害する低分子化合物を開発し、Ad4BP/SF-1によるエピゲノム制御機構を検討する。一方、DEX投与よる副腎萎縮における浸潤マクロファージの機能的意義を検討し、ACTHの同時投与による副腎萎縮の回復機構と予防法の開発を目指す。

Research Products

• [Int'l Joint Research] California Univ. of Science and Medicine/Univ. of Mississippi Medical Center(米国)
• [Journal Article] Steroids-producing adrenocortical nodules: a novel two-layered structure as a precursor lesion of cortisol-producing adenoma (2024)
  • Author(s): Fukumoto T, Umakoshi H, Iwahashi N, Ogasawara T, Umakoshi M, Kaneko H, Fujita M, Uchida N, Nakao H, Kawamura N, Matsuda Y, Sakamoto R, Miyazawa T, Seki M, Eto M, Oda Y, Suzuki Y, Ogawa S, Ogawa Y
  • Journal Title: EBioMedicine Volume: 29 Pages: 105087-105087
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2024.105087
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of sexual dimorphism of skeletal muscles through the adrenal cortex, caused by androgen-induced global gene suppression (2024)
  • Author(s): Takahashi Fumiya、Baba Takashi、Christianto Antonius、Yanai Shogo、Lee-Okada Hyeon-Cheol、Ishiwata Keisuke、Nakabayashi Kazuhiko、Hata Kenichiro、Ishii Tomohiro、Hasegawa Tomonobu、Yokomizo Takehiko、Choi Man Ho、Morohashi Ken-ichirou
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 43 Issue: 2 Pages: 113715-113715
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2024.113715
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Wide-scope targeted analysis of bioactive lipids in human plasma by LC/MS/MS. (2024)
  • Author(s): Nakatani K, Izumi Y*, Umakoshi H, Yokomoto-Umakoshi M, Nakaji T, Kaneko H, Nakao H, Ogawa Y, Ikeda K, Bamba T*.
  • Journal Title: Journal of Lipid Research Volume: 65(1) Issue: 1 Pages: 100492-100492
  • DOI: 10.1016/j.jlr.2023.100492
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Improved endurance capacity of diabetic mice during SGLT2 inhibition: Potential role of AICARP, an endogenous AMPK activator in the soleus muscle. (2023)
  • Author(s): Nakamura S, Miyachi Y*, Shinjo A, Yokomizo H, Takahashi M, Nakatani K, Izumi Y, Otsuka H, Sato N, Sakamoto R, Miyazawa T, Bamba T, Ogawa Y*.
  • Journal Title: Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle Volume: 14 Issue: 6 Pages: 2866-2881
  • DOI: 10.1002/jcsm.13350
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Adrenal steroid metabolites and bone status in patients with adrenal incidentalomas and hypercortisolism. (2023)
  • Author(s): Nakao H, Yokomoto-Umakoshi M*, Nakatani K, Umakoshi H, Ogata M, Fukumoto T, Kaneko H, Iwahashi N, Fujita M, Ogasawara T, Matsuda Y, Sakamoto R, Izumi Y, Bamba T, Ogawa Y*.
  • Journal Title: eBioMedicine Volume: 95 Pages: 104733-104733
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2023.104733
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Do multiple types of confirmatory tests improve performance in predicting subtypes of primary aldosteronism? (2022)
  • Author(s): Kaneko Hiroki、Umakoshi Hironobu、Fukumoto Tazuru、Wada Norio、Ichijo Takamasa、Sakamoto Shohei、Watanabe Tetsuhiro、Ishihara Yuki、Tagami Tetsuya、Ogata Masatoshi、Iwahashi Norifusa、Yokomoto‐Umakoshi Maki、Matsuda Yayoi、Sakamoto Ryuichi、Ogawa Yoshihiro
  • Journal Title: Clinical Endocrinology Volume: 98 Issue: 4 Pages: 473-480
  • DOI: 10.1111/cen.14854
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coexistence of bone and vascular disturbances in patients with endogenous glucocorticoid excess (2022)
  • Author(s): Yano Chieko、Yokomoto-Umakoshi Maki、Fujita Masamichi、Umakoshi Hironobu、Yano Seiichi、Iwahashi Norifusa、Katsuhara Shunsuke、Kaneko Hiroki、Ogata Masatoshi、Fukumoto Tazuru、Terada Eriko、Matsuda Yayoi、Sakamoto Ryuichi、Ogawa Yoshihiro
  • Journal Title: Bone Reports Volume: 17 Pages: 101610-101610
  • DOI: 10.1016/j.bonr.2022.101610
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of a drug-response gene in multiple myeloma through longitudinal single-cell transcriptome sequencing (2022)
  • Author(s): Masuda Toru、Haji Shojiro、Nakashima Yasuhiro、Tsuda Mariko、Kimura Daisaku、Takamatsu Akiko、Iwahashi Norifusa、Umakoshi Hironobu、Shiratsuchi Motoaki、Kikutake Chie、Suyama Mikita、Ohkawa Yasuyuki、Ogawa Yoshihiro
  • Journal Title: iScience Volume: 25 Issue: 8 Pages: 104781-104781
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104781
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prostaglandin E2 receptor Ptger4b regulates female-specific peptidergic neurons and female sexual receptivity in medaka (2022)
  • Author(s): Fleming Thomas、Kikuchi Yukiko、Nakajo Mikoto、Tachizawa Masaya、Inazumi Tomoaki、Tsuchiya Soken、Sugimoto Yukihiko、Saito Daisuke、Suyama Mikita、Ohkawa Yasuyuki、Baba Takashi、Morohashi Ken-ichirou、Okubo Kataaki
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1215-1215
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04195-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tmsb10 triggers fetal Leydig differentiation by suppressing the RAS/ERK pathway. (2022)
  • Author(s): Miki Inoue, Takashi Baba, Fumiya Takahashi, Miho Terao, Shogo Yanai, Yuichi Shima, Daisuke Saito, Kei Sugihara, Takashi Miura, Shuji Takada, Mikita Suyama, Yasuyuki Ohkawa, Ken-Ichirou Morohashi.
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 974-974
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03941-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic Analysis of Pheochromocytoma and Paraganglioma Complicating Cyanotic Congenital Heart Disease (2022)
  • Author(s): Ogasawara Tatsuki、Fujii Yoichi、Kakiuchi Nobuyuki、Shiozawa Yusuke、Sakamoto Ryuichi、Ogawa Yoshihiro、Ootani Katsuki、Ito Etsuro、Tanaka Tomoaki、Watanabe Kenichiro、Yoshida Yusaku、Kimura Noriko、Shiraishi Yuichi、Chiba Kenichi、Tanaka Hiroko、Miyano Satoru、Ogawa Seishi
  • Journal Title: The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism Volume: 107 Issue: 9 Pages: 2545-2555
  • DOI: 10.1210/clinem/dgac362
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of Aldosterone-producing Cell Cluster (APCC) at Single-cell Resolution (2022)
  • Author(s): Iwahashi Norifusa、Umakoshi Hironobu、Seki Tsugio、Gomez-Sanchez Celso E、Mukai Kuniaki、Suematsu Makoto、Umezawa Yuta、Oya Mototsugu、Kosaka Takeo、Seki Masahide、Suzuki Yutaka、Horiuchi Yutaka、Ogawa Yoshihiro、Nishimoto Koshiro
  • Journal Title: The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism Volume: 107 Issue: 9 Pages: 2439-2448
  • DOI: 10.1210/clinem/dgac394
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 糖質コルチコイド投与による副腎萎縮の分子機構に関する研究 (2024)
  • Author(s): 内田尚宏、河村菜実子、藤本亜矢、馬越洋宜、福元多鶴、岩橋徳英、小川佳宏
  • Organizer: 第31回日本ステロイドホルモン学会学術集会
• [Presentation] 片側性原発性アルドステロン症におけるコルチゾール産生と椎体骨折 (2024)
  • Author(s): 藤田政道、馬越真希、馬越洋宜、小笠原辰樹、兼子大輝、岩橋徳英、福元多鶴、中尾 裕、小川佳宏
  • Organizer: 第31回日本ステロイドホルモン学会学術集会
• [Presentation] シングルセル・空間トランスクリプトーム解析によるヒト副腎皮質の加齢性変化の検討 (2024)
  • Author(s): 岩橋徳英、馬越洋宜、藤田政道、福元多鶴、中尾 裕、兼子大輝、小笠原辰樹、馬越真希、松田やよい、坂本竜一、関 真秀、鈴木 穣、小川佳宏
  • Organizer: 第31回日本ステロイドホルモン学会学術集会
• [Presentation] AVSに基づく原発性アルドステロン症のクラスター解析 (2023)
  • Author(s): 兼子大輝、馬越洋宜、和田典男、一城貴政、坂本昌平、渡辺哲博、石原裕己、田上哲也、福元多鶴、小笠原辰樹、岩橋徳英、馬越真希、松田やよい、坂本竜一、小川佳宏
  • Organizer: 第33回臨床内分泌代謝Update
• [Presentation] Deciphering Cellular Sex difference: Insights from Skeletal Muscle and the Adrenal Glands (2023)
  • Author(s): T. Baba
  • Organizer: 5th International Seminar on Smart Molecules of Natural Resources
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Wide-scope targeted analysis of bioactive lipids by LC/MS/MS (2023)
  • Author(s): K. Nakatani, Y. Izumi, H. Umakoshi, M. Yokomoto-Umakoshi, T. Nakaji, H. Kaneko, H. Nakao, Y. Ogawa, K. Ikeda, T. Bamba
  • Organizer: 3rd International BMS Symposium 2023 in Kyoto
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] GNAS体細胞変異を有し2 層構造を呈する新規副腎皮質内微小病変Steroids-producing nodules:コルチゾール産生腺腫の発生機構の解明 (2023)
  • Author(s): 福元多鶴、馬越洋宜、岩橋德英、小笠原辰樹、内田尚宏、兼子大輝、馬越真希、松田やよい、坂本竜一、小 川誠司、小川佳宏
  • Organizer: 第27 回日本臨床内分泌病理学会学術総会
• [Presentation] Advancements in analytical technologies for the next generation of metabolomics (2023)
  • Author(s): T. Bamba
  • Organizer: Asia-Oceania Mass Spectrometry Conference and the Annual Meeting of the Korean Society for Mass Spectrometry (AOMSCKSMS 2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Characterization of aldosterone-producing cell cluster (APCC) at single-cell resolution (2023)
  • Author(s): N. Iwahashi, H. Umakoshi, T. Seki, C. Gomez-Sanchez, K. Mukai, M. Suematsu, Y. Umezawa, M. Oya, T. Kosaka, M. Seki, Y. Suzuki, Y. Horiuchi, K. Nishimoto, Y. Ogawa
  • Organizer: The Endocrine Society (ENDO 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Steroid profiles and its implication in bone mass and quality in premenopausal women with adrenal tumors with autonomous cortisol secretion (2023)
  • Author(s): H. Nakao, K. Nakatani, M. Yokomoto-Umakoshi, H. Umakoshi, H. Kaneko, N. Iwahashi, M. Ogata, T. Fukumoto, M. Fujita, T. Ogasawara, Y. Matsuda, R. Sakamoto, Y. Izumi, T. Bamba, Y. Ogawa
  • Organizer: The Endocrine Society (ENDO 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of next generation metabolomics technologies for trans-omics (2023)
  • Author(s): T. Bamba
  • Organizer: 19th Annual International Conference of the Metabolomics Society (Metabolomics 2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] チアノーゼ性先天性心疾患に伴う褐色細胞腫・パラガングリオーマの発症機序解明 (2023)
  • Author(s): 小笠原辰樹、藤井陽一、垣内伸之、坂本竜一、田中知明、伊藤悦郎、渡邉健一郎、吉田有策、小川佳宏、小 川誠司
  • Organizer: 第96 回日本内分泌学会学術集会
• [Presentation] cAMP/PKA経路の活性化変異を有するコルチゾール産生副腎腺腫の表現型解析 (2023)
  • Author(s): 藤田政道、馬越真希、馬越洋宜、中谷航大、小笠原辰樹、福元多鶴、勝原俊亮、緒方大聖、岩橋徳英、兼子 大輝、中尾 裕、松田やよい、坂本竜一、宮澤 崇、和泉自泰、小川誠司、馬場健史、小川佳宏
  • Organizer: 第96 回日本内分泌学会学術集会
• [Presentation] GNAS変異を有しステロイドを自律合成する副腎皮質内微小病変の病態と意義 (2023)
  • Author(s): 福元多鶴、馬越洋宜、小笠原辰樹、岩橋徳英、緒方大聖、兼子大輝、内田尚宏、馬越真希、松田やよい、坂 本竜一、小川誠司、小川佳宏
  • Organizer: 第96 回日本内分泌学会学術集会
• [Presentation] 副腎を取り巻く最近の話題 (2023)
  • Author(s): 小川佳宏
  • Organizer: 日本内科学会第74 回九州支部生涯教育講演会
  • Invited
• [Presentation] アルドステロン産生腺腫によるコルチゾール合成 (2022)
  • Author(s): 緒方大聖、馬越洋宜、小笠原辰樹、福元多鶴、岩橋徳英、兼子大輝、寺田英李子、馬越真希、松田やよい、 坂本竜一、小川誠司、小川佳宏
  • Organizer: 第95 回日本内分泌学会学術集会
• [Presentation] ワイドターゲットLC/MS/MS による生理活性脂質の一斉定量分析法 (2022)
  • Author(s): 中谷航太、和泉自泰、馬越洋宜、緒方大聖、日高彩子、小川佳宏、馬場健史
  • Organizer: 第16 回メタボロームシンポジウム
• [Book] 特集 副腎研究の最前線 (2023)
  • Author(s): 小川佳宏（編集）
  • Total Pages: 84
  • Publisher: メディカルレビュー社
• [Remarks] 九州大学大学院医学研究院病態制御内科学（第三内科）
  • URL: https://www.intmed3.med.kyushu-u.ac.jp/
• [Remarks] 骨粗鬆症に関連する副腎皮質ステロイド代謝物を世界で初めて同定
  • URL: https://www.hosp.kyushu-u.ac.jp/news/detail/502/
• [Remarks] 高血圧症に関連する副腎皮質病変の構成細胞を世界で初めて同定
  • URL: https://www.kyushu-u.ac.jp/f/48766/22_0707_03.pdf
• [Remarks] 高血圧症に関連する副腎皮質病変の構成細胞を世界で初めて同定（プレスリリース）
  • URL: https://www.kyushu-u.ac.jp/f/48766/22_0707_03.pdf