テトラヒドロビオプテリン・サプライにより新生児壊死性腸炎の中枢機能予後を取戻す

• Project/Area Number: 22K07894
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 杉田 光士郎 鹿児島大学, 鹿児島大学病院, 特任助教 (50781514)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 家入 里志 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (00363359) ; 大西 峻 鹿児島大学, 医歯学域鹿児島大学病院, 助教 (10614638) ; 垣花 泰之 鹿児島大学, 医歯学域医学系, 教授 (20264426) ; 矢野 圭輔 鹿児島大学, 医歯学総合研究科, 客員研究員 (30757919) ; 新山 修平 鹿児島大学, 医歯学域鹿児島大学病院, 准教授 (40258455) ; 政所 祐太郎 鹿児島大学, 鹿児島大学病院, 医員 (40794061) ; 加治 建 久留米大学, 医学部, 教授 (50315420) ; 上國料 千夏 鹿児島大学, 医歯学総合研究科, 特任助教 (50751278) ; 武藤 充 鹿児島大学, 医歯学域鹿児島大学病院, 講師 (70404522) ; 一瀬 宏 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (90192492)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 壊死性腸炎 / テトラヒドロビオプテリン / ビオプテリン代謝産物 / 新生児外科疾患 / 芳香族モノアミン

Outline of Research at the Start

BH4は芳香族アミノ酸水酸化酵素の補酵素であり，BH4依存性に芳香族モノアミンの生合成を調節する。ドーパミンやセロトニンなどの芳香族モノアミンの欠乏は神経発達を悪化させることが示唆されている。一方で敗血症発症はBH4からBH2への酸化を促進し、BH4欠乏をもたらすと考えられおり、壊死性腸炎(NEC)などの新生児外科疾患と芳香族モノアミン代謝との病態生理の解明は神経学的予後の向上や新治療の開発につながる可能性がある。NECと芳香族モノアミン欠乏による神経学的関連性を明らかにし、代謝に関与しているBH4の体内動態を解明することで、BH4補充によるintact survivalの達成を目標とする。

Outline of Annual Research Achievements

重要な新生児外科疾患であるNECの原因は未だ不明であり、予防法・治療法は確立されていない。生存率上昇と神経学的予後の乖離の原因はNECと中枢神経の関連を解明する必要がある。NECは内科的治療が中心となるmedical-NECと外科的治療が中心となるsurgical-NECに分類されるが、病理学的診断が不可能なmedical-NECは確定診断を得られず軽快する場合もわずかに存在する。またMedical-NECの中にも敗血症を来す場合がある一方で、進行性の疾患のため現状の治療では手術治療が不可能なほどの急速な転帰をとる場合もある。一施設で経験できる症例数も限られており、臨床情報からだけではエビデンスが得られにくいため、詳細な病態を把握するためには動物実験での検証しかないのが現状である。NECラットモデルの作成は実験手技が煩雑でモデルの確立に技術を要するが、モデル作成は一定の成果が得られた。NECは組織障害を受けた腸管であるため組織標本を作製することが難しい。また現在は重症NECモデルを用いており、炎症の波及や発症が早い。そのため発症過程の詳細を調査することは困難であると判断した。もともと進行性疾患であるため、全身や腸管への障害の蓄積が経過の根底であるため、緩徐に進行するモデルへ変更する方が、NECによって脳組織で生じている障害をフェニルアラニンの異常蓄積やドーパミンやセロトニンなどの芳香族モノアミン代謝との病態生理を解明するという観点からはよいと思われる。本研究の内容は、小児・成人患者問わず敗血症を発症する病態で高次脳機能障害を余儀なくされた患者に対しても応用が可能であると考えるため、今後も引き続き検討を行っていく。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究開始後まもない段階で、当施設動物実験施設が大規模改装工事に入り、実験室移転に伴い、実験設備などの関係から研究継続が困難になった。今年度より本格的に移転作業が終了したため、再度研究環境を調整し、開始予定である。同モデルを用いた別の研究を同時に行っており、もともとモデル作成に時間を要するため、研究を実施する人材の確保も課題となっている。

Strategy for Future Research Activity

緩徐進行型NECモデルを作成し、病態を軽症、中等症、重症に振り分ける必要がある。そのためにモデル作成は出生後早期からではなく、母体と5日間の環境馴化を経てから低酸素刺激と人工乳、LPS刺激を行うプロトコールへ変更する。その後病期別にビオプテリン代謝産物を測定し、推移を予測する。また脳を採取し、病理標本で各病期の神経細胞の損傷の有無や部位を網羅的に調査し、治療ターゲットを探る必要がある。

Research Products

• [Journal Article] The preventive effect of recombinant human hepatocyte growth factor for hepatic steatosis in a rat model of short bowel syndrome (2022)
  • Author(s): Yano Keisuke、Sugita Koshiro、Muto Mitsuru、Matsukubo Makoto、Onishi Shun、Kedoin Chihiro、Matsui Mayu、Murakami Masakazu、Harumatsu Toshio、Yamada Koji、Yamada Waka、Kumagai Kotaro、Ido Akio、Kaji Tatsuru、Ieiri Satoshi
  • Journal Title: Journal of Pediatric Surgery Volume: 57 Issue: 7 Pages: 1286-1292
  • DOI: 10.1016/j.jpedsurg.2022.02.030
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 【短腸症候群の診療における問題点】短腸症候群の治療=腸管順応促進ホルモン・ペプチド成長因子 (2022)
  • Author(s): 加治 建, 矢野 圭輔, 杉田 光士郎, 山田 和歌, 大西 峻, 松久保 眞, 武藤 充, 家入 里志
  • Journal Title: 小児外科 Volume: 54 Pages: 306-310
• [Journal Article] 研究者の最新動向 GLP-2によるIFALD克服を目指した革新的治療法の開発 (2022)
  • Author(s): 矢野 圭輔(鹿児島大学 学術研究院医歯学域医学系小児外科学分野), 杉田 光士郎, 家入 里志
  • Journal Title: Precision Medicine Volume: 4 Pages: 1357-31361
• [Presentation] The potential of recombinant human HGF - research on a TPN rat model and on a short bowel rat model (2022)
  • Author(s): Koshiro Sugita, Keisuke Yano, Tatsuru Kaji, Nanako Nishida, Ayaka Nagano, Masakazu Murakami, Toshio Harumatsu, Shun Onishi, Koji Yamada, Waka Yamada, Makoto Matsukubo, Takafumi Kawano, Mitsuru Muto, Kotaro Kumagai, Akio Ido, Satoshi Ieiri
  • Organizer: PAPS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 腸肝軸に焦点を当てた脂肪肝に対するHGFの予防効果 短腸モデルラットにおける研究 (2022)
  • Author(s): 杉田 光士郎, 矢野 圭輔, 武藤 充, 松久保 眞, 大西 峻, 祁答院 千寛, 松井 まゆ, 村上 雅一, 春松 敏夫, 山田 耕嗣, 山田 和歌, 加治 建, 家入 里志
  • Organizer: 第59回日本小児外科学会学術集会
• [Presentation] 完全静脈栄養ラットモデルにおける肝細胞増殖因子の脂肪肝抑制効果および消化管粘膜萎縮 (2022)
  • Author(s): 杉田 光士郎, 松久保 眞, 矢野 圭輔, 加治 建, 村上 雅一, 春松 敏夫, 大西 峻, 山田 耕嗣, 山田 和歌, 武藤 充, 熊谷 公太郎, 井戸 章雄, 家入 里志
  • Organizer: 第59回日本外科代謝栄養学会学術集会
• [Presentation] 肝細胞増殖因子(HGF)を用いた腸粘膜上皮再生への試み 完全静脈栄養ラットモデルを用いた小腸粘膜上皮へ与える効果に関する検討 (2022)
  • Author(s): 杉田 光士郎, 加治 建, 矢野 圭輔, 松久保 眞, 祁答院 千寛, 松井 まゆ, 村上 雅一, 春松 敏夫, 大西 峻, 山田 耕嗣, 山田 和歌, 武藤 充, 熊谷 公太郎, 井戸 章雄, 家入 里志
  • Organizer: 第122回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 腸管不全関連肝障害モデルラットに対する肝細胞増殖因子の予防・治療的効果の検討 (2022)
  • Author(s): 矢野 圭輔, 杉田 光士郎, 加治 建, 松久保 眞, 大西 峻, 祁答院 千寛, 松井 まゆ, 村上 雅一, 春松 敏夫, 山田 耕嗣, 山田 和歌, 武藤 充, 家入 里志
  • Organizer: 第122回日本外科学会定期学術集会