The effects of glucose on immune cell apoptosis and mitochondrial membrane potential and the analysis of its mechanism by which glucose might modulate the immune functions.
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22K09076
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 55050:Anesthesiology-related
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| Research Institution | Fukushima Medical University |
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Principal Investigator |
黒澤 伸 福島県立医科大学, 医学部, 教授 (60272043)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 麻酔科学 / 免疫学 / アポトーシス / ミトコンドリア膜電位 / 免疫 / 血糖値 |
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| Outline of Research at the Start |
２型糖尿病は糖尿病の９割以上を占め、患者数は世界的に増加傾向にある。心臓病手術患者や悪性腫瘍手術患者においても併存症として糖尿病をもつ患者が増加しており、長期予後改善の観点から、血糖値コントロールが術後予後の最も重要な規定因子の一つである免疫システムに与える影響を考慮しなければならない。この研究の概要は、糖濃度が幼若型および成熟型リンパ球の免疫能に与える影響、およびその影響に全身麻酔薬が如何なる修飾を与えるかを観察し、耐糖能異常を併存する手術患者における、術後長期予後改善を目標とする最適な麻酔法を理論的に提唱することにある。
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| Outline of Annual Research Achievements |
日本における糖尿病患者数は増加傾向にあり、2型糖尿病患者は、その疑いもある人を含めると約1870万人に上るといわれている（厚生労働省）。日本では国民の二人に一人ががんなどの悪性疾患に罹患するが、その治療法には手術があり、糖尿病を併存する悪性疾患患者に全身麻酔下で手術を施行する傾向も増加している。悪性疾患患者の術後長期予後に関与する重要な因子である獲得免疫を担うリンパ球に周術期の耐糖能異常があたえる効果または影響を解析ことは術後予後改善に着目した麻酔管理を構築するために必須と考えられる。令和４年度では、血糖値がリンパ球のViabilityに与える影響を観察するために、細胞培養液の通常糖度200mg/dlにGlucoseを加え、糖度400mg/dlおよび600mg/dlの細胞培養液を作成し、Balb/cマウス（メス、７～１０週齢）の胸腺細胞をそれぞれの糖度の細胞培養液で２時間培養し、その後、糖度200mg/dlの細胞培養液で４時間培養後にフローサイトメトリー法により細胞のViabilityの増減を観察しところ、Glucose濃度は胸腺細胞のアポトーシス誘導の増減に影響を与えなかったが、胸腺細胞の糖度によるミトコンドリア膜電位の変化を確認したところ、培養液糖度200mg/dlに比較し、糖度400mg/dlおよび600mg/dlではミトコンドリア膜電位が低下した胸腺細胞の割合が増加していたことを報告したが、再現性を観たところ各糖度において胸腺細胞のミトコンドリア膜電位にも差はなく、膜電位の低下は認めなかった。また、同様に、脾臓細胞を用いて糖度によるアポトーシス誘導とミトコンドリア膜電位の変化を確認したところ、糖濃度を200mg/dlから400mg/dlおよび600mg/dlに上昇させても脾臓細胞のアポトーシス細胞の割合に変化はなく、ミトコンドリア膜電位にも差は観察されなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
周術期では手術および麻酔侵襲による局所さらに全身に波及する炎症反応が発生し、炎症性サイトカインが産生される。この炎症性サイトカインは横紋筋などのインスリン受容体基質においてセリンリン酸化を起こすことで同受容体基質の活性化に必要なチロシンリン酸化を抑制し、周術期２次性糖尿病という耐糖能異常が生じる。さらに周術期の交感神経亢進によりアドレナリンなどの抗インスリン作用を有するホルモンが放出され、耐糖能異常はさらに増悪する。本研究の目的は、耐糖能異常による血糖値上昇がその浸透圧亢進作用などにより免疫系細胞にストレス負荷をあたえることで、免疫系細胞にアポトーシス誘導またはミトコンドリア膜電位低下などの形態的および機能的異常を与える可能性を解析するものである。まず糖度がリンパ球に与える影響を観察するために胸腺細胞・脾臓細胞のCell viabilityの変化を観察した。通常の培養液糖度200mg/dlで胸腺細胞または脾臓細胞６時間培養したところAnnexin-V陽性/7-AAD陽性細胞はそれぞれ、1.91±0.56（％）、0.22±0.06（％）であり、培養液糖度400mg/dlではそれぞれ、1.27±0.19（％）、0.38±0.08（％）、培養液糖度600mg/dlではそれぞれ、0.97±0.13（％）、0.38±0.06（％）となり、糖度の上昇で胸腺細胞および脾臓細胞にアポトーシスを誘導しなかった。また、同様にミトコンドリア膜電位の変化を観察したが、ミトコンドリア膜電位を維持しているJC-1 aggregation細胞（％）およびミトコンドリア膜電位が低下していることを示すJC-1 monomer細胞（％）、ともに、胸腺細胞・脾臓細胞において培養液の糖度による差は観察されず、培養液の糖度上昇は胸腺細胞および脾臓細胞のCell viabilityに影響を与えないと考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和４年度の実験では未熟なリンパ球、胸腺細胞を用いて、細胞培養液の糖度を通常の200mg/dl、および高糖度の400mg/dl、600mg/dlの培養液と、糖度を変化させて、高糖度が胸腺細胞のViabilityに影響を与えるかを観察し、高糖度は胸腺細胞にApoptosisを誘導するほどの強い毒性は与えないものの、ミトコンドリア膜電位を低下させ、胸腺細胞Viabilityにはなんらかの影響を与えることを報告した。しかし、令和５年度にその再現性を確認したところ、胸腺細胞における糖度上昇による胸腺細胞Viabilityへの影響は否定された。また、末梢のリンパ組織である脾臓リンパ球において同様の観察を行ったが、脾臓リンパ球においても糖度の上昇は脾臓細胞のCell viabilityに影響を与えないという結果が得られた。したがって、正常リンパ球では高濃度の糖度はCell viabilityに影響を与えない可能性が大きい。しかし臨床では、悪性疾患手術に先行して抗がん剤による化学療法が施行されていることが多い。そこで令和６年度では抗がん剤であるトポイソメラーゼＩＩ阻害剤のエトポシドをリンパ球に作用させ、そのエトポシドの効果を受けたリンパ球（胸腺細胞および脾臓細胞）に培養液の糖度上昇がCell viabilityに影響を与えるか否かを、令和５年度と同様に、アポトーシス細胞の定量と及びミトコンドリア内膜電位の増減を定量することにより検討する。化学療法に使用する薬剤の影響下にある免疫系細胞は外的ストレスに対する反応が、正常免疫細胞に比較して異なると考えられ、糖度上昇がミトコンドリア膜電位変化などの影響を与えることが予想される。
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Report
(2 results)
Research Products
(17 results)
