血球のミトホルミシスを利用した運動バイオマーカーの確立

• Project/Area Number: 22K10510
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 58020:Hygiene and public health-related: including laboratory approach
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: 荻野 景規 高知大学, 医学部, 特任教授 (70204104)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今釜 崇 山口大学, 医学部附属病院, 講師 (00634734) ; 長岡 憲次郎 松山大学, 薬学部, 講師 (40752374) ; 菅沼 成文 高知大学, 教育研究部医療学系連携医学部門, 教授 (50313747) ; 栄徳 勝光 高知大学, 教育研究部医療学系連携医学部門, 講師 (50552733) ; NAJI ABDERRAHIM 高知大学, 教育研究部医療学系連携医学部門, 講師 (90650903)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: ミトホルミシス / 好中球 / アルギナーゼ / 抗酸化酵素 / ミトコンドリア抗酸化酵素 / 末梢血単核球 / ミトコンドリアDNA

Outline of Research at the Start

運動習慣が誘導する筋組織のミトコンドリア機能上昇(ミトホルミシス)が、末梢血単核球でもみられることを発見した。この現象が運動の健康増進のバイオマーカーとして応用可能であることを、運動介入研究および横断研究によって実証した。本研究では、①なぜミトホルミシスが骨格筋と末梢血の両方でみられるのか、②この現象が運動と関連する臨床的または社会的指標として応用可能か、③前向きコホート研究で運動習慣の健康増進効果指標としての有用性が証明できるかどうかの３つを検証する。①には培養細胞や動物実験をもちいた基礎的実験を行い、②および③についてはヒトを対象とした研究を行う。

Outline of Annual Research Achievements

山口大学医学部整形外科との共同研究「整形外科手術前後のミトホルミシス現象を利用した患者活動量の定量化」(管理番号H2020-128)については、全検体の処理を終了し、欠損値のない108例を対象にリハビリによって変化すると推察される活動量の指標と血液中の抗酸化関連のmRNAおよびミトコンドリアDNAとの関連性について、統計解析を行なっているところである。各々の因子がリハビリ後のアウトカムと有意に相関することや、多変量解析でも有意な関連性を持つ項目がわかってきており、2024年度の日本予防医学会で発表する予定である。
また「内因性ミトホルミシス誘導因子」の候補として、運動によって血中で変動すると推察される因子について検討を進めている。過酸化水素に加えて、ミオグロビンもその候補として考えられ、採取したPBMCへの投与実験を継続している。他の候補として好中球関連プロテアーゼやアルギナーゼを調べる方針としており、ヒト血清での測定方法を構築しているところである。例えば好中球エラスターゼ活性に際しては、エラスターゼのチューブへの吸着が問題となることを突き止めた。これを避けるためにさまざまな界面活性剤を試しており、より高い活性値が得られる候補を絞ることができている。現在至適濃度などを検討中である。MPO活性については、順調に測定ができており、2022年12月に承認された (承認番号2022-91)サンプル血清について測定が開始されている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

血清中にはプロテアーゼ阻害物質が豊富に存在することから、好中球関連プロテアーゼ活性が低い可能性が高い。
そのため、血球系培養細胞HL-60のプロテアーゼをポジティブコントロールとしてさまざまな測定方法を試している。
可溶性分画に存在すると思われたプロテアーゼ活性が、膜分画にも存在する可能性があることチューブへの吸着によるプロテアーゼの喪失が想像以上に起こっていることがわかり、界面活性剤の濃度や種類を試行錯誤していることが遅延のひとつの理由である。
このため、酵素活性測定系の方法論が複雑化しており、実践者がその測定系に習熟するために時間を要していることも追加理由としてあげられる。

Strategy for Future Research Activity

山口大学医学部整形外科との共同研究「整形外科手術前後のミトホルミシス現象を利用した患者活動量の定量化」(管理番号H2020-128)については、多変量解析で有意に関連性をもつ項目を同定し、2024年度の日本予防医学会での発表と、国際雑誌への論文投稿をめざす。
血清中のプロテアーゼ活性については、よりばらつきの少ない測定方法を確立させ、2022年12月に承認された (承認番号2022-91)サンプル血清の測定を継続していく予定である。