2016 Fiscal Year Research-status Report
気道粘液線毛輸送の攪乱因子となる肺microbiome由来抗原の同定とその制御
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15K09207
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
玉田 勉 東北大学, 大学病院, 講師 (80396473)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村松 聡士 東北大学, 医学系研究科, 大学院非常勤講師 (30732549)
奈良 正之 東北大学, 大学病院, 特任教授 (70374999)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 気道粘膜下腺 / パッチクランプ / Toll様受容体 / COPD増悪 / 重症喘息 / 過分泌 / 微生物叢 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
COPD増悪は多くの追加治療や入院を要し、医療資源を多く消費しつつ患者の生命予後を悪化させることからその予防は重要である。COPDに対する新規長時間作用性気管支拡張薬がCOPD増悪を軽度減少させるエビデンスが蓄積してきているが、慢性気管支炎や日常的に喀痰の多い症例では、依然として頻回のCOPD増悪を来たし治療に難渋している。コントロール不良の高齢者喘息やこのようなCOPD患者では、ウイルス感染後の気道過分泌が病態増悪に結びつくことが知られている。
本研究では、COPD患者のウイルス感染後に、肺微生物叢の質的・量的変化が生じることおよび結果として軌道過分泌が惹起されるとの仮説のもと、気道分泌腺細胞と粘液線毛細胞に対する機能解析を用いて、病的状態で破綻する気道防御調節機構の病態生理の解明を行う。
今年度は、微生物抗原を認識するTLR7シグナルについて、気道分泌に対する機能解析、気道分泌上皮細胞・分泌腺細胞上での発現および細胞内メカニズム解析を実施した。2種類のTLR7リガンド（R837, CL264）が、気道粘膜下腺からの生理的水分-電解質分泌を反映する微小イオン電流を抑制すること、その際に細胞内カルシウム濃度の速やかな低下を伴うこと、さらに細胞内小胞体へのカルシウム再取り込みに重要なSERCA2の阻害剤であるThapsigarginによってその抑制効果が消失することを新たに解明した。昨年明らかにした気道分泌腺細胞上でのTLR7の豊富な発現と合わせると、ウイルス感染時にTLR7による機能不全が存在することで遷延する気道過分泌を惹起する可能性が示唆される。以上の研究結果は平成28年4月の日本呼吸器学会総会および同年5月の米国胸部疾患学会国際会議で発表した。本研究をさらに発展させることにより難治性喘息やCOPD 増悪頻回例に対する新規治療戦略の基礎を提供することが可能である。
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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
平成28年度の当初の計画であった、TLR7シグナルの気道分泌に対する機能解析、気道分泌上皮細胞・分泌腺細胞上での発現および細胞内メカニズムの解析を行うことができた。細胞内メカニズムとしてFura-2（細胞内Ca2+蛍光プローブ）を用いた詳細な検討が可能となり、またSERCA2に着目した機序を新たに発見できた。すでに実施可能である気道上皮細胞の線毛輸送運動の観察および周波数、振幅などを観察・定量化を高速度カメラ付き顕微鏡システムを用いて行い、本研究の主題である肺microbiomeに多く含まれると推測されるTLR2, 3, 5, 7の各リガンドによる攪乱効果を確認するために、今後更なる研究を発展させる基盤も構築できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
TLR7シグナルに着目した気道過分泌機序について、気道分泌腺細胞上でのTLR7の発現および細胞内メカニズムの解析については概ね当初計画通りに進んだ。しかし、高速度カメラ付き倒立顕微鏡を用いた気道上皮細胞の線毛輸送運動の観察およびそれに対するTLR2, 3, 5, 7の各リガンドの攪乱効果については検討が不十分である。平成29年度はTLR リガンド刺激の粘液線毛輸送能に対する影響をさらに検討し、臨床使用されている吸入長時間作用性β2 刺激薬や抗コリン薬による影響も検討を加えることで、最終的には肺microbiome 由来の抗原による影響を確認する。本研究により、肺microbiome に含まれる抗原が粘液線毛輸送能を中心とした気道粘膜防御機構を攪乱・破綻させるメカニズムを解明し、難治性喘息やCOPD 増悪頻回例への創薬の新規ターゲットを提供する可能性が高い。
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| Causes of Carryover |
当初予定の人件費・謝金を研究の進捗状況により使用しなかったこと、および物品費が予定よりわずかに少なくて済んだことが原因と考えられる。平成28度の研究成果は概ね達成できており、次年度使用額として使用することで研究に支障は来さない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成29年度はコントロールの悪い高齢者喘息や頻回に増悪を起こすCOPD由来の気道を用いて、TLR7の機能不全の存在を確認する。ヒト気道は手術検体を用いた研究（東北大学大学院医学系研究科倫理委員会承認済：2012-1- 182）の一環として入手可能であり、肺癌や肺移植による切除肺除肺からの健常部および喘息やCOPD 併存例の気道を分けて採取し解析する。また高速度カメラ付き倒立顕微鏡を用いた気道上皮細胞の線毛輸送運動の観察およびTLR2, 3, 5, 7の各リガンドによる攪乱効果も平行して確認する。さらに菌特異的リボソーム16s rRNA に対する網羅的な定量的PCR により、健常人、喘息、COPD でのmicrobiome 解析を行う。次年度の研究費はこれらの研究遂行および論文を含めた成果発表に使用する予定である。
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[Journal Article] Efficacy and Safety of Long-term Sirolimus Therapy for Asian Patients with Lymphangioleiomyomatosis.2016
Author(s)
Takada T, Mikami A, Kitamura N, Seyama K, Inoue Y, Nagai K, Suzuki M, Moriyama H, Akasaka K, Tazawa R, Hirai T, Mishima M, Hayashida M, Hirose M, Sugimoto C, Arai T, Hattori N, Watanabe K, Tamada T, Yoshizawa H, Akazawa K, Tanaka T, Yagi K, Young LR, McCormack FX, Nakata K.
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Journal Title
Ann Am Thorac Soc.
Volume: 13
Pages: 1912-1922
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] 27-Hydroxycholesterol accelerates cellular senescence in human lung resident cells.2016
Author(s)
Hashimoto Y, Sugiura H, Togo S, Koarai A, Abe K, Yamada M, Ichikawa T, Kikuchi T, Numakura T, Onodera K, Tanaka R, Sato K, Yanagisawa S, Okazaki T, Tamada T, Kikuchi T, Hoshikawa Y, Okada Y, Ichinose M
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Journal Title
Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol.
Volume: 310
Pages: L1028-1041
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Simultaneous development of sarcoidosis and cutaneous vasculitis in a patient with refractory Crohn’s disease during infliximab therapy.2016
Author(s)
Numakura T, Tamada T, Nara M, Mramatsu S, Murakami K, Kikuchi T, Kobayashi M, Muroi M, Okazaki T, Takagi S, Eishi, Y, Ichinose M.
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Journal Title
BMC Pulm Med
Volume: Feb16
Pages: 30
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Comorbidity in asthma2017
Author(s)
Tsutomu Tamada
Organizer
The 6th Conference of International Union Against Tuberculosis and Lung Disease Asia Pacific Region, 2017
Place of Presentation
Tokyo, Tokyo International Forum
Year and Date
2017-03-24 – 2017-03-24
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] 組織学的に診断された卵管サルコイドーシスの1例2016
Author(s)
村松聡士、玉田 勉、奈良正之、村上康司、蒲生俊一、丸山和一、久野貴司、立花眞仁、杉浦久敏、八重樫伸生、一ノ瀬正和
Organizer
第36回日本サルコイドーシス/肉芽腫性疾患学会総会
Place of Presentation
東京、東京医科歯科大学 M＆Dタワー2階 鈴木章夫記念講堂
Year and Date
2016-10-08 – 2016-10-08
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