虚血脳損傷保護に係わるヒト骨髄間葉系幹細胞由来因子の同定とグリア調節機構

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H05443
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: 大滝 博和 昭和大学, 医学部, 准教授 (20349062)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒田 悟 昭和大学, 遺伝子組換え実験室, 准教授 (20159502) ; 渡邊 潤 昭和大学, 遺伝子組換え実験室, 助教 (50649069) ; 吉川 輝 昭和大学, 医学部, 助教 (90737355)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 骨髄間葉系幹細胞 / 脳虚血 / マイクログリア / マクロファージ / 細胞間相互作用

Outline of Annual Research Achievements

我々は、これまでヒト骨髄間葉系幹細胞（MSCs）がマイクログリアおよびマクロファージ(MG/MP)の活性化を修飾し脳虚血などの神経損傷を抑制することを示唆してきた。当該研究は脳虚血モデル中心に用い、①脳内に移植したMSCs がどのような応答をするのか②その応答はMG/MP の活性を修飾するか③活性化されたMG/MP は神経細胞死の抑制に関与するのか④MSCs-MG/MP パスウェイが神経機能の再生に関与するかを明らかにするために行う。
我々は培養hMSCsに前脳虚血を施したマウスの海馬ホモジネートと偽手術群のマウスの海馬ホモジネートを暴露した際に2倍以上に増加する98 個の候補遺伝子を遺伝子網羅的解析ですでに見出している。そのうち，最も遺伝子発現が高いccl2遺伝子は虚血刺激や炎症性サイトカインの増加と密接に関連していることを明らかにしている。当該年度はそれらの発現がMG/MPを関連するか調べた。hMSCsを移植した脳は虚血の有無にかかわらずMG/MPマーカーであるIba1の遺伝子発現が増加した。しかし，虚血下脳は非虚血脳に比べhMSCsによるIba1の増加が有意に高かった。さらにリコンビナントヒトもしくはマウスのCCL2を投与したところ同様の増加を認めた。免疫染色において最近見出されたMG特異的マーカーで染色するとhMSCsの移植領域はMGが少なくMPのhMSCs移植部位へのホーミングが関与していることが示唆された。また，組織の修復に関わるM2型MG/MPマーカーのYm1の染色は主にMPに限局しておりhMSCsの抗炎症作用はMPが重要な役割を果たしている可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度の研究によりhMSCsの移植により，移植部位にホーミングし応答する細胞がマイクログリアではなくマクロファージである可能性が示唆された。

Strategy for Future Research Activity

本年度の研究によりhMSCsの移植部位における細胞間相互作用の一端が明らかにできた。本年度はそれらをさらに検証するとともにホーミングするマクロファージが神経細胞死とどのように関与しているか，その作用にCCL2がどの程度関与しているのか明らかにする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Tianjin University(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: Tianjin University
• [Int'l Joint Research] University of Copenhagen(デンマーク)
  • Country Name: DENMARK
  • Counterpart Institution: University of Copenhagen
• [Int'l Joint Research] University of Washington/Texas A&M Univ(アメリカ)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Washington/Texas A&M Univ
• [Journal Article] Oral rehydration solution increases SGLT1 and improves dehydration in a mouse heatstroke model. (2018)
  • Author(s): Miyamoto K, Ohtaki H, Takayasu H, Maeda A, Sasaki J, Honda K, Dohi K, Hayashi M.
  • Journal Title: Crit Care Med Volume: 46 Pages: 252～252
  • DOI: 10.1097/01.ccm.0000528551.63676.f8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New function of PACAP on hematopoiesis through PACAP specific receptor (PAC1R). (2018)
  • Author(s): Ohtaki H, Yagura K, Xu Z
  • Journal Title: 日本薬理学雑誌 Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intrapancreatic injection of human bone marrow-derived mesenchymal stem/stromal cells alleviates hyperglycemia and modulates the macrophage state in streptozotocin-induced type 1 diabetic mice (2017)
  • Author(s): Murai N, Ohtaki H, Watanabe J, Xu Z, Sasaki S, Yagura K, Shioda S, Nagasaka S, Honda K, Izumizaki M.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 12 Pages: e0186637
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0186637
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide promotes eccrine gland sweat secretion (2017)
  • Author(s): Sasaki S, Watanabe J, Ohtaki H, Matsumoto M, Murai N, Nakamachi T, Hannibal J, Fahrenkrug J, Hashimoto H, Watanabe H, Sueki H, Honda K, Miyazaki A, Shioda S.
  • Journal Title: Br J Dermatol. Volume: 176 Pages: 413～422
  • DOI: 10.1111/bjd.14885
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular hydrogen in the treatment of acute and chronic neurological conditions: mechanisms of protection and routes of administration. (2017)
  • Author(s): Dohi K, Satoh K, Miyamoto K, Momma S, Fukuda K, Higuchi R, Ohtaki H, Banks WA.
  • Journal Title: J Clin Biochem Nutr. Volume: 61 Pages: 1～5
  • DOI: 10.3164/jcbn.16-87
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of the Autonomic Nervous System in the Tumor Micro-Environment and its Therapeutic Potential (2017)
  • Author(s): Xu Z, Shioda S, Masahisa J, Kawakami Y, Ohtaki H, Lim HC, Wang S, Zhao X, Liu Y, Zhou D, Guo Y.
  • Journal Title: Curr Pharm Des Volume: 23 Pages: 1687～1692
  • DOI: 10.2174/1381612822666161025152942
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Distinct Afatinib Resistance Mechanisms Identified in Lung Adenocarcinoma Harboring an EGFR Mutation (2017)
  • Author(s): Yamaoka T, Ohmori T, Ohba M, Arata S, Murata Y, Kusumoto S, Ando K, Ishida H, Ohnishi T, Sasaki Y.
  • Journal Title: Mol Cancer Res. Volume: 15 Pages: 915～928
  • DOI: 10.1158/1541-7786.MCR-16-0482
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Optogenetic analysis of nociceptive mechanism mediated by 5-HT neurons in the nucleus raphe magnus. (2018)
  • Author(s): Mitsuhashi M, Kanamaru M, Tanaka FK, Yoshikawa A, Hisamitsu T, Sunagawa M, Izumizaki M.
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] Amygdala reduction could be an early indication for cognitive impairment in elderly subjects. (2018)
  • Author(s): Kubota S, Masaoka Y, Yoshida M, Kinno R, Yoshikawa A, Manabe R, Ida M, Ono K, Izumizaki M.
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] Relationship between the Functional Connectivity during resting-state fMRI and Cognitive Assessment Battery in elderly subjects. (2018)
  • Author(s): Yoshikawa A, Masaoka Y, Yoshida M, Koiwa N, Kubota S, Manabe R, Ida M, Izumizaki M.
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] Effect of different exercises on the differentiation of neural stem cells and motor recovery in rats with motor cortex infarction. (2018)
  • Author(s): Morishita S, Hokamura K, Yoshikawa A, Agata N, Umemura K, Tsutsui Y, Kumada T.
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] Cognitive function and hippocampus volume in chronic obstructive pulmonary disease. (2018)
  • Author(s): Manabe R, Masaoka Y, Okuda K, Yoshida M, Yoshikawa A, Kubota S, Sato H, Yamagami H, Ida M, Sagara H, Izumizaki M.
  • Organizer: 第95回日本生理学会大会
• [Presentation] マウス熱中症モデルにおける経口補水液(OS-1)の有用性について (2018)
  • Author(s): 宮本和幸, 大滝博和, 髙安弘美, 前田敦雄, 佐々木純, 本田一穂, 土肥謙二, 林宗貴.
  • Organizer: 第45回日本集中治療医学会学術集会
• [Presentation] 中枢神経障害時における移植骨髄由来間葉系幹細胞とグリア細胞の相互作用の解析 (2018)
  • Author(s): 大滝博和
  • Organizer: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
  • Invited
• [Presentation] 脊髄損傷後のケモカインの局在とヒト間葉系幹細胞を用いた組織修復への関与 (2018)
  • Author(s): 矢倉一道、大滝博和、圓谷智海、佐藤敦、渡邊潤、宮本和幸、平泉裕、本田一穂
  • Organizer: 第123回日本解剖学会総会・学術集会
• [Presentation] Effects of enriched environment on suppression of cancer progression in mice. (2017)
  • Author(s): Arata S, Watanabe J, Matsuhashi H, Kagami N.
  • Organizer: 第64回日本実験動物学会総会
• [Presentation] 片側大脳皮質損傷後の運動機能回復に関与する神経回路網の再編成~神経回路網の再編成を調節する遺伝子の探索~ (2017)
  • Author(s): 吉川輝，中町智哉，Rakwal Randeep，柴藤淳子，大滝博和，塩田清二，泉﨑雅彦．
  • Organizer: 第52回日本理学療法学術大会
• [Presentation] PACAP38の外傷性脳損傷抑制効果と抗酸化能向上作用について (2017)
  • Author(s): 宮本和幸, 大滝博和, 髙安弘美, 前田敦雄, 佐々木純, 本田一穂, 林宗貴, 土肥謙二.
  • Organizer: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
• [Presentation] Three-dimensional neuro-musculo-skeltal model with mechanical charcteristics of stretch reflex. (2017)
  • Author(s): Matoba T, Hase K, Kim SH, Yoshikawa A.
  • Organizer: XXVI Congress of the International Society of Biomechanics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Production of MCP-1 (CCL2) from human mesenchymal stem/stromal cells in ischemic brain (2017)
  • Author(s): Ohtaki H, Yagura K, Tanaka Y, Watanabe J, Miyamoto K, Hiraizumi Y, Dohi K, Honda K.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] Administration of TSG-6 form MSCs improves memory after traumatic brain injury in mice. (2017)
  • Author(s): Watanabe J, Ohtaki H, Yagura K, Honda K, Arata S.
  • Organizer: 第40回日本神経科学大会
• [Presentation] 各測定方法から見た健康・運動について ーヒト及びモデル動物を用いて運動生理学的観点から見た運動と健康ー (2017)
  • Author(s): 吉川輝．
  • Organizer: 第5回日本スポーツ健康科学会
  • Invited
• [Presentation] Sleep disorder or deficit in olfaction provide an early indication of neurodegeneration. (2017)
  • Author(s): Masaoka Y, Ida M, Yoshida M, Koiwa N, Yoshikawa A, Kubota S, Kawamura M, Ono K, Izumizaki M.
  • Organizer: 第45回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] Graph theoretical analysis of white matter network for abnormal binocular function. (2017)
  • Author(s): Yoshida M, Ida M, Masaoka Y, Yoshikawa A.
  • Organizer: 第45回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] The Influence of Physiological Noise on Default Mode Network - resting state fMRI Study - (2017)
  • Author(s): Yoshikawa A, Ida M, Yoshida M, Masaoka Y, Koiwa N, Watanabe K, Kubota S, Manabe R, Izumizaki M.
  • Organizer: 第45回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] Effects of enriched environment on suppression of cancer progression in mice. (2017)
  • Author(s): Arata S, Watanabe J, Matsuhashi H, Kagami N.
  • Organizer: 第76回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Human mesenchymal stem/stromal cells express CCL2 (MCP-1) on ischemic hippocampal homogenate exposure (2017)
  • Author(s): Ohtaki H, Watanabe J, Yagura K, Miyamoto K, Iwakura Y, Dohi K, Honda K.
  • Organizer: The 5th Annual Meeting of the International Cytokine and Interferon Society (ICIS2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Expression patterns and distributions of chemokines and their receptors after spinal cord injury (SCI) in mice. (2017)
  • Author(s): Yagura K, Ohtaki H, Tsumuraya T, Sato A, Watanabe J, Hiraizumi Y, Honda K.
  • Organizer: The 5th Annual Meeting of the International Cytokine and Interferon Society (ICIS2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of various exercises on motor recovery through gating and neuro/gliogenesis in motor cortex infarction in rats. (2017)
  • Author(s): Kumada T, Morishita S, Hokamura K, Yoshikawa A, Agata N, Tsutsui Y, Umemura
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Suppression of nitric oxide level from microglia by co-culturing with human mesenchymal stem/progenitor cells. (2017)
  • Author(s): Ohtaki H, Watanabe J, Yagura K, Miyamoto K, Hiraizumi Y, Honda K, Dohi K.
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Olfactory impairment and sleep disorder may provide early indication of neurodegeneration. (2017)
  • Author(s): Masaoka Y, Kawamura M, Yoshida M, Koiwa N, Yoshikawa A, Ida M, Ono K, Phillips A, Izumizaki M.
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Administrations of mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) produced beneficial effects in models of traumatic brain injury via prevention of blood brain barrier leakage. (2017)
  • Author(s): Watanabe J, Ohtaki H, Yagura K, Honda K, Arata S.
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gene and cellular localizations of chemokines and their receptors after spinal cord injury(SCI) in mice. (2017)
  • Author(s): Yagura K, Ohtaki H, Tsumuraya T, Sato A, Watanabe J, Miyamoto K, Tanaka S, Hiraizumi Y, Kanzaki K, Honda K.
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cardiac and Respiratory Physiological Noise Corrections Improved Resting-State Functional Connectivity in the Limbic Areas. (2017)
  • Author(s): Yoshikawa A, Yoshida M, Masaoka Y, Koiwa N, Watanabe K, Ida M, Izumizaki M.
  • Organizer: Neuroscience 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 痙性歩行の再現を目指した3次元神経筋骨格モデルの構築． (2017)
  • Author(s): 的場斗吾、長谷和徳、林祐一郎、金承革、吉川輝．
  • Organizer: 第38回バイオメカニズム学術講演会
• [Presentation] 脊髄損傷マウスにおけるケモカインの変動と役割 (2017)
  • Author(s): 矢倉一道，大滝博和，圓谷智海，佐藤敦，渡邊潤，宮本和幸，平泉裕，本田一穂
  • Organizer: 第64回昭和大学学士会総会
• [Presentation] PACAP promotes sweat secretion in eccrine gland via PAC1R. (2017)
  • Author(s): Watanabe J, Sasaki S, Ohtaki H, Arata S Honda K, Shioda S.
  • Organizer: 13th International Symposium on VIP, PACAP and Related Peptides
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Therapeutic time-window for edaravone treatment of traumatic brain injury in mice. (2017)
  • Author(s): Miyamoto K, Ohtaki H, Dohi, K, Sitho H, Maeda A, Sasaki J, Honda K, Hayashi M.
  • Organizer: 8th Joint Meeting of Society for Free Radical Research Australasia and Japan with International Symposium on Coenzyme Q10
  • Int'l Joint Research