2020 Fiscal Year Research-status Report

腸内細菌-皮膚ネットワークの構築を目指して；皮膚機能分子の新規制御機構の解明

Research Project

Project/Area Number	19K08783
Research Institution	Hoshi University
Principal Investigator	五十嵐信智星薬科大学, 薬学部, 講師 (40409363)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	今理紗子星薬科大学, 薬学部, 特任講師 (90779943) 太田嗣人旭川医科大学, 医学部, 教授 (60397213) 岩崎雄介星薬科大学, 薬学部, 講師 (10409360)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	腸内細菌 / アクアポリン / 皮膚 / 糖尿病 / 加齢 / ノトバイオート
Outline of Annual Research Achievements	近年、体内の水輸送にアクアポリン（AQP）と呼ばれる水チャネルが重要な役割を担っていることが明らかとなってきた。ヒトにおいてAQPは、AQP0からAQP12までの13種類が存在し、全身の様々な組織に分布していることが知られている。申請者はこれまでに、AQPの発現・機能の変化と疾患発症との関連について種々検討を行ってきた。その中で、大腸のAQPの発現を腸内細菌が制御し、この制御に腸内細菌代謝産物が関与していることを見出した。この知見は、生命活動に重要な水の動きを、生体と共生している腸内細菌が制御していることを明らかにした非常に興味深いものであった。本研究では、腸内細菌との関係性が不明瞭であった組織「皮膚」に着目し、皮膚の機能分子であるAQPと腸内細菌との関連を明らかにする中で、腸内細菌が皮膚機能に影響を及ぼす新たな分子メカニズムを見出し、皮膚疾患に対する新規治療戦略を構築することを目的とした。令和元年度は、皮膚におけるAQPの役割を抗がん剤処置皮膚乾燥モデルマウスや老齢マウスを用いて明らかにした。令和2年度では、老齢マウスの腸内細菌を移植したノトバイオートマウスを作製し、皮膚のAQPやその他の遺伝子発現変化を若齢マウスの腸内細菌を移植したマウスと比較した（論文執筆中）。また、腸内細菌叢の変動が知られている2型糖尿病モデルマウスにおける皮膚AQPの発現変化を解析した（N. Ikarashi et al., Biomedicines, 2021）。これらの解析結果から、腸内細菌が皮膚のAQPの発現量をコントロールしている可能性が示唆された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和元年度の結果から、老齢期では若齢期と比べて腸内細菌叢が大きく異なり、皮膚におけるAQP3の発現量が著明に低下していることが明らかとなっている。本年度は、腸内細菌と皮膚機能とのインターラクションを解明するための基盤研究の一環として、上述した知見が腸内細菌叢の変動と関係しているかどうかを調べるために、ノトバイオートマウスを作成し、種々検討した。具体的には、腸内細菌が存在しないGFマウスに老齢マウスの糞を移植し、皮膚機能調節関連分子の発現量を解析した。その結果、老齢マウスの糞便移植により、皮膚におけるAQP3の発現量が、若齢マウスの糞便移植したマウスに比べて有意に増加することが明らかとなった。また、セラミド分解酵素、セラミド合成酵素、ヒアルロン酸分解酵素、コラーゲンについても、老齢マウスの糞便を移植したマウスのほうが有意に高値を示すことがわかった。以上の結果から、加齢に伴って変化する腸内細菌が皮膚機能を調節する遺伝子群の発現量をコントロールすることが明らかとなった。次に、腸内細菌と皮膚AQP3との関係をさらに検討するために、腸内細菌の変動が報告されている2型糖尿病モデルdb/dbマウスを用いて解析を行った。その結果、db/dbマウスの皮膚におけるAQP3の発現量は、コントロール群と比べて有意に低下していた。現在、糖尿病時に認められた皮膚AQP3の変化が腸内細菌叢の変化に起因しているかどうかを検討中である。
Strategy for Future Research Activity	令和元年度から令和2年度にかけて、腸内細菌の変動が認められる種々の疾患モデル動物において、皮膚におけるAQPやその他の機能分子の発現量が大きく変化することが明らかとなった。しかしながら、これらAQPの発現変動が腸内細菌叢の変動に直接関与したものであるかどうかはいまだ不明な点が多い。加えて、皮膚の遺伝子に影響を及ぼす腸内細菌やその原因物質の同定には至っていない。今後、ノトバイオートシステムを用いることにより、両者の直接的な関係性を見出すとともに、その原因物質をin vitro試験などを用いて明らかにする。
Causes of Carryover	本年度の研究計画に基づいて、おおむね順調に進展しているものの、コロナウィルスによる研究活動制限のため、次年度への繰越金が生じた。今年度使用しきれなかった分は、次年度に繰り越すこととする。なお、研究費は、マウス組織からのタンパク抽出やRNA抽出、PCRの試薬および消耗品に用いる。また、国際誌への論文投稿を目指し、研究費の一部はその投稿料に充てる。