2021 Fiscal Year Research-status Report
Release of damage-associated molecular patterns from intestinal epithelia by aluminum salt and involvement in the development of food allergy
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19K11703
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| Research Institution | Nippon Medical School |
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Principal Investigator |
若林 あや子 日本医科大学, 医学部, 講師 (30328851)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アルミニウム含有食品添加物 / 硫酸アンモニウムアルミニウム / 小腸上皮細胞 / RNAシークエンシング / 腸内細菌 / 抗菌反応 / 炎症反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究の結果、硫酸カリウムアルミニウムまたは硫酸アンモニウムアルミニウムといったアルミニウム含有食品添加物をマウスに経口投与すると、小腸の上皮細胞死が増加すると共に、腸管の好酸球浸潤が亢進することが明らかになった。
今年度我々は、アルミニウム含有食品添加物を経口投与したマウスの小腸からEpCAM陽性上皮細胞を精製分離し、RNAシークエンシングを行い遺伝子の発現変動を網羅的に解析した。硫酸アンモニウムアルミニウムを経口投与したマウスの小腸上皮細胞では、PBSを経口投与したときに比べて、376遺伝子の発現が有意に増加し、249遺伝子の発現が低下した。発現変動遺伝子のエンリッチメント解析により、アルミニウム塩を投与した腸上皮細胞ではイオン輸送に関わる遺伝子の発現増加がみられ、アルミニウム塩処理したマクロファージ同様のイオン輸送機能の亢進が示唆された。これに伴いカルシウムイオン依存性エキソサイトーシスに関わる遺伝子発現が増加し、クロモグラニンＡ遺伝子Chgaなどの抗菌ペプチドやホルモン様物質の分泌の亢進が示唆された。また一酸化窒素によるシグナル伝達に関わる遺伝子の発現も増加し、一酸化窒素による腸内細菌に対する抗菌と炎症誘導の亢進が示唆された。炎症反応に関わるCasp4、Tnf、Nfkb2、Il17c、Il33遺伝子発現も増加しており、TNF-α産生とNF-κB活性化、カスパーゼ4によるグラム陰性細菌のリポポリサッカライドの細胞内認識による炎症性細胞死誘導、炎症性サイトカインIL-17cとIL-33分泌増加の可能性が示唆された。
今年度研究結果よりアルミニウム含有食品添加物は、腸上皮細胞において腸内細菌に対する様々な抗菌反応および腸管炎症誘導に関わる遺伝子の発現を増加させることが明らかとなった。
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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
本年度、マウス腸上皮細胞のRNAシークエンシングにより、硫酸カリウムアルミニウムのようなアルミニウム含有食品添加物は、腸上皮細胞における腸内細菌に対する抗菌反応および腸管炎症誘導に関わる遺伝子の発現を増加させることが明らかとなった。
アルミニウム含有食品添加物を投与した腸上皮細胞では、腸上皮細胞特有の抗菌ペプチドの分泌に加え、マクロファージ同様のイオン輸送機能の亢進と一酸化窒素による抗菌反応と炎症反応誘導の可能性が示唆された。アルミニウム含有化合物は腸上皮細胞への腸内細菌の侵入を促し、腸管の上皮細胞死と炎症誘導を促進する可能性がある結果が得られたことは大きな進展であると言える。またアルミニウム含有化合物は腸上皮細胞におけるIl33の発現を増加させたことより、IL-33分泌による好酸球浸潤増加への関与の可能性が示され、これまでの研究結果を支持する研究結果であった。今年度の研究結果より、今後のさらなる研究の方向づけや目的を明確にすることができた。
今年度、引き続くコロナ禍と世界的社会状況の変化の影響により、一部の試薬やプラスチック実験器具などの納入の遅延や入手不可能となる事態もあったが、代わりとなる試薬や器具を使用するなどして対応した。研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度までの研究結果から、アルミニウム含有食品添加物は、腸上皮細胞における抗菌反応や炎症誘導に関わる遺伝子の発現を増加させ、炎症性細胞死を誘導する可能性が示唆された。アルミニウム含有食品添加物は腸上皮細胞でのIl33遺伝子発現を増加させ、IL-33放出による好酸球の腸管への浸潤と炎症を誘導する可能性がある。
本年度のRNAシークエンシングにより遺伝子の転写レベルでは、アルミニウム含有食品添加物による腸上皮細胞における炎症性細胞死ピロトーシスの誘導とIL-33放出の可能性が示されたが、実際のタンパク質発現の変化については明らかでない。
そこで今後は、①アルミニウム含有食品添加物を経口投与または未投与のマウスのEpCAM陽性腸上皮細胞を分離精製し、カスパーゼ群やピロトーシスに関わる細胞内タンパク分子の活性化について、ウエスタンブロッティングや蛍光免疫染色法などの方法を用いて解析する。②細菌、もしくはリポポリサッカライドまたはリポテイコ酸などの細菌成分と共に、ミョウバンをマウス腸管オルガノイドや結腸細胞株CT26に添加した場合の、細菌や細菌成分の腸上皮細胞内への侵入について蛍光免疫染色法により明らかにする。③細菌や細菌成分と共に、ミョウバンを腸管オルガノイドやCT26に添加した時の、ピロトーシス誘導やIL-33放出について、ウエスタンブロッティング、蛍光免疫染色法、qRT-PCR、ELISAなどにより明らかにする。
今後は、アルミニウム含有食品添加物は刺激による、腸上皮細胞内への腸内細菌の侵入と炎症性細胞死ピロトーシス誘導の詳細を明らかにする。食物アレルギーや好酸球による腸管炎症の予防や治療の発展につながる礎となるべく、本研究をさらに推進する所存である。
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| Causes of Carryover |
理由：研究計画当初は、いくつかの国内学会における研究発表のための交通費や宿泊費を計上していたが、学会のオンライン化のためにそれらが不要となった。また、コロナ禍や世界的な社会状況の変化の影響により、一部の試薬・キットやプラスチック実験器具の入手が滞ったり困難となり、若干の次年度使用額が生じた。
使用計画：次年度はマウス腸上皮細胞を用いたウエスタンブロッティング、蛍光免疫染色、RT-PCR、ELISAなどの実験研究を計画している。次年度の研究にはマウス、細胞株、試薬、器具等が必要であり、次年度使用となった研究費は有効に使う予定である。今後も適切に研究を進め、研究結果を社会に還元すべく研究を推進する所存である。
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| Remarks |
若林あや子,ミョウバンによる腸管上皮損傷に伴う炎症・アレルギー誘導性損傷関連分子の放出の解析と免疫学的安全性評価の検討,日本食品化学研究振興財団第27回研究成果報告書2021年
若林あや子,食品添加物ミョウバン刺激後に腸上皮細胞に侵入して炎症性細胞死を誘導する腸内マイクロバイオームへ抗生剤が与える影響の16S rRNAメタゲノム解析,生物資源ゲノム解析拠点ニュースレターNo9,東京農業大学2022年
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Research Products
(5 results)
