難治性呼吸器疾患における活性硫黄分子種の役割の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03684
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 杉浦 久敏 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20445092)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 活性硫黄分子種 / 酸化ストレス / 慢性閉塞性肺疾患 / 組織障害 / 間質性肺炎

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は難治性呼吸器疾患動物モデルを作成し、活性硫黄分子種(RSS)の呼吸器疾患における役割を明らかにするために、RSSの産生酵素であるCARS2遺伝子欠損マウスやRSS供与体を用いて、病態に及ぼす作用を明らかにすることである。さらにCOPD患者から採取した肺細胞を用いて種々の病態を細胞レベルで詳細に検討する。またCOPD患者コホートから気道検体を採取し、肺細胞内外におけるCARS2の発現やRSS含有量を測定する。大規模COPD患者コホートを用いて、RSSの気道における産生量と臨床病態との関連を前向き研究で明らかにする。
研究1) RSSのCOPD病態における個体レベルでの検討は、RSSの産生酵素であるCARS2遺伝子ヘテロ欠損マウスを作成し、種々のCOPDモデルを作成し、検討を行った。野生型マウスと比較して欠損マウスでは、病理組織、CT、肺機能のすべての項目においてエラスターゼによる肺気腫病変の悪化を認めた。またCOPD病態に関連する酸化・ニトロ化ストレス、炎症性サイトカイン/ケモカイン、蛋白分解酵素の発現が有意に増加した。現在、RSS供与体を用いた研究を進めている。
研究2) RSSのCOPD病態における細胞レベルでの検討については肺構築細胞にsiRNAを用いてCARS2の発現を抑制し、タバコ抽出液を曝露すると炎症性サイトカインの産生、酸化ストレスおよび細胞老化が観察された。
研究3) 気道におけるRSS産生量と臨床病態との関連に関する研究は昨年同様、新型コロナ感染症の影響を受け、気道検体採取が滞っている。今後も気道検体の採取は感染管理の観点から困難が予想される。
研究4) RSSの間質性肺炎病態における個体レベルでの検討においてはブレオマイシンを用いた肺線維症モデルでは野生型マウスに比較して欠損マウスでは線維化病変の悪化が認められた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

各研究項目ごとに見てみると、研究1) RSSのCOPD病態における個体レベルでの検討では、遺伝子欠損マウスの樹立およびCOPD病態モデルを用いた評価という点で順調に推移している。CARS2+/-マウスではCOPD病態モデルにおいて気腫形成が悪化していることを確認している。さらに酸化ストレスや炎症性サイトカイン・ケモカイン、タンパク分解酵素など発現が増強していることを確認している。今後、RSS供与体を用いた実験を推進し、英文誌への投稿を予定している。
研究2) RSSのCOPD病態における細胞レベルでの検討については予定よりも研究が進捗している。siRNAを用いてCARS2の発現を減弱させるとタバコ抽出液による細胞老化や細胞傷害が促進し、炎症性サイトカインなどのメディエーターの産生が増強することを確認し、現在、細胞老化関連分泌形質(SASP)の観点から細胞内シグナルを検討中である。
研究3) 気道におけるRSS産生量と臨床病態との関連に関する研究に関しては、昨年同様、新型コロナ感染症の影響を受け、感染管理の観点から気道検体の採取が困難な状況になっている。今後も同様の状況が続く恐れがある。既存検体を用いた少数例での検討もしくは既存検体が存在する喘息合併したCOPD患者の検討に計画を変更することも考慮する。
研究4) RSSの間質性肺炎病態における個体レベルでの検討も予想以上に順調に推移している。ブレオマイシンを用いた肺線維症モデルを作成し、CARS2ヘテロ欠損マウスでは線維化病態の悪化を確認している。研究1), 2), 4)に関しては順調に進捗しており、研究3)はコロナ感染症の影響を受け、当初より遅れている。以上より、研究全体としては概ね順調に推移していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

研究1）RSSのCOPD病態における個体レベルでの検討については次年度はRSSの供与体であるglutathione trisulfide (GSSSG)を投与することで気腫形成が抑制されるかについて病理組織やCTを用いて検討する。また種々のCOPD病態関連分子の産生に与えるRSS供与体の効果について検証を進めていく。
研究2) RSSのCOPD病態における細胞レベルでの検討においては、研究1)と同様に、タバコ抽出液による炎症性サイトカインの産生、酸化ストレスマーカーの定量、細胞老化がGSSSGの投与により回復するかについて検討を追加する。またCOPD患者由来肺構築細胞(気道上皮細胞、肺線維芽細胞)を用いてCARS2の発現ならびに細胞内のRSS量について独自のLC-MS/MSシステムによる硫黄メタボローム解析を行う。以上、研究1)と研究2)の成果をまとめて国内外の学会発表ならびに英文誌への投稿準備を行う予定である。
研究3) 気道におけるRSS産生量と臨床病態との関連に関する研究はCOPDコホートを用いた検討になるが新型コロナ感染症の影響を受け、気道検体採取が滞っている。このため、当初の研究計画を変更し、既存検体を用いた少数例での前向きコホート研究もしくは既存検体が存在する喘息合併COPD患者における検討に計画を切り替える。また、肺組織検体を用いて細胞内外のRSS含有量と臨床病態との横断的検討に計画を変更する。
研究4) RSSの間質性肺炎病態における個体レベルでの検討については次年度も研究1)と同様にRSS供与体であるGSSSGの抗線維化作用について検討を行う予定である。研究成果は国内外の学会での発表ならびに英文誌への投稿準備を推進する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Triple versus LAMA/LABA combination therapy for Japanese patients with COPD: A systematic review and meta-analysis (2022)
  • Author(s): Koarai Akira、Yamada Mitsuhiro、Ichikawa Tomohiro、Fujino Naoya、Kawayama Tomotaka、Sugiura Hisatoshi
  • Journal Title: Respiratory Investigation Volume: 60 Pages: 90-98
  • DOI: 10.1016/j.resinv.2021.04.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Increased LHX9 expression in alveolar epitherial type 2 cells of patients with chronic obstructive pulmonary disease. (2022)
  • Author(s): Okutomo K. Fujino N, Yamada M, Saito T,Ono Y,Okada Y, Ichinose M, Sugiura H
  • Journal Title: Respir Investig. Volume: 60 Pages: 119-128
  • DOI: 10.1016/j.resinv.2021.08.007.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ACO (Asthma COPD Overlap) Is Independent from COPD, a Case in Favor: A Systematic Review (2021)
  • Author(s): Fujino Naoya、Sugiura Hisatoshi
  • Journal Title: Diagnostics Volume: 11 Pages: 859-859
  • DOI: 10.3390/diagnostics11050859
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Prospective Cohort Study to Assess Obstructive Respiratory Disease Phenotypes and Endotypes in Japan: The TRAIT Study Design. (2021)
  • Author(s): Hizawa N, Fukunaga K, Sugiura H, Nakano Y, Kato M, Sugiyama Y, Hanazawa T, Kaise T, Ruth Tal-Singer, Paul W Jones, Neil Barnes, Chris Compton, Takeo Ishii T.
  • Journal Title: Int J Chron Obstruct Pulmon Dis. Volume: 16 Pages: 1813-1822
  • DOI: 10.2147/COPD.S308327. eCollection 2021. PMID: 34168442 Free PMC article.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Triple versus LAMA/LABA combination therapy for patients with COPD: A systematic review and meta-analysis (2021)
  • Author(s): Koarai Akira、Yamada Mitsuhiro、Ichikawa Tomohiro、Fujino Naoya、Kawayama Tomotaka、Sugiura Hisatoshi
  • Journal Title: Respir Res Volume: 22 Pages: 183
  • DOI: 10.1186/s12931-021-01777-x.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Upregulation of leukocyte immunoglobulin-like receptor B4 on interstitial macrophages in COPD; their possible protective role against emphysema formation. (2021)
  • Author(s): Mitsune A, Yamada M, Fujino N, Numakura T, Ichikawa T, Suzuki A, Matsumoto S, Mitsuhashi Y, Itakura K, Makiguchi T, Koarai A, Tamada T, Endo S, Takai T, Okada Y, Suzuki S, Ichinose M, Sugiura H.
  • Journal Title: Respir Res Volume: 22 Pages: 232
  • DOI: 10.1186/s12931-021-01828-3.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Corrections to: Efficacy of budesonide/glycopyrronium/formoterol metered dose inhaler in patients with COPD: post-hoc analysis from the KRONOS study excluding patients with airway reversibility and high eosinophil counts． (2021)
  • Author(s): Muro S, Sugiura H, Darken P, Dorinsky P.
  • Journal Title: Respir Res. Volume: 22 Pages: 223
  • DOI: 10.1186/s12931-021-01803-y.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficacy of budesonide/glycopyrronium/formoterol metered dose inhaler in patients with COPD: post-hoc analysis from the KRONOS study excluding patients with airway reversibility and high eosinophil counts (2021)
  • Author(s): Muro S, Sugiura H, Darken P, Dorinsky P.
  • Journal Title: Respir Res. Volume: 22 Pages: 187
  • DOI: 10.1186/s12931-021-01773-1.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The clinical features of patients with sarcoidosis and malignant diseases in Japan. (2021)
  • Author(s): Tamada T, Nara M, Murakami K, Gamo S, Aritake H, Shimizu M, Kazama I, Ichinose M, Sugiura H.
  • Journal Title: Intern Med. Volume: 60 Pages: 209-216
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.5441-20.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Longitudinal Relationship Between Growth Differentiation Factor 11 and Physical Activity in Chronic Obstructive Pulmonary Disease. (2021)
  • Author(s): Tanaka R, Koarai A, Yamada M, Fujino N, Ichikawa T, Numakura T, Onodera K, Kyogoku Y, Tamada T, Miura M, Minakata Y, Ichinose M, Sugiura H.
  • Journal Title: Int J Chron Obstruct Pulmon Dis． Volume: 16 Pages: 999-1006
  • DOI: 10.2147/COPD.S301690. eCollection 2021.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic loci for function in Japanese adults with adjustment for exhaled nitric oxide levels as airway inflammation indicator. (2021)
  • Author(s): Yamada M, Motoike I, Kojima K, Fuse N, Hozawa A, Kuriyama S, Katsuoka F, Tadaka S, Shirota M, Sakurai M, Nakamura T, Hamanaka Y, Suzuki K, Sugawara J, Ogishima S, Uruno A, Kodama E, Fujino N, Numakura T, Ichikawa T, Mitsune A, Ohe T, Kinoshita K, Ishinose M, Sugiura H, Yamamoto M
  • Journal Title: Commun Biol. Volume: 4 Pages: 1288
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02813-8.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intensity-modulated radiation therapy with concurrent chemotherapy followed by durvalumab for stage III non-small cell lung cancer: a multi-center retrospective study. (2021)
  • Author(s): Tsukita Y, Yamamoto T, Mayahara H, Hata A, Takeda Y, Nakayama H, Tanaka S, Uchida J, Usui K, Toyoda T, Tamiya M, Morimoto M, Oya Y, Kodaira T, Miyauchi E, Jingu K, Sugiura H.
  • Journal Title: Radiother Oncol. Volume: 160 Pages: 266-272
  • DOI: 10.1016/j.radonc.2021.05.016.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The Role of the Principal Cysteine Persulfide Synthase in the innate Immunity of Type 2 Airway Inflammation. (2021)
  • Author(s): Suzuki A, Numakura T, Yamada M, Sasaki Y, Tanaka R, Mitsune A, Okuyama Y, Ishii N, Akaike T, Ichinose M, Sugiura H
  • Organizer: 2021 ATS International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of 27-hydroxycholesterol in the pathogenesis of bronchial asthma. (2021)
  • Author(s): Ito T, Ichikawa T, Takita K, Yamada M, Ichinose M, Sugiura H
  • Organizer: 2021 ATS International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Siglec-1-negative alveolar Macrophages May Represent Pro-inflammatory Phenotypes And Associated with COPD Exacerbation. (2021)
  • Author(s): Saito T, Fujino N, Kyogoku Y, Okutomo K, Yamada M, Sugiura H
  • Organizer: 2021 ATS International Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of oxidative stress on the production of dsDNA-induced interferon in airway epithelial cells. (2021)
  • Author(s): Koarai A, Aizawa H, Numakura T, Ichikawa T, Fujino N, Yamada M, Sugiura H.
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of reactive persulfide species in influenza virus-induced lung inflammation (2021)
  • Author(s): Ichikawa T, Takita K, Ito T, Kyogoku Y, Numakura T, Yamada M, Akaike T, Ichinose M, Sugiura H.
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reactive sulfur species are involved in the regulation of innate immunity of type 2 airway inflammation (2021)
  • Author(s): Suzuki A,Yamada M, Numakura T, Sasaki Y, Kyogoku Y, Tanaka R, Mitsune A, Matsumoto S, Okuyama Y,Ishii N, Akaike T, Ichinose M, Sugiura H.
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Siglec-1-negative alveolar macrophages are associated with COPD exacerbation and may represent pro-inflammatory phenotypes (2021)
  • Author(s): Saito T, Fujino N, Kyogoku Y, Okutomo K, Yamada M, Sugiura H.
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of 27-hydroxycholesterol in the pathogenesis of bronchial asthma. (2021)
  • Author(s): Ito T, Ichikawa T, Takita K, Yamada M, Sugiura H.
  • Organizer: The 25th Congress of the Asian Pacific Society of Respirology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TLR3を介した酸化ストレスに対する活性硫黄分子種の抗酸化作用の検討 (2021)
  • Author(s): 市川朋宏、滝田克也、京極自彦、沼倉忠久、伊藤辰徳、山田充啓、赤池孝章、杉浦久敏
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 酸化ストレスのdsDNA刺激誘導性インターフェロン産生に与える影響検討 (2021)
  • Author(s): 小荒井晃、宍倉 裕、相澤洋之、沼倉忠久、市川朋宏、藤野直也、山田充啓、杉浦久敏
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 自然リンパ球を介した2型気道炎症における活性イオウ分子種産生酵素の役割 (2021)
  • Author(s): 鈴木 歩、沼倉忠久、山田充啓、佐々木優作、田中里江、奥山祐子、石井直人、赤池孝章、一ノ瀬正和、杉浦久敏
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] ＣＤ4+Ｔ細胞の活性化における新規活性イオウ分子種産生酵素の役割解明 (2021)
  • Author(s): 沼倉忠久、山田充啓、佐々木優作、鈴木 歩、京極自彦、田中里江、赤池孝章、石井直人、一ノ瀬正和、杉浦久敏
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 慢性閉塞性肺疾患の増悪における肺胞マクロファージのSiglic-1発現低下 (2021)
  • Author(s): 齋藤拓矢、藤野直也、京極自彦、山田充啓、杉浦久敏
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] COPD増悪頻回患者における血清細胞外小胞microRNAの発現プロファイル (2021)
  • Author(s): 山田充啓、牧口友紀、藤野直也、光根 歩、小林誠一、矢内 勝、一ノ瀬正和、杉浦久敏
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] COPD増悪病態におけるレチノイン酸経路の関与の検討 (2021)
  • Author(s): 相澤洋之、小荒井晃、宍倉 裕、沼倉忠久、藤野直也、市川朋宏、山田充啓、杉浦久敏
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] 気管支喘息の病態おける27-hydroxycholesterolの役割 (2021)
  • Author(s): 伊藤辰徳、市川朋宏、橋本裕一郎、滝田克也、一ノ瀬正和、杉浦久敏
  • Organizer: 第61回日本呼吸器学会学術講演会
• [Presentation] The role of 27-hydroxycholesterol in the pathogenesis of bronchial asthma. (2021)
  • Author(s): Ito T, Ichikawa T, Takita K, Yamada M, Ichinose M, Sugiura H.
  • Organizer: 第70回日本アレルギー学会学術大会
• [Presentation] The role of the principal cysteine persulfide synthase in the innate immunity of type 2 airway inflammation (2021)
  • Author(s): Suzuki A,Yamada M, Numakura T, Sasaki Y, Kyogoku Y, Tanaka R, Mitsune A, Okuyama Y, Ishii N, Akaike T, Ichinose M, Sugiura H
  • Organizer: 第70回日本アレルギー学会学術大会