2021 Fiscal Year Annual Research Report
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
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20H03684
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
杉浦 久敏 東北大学, 医学系研究科, 教授 (20445092)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 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 |
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| 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。
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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
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。
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| 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。
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[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.
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Journal Title
Int J Chron Obstruct Pulmon Dis.
Volume: 16
Pages: 1813-1822
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[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.
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Journal Title
Respir Res
Volume: 22
Pages: 232
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[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.
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Journal Title
Int J Chron Obstruct Pulmon Dis．
Volume: 16
Pages: 999-1006
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[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
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Journal Title
Commun Biol.
Volume: 4
Pages: 1288
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[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.
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Journal Title
Radiother Oncol.
Volume: 160
Pages: 266-272
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[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
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[Presentation] Reactive sulfur species are involved in the regulation of innate immunity of type 2 airway inflammation2021
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
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[Presentation] The role of the principal cysteine persulfide synthase in the innate immunity of type 2 airway inflammation2021
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
