2020 Fiscal Year Research-status Report
Pathological analysys and new therapeutic development for inflammatory bowel diseaseon on the molecular basis of fluctuant activity of zinc-requiring enzyme
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20K07056
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| Research Institution | Kyoto Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
安井 裕之 京都薬科大学, 薬学部, 教授 (20278443)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 加齢による炎症応答変動 / 亜鉛不足による代謝変動 / 亜鉛要求酵素 / 亜鉛輸送機構 / 腸アルカリホスファターゼ / メタロミクス / バイオメタルマーカー / メタロバランス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請では、わが国における難治性疾患の1つであり、病因確定が未完であると共に、効果の高い治療法が確立されていない炎症性腸疾患（IBD）を取り上げた。IBDにはクローン病と潰瘍性大腸炎が存在するが、ヒトにおける病態を実験モデル動物で模倣できる側面から、今回は潰瘍性大腸炎について調査することとした。
加えて、加齢と共に変化する代謝機能が潰瘍性大腸炎の発症に大きく関与しているのではないか、との新たな仮説を立てた。それを実証するための標的分子として、小腸から大腸まで消化管の広範囲に発現する亜鉛要求酵素であるintestinal alkaline phosphatase（IAP）に着目した。仮に、加齢と共に腸内亜鉛レベルが低下しIAP活性も低下するならば、上皮細胞の新陳代謝が速く、腸内細菌が共存する消化管組織では細胞外に漏出したATPや細菌由来のLPSがIAPによる分解反応を回避して腸管腔内を移動し、大腸部位に集積することが想定される。ATPやLPSは細胞外から受容体を介して作用する炎症惹起物質であり、大腸管腔内に蓄積すれば大腸上皮細胞に炎症が発生することになるはずである。
そこで、上記の過程を設定する実験デザインとして、複数の異なる週令のマウスを用いて実験を行った。最近の文献から、マウスとヒトの生涯の比較研究がなされており、マウスがいつ頃に「老齢」となるのかが評価されている。それによると、4-26週令が若年層（20-30歳）、40-60週令が中年層（38-47歳）、78-104週令が老年層（56-69歳）に対応すると示されている。したがって、9、40および72週令のC57black/6Jマウスを購入し、1週間の馴化後に2%のDSSを含む飲料水を1週間自由摂取させることにより潰瘍性大腸炎の実験モデル動物を作成した。この実験系を用いて、疾患の病態解析およびメタロミクス解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
結果の概略を以下に記す。
無処置群と比較してDSS処置群で統計的な有意差が観測された項目を示す。体重減少（9, 72週令）。DAIスコア増加（9, 72週令で顕著、40週令で軽微）。大腸長の短縮（9, 72週令で顕著、40週令は不変）。大腸上皮組織染色の炎症評価（9週令で顕著、40週令で軽微、72週令は不変で元来から炎症が相当度みられる）。大腸IAP活性の上昇（9, 40週令で軽微、72週令で顕著、また無処置群では9-40週令で同レベルだが72週令で低下）。血漿中ALP活性の低下（9, 40週令で顕著、72週令で軽微、また無処置群では9週令から40-72週令で低下）。腸中亜鉛濃度の増加（小腸上下部では72週令で軽微、大腸では未変化）。血漿中亜鉛濃度の低下（9, 40週令で明確、72週令で顕著、また無処置群では9週令から40-72週令で低下）。大腸中マンガン濃度の低下（9, 40, 72週令で明確）。大腸中銅濃度の低下（9, 40, 72週令で明確、また無処置群でも9→40→72週令で順次低下）。血漿中マンガン濃度の低下（9週令から40-72週令で軽微、また無処置群でも同様）。血漿中銅濃度の上昇（9, 40, 72週令で明確、また無処置群でも9週令から40-72週令で明確）。
結果を要約すると、DSS処置により惹起される潰瘍性大腸炎は9および72週令で顕著に発症する一方で、40週令では発症しても軽微か、もしくは発症しなかった。これは、DSSによる消化管粘膜損傷後の腸内細菌侵入、その後の白血球細胞による炎症応答反応が、加齢により変化することを示唆している。また、申請者が想定していた通りに、そもそも加齢に伴う血漿中亜鉛、マンガン、銅濃度の変化、血漿中および大腸中の亜鉛要求酵素の活性変化が観測され、加えて潰瘍性大腸炎の発症によりそれぞれのパラメーターに変動が見られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
メタロミクス解析の結果からは、当初に予想していた血中や組織中の亜鉛濃度のみならず、マンガンや銅も、加齢や病態の発症に伴って顕著に変動していることが初めて明らかとなった。マンガンイオンは、亜鉛トランスポーターであるZip8やZip14を介して組織中に取り込まれるため、亜鉛イオンの組織内輸送と競合する可能性がある。また、銅イオンは細胞質の亜鉛結合タンパク質であるメタロチオネインに結合するため、、亜鉛イオンの組織内貯留と競合する可能性がある。
潰瘍性大腸炎の発症により、各週令のマウスで、小腸上下部で亜鉛濃度の上昇し（大腸部では不変であるが）、大腸中のマンガン濃度と銅濃度が明確に低下している事実は、管腔内もしくは循環血液中から大腸組織へのマンガン輸送および銅輸送を抑制することで、より積極的かつ選択的に亜鉛を取り込んで組織内に蓄積しようとする防御作用の存在が推測される。これを支持する様に、病態の発症により血漿中の亜鉛濃度は顕著に低下し、一方で血漿中の銅濃度は顕著に上昇している。
これらの事実を踏まえ、次年度からはバイオメタルと白血球細胞とのクロストークからさらに詳細な病態解析を実施すると共に、メタロバランスの恒常性正常化を治療概念とした医薬品開発を志向して亜鉛錯体製剤の開発に着手する。既に、経口投与後の大腸送達特性を付与した高分子配位子による亜鉛錯体として、分子量40万のポリγグルタミン酸-亜鉛錯体の合成と単離に成功している。経口治療薬候補として、本亜鉛錯体による治療効果実験を各週令のマウスで実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
10000円以下の少額の金額のみが残予算として合理的に消費できなかったため、次年度への繰り越し金とした。次年度の消耗品用物品費として使用する。
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