The Role of Metabolic Reprogramming-Induced Cell Differentiation in the Development of Pulmonary Fibrosis

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K08560
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 松野 洋輔 筑波大学, 医学医療系, 講師 (30633177)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石井 幸雄 筑波大学, 医学医療系, 教授 (80272194)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 肺線維症 / ミトコンドリア / ミトマウス / 代謝リプログラミング / 乳酸

Outline of Annual Research Achievements

野生型マウスと、ミトコンドリアゲノムの変異によりミトコンドリア 機能障害を有するミトマウスに対して、ブレオマイシンを投与して肺線維症モデルを作成した。まず予備実験にて病態の解析に適切なブレオマイシンの投与の方法と量を決定した。従来広く用いられているブレオマイシンの気管内への1回投与では病態の個体差が大きくなってしまうことから、ブレオマイシンは6回に分け口腔咽頭より投与する方法を採用し、初回投与から14日後の肺を用いて解析を行った。
野生型マウスとミトマウスの間で肺の線維化病態の比較検討を行った。組織学的な評価にてミトマウスでは野生型マウスに比し線維化が増強しており、線維化の指標であるAshcroft scoreはミトマウスが有意に高値であった。また肺のヒドロキシプロリン定量についてもミトマウスの方が有意に高値であった。以上よりミトマウスでは肺の線維化が増悪することが明らかとなった。
ブレオマイシン投与による肺の炎症病態を評価するため、肺組織における炎症性サイトカインやケモカインのmRNA発現を解析したところ、ブレオマイシン投与によりTNF-α、IL-1β、IL-6、MIP-2などの発現が増加したが、野生型マウスとミトマウスの間で発現に差は認められなかった。
ブレオマイシン投与肺における代謝リプログラミング の評価のため、肺での乳酸産生を解析した。ブレオマイシン投与により乳酸の産生が増加していたが、予想した通り、ミトマウスにおいてより顕著に増加していた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

マウスの繁殖状況など考慮し、まずin vivoの実験を進めることとしたが、ブレオマイシンの投与方法や量の決定に予想より長い時間を要した。しかしその後の病態の解析は順調に進み、また結果も予想に合ったものが得られており、ほぼ計画通りに進んでいると判断される。

Strategy for Future Research Activity

in vivoのモデルについて、特に代謝リプログラミング と細胞の分化異常に注目して病態を解析し、ミトコンドリアが肺線維症において担う役割を明らかにする。低酸素環境での肺の線維化病態を解析し、ミトコンドリア 機能異常に低酸素が及ぼす影響を明らかにする。
マウスより単離した肺胞マクロファージ 、肺胞上皮細胞、肺の線維芽細胞を用い、細胞の代謝と、線維化に寄与する分化異常において、ミトコンドリア が果たす役割を明らかにする。
ミトコンドリア機能改善を目的とした薬剤が、肺の細胞の代謝と分化、肺の線維化に及ぼす影響を明らかにする。