Crosstalk between interstitial cells of Cajal and gut microbiota

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K15001
• Research Institution: Azabu University
• Principal Investigator: 梶 典幸 麻布大学, 獣医学部, 助教 (20779318)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: カハール介在細胞 / 腸内細菌 / 消化管運動 / セロトニン

Outline of Annual Research Achievements

本研究は腸内細菌と消化管運動ペースメーカー細胞（ICC）のクロストークを明らかにすることを目的としている。
初年度は2種類の腸内細菌除去マウスを用いて、ICCの組織学的変化を解析した。その結果、抗生物質を4週間投与したマウスにおいて、小腸遠位部のICCネットワーク量が有意に低下していた。無菌動物においても同様にICCネットワーク量も減少していた。これらの結果から腸内細菌がICCネットワーク量の恒常性維持に関わる可能性が示唆された。一方、神経やマクロファージに対する影響はほとんど認められなかった。
上記で明らかとなった腸内細菌によるICCネットワーク維持の分子機構を解明するために、腸内細菌が産生する短鎖脂肪酸に着目した。しかし、抗生物質投与マウスに対する短鎖脂肪酸の補充はICCネットワーク量の減少を抑制しなかった。次に、セロトニンに着目して同様の実験を行った。その結果、抗生物質投与マウスに対するセロトニンの補充はICCネットワーク量の減少を有意に抑制した。以上の結果から、腸内細菌はセロトニンの産生や分泌を促進することで、ICCネットワーク量の恒常性を維持している可能性が示唆された。
健常なマウスと抗生物質投与マウスの筋層における遺伝子発現量の網羅解析を実施した。その結果、ICCの分化に関わるIgf1やSCF、平滑筋細胞マーカー遺伝子の発現に変動が認められた。これらの結果から、ICC・平滑筋共通前駆細胞の分化・増殖に異常が生じている可能性が示唆された。
以上の検討より、腸内細菌はセロトニンを介してICCネットワークの恒常性維持に重要な役割を担っていることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度の目的であった腸内細菌のICCに及ぼす影響およびその機序の一端を明らかにすることができたため。

Strategy for Future Research Activity

腸内細菌由来セロトニンによるICCネットワーク量維持機構のシグナル経路として、5-HT2B受容体に着目して検討を行う。また、腸内細菌の除去がICCや平滑筋へ分化に及ぼす影響を明らかにする。さらに、組織学的解析に加えて機能学的解析として腸内細菌の除去が消化管運動やペースメーカー電位の発生に及ぼす影響を明らかにする。また、ICCが腸内細菌に及ぼす影響を明らかにするため、ICC欠損マウスを用いて、腸再細菌数や細菌叢の構成の変化を検討する。

Causes of Carryover

無菌動物を飼育するための設備購入を検討していたが、抗生物質投与マウスと無菌マウスで同様の表現型が観察され、まずは設備を必要としない抗生物質投与マウスの解析から始めたため。また、ICCネットワーク維持に働く腸内細菌由来因子の同定が予想よりも早く終了し、実験にかかる消耗品の支出を抑えることができたため。