腸炎モデルおよびヒト初代培養細胞を用いた菌由来活性物質の腸管保護メカニズムの解析

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26460956
• Research Institution: Asahikawa Medical College
• Principal Investigator: 藤谷 幹浩 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (80322915)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 伸展 旭川医科大学, 医学部, 助教 (30436000) ; 稲場 勇平 旭川医科大学, 医学部, 特任講師 (30447099) [Withdrawn] ; 盛一 健太郎 旭川医科大学, 医学部, 講師 (70455715)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 腸内細菌 / プロバイオティクス / 炎症性腸疾患 / ポリリン酸

Outline of Annual Research Achievements

１．ポリリン酸の腸上皮への直接作用とそのメカニズム解析：前年度までに、腸管上皮細胞にポリリン酸を投与すると炎症関連メディエーターおよびエンドサイトーシス関連分子の発現が変化すること、エンドサイトーシスを阻害するとポリリン酸の腸管保護作用が減弱すること、ポリリン酸がエンドサイトーシスにより取り込なれる過程で154個のmRNA発現が有意に変化していることが明らかにした。本年度は、この中のTNFAIP3の発現が、ポリリン酸の投与により増加することを確認した。また、ポリリン酸の取り込み機構はカベオリン依存性エンドサイトーシスであり、その抑制によりTNFAIP3の発現誘導は阻害されることも明らかにした。今後はメカニズム解析を継続するとともに、成果の公表を行う予定である。
２．ポリリン酸による腸内細菌叢の制御と腸管組織への作用解析：昨年に引き続き、正常および腸炎モデルマウスの便中や腸管内容物内の細菌DNAシークエンスについて解析を継続している。
３．初代培養腸細胞に対するポリリン酸の作用とメカニズム解析：前年度までに、マウス腸管上皮細胞から得た初代培養細胞にポリリン酸を投与しても異常な細胞増殖や細胞死の誘導は認められなかったこと、大腸癌由来SW620細胞株に対しては強い増殖抑制効果、細胞死誘導作用を発揮することを明らかにした。本年度は、ポリリン酸の抗腫瘍メカニズムとして各種シグナル伝達系の活性化について検証し、ERKシグナルの活性化が本剤の抗腫瘍作用に関係していることを明らかにした。今後はメカニズム解析を継続する予定である。また、ポリリン酸と同様の菌由来抗腫瘍分子を探索した結果、乳酸菌由来のフェリクロームに強い抗腫瘍作用があることを同定した。今後、この抗腫瘍メカニズムについても検討していく予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

以下の各検討事項について、ほぼ計画通り進展しており、本研究はおおむね順調に進展している。今後は、これまでの結果の検証と公表のため次年度も継続することとした。
１．ポリリン酸の腸上皮への直接作用とそのメカニズム解析：前年度の研究成果に加え、①ポリリン酸のエンドサイトーシスによる取り込みはカベオリン依存性であること、②ポリリン酸の腸管バリア機能増強作用にTNFAIP3の発現が関係している事、③カベオリン依存性エンドサイトーシスの抑制により、ポリリン酸のバリア増強作用、TNFAIP3の発現誘導は減弱することを明らかにした。
２．ポリリン酸による腸内細菌叢の制御と腸管組織への作用解析：昨年に引き続き解析を継続している。
３．初代培養腸細胞に対するCSF およびポリリン酸の作用とメカニズム解析：これまでに、マウス腸管上皮細胞から得た初代培養細胞にポリリン酸を投与した際、異常な細胞増殖や細胞死の誘導は認められないこと、大腸癌由来SW620細胞株に対しては強い増殖抑制効果、細胞死誘導作用を発揮すること、抗腫瘍メカニズムとしてERKシグナルの活性化が関係していることを明らかにした。また、ポリリン酸と同様に抗腫瘍効果を持つ菌由来物質の探索を行い、乳酸菌由来のフェリクロームに強い抗腫瘍作用があることを同定した。

Strategy for Future Research Activity

１．ポリリン酸の腸上皮への直接作用とそのメカニズム解析：本年度までの研究成果から、ポリリン酸には腸管上皮に対する腸管保護作用や抗炎症作用があり、作用メカニズムとしてカベオリン依存性エンドサイトーシスによるポリリン酸の取り込みが起点となっていることを証明した。今後は、ポリリン酸によって誘導される分子の詳細な解析により下流のシグナルの解析を進め、論文での成果報告や国内外での学会発表を通じては、本研究成果の公表に努めていく。
２．ポリリン酸による腸内細菌叢の制御と腸管組織への作用解析：正常および腸炎モデルマウスの便中や腸管内容物内の細菌DNAシークエンスについて解析を継続する。
３．初代培養腸細胞に対するポリリン酸の作用とメカニズム解析：ポリリン酸は大腸癌細胞に対して強い増殖抑制効果、細胞死誘導作用を発揮する反面、マウス正常腸管上皮の初代培養細胞に有害な事象は引き起こさないことを明らかにした。さらに、ポリリン酸の抗腫瘍効果に関連する分子の網羅的な解析の結果、ERKシグナルの活性化が抗腫瘍作用に関与していることを明らかにした。また、ポリリン酸と同様に抗腫瘍効果を持つ菌由来物質の探索を行い、乳酸菌由来のフェリクロームに強い抗腫瘍作用があることを同定した。今後、このフェリクロームの抗腫瘍メカニズムについても検討していく。

Causes of Carryover

当初想定していた成果に加え、乳酸菌由来の抗腫瘍物質フェリクロームの同定に成功した。この成果について、学会および論文での公表を予定している。追加実験および公表準備中であり、その費用として次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

上記の理由により、in vitroおよびin vivoの追加実験費用および成果公表費用として使用する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Endoscopic submucosal dissection for depressed-type early adenocarcinoma of the terminal ileum. (2017)
  • Author(s): Takahashi K, Ito T, Sato T, Goto M, Kawamoto T, Fujinaga A, Yanagawa N, Saito Y, Sato K, Fujiya M.
  • Journal Title: Internal Medicine Volume: 56 Pages: 1153-1156
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.56.8101.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ferrichrome identified from Lactobacillus casei ATCC334 induces apoptosis through its iron binding site in gastric cancer cells. (2017)
  • Author(s): Ijiri M, Fujiya M, Konishi H, Tanaka H, Ueno N, Kashima S, Moriichi K, Sasajima J, Ikuta K, Okumura T.
  • Journal Title: Tumor Biology Volume: 39 Pages: 101042831771131
  • DOI: 10.1177/1010428317711311
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Daikenchuto (TU-100) Suppresses Tumor Development in the Azoxymethane and APCmin/+ Mouse Models of Experimental Colon Cancer. (2017)
  • Author(s): Hasebe T, Matsukawa J, Ringus D, Miyoshi J, Hart J, Kaneko A, Yamamoto M, Kono T, Fujiya M, Kohgo Y,Wang C, Yuan C, Bissonnette M, Musch MW, Chang EB.
  • Journal Title: Phytotherapy Research Volume: 31 Pages: 90-99
  • DOI: 10.1002/ptr.5735.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Kono-S anastomosis for surgical prophylaxis of anastomotic recurrence in Crohn’s disease: an international multicenter study. (2016)
  • Author(s): Kono T, Fichera A, Maeda K, Sakai Y, Ohge H, Krane M, Katsuno H, Fujiya M.
  • Journal Title: J Gastrointest Surg Volume: 20 Pages: 783-90
  • DOI: 10.1007/s11605-015-3061-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Management of colorectal T1 carcinoma treated by endoscopic resection (EAST). (2016)
  • Author(s): Saitoh Y, Inaba Y, Sasaki T, Sugiyama R, Sukegawa R, Fujiya M.
  • Journal Title: Digestive Endoscopy Volume: 28 Pages: 324-9
  • DOI: 10.1111/den.12503.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A meta-analysis of efficacy and adverse events of cold vs. hot polypectomy. (2016)
  • Author(s): Fujiya M, Sato H, Ueno N, Sakatani A, Tanaka K, Dokoshi T, Fujibayashi S, Nomura Y, Kashima S, Gotoh T, Sasajima J, Moriichi K, Watari J, Kohgo Y.
  • Journal Title: World Journal of Gastroenterology Volume: 21 Pages: 5436-44
  • DOI: 10.3748/wjg.v22.i23.5436.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Infection with fully mature Corynosoma cf. validum causes ulcers in the human small intestine. (2016)
  • Author(s): Takahashi K, Ito T, Sato T, Goto M, Kawamoto T, Fujinaga A, Yanagawa N, Saito Y, Nakao M, Hasegawa H, Fujiya M.
  • Journal Title: Clin J Gastroenterol Volume: 9 Pages: 114-7
  • DOI: 10.1007/s12328-016-0646-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The efficacy of autofluorescence imaging in the diagnosis of colorectal diseases. (2016)
  • Author(s): Moriichi K, Fujiya M, Okumura T.
  • Journal Title: Clin J Gastroenterol Volume: 9 Pages: 175-83
  • DOI: 10.1007/s12328-016-0658-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Probiotic-derived ferrichrome inhibits colon cancer progression via JNK mediated apoptosis. (2016)
  • Author(s): Konishi H, Fujiya M, Tanaka H, Ueno N, Moriichi K, Sasajima J, Ikuta K, Akutsu H, Tanabe H, Kohgo Y.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: 12365
  • DOI: 10.1038/ncomms12365
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Soluble bioactive microbial mediators regulate proteasomal degradation and autophagy to protect against inflammation-induced stress. (2016)
  • Author(s): Inaba Y, Ueno N, Numata M, Zhu X, Messer JS, Boone DL, Fujiya M, Kohgo Y, Musch MW, Chang EB.
  • Journal Title: Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol Volume: 311 Pages: G634-G647
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00092.2016
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 上部消化管内視鏡を用いたクローン病診断における「竹の節状外観」の臨床的意義 (2016)
  • Author(s): 田邊裕貴, 横田欽一, 野村好紀, 安藤勝祥, 坂谷慧, 田中一之, 堂腰達矢, 嘉島伸, 上野伸展, 稲場勇平, 伊藤貴博, 須藤大輔, 太田勝久, 一石英一郎, 佐藤貴一, 大竹孝明, 高後裕, 盛一健太郎, 藤谷幹浩．
  • Journal Title: 日本消化器病学会雑誌 Volume: 113 Pages: 1208-1215
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シンポジウム1常在細菌叢・粘膜免疫「乳酸菌由来ポリリン酸を用いた新規炎症性腸疾患治療薬の臨床応用へ向けた開発研究開発」 (2016)
  • Author(s): 藤谷幹浩
  • Organizer: 第44回日本臨床免疫学会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-09-08
  • Invited
• [Presentation] 『内科疾患アップデート～2016年』ミニレクチャー 炎症性腸疾患診療；最近の話題 (2016)
  • Author(s): 藤谷幹浩
  • Organizer: 日本内科学会北海道支部教育セミナー
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2016-07-23
  • Invited
• [Presentation] Evaluation of the disease activity in UC by white light and autofluorescence imaging. (2016)
  • Author(s): Ijiri M, Fujiya M, Iwama T, Sakatani A, Ueno N, Okumura T.
  • Organizer: The 4th Annual Meeting of Asian Organization for Crohn’s & Colitis
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2016-07-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The pre-operative use of infliximab prevents the shortening of the small intestine in patients with Crohn’s disease. (2016)
  • Author(s): Sakatani A, Fujiya M, Iwama T, Ijiri M, Ueno N, Okumura T.
  • Organizer: The 4th Annual Meeting of Asian Organization for Crohn’s & Colitis
  • Place of Presentation: Kyoto
  • Year and Date: 2016-07-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PD.1 Translational medicineへの展開を目指した腸疾患研究「菌由来の活性物質であるポリリン酸を用いた新規炎症性腸疾患治療薬の開発」 (2016)
  • Author(s): 上野伸展、藤谷幹浩．
  • Organizer: 第102回日本消化器病学会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-07-07
• [Presentation] Evaluation of disease activity in patients with UC by white light, magnifying and autofluorescence imaging. (2016)
  • Author(s): Moriichi K, Fujiya M, Iwama T, Sato H, Utsumi T, Ijiri M, Tanaka K, Sakatani A, Fujibayashi S, Nomura Y, Ueno N, Kashima S, Goto T, Sasajima J.
  • Organizer: DDW 2016 (ASGE)
  • Place of Presentation: San Diego
  • Year and Date: 2016-05-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Safety, Tolerability and Efficacy of E6011, Anti-Human Fractalkine Monoclonal Antibody, in the First-in-Patient Study for Crohn’s Disease. (2016)
  • Author(s): Matsuoka K, Naganuma M, Matsui T, Arai M, Tanida S, Kitamura K, Horiki N, Fujiya M, Iimuro M, Mitsuyama K, Saruta M, Matsumoto T, Nebiki H, Esaki M, Kinjo F, Oketani K, Hojo S, Akama H, Imai T, Tsubouchi H, Hibi T, Kanai T.
  • Organizer: DDW 2016 (AGA)
  • Place of Presentation: San Diego
  • Year and Date: 2016-05-21
  • Int'l Joint Research
• [Book] 消化器研修ノート (2016)
  • Author(s): 藤谷幹浩
  • Total Pages: 708
  • Publisher: 診断と治療社
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特許 (2017)
  • Inventor(s): 藤谷幹浩、小西弘晃、盛一健太郎
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人旭川医科大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: PCT/JP2017/1803
  • Filing Date: 2017-01-19
  • Overseas