Analysis of mechanism for dietary emulsifying agents caused intestinal inflammatory

• Project/Area Number: 19K05875
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38050:Food sciences-related
• Research Institution: National Defense Medical College
• Principal Investigator: 栗原 千枝 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 内科学, 助教 (90532515)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 穂苅 量太 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 内科学, 教授 (90255464)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 乳化剤 / 腸内細菌叢 / 腸管炎症 / 腸内細菌 / 炎症性腸疾患

Outline of Research at the Start

炎症性腸疾患 (IBD) は原因不明の難治性疾患であるが、病因の一つとして食べ物や腸内細菌などの環境的要因による消化管免疫バランスの破綻が想定されている。近年、加工食品用添加物の一つである乳化剤が、動物モデルの腸内細菌叢を変化させ、腸炎を引き起こすことが報告された。本研究では、乳化剤がどのような機序で腸内環境バランスを破壊し腸炎を誘発するのかを解明し、IBDの予防や治療に結びつけることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、加工食品用添加物の一つである乳化剤がどのような機序で腸内環境バランスを破壊し腸炎を誘発するのかを解明し、炎症性腸疾患の予防や治療に結びつけることが目的である。昨年度までの解析で、小腸炎モデルマウスにおいて、乳化剤polysorbate 80（以下P80）投与による腸内細菌叢の多様性の変化が腸炎を起こしやすい環境形成の一因であることを示す結果を得た。2022年度は、より安全な乳化剤の探索を目的とし、P80の他に親水性親油性バランス（HLB）が異なる乳化剤（P20、P65、DATEM）を用いて、腸内細菌叢の変化および腸管バリア機能低下における各乳化剤の影響について解析をおこなった。
(1) 各種乳化剤による腸内細菌叢の変化：各乳化剤投与マウスの腸内細菌叢の変化を調べるために、盲腸内容物を採取し16S rRNA配列を解析した。乳化剤の種類ごとにクラスターが形成された。また各種乳化剤を投与したマウスでは個体間の腸内細菌叢のばらつきがコントロール群に比べ大きかった。
(2) 各種乳化剤が腸管バリア機能におよぼす影響：腸管粘膜バリアの障害を検出するため、各乳化剤投与マウスに対しFITCデキストランを経口投与後、血中へ移行したFITC濃度を測定し腸管透過性を評価した。全ての乳化剤で腸管透過性が亢進する傾向が見られ、乳化剤のHLB値が小さいほど透過性が高かった。HLB値が最も小さいDATEM投与マウスではコントロール群に比べ透過性が有意に亢進した。これらの結果から、乳化剤の種類によって腸管粘膜バリア損傷の程度が異なると考えられた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

前年度に計画していたP80以外の乳化剤による腸内環境の変化、および腸管透過性亢進の有無について解析し、P80以外の乳化剤投与マウスにおいても腸内細菌叢の多様性が変化すること、腸管透過性が亢進することを明らかにした。また、腸管粘膜バリア損傷の程度には乳化剤のHLB値が関与することを示唆する結果を得た。一方、当初の計画では前年度に炎症性腸疾患症例の検討を予定していたが、検体の収集が遅れて本年度も実施できなかったので、研究の進捗は遅れている。

Strategy for Future Research Activity

これまでの解析で、乳化剤による硫化水素産生菌P. mirabilisの増加が確認され、腸内細菌の多様性の変化が腸炎を起こしやすい環境形成の一因であることを示す結果を得た。来年度は、臨床検体の収集を進め、炎症性腸疾患症例における解析を進める。

Research Products

• [Journal Article] リンパ球マイグレーションを変化させる管腔内因子 (2022)
  • Author(s): 東山正明, 澁谷尚希, 塙芳典, 古橋廣崇, 栗原千枝, 穂苅量太
  • Journal Title: リンパ学 Volume: 45(2) Pages: 100-103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acesulfame potassium induces dysbiosis and intestinal injury with enhanced lymphocyte migration to intestinal mucosa (2021)
  • Author(s): Hanawa Yoshinori、Higashiyama Masaaki、Kurihara Chie、Tanemoto Rina、Ito Suguru、Mizoguchi Akinori、Nishii Shin、Wada Akinori、Inaba Kenichi、Sugihara Nao、Horiuchi Kazuki、Okada Yoshikiyo、Narimatsu Kazuyuki、Komoto Shunsuke、Tomita Kengo、Hokari Ryota
  • Journal Title: Journal of Gastroenterology and Hepatology Volume: 36 Issue: 11 Pages: 3140-3148
  • DOI: 10.1111/jgh.15654
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intestinal inflammations increase efflux of innate lymphoid cells from the intestinal mucosa to the mesenteric lymph nodes through lymph-collecting ducts (2021)
  • Author(s): Kazuki Horiuchi, Masaaki Higashiyama, Chie Kurihara, Kouji Matsumura, Rina Tanemoto, Suguru Ito, Akinori Mizoguchi, Shin Nishii, Akinori Wada, Kenichi Inaba, Nao Sugihara, Yoshinori Hanawa, Kengo Tomita, Ryota Hokari
  • Journal Title: Microcirculation Volume: - Issue: 5
  • DOI: 10.1111/micc.12694
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protective Effect of Luminal Uric acid Against Indomethacin-induced Enteropathy: Role of Antioxidant Effect and Gut Microbiota (2021)
  • Author(s): Wada A; Higashiyama M.; Kurihara C.; Ito S.; Tanemoto R.; Mizoguchi A.; Nishii S.;Inaba K.; Sugihara N.; Hanawa .Y; Horiuchi K.; Shibuya N.; Akiyama M.; Okada Y.; Watanabe C.; Komoto S.; Tomita K.; Takei F.; Hokari R.
  • Journal Title: Digestive Diseases and Sciences. Volume: in press Issue: 1 Pages: 121-133
  • DOI: 10.1007/s10620-021-06848-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dietary emulsifier polysorbate‐80‐induced small‐intestinal vulnerability to indomethacin‐induced lesions via dysbiosis (2019)
  • Author(s): Furuhashi Hirotaka、Higashiyama Masaaki、Okada Yoshikiyo、Kurihara Chie、Wada Akinori、Horiuchi Kazuki、Hanawa Yoshinori、Mizoguchi Akinori、Nishii Shin、Inaba Kenichi、Sugihara Nao、Watanabe Chikako、Komoto Shunsuke、Tomita Kengo、Miura Soichiro、Hokari Ryota
  • Journal Title: Journal of Gastroenterology and Hepatology Volume: 35 Issue: 1 Pages: 110-117
  • DOI: 10.1111/jgh.14808
  • Peer Reviewed
• [Presentation] THERAPEUTIC EFFICACY OF GRANULOCYTE AND MONOCYTE ADSORPTIVE APHERESIS IS CORRELATED WITH COLONIC MUCOSAL EXPRESSION OF TIGHT JUNCTION MOLECULES IN ULCERATIVE COLITIS (2021)
  • Author(s): Chie Kurihara, Toshihide Ohmori, Kenichi Inaba, Nao Sugihara, Yoshinori Hanawa, Kazuki Horiuch, Akinori Wada, Shin Nishii, Akinori Mizoguchi, Suguru Ito, Rina Tanemoto, Akira Tomioka, Yoshikiyo Okada, Akita Yoshihiro, Narimatsu Kazuyuk, Higashiyama Masaaki, Shunsuke Komoto, Kengo Tomita, Ryota Hokar
  • Organizer: Digestive Disease Week 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 食品添加物として用いられる微量の乳化剤が腸粘膜バリアに与える影響について (2021)
  • Author(s): 穂苅量太
  • Organizer: 第48回日本潰瘍学会
• [Presentation] Analysis of dietary emulsifier leading to change diversity of the gut microbiota and increased intestinal permeability (2020)
  • Author(s): Chie Kurihara, Akinori Wada, Hirotaka Furuhashi, Masaaki Higashiyama, Ryota Hokari
  • Organizer: The 8th Annual Meeting of Asian Organization for Crohn's and Colitis (AOCC2020)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DEOXYCHOLIC ACID ENHANCES INTESTINAL LYMPHOCYTE MIGRATION TO VASCULAR ENDOTHELIUM BY DIRECT INCREASE IN EXPRESSIONS OF ICAM-I AND VCAM-1 THROUGH SPHINGOSINE-1-PHOSPHATE RECEPTOR 2 (2020)
  • Author(s): Naoki Shibuya, Masaaki Higashiyama, Shin Nishii, Akinori Mizoguchi, Chie Kurihara, Ryota Hokari
  • Organizer: Digestive Disease Week 2020,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficacy of Granulocyte and Monocyte Adsorptive Apheresis Treatment is Correlated with Colonic Mucosal Expression of Th17-asociated Cytokines in Ulcerative Colitis (2020)
  • Author(s): Chie Kurihara, Toshihide Ohmor, iKenichi Inaba, Nao Sugihara, Yoshinori Hanawa, Kazuki Horiuchi, Ryota Hokari
  • Organizer: Digestive Disease Week 2020,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 乳化剤が腸管自然リンパ球に及ぼす影響の検討 (2019)
  • Author(s): 堀内和樹、東山正明、西井慎、溝口明範、因幡健一、杉原奈央、塙芳典、和田晃典、古橋廣崇、澁谷尚希、栗原千枝、岡田義清、渡辺知佳子、高本俊介、冨田謙吾、穂苅量太
  • Organizer: 第43回日本リンパ学会総会
• [Presentation] DISTINCTIVE SUBPOPULATION OF INNATE LYMPHOID CELLS EFFLUXED FROM INTESTINAL MUCOSA BY DIFFERENT INTESTINAL INFLAMMATIONS (2019)
  • Author(s): Kazuki Horiuchi, Masaaki Higashiyama, Koji Matsumura, Hiroshi Ohno, Shin Nishii, Akinori Mizoguchi, Kenichi Inaba, Nao Sugihara, Yoshinori Hanawa, Akinori Wada, Hirotaka Furuhashi, Naoki Shibuya, Chie Kurihara, Yoshikiyo Okada, Hideaki Hozumi, Chikako Watanabe, Shunsuke Komoto, Kengo Tomita, Ryota Hokari
  • Organizer: Digestive Disease Week 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Higher TNFα and MIP-1β expression in pretreatment colonic mucosa have potential to predict of achieving mucosal healing by GMA therapy in ulcerative colitis patients (2019)
  • Author(s): Chie Kurihara, Toshihide Ohmori, Hirotaka Furuhashi, IKenichi naba ,Nao Sugihara, Yoshinori Hanawa, Kazuki Horiuchi, Akinori Wada, Shin Nishii, Akinori Mizoguchi, Yoshikiyo Okada, Naoki Shibuya, Hideaki Hozumi, Masaaki Higashiyama, Chikako Watanabe, Shunsuke Komoto, Kengo Tomita ,Ryota Hokari
  • Organizer: Digestive Disease Week 2019
  • Int'l Joint Research