生体イメージングによる免疫細胞4次元動態解析を利用した腸管内微小環境の統合的理解

• Project/Area Number: 20H03665
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53010:Gastroenterology-related
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 筋野 智久 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (40464862)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2020: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 炎症性腸疾患 / 制御性T細胞

Outline of Research at the Start

正常腸管では炎症を誘発する細胞集団と炎症を押さえ込み、免疫応答を負に制御する細胞集団が存在しており、そのバランスで恒常性が維持されている。制御性T細胞(regulatory T cells; Tregs)は消化管における免疫制御の中心を担う細胞として知られており、その欠損や機能不全は炎症性腸疾患などの発症につながる。Tregsの存在は以前から重要視されているが、実際に腸管の中でいかに作用しているかについては不明な点が多い、新しい技術を利用して１つ１つの細胞が消化管の中でどのような局在を示し、局在規定因子を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

消化管は栄養素の代謝・吸収を行う臓器であるとともに、病原細菌など外来抗原の侵襲に対しする防御免疫誘導の場であり、感染防御の第一線を担っている。一方で、腸内細菌叢や食物抗原などの常在抗原に対する過剰な免疫反応は、炎症性腸疾患や食物アレルギーなどの自己免疫様疾患を引き起こす。その為、正常腸管では免疫応答を負に制御する細胞集団が存在しており、常在抗原に対する寛容を誘導している。制御性T細胞(regulatory T cells; Tregs)は消化管における免疫制御の中心を担う細胞として知られており、その欠損や機能不全は炎症性腸疾患などの発症につながる。Tregはco-inhibitory moleculeであるCTLA4などを介した直接的な相互作用や、抑制性のサイトカインIL-10, IL-35の分泌を介して、炎症性免疫細胞の活性を負に制御している。これまでの研究で、Tregによる免疫制御機構やTregの分化・機能維持に重要な分子の同定などは次第に明らかになってきた。一方で、Tregの消化管内での局在や動態については長年不明であった。申請者は2光子顕微鏡を使用することで、腸管粘膜内でTregの局在、動態を解析し、世界に先駆けて報告した（Sujino T. Science 2016）。近年、単一細胞レベルでの免疫細胞の機能解析技術の飛躍的な進歩により、消化管内での多様な細胞の機能的相互作用が解析可能になり、これまで報告されていなかった免疫細胞集団の同定や細胞同士のネットワークが可視化される様になった。本研究では、申請者が確立した2光子顕微鏡を用いた生体内における細胞動態解析技術と単一細胞機能解析技術を組み合わせ、消化管局所におけるTregの機能・局在・動態解析を単一細胞レベルで解析することを目的とする。

Current Status of Research Progress

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

Reason

マウスモデルにおいてTregの細胞が、腸管の局在ごとに異なる細胞集団であることを見出した。さらにヒト炎症性腸疾患患者における腸管３D構造を構築して局在変化があることを確認した。

Strategy for Future Research Activity

局在ごとにおける特徴的なTregの遺伝子群のコンディショナルKOマウスを作成し、腸管内におけるTregの局在動態変化を１細胞レベルで検討する。さらに炎症性腸疾患患者における腸管内Treg4次元構築をさらに進める。

Research Products

• [Journal Article] Various Endoscopic Features in Monomorphic Epitheliotropic Intestinal T-Cell Lymphoma (2021)
  • Author(s): Aoki Yasuhiro、Sujino Tomohisa、Takabayashi Kaoru、Mutakuchi Makoto、Emoto Katsura、Hosoe Naoki、Ogata Haruhiko、Kanai Takanori
  • Journal Title: Case Reports in Gastroenterology Volume: 1 Pages: 312-322
  • DOI: 10.1159/000513902
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Significance of endoscopic deep small bowel evaluation using balloon-assisted enteroscopy for Crohn’s disease in clinical remission (2021)
  • Author(s): Takabayashi Kaoru、Hosoe Naoki、Kato Motohiko、Hayashi Yukie、Nanki Kosaku、Fukuhara Kayoko、Mikami Yohei、Mizuno Shinta、Sujino Tomohisa、Mutaguchi Makoto、Naganuma Makoto、Yahagi Naohisa、Ogata Haruhiko、Kanai Takanori
  • Journal Title: J Gastroenterol Volume: 56 Pages: 25-33
  • DOI: 10.1007/s00535-020-01737-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Significance of endoscopic deep small bowel evaluation using balloon-assisted enteroscopy for Crohn's disease in clinical remission (2021)
  • Author(s): Takabayashi K, Hosoe N, Kato M, Hayashi Y, Nanki K, Fukuhara K, Mikami Y, Mizuno S, Sujino T, Mutaguchi M, Naganuma M, Yahagi N, Ogata H, Kanai T.
  • Journal Title: Clinical Journal of Gastroenterology Volume: 56(1) Pages: 152-158
  • DOI: 10.1007/s12328-020-01261-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characteristics of the Mucosal Surface on Scanning Electron Microscopy in Patients with Remitting Ulcerative Colitis (2021)
  • Author(s): Nomura E, Sujino T, Hosoe N, Yoshimatsu Y, Tanemoto S, Takabayashi K, Mutaguchi M, Shimoda M, Naganuma M, Ogata H, Kanai T.
  • Journal Title: Dig Dis Sci Volume: - Pages: 1-10
  • DOI: 10.1007/s10620-020-06609-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical, Endoscopic, and Pathological Characteristics of Immune Checkpoint Inhibitor-Induced Gastroenterocolitis (2021)
  • Author(s): Hayashi Y, Hosoe N, Takabayashi K, Limpias Kamiya KJL, Tsugaru K, Shimozaki K, Hirata K, Fukuhara K, Fukuhara S, Mutaguchi M, Sujino T, Sukawa Y, Hamamoto Y, Naganuma M, Takaishi H, Shimoda M, Ogata H, Kanai T.
  • Journal Title: Digestive Diseases and Sciences Volume: - Pages: 1-6
  • DOI: 10.1007/s10620-020-06441-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficacy of Novel Ultrathin Single-Balloon Enteroscopy for Crohn's Disease: A Propensity Score-Matched Study (2020)
  • Author(s): Takabayashi Kaoru、Hosoe Naoki、Kato Motohiko、Hayashi Yukie、Miyanaga Ryoichi、Nanki Kosaku、Fukuhara Kayoko、Mikami Yohei、Mizuno Shinta、Sujino Tomohisa、Mutaguchi Makoto、Naganuma Makoto、Yahagi Naohisa、Ogata Haruhiko、Kanai Takanori
  • Journal Title: Gut Liver Volume: - Pages: 619-625
  • DOI: 10.5009/gnl19228
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The liver-brain-gut neural arc maintains the Treg cell niche in the gut (2020)
  • Author(s): Teratani T, Mikami Y, Nakamoto N, Suzuki T, Harada Y, Okabayashi K, Hagihara Y, Taniki N, Kohno K, Sibata S, Miyamoto K, Ishigame H, Chu Po-Sung, Sujino T, Suda W, Hattori M, Matsui M, Okada T, Okano H, Inoue M, Yada T, Kitagawa Y, Yoshimura A, Tanida M, Tsuda M, Iwasaki Y, Kanai T.
  • Journal Title: Nature Microbiology Volume: 585 Pages: 591-596
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2425-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mucosal concentrations of N-acetyl-5-aminosalicylic acid is related to endoscopic activity in ulcerative colitis patients with mesalamine. (2020)
  • Author(s): Fukuda T, Naganuma M, Takabayashi K, Hagihara Y, Tanemoto S, Nomura E, Yoshimatsu Y, Sugimoto S, Nanki K, Mizuno S, Mikami Y, Fukuhara K, Sujino T, Mutaguchi M, Inoue N, Ogata H, Iwao Y, Abe T, Kanai T.
  • Journal Title: J Gastroenterol Hepatol Volume: 35 Pages: 1878-1885
  • DOI: 10.1111/jgh.15059
  • Peer Reviewed / Open Access