マルチオミックス解析と機械学習による関節リウマチ治療効果予測

• 研究課題/領域番号: 22K16359
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分54020:膠原病およびアレルギー内科学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 藤井 貴之 京都大学, 医学研究科, 特定病院助教 (30911557)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 関節リウマチ / 遺伝子解析 / マルチオミックス / バイオマーカー

研究開始時の研究の概要

①本研究では末梢血単核細胞の遺伝子発現プロファイル解析、および血漿のメタボローム、リピドーム等のマルチオミックス解析を行い、関節リウマチ（RA）治療成績に関連する因子を抽出する。②ビッグデータを用いて、RA治療反応性に関する機械学習モデルの作成を行う。さらに、RAや炎症性疾患に関連が推測される分子を抽出し、基礎実験で生物学的意義を明らかにしていく。

研究成果の概要

関節リウマチは免疫系の異常による関節炎と、それにともない関節破壊が起こる疾患です。昨今、治療法が確立し、関節炎や関節破壊は抑えることができるようになりましたが、治療薬に反応しない例や治療しても関節破壊が進行する例があります。患者さんに応じた治療方法の開発ができれば関節リウマチ患者さんの治療はより良くすることができます。我々は生物学的製剤という治療薬投与前後の血中遺伝子とタンパク質を測定することで予測ができないか調べました。血中にある特殊な細胞由来の遺伝子が発現していると、生物学的製剤で治療しても関節破壊が進行しやすいことがわかりました。また、関節リウマチ発症を予測するAIモデルを開発しました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

関節リウマチは治療が進歩した反面、治療に難渋する例や関節破壊が進行する例が見られます。本研究では、関節リウマチに対する生物学的製剤治療前の遺伝子解析により、治療がうまくいくかどうかある程度予測することができることがわかりました。また、AIモデルの研究では、関節リウマチ発症を予測するモデルを開発することができました。
関節リウマチの治療は発症早期ほど予後がよいことが知られています。また関節リウマチの治療成績は関節破壊の程度と密接に関連します。関節リウマチを早く発見し、または患者個人に応じた治療薬が選択できれば、関節破壊による身体機能低下を抑制することは、医療介護関連費を抑制することにも繋がります。

研究成果

• [国際共同研究] Rockefeller University(米国)
• [雑誌論文] Monocyte-derived transcriptomes explain the ineffectiveness of abatacept in rheumatoid arthritis (2024)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Takeshi、Watanabe Ryu、Ito Hiromu、Fujii Takayuki、Ohmura Koichiro、Yoshitomi Hiroyuki、Murata Koichi、Murakami Kosaku、Onishi Akira、Tanaka Masao、Matsuda Shuichi、Matsuda Fumihiko、Morinobu Akio、Hashimoto Motomu
  • 雑誌名: Arthritis Research & Therapy 巻: 26 号: 1
  • DOI: 10.1186/s13075-023-03236-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Management and treatment outcomes of rheumatoid arthritis in the era of biologic and targeted synthetic therapies: evaluation of 10-year data from the KURAMA cohort. (2024)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Fujii; Koichi Murata; Hideo Onizawa; Akira Onishi; Masao Tanaka; Kosaku Murakami; Kohei Nishitani; Moritoshi Furu; Ryu Watanabe; Motomu Hashimoto; Hiromu Ito; Takao Fujii; Tsuneyo Mimori; Akio Morinobu; Shuichi Matsuda
  • 雑誌名: Arthritis research & therapy 巻: 26 号: 1 ページ: 16-16
  • DOI: 10.1186/s13075-023-03251-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of Type I and Type II Interferon Signature Determines Responsiveness to Anti-TNF Therapy in Rheumatoid Arthritis (2022)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Takeshi、Watanabe Ryu、Ito Hiromu、Fujii Takayuki、Okuma Kenji、Oku Takuma、Hirayama Yoshitaka、Ohmura Koichiro、Murata Koichi、Murakami Kosaku、Yoshitomi Hiroyuki、Tanaka Masao、Matsuda Shuichi、Matsuda Fumihiko、Morinobu Akio、Hashimoto Motomu
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 13 ページ: 0000-0000
  • DOI: 10.3389/fimmu.2022.901437
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Preinflammatory mesenchymal (PRIME) cell signature genes enrichment predicts treatment response and joint prognosis in rheumatoid arthritis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Fujii, Dana Orange, Caryn Hale, Koichi Murata, Hideo Onizawa, Akira Onishi, Kosaku Murakami, Masao Tanaka, Akio Morinobu, Shuichi Matsuda
  • 学会等名: American College of Rheumatology 2023
  • 国際学会
• [学会発表] A machine learning model that predicts RA progression from undifferentiated arthritis -KURAMA and ANSWER cohort study- (2023)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Fujii, Koichi Murata, Hideo Onizawa, Akira Onishi, Kosaku Murakami, Masao Tanaka, Wataru Yamamoto, Kouji Nagai, Ayaka Yoshikawa, Yuki Etani, Yasutaka Okita, Naofumi Yoshida, Hideki Amuro, Takaichi Okano, Yo Ueda, Ryota Hara, Motomu Hashimoto, Tadashi Okano, Akio Morinobu, Shuichi Matsuda
  • 学会等名: European Alliance of Associations for Rheumatology (EULAR) 2023
  • 国際学会
• [学会発表] A machine learning model that predicts RA progression from undifferentiated arthritis - KURAMA and ANSWER cohort study- (2023)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Fujii
  • 学会等名: European Alliance of Associations for Rheumatology
  • 国際学会