揮発性酸化脂質を指標とした革新的ブレスバイオプシー基盤技術の創出

• 研究課題/領域番号: 23K06080
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分47020:薬系分析および物理化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松岡 悠太 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (20783509)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (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); 2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 呼気分析 / 脂質過酸化反応 / 質量分析 / 非アルコール性脂肪性肝炎

研究開始時の研究の概要

脂質が酸化されると、様々な化学構造の「揮発性酸化脂質」が生じる。生体内で生成したこれら分子の一部は、呼気ガスとして放出される。ここで、脂質過酸化反応は、フェロトーシスやこれを起因とする疾患発症に関与することから、ヒト呼気中揮発性酸化脂質の分析技術は、疾患リスクを「呼気」から予測する未来型医療：「呼気バイオプシー」の提案に繋がる。そこで本研究では、揮発性酸化脂質の包括的分析技術を開発し、呼気中揮発酸化脂質の疾患バイオマーカーとしての有用性を検証する。

研究実績の概要

我々の呼気中に含まれる揮発性有機化合物 (VOCs)は、健康状態を示す新たな指標・次世代の疾患バイオマーカーとしても注目されている。脂質過酸化反応 (LPO)は生体内VOCsの主要な生成機序である。脂質の酸化的開裂反応により、多種多様な揮発性酸化脂質がVOCsとして放出される。加えて、LPO進行は、細胞死 (フェロトーシス)を介し様々な疾患発症に関与することから、呼気中揮発性酸化脂質の分析技術は、LPO関連疾患のリスクを「呼気」から予測する未来型医療の提案に繋がる。しかし、これまでに同定された揮発性酸化脂質の数は少なく、生体内にてどの脂質からどのようなVOCsが生じるか、全貌は不明である。そこで本研究では、揮発性酸化脂質の包括的分析技術を開発し、呼気中揮発酸化脂質の疾患バイオマーカーとしての有用性を検証する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度では、[目標-1] LPO誘導時に生成する揮発性酸化脂質の同定・データベース化を進めた。in vitro実験にてLPOを誘導した際に、気層中へ放出される揮発性酸化脂質の構造同定を行う。揮発性酸化脂質はGC/MSにより分析し、申請者が開発した酸化脂質構造解析法を応用し、その網羅的構造同定・データベース化を実施した。その結果、4種のPUFAのLPOにより産生する48種のVOLs構造ライブラリを構築した。さらに、VOLsプロファイルは、基質となるPUFAとLPO inducerの種類に依存し、特に金属イオンにより構造が著しく多様化することを示した。さらに、作成した構造ライブラリを活用し、フェロトーシスを誘導させた培養細胞から、放出される数種のVOLsを同定することに成功した。これらVOLs分子は、フェロトーシスガスマーカーとして、今後の検証に活用する。

今後の研究の推進方策

次年度は、フェロトーシス関連疾患モデルを用い、前年度に同定されたVOLsが病態進行に伴い、生体組織・ガス中で増減するかを検証する。加えて、臨床研究を併行して実施し、フェロトーシス関連疾患患者呼気中のVOLs分析を行い、その疾患バイオマーカーとしての有用性を検証する。得られたデータを別途取得した臨床検査値と照らし合わせ、NASH診断における有用性を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] Ethoxyquin, a Lipid Peroxidation Inhibitor, Has Protective Effects against White Matter Lesions in a Mouse Model of Chronic Cerebral Hypoperfusion (2024)
  • 著者名/発表者名: Abe Masami、Sou Marie、Matsuoka Yuta、Morimoto Kazushi、Yamada Ken-ichi
  • 雑誌名: Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ＆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ 巻: 47 号: 1 ページ: 104-111
  • DOI: 10.1248/bpb.b23-00538
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • 年月日: 2024-01-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mitophagy mediated by BNIP3 and NIX protects against ferroptosis by downregulating mitochondrial reactive oxygen species (2024)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Shun-ichi、Sugiura Yuki、Matsuoka Yuta、Maeda Rae、Inoue Keiichi、Furukawa Kentaro、Fukuda Tomoyuki、Chan David C.、Kanki Tomotake
  • 雑誌名: Cell Death & Differentiation 巻: - 号: 5 ページ: 651-661
  • DOI: 10.1038/s41418-024-01280-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MRP1-Dependent Extracellular Release of Glutathione Induces Cardiomyocyte Ferroptosis After Ischemia-Reperfusion (2023)
  • 著者名/発表者名: Genki Ichihara, Yoshinori Katsumata, Yuki Sugiura, Yuta Matsuoka, Rae Maeda, Jin Endo, Atsushi Anzai, Kohsuke Shirakawa, Hidenori Moriyama, Hiroki Kitakata, Takahiro Hiraide, Shinichi Goto, Seien Ko, Yuji Iwasawa, Kazuhisa Sugai, Kyohei Daigo, Shinya Goto, Kazuki Sato, Ken-Ichi Yamada, Makoto Suematsu, et al.
  • 雑誌名: Circulation Research 巻: 133 号: 10 ページ: 861-876
  • DOI: 10.1161/circresaha.123.323517
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 脂質の匂いから、病を嗅ぎ分ける (2024)
  • 著者名/発表者名: 松岡悠太
  • 学会等名: 第7回東工大応用化学系 次世代を担う若手シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] フェロトーシス関連揮発性代謝物を標的とした呼気バイオプシー技術の創出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松岡悠太
  • 学会等名: 第71回質量分析総合討論会
• [学会発表] 揮発性脂質酸化物を標的とした呼気バイオプシー技術の創出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松岡悠太
  • 学会等名: 第76回日本酸化ストレス学会学術集会
• [学会発表] フェロトーシスを標的とした呼気バイオプシー技術の創出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松岡悠太
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第17回年会
• [学会発表] Structural Library of Oxidized Lipid-derived Volatiles and Its Application to Breath Biomarker Discovery (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuta Matsuoka, Yuki Sugiura
  • 学会等名: The 71st ASMS Conference on Mass Spectrometry and Allied Topics (ASMS 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] フェロトーシスを標的とした呼気バイオプシー技術 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松岡悠太、杉浦悠毅
  • 学会等名: 第65回日本脂質生化学会
• [学会発表] Breath biopsy technology targeting for ferroptosis-related volatile metabolites (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuta Matsuoka, Yuki Sugiura
  • 学会等名: The 19th Annual International Conference of the Metabolomics Society
• [学会発表] Breath biopsy technology targeting for ferroptosis-related volatile metabolites (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuta Matsuoka, Yuki Sugiura
  • 学会等名: Breath Biopsy Conference 2023
• [学会発表] フェロトーシス細胞が放出するガス状分子を標的とした呼気バイオプシー技術の創出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 松岡悠太
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] 脂質の匂いから、病を嗅ぎ分ける (2023)
  • 著者名/発表者名: 松岡悠太
  • 学会等名: フリーラジカルスクール2023
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質の匂いから、病を嗅ぎ分ける (2023)
  • 著者名/発表者名: 松岡悠太
  • 学会等名: 第5回脂質駆動学術産業創生研究部会講演会
  • 招待講演
• [産業財産権] 肝疾患の検出方法 (2023)
  • 発明者名: 勝俣良紀、杉浦悠毅、松岡悠太
  • 権利者名: 勝俣良紀、杉浦悠毅、松岡悠太
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2023-202279
  • 出願年月日: 2023