炎症細胞社会における臓器脂質の量的質的変容がもたらす炎症と線維化の機序と予防戦略

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 予防を科学する炎症細胞社会学
• 研究課題/領域番号: 17H06395
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 島野 仁 筑波大学, 医学医療系, 教授 (20251241)
• 研究分担者: 松坂 賢 筑波大学, 医学医療系, 教授 (70400679)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 糖尿病 / scRNA-seq / 脂質代謝 / SREBP-1

研究実績の概要

２型糖尿病の発症過程における膵島の炎症細胞社会の変遷を、scRNA-seqを駆使して網羅的に把握し、新規のメカニズムを知ることが本研究の主題の一つである。健常から未病状態、未病状態から糖尿病発症へ進展するときの膵島の個々の細胞の変化を明らかにすることを目的として、2型糖尿病モデルマウスであるdb/dbマウスの膵島のscRNA-seq解析を行った。その結果、正常、糖尿病発症初期、糖尿病状態の膵島の細胞がβ細胞、α細胞、δ細胞、PP細胞、マクロファージ、血管内皮細胞など20種類のクラスターに分類された。また、β細胞は病態の進行に伴い9種類のクラスターに分類され、機能エンリッチメント解析から糖尿病の進行に伴い変化する複数のパスウェイが見出された。さらに、scRNA-seqにより糖尿病発症初期のβ細胞で特異的に発現が増加する遺伝子Xを同定し、現在その発現誘導メカニズムおよびβ細胞における機能の解析を行っている。これらの知見は、2型糖尿病の発症機序の解明や新規バイオマーカーの発見および治療法開発に寄与すると期待される。
肝臓の脂質代謝と炎症、線維化の関連を探索する目的で実施している新規プロテアーゼ（R4）によるSREBP-1活性化制御機構の解析では、ウェスタンダイエット（WD）2週間負荷による肥満誘発マウスの解析を行った。WD負荷により、野生型、R4 KOマウス共に体重と脂肪組織の増加が見られたが、体重や肝重量の有意な差は見られなかった。しかし、R4 KOでは、脂肪組織量、血中トリグリセリド、肝臓の総脂肪酸量が低下していた。また、脂肪酸組成解析の結果、多価不飽和脂肪酸種の減少傾向が見られた。R4 KOマウス肝臓では、de novo lipogenesisや多価不飽和脂肪酸の合成酵素の遺伝子発現も低下していることから、R4-SREBP-1経路による脂肪酸合成制御を示すことができた。

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

2型糖尿病モデルマウスの膵島のscRNA-seqに成功し、糖尿病の発症過程におけるβ細胞の遺伝子発現の変遷や多様性を確認することが出来た。また、糖尿病発症初期のβ細胞で特異的に発現が上昇する遺伝子を見出し、新規糖尿病発症予測マーカーあるいは糖尿病の治療標的として期待される。
肝臓のSREBP-1の脂肪酸種特異的プロテアーゼの発見に関する研究は論文として投稿準備中である。新規プロテアーゼ（R4）は、既存のSREBP-1切断活性化経路とは異なり、ゴルジ体への輸送を介さずにER膜上でSREBP-1と共局在、相互作用し、SREBP-1を切断、活性化することを明らかにした。また、SREBP-1活性化の既存経路がコレステロールにより制御されるのに対し、R4-SREBP-1経路は、脂肪酸種により制御－飽和脂肪酸により活性化、不飽和脂肪酸により抑制－されることをin vitro及びin vivoの系で示すことができた。さらに、R4-SREBP-1経路によるde novo lipogenesisや多価不飽和脂肪酸合成系の活性化を示すことができ、新たなR4-SREBP-1経路による脂質代謝制御機構を提唱することができた。

今後の研究の推進方策

糖尿病発症初期のβ細胞で特異的に発現が増加する遺伝子Xと糖尿病との関係を、scRNA-seqのデータ解析および培養細胞を用いた機能解析により明らかにする。
新規プロテアーゼ（R4）によるSREBP-1活性化制御機構の解析では、炎症・線維化との関連を明らかにする。我々はこれまでの研究で、ウェスタンダイエット（WD）2週間負荷による肥満誘発マウスの解析からR4-SREBP-1経路による脂質代謝制御を明らかにすることができた。今後は、長期間のWD負荷により、NAFLD誘発マウスを作製し、解析を進める。NAFLD病態が確認できたマウスの血液や肝臓の脂質及び炎症パラメーターを評価する。また、肝臓組織の脂質沈着や炎症進行を病理切片の作製・免疫組織染色を行い解析する。さらに、肝臓組織の脂肪酸組成解析や、遺伝子発現解析を行い、網羅的な脂質変動と遺伝子発現変動を把握することでR4-SREBP-1経路によるNAFLD病態のメカニズムを探っていく。

研究成果

• [雑誌論文] Hepatocellular carcinoma development in diabetic patients: a nationwide survey in Japan. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tateishi R, Matsumura T, Okanoue T, Shima T, Uchino K, Fujiwara N, Senokuchi T, Kon K, Sasako T, Taniai M, Kawaguchi T, Inoue H, Watada H, Kubota N, Shimano H, Kaneko S, Hashimoto E, Watanabe S, Shiota G, Ueki K, Kashiwabara K, Matsuyama Y, Tanaka H, Kasuga M, Araki E, Koike K; LUCID study investigators.
  • 雑誌名: J Gastroenterol. 巻: 56(3) ページ: 261-273
  • DOI: 10.1007/s00535-020-01754-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enterohepatic Transcription Factor CREB3L3 Protects Atherosclerosis via SREBP Competitive Inhibition (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Yoshimi、Wang Yunong、Han Song-iee、Okuda Kanako、Oishi Asayo、Yagishita Yuka、Kumagai Kae、Ohno Hiroshi、Osaki Yoshinori、Mizunoe Yuhei、Araki Masaya、Murayama Yuki、Iwasaki Hitoshi、Konishi Morichika、Itoh Nobuyuki、Matsuzaka Takashi、Sone Hirohito、Yamada Nobuhiro、Shimano Hitoshi
  • 雑誌名: Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology 巻: 11 ページ: 949～971
  • DOI: 10.1016/j.jcmgh.2020.11.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Guidelines on the Clinical Evaluation of Medicinal Products for Treatment of Dyslipidemia (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamashita S, Masuda D, Akishita M, Arai H, Asada Y, Dobashi K, Egashira K, Harada-Shiba M, Hirata K, Ishibashi S, Kajinami K, Kinoshita M, Kozaki K, Kuzuya M, Ogura M, Okamura T, Sato K, Shimano H, Tsukamoto K, Yokode M, Yokote K, Yoshida M
  • 雑誌名: Journal of Atherosclerosis and Thrombosis 巻: 27 ページ: 1246～1254
  • DOI: 10.5551/jat.CR004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Srebp-1c/Fgf21/Pgc-1α Axis Regulated by Leptin Signaling in Adipocytes?Possible Mechanism of Caloric Restriction-Associated Metabolic Remodeling of White Adipose Tissue (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Masaki、Uta Seira、Otsubo Minami、Deguchi Yusuke、Tagawa Ryoma、Mizunoe Yuhei、Nakagawa Yoshimi、Shimano Hitoshi、Higami Yoshikazu
  • 雑誌名: Nutrients 巻: 12 ページ: 2054～2054
  • DOI: 10.3390/nu12072054
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New perspective on type?2 diabetes, dyslipidemia and non‐alcoholic fatty liver disease (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaka Takashi、Shimano Hitoshi
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: 11 ページ: 532～534
  • DOI: 10.1111/jdi.13258
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Deciphering genetic signatures by whole exome sequencing in a case of co-prevalence of severe renal hypouricemia and diabetes with impaired insulin secretion (2020)
  • 著者名/発表者名: Sekiya Motohiro、Matsuda Takaaki、Yamamoto Yuki、Furuta Yasuhisa、Ohyama Mariko、Murayama Yuki、Sugano Yoko、Ohsaki Yoshinori、Iwasaki Hitoshi、Yahagi Naoya、Yatoh Shigeru、Suzuki Hiroaki、Shimano Hitoshi
  • 雑誌名: BMC Medical Genetics 巻: 21 ページ: 91
  • DOI: 10.1186/s12881-020-01031-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oxidative stress and Liver X Receptor agonist induce hepatocellular carcinoma in Non‐alcoholic steatohepatitis model (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Yoshio、Tamura Takafumi、Kemmochi Akira、Owada Yohei、Ozawa Yusuke、Hisakura Katsuji、Matsuzaka Takashi、Shimano Hitoshi、Nakano Noriyuki、Sakashita Shingo、Oda Tatsuya、Ohkohchi Nobuhiro
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology and Hepatology 巻: 36 ページ: 800～810
  • DOI: 10.1111/jgh.15239
  • 査読あり
• [学会発表] セラミドの脂肪酸鎖長によるインスリン感受性制御機構と血中脂質 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松坂 賢、島野 仁
  • 学会等名: 第62回 日本脂質生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 動脈硬化とNAFLD共通病態を脂質代謝からみつめる (2020)
  • 著者名/発表者名: 島野 仁
  • 学会等名: 第56回日本肝臓学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] セラミドの脂肪酸分子種によるプロテインホスファターゼ2Aの活性制御機構：脂肪酸伸長酵素Elovl6の重要性とインスリン感受性における意義 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松坂 賢、島野 仁
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 学際研究で切り拓く脂質とアミノ酸のメタボダイナミズム 脂肪酸の量と質とセンシングの視点からみた脂質多様性とメタボダイナミズム (2020)
  • 著者名/発表者名: 島野 仁、松坂 賢、関谷元博、宮本崇史
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 学際研究で切り拓く脂質とアミノ酸のメタボダイナミズム 質量分析を用いた組織・細胞の脂質メタボロミクスとトランスレーショナル応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 林 昭夫、松坂 賢、島野 仁
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] コレステロールとトリグリセリド2020 revisit (2020)
  • 著者名/発表者名: 島野 仁
  • 学会等名: 第35回日本糖尿病合併症学会
  • 招待講演
• [学会発表] 転写因子SREBP-1aによる腸管内脂質制御が腸管内部構造に与える影響の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木雅弥、中川嘉、韓松伊、水之江雄平、王農雨、松坂賢、関谷元博、矢作直也、島野 仁
  • 学会等名: 第74回日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] Causal SNV探索を通じたApoA1遺伝子の新たな発現調節機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 曾田雄一、矢作直也、武内謙憲、何敏熙、Zahra MS、呼延宜人、村山友樹、志鎌明人、升田紫、泉田欣彦、関谷元博、中川嘉、松坂賢、川上康、島野 仁
  • 学会等名: 第52回日本動脈硬化学会総会・学術集会
• [学会発表] 肝臓特異的Elovl6欠損マウスの肝臓ではC18-ceramideが減少することによりインスリン感受性が亢進する (2020)
  • 著者名/発表者名: 松坂賢、久芳素子、小安さおり、本村香織、大野博、Sharma R、武内謙憲、矢作直也、宮本崇史、関谷元博、中川嘉、島野 仁
  • 学会等名: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] 肝臓特異的Elovl6欠損マウスの肝臓ではC18-ceramideが減少することによりインスリン感受性が亢進する (2020)
  • 著者名/発表者名: 松坂賢、久芳素子、小安さおり、本村香織、大野博、Sharma R、武内謙憲、矢作直也、宮本崇史、関谷元博、中川嘉、島野 仁
  • 学会等名: 第63回日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] Elucidation of Apoa1 Gene Regulatory Mechanism Through Searching Causal Single-Nucleotide Variants (2020)
  • 著者名/発表者名: Aita Y, Yahagi N, Takeuchi Y, Ho MH, Saber ZM, Huyan Y, Murayama Y, Shikama A, Masuda Y, Izumida Y, Sekiya M, Nakagawa Y, Matsuzaka T, Kawakami Y, Shimano H
  • 学会等名: American Heart Association Scientific Sessions 2020
  • 国際学会
• [学会発表] MicroRNA(s) that Regulates ELOVL6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nurani Istiqamah, Takashi Matsuzaka, Hitoshi Shimano
  • 学会等名: Tsukuba Global Science Week (TGSW) 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Respiratory activity in psoriatic circulating T cells predicts the efficacy of apremilast (2020)
  • 著者名/発表者名: Koguchi-Yoshioka H, Watanabe R, Matsumura Y, Shimano H, Fujimoto M
  • 学会等名: Virtual Conference of the Society-for-Investigative-Dermatology
  • 国際学会
• [学会発表] 小腸切除モデルマウスを用いた小腸切除後の栄養トランスポーター関連遺伝子発現変化の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐々木理人、小野健太郎、堀口比奈子、白根和樹、根本悠里、田中尚、相吉翼、千葉史子、神保教広、瓜田泰久、新開統子、高安肇、中川嘉、島野 仁、増本幸二
  • 学会等名: 第35回日本臨床栄養代謝学会学術集会
• [学会発表] 小腸切除マウスの肝臓における脂質代謝関連遺伝子発現の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野健太郎、佐々木理人、松坂賢、島野 仁、増本幸二
  • 学会等名: 第35回日本臨床栄養代謝学会学術集会
• [備考] 筑波大学 内分泌代謝・糖尿病内科
  • URL: https://www.u-tsukuba-endocrinology.jp/