細菌性髄膜炎の発症につながる新規細菌伝播経路と感染制御法の探索

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K19643
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 川端 重忠 大阪大学, 歯学研究科, 教授 (50273694)
• 研究分担者: 中田 匡宣 大阪大学, 歯学研究科, 准教授 (90444497) ; 住友 倫子 大阪大学, 歯学研究科, 講師 (50423421) ; 山口 雅也 大阪大学, 歯学研究科, 助教 (00714536)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 肺炎球菌 / 細菌性髄膜炎

研究実績の概要

肺炎球菌性髄膜炎は，成人における致死率や後遺症の発症率が依然として高い，極めて予後が不良な中枢神経系感染症である．本疾患では，鼻咽腔や口腔の常在細菌が血流を介して髄腔内に到達し，脳実質に炎症が波及すると推察されているが，細菌が脳組織へ指向性を示す機構や血液脳関門を突破する機構は不明である．本疾患の臨床像に鑑みて，鼻咽腔に定着した肺炎球菌は血液脳関門を介さず，嗅上皮中の嗅神経の軸索もしくは周囲腔を介して直接的にくも膜下腔に到達すると推察した．本研究では，鼻粘膜に定着した肺炎球菌が嗅上皮-嗅神経を介して脳内の嗅球に到達する機構を培養細胞感染モデルおよびマウス感染モデルで検証した．
正常ヒト鼻粘膜上皮細胞に肺炎球菌を感染させ，感染細胞における細胞間接着分子群の発現を解析した結果，アドへレンスジャンクション構成分子であるE-カドヘリンの発現量の低下を認めた．また，E-カドヘリン細胞外ドメインに対する組換えタンパク質を作製し，肺炎球菌臨床分離株の培養上清画分もしくは菌体表層画分と反応させた．その結果，複数の臨床分離株の菌体表層画分によるE-カドヘリンの分解が認められた．菌体表層画分によるE-カドヘリンの分解はプロテアーゼ阻害剤の添加により抑制された．
以上の結果から，肺炎球菌は菌体表層に発現する分子のプロテアーゼ活性により上皮バリアの機能維持に重要なE-カドヘリンを分解し，鼻粘膜上皮バリアを破綻させることが示唆された．

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

肺炎球菌の菌体表層プロテアーゼによる細胞間接着分子E-カドヘリンの分解を証明した．また，マウス鼻腔に定着する肺炎球菌株を収集し，これらの株を使用した肺炎球菌の鼻腔定着マウスモデルの構築が進捗しているため，おおむね順調である．

今後の研究の推進方策

鼻粘膜上皮-嗅上皮のin vitro 共培養細胞モデルおよび肺炎球菌の鼻腔定着マウスモデルを構築し，鼻粘膜上皮-嗅上皮バリアの機能障害，ならびに肺炎球菌もしくは菌体成分の鼻腔から脳内への移行性を，細胞層のインピーダンス測定法および in vivo イメージングシステムで解析する．また，肺炎球菌性髄膜炎の病態形成への関与が認められた細菌分子および宿主分子について，感染防御抗原もしくは創薬ターゲットとしての可能性を検討する．

次年度使用額が生じた理由

平成30年度に肺炎球菌の鼻腔定着マウスモデルを構築し，菌体および菌体成分の脳内移行に関する解析を行う予定であったが，マウス鼻腔に定着する肺炎球菌臨床分離株の収集と選出に時間を要したため，マウス感染実験は次年度に行うように研究計画を修正した．このため，次年度使用額が生じた．

研究成果

• [雑誌論文] Identification of evolutionarily conserved virulence factor by selective pressure analysis of Streptococcus pneumoniae (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi M, Goto K, Hirose Y, Yamaguchi Y, Sumitomo T, Nakata M, Nakano K, Kawabata S.
  • 雑誌名: Commun Biol 巻: 2 ページ: 96
  • DOI: 10.1038/s42003-019-0340-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Allergic conversion of protective mucosal immunity against nasal bacteria in patients with chronic rhinosinusitis with nasal polyposis. (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeda K, Sakakibara S, Yamashita K, Motooka D, Nakamura S, El Hussien MA, Katayama J, Maeda Y, Nakata M, Hamada S, Standley DM, Hayama M, Shikina T, Inohara H, Kikutani H.
  • 雑誌名: J Allergy Clin Immunol 巻: 143 ページ: 1163-1175
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2018.07.006
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Streptococcus pneumoniae surface adhesin PfbA and its interaction with erythrocytes and hemoglobin (2018)
  • 著者名/発表者名: Radhakrishnan D, Yamaguchi M, Kawabata S, Ponnuraj K.
  • 雑誌名: Int Biol Macromol 巻: 120 ページ: 135-143
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2018.08.080
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Streptococcus pyogenes CAMP factor promotes calcium ion uptake in RAW264.7 cells. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa M, Oda M, Domon H, Isono T, Nakamura Y, Saitoh I, Hayasaki H, Yamaguchi M, Kawabata S, Terao Y.
  • 雑誌名: Microbiol Immuno 巻: 62 ページ: 617-623
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12647
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of trophic factors secreted from human adipose-derived stromal vascular fraction with those from adipose-derived stromal/stem cells in the same individuals. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirose Y, Funahashi Y, Matsukawa Y, Majima T, Yamaguchi M, Kawabata S, Gotoh M, Yamamoto T.
  • 雑誌名: Cytotherapy 巻: 20 ページ: 589-591
  • DOI: 10.1016/j.jcyt.2018.02.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neutrophil elastase subverts the immune response by cleaving Toll-like receptors and cytokines in pneumococcal pneumonia. (2018)
  • 著者名/発表者名: Domon H, Nagai K, Maekawa T, Oda M, Yonezawa D, Takeda W, Hiyoshi T, Tamura H, Yamaguchi M, Kawabata S, Terao Y.
  • 雑誌名: Front Immunol 巻: 9 ページ: 732
  • DOI: 10.3389/fimmu.2018.00732
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Streptococcus sanguinis noncoding cia-Dependent Small RNAs negatively regulate expression of type IV pilus retraction ATPase PilT and biofilm formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Ota C, Morisaki H, Nakata M, Arimoto T, Fukamachi H, Kataoka H, Masuda Y, Suzuki N, Miyazaki T, Okahashi N, Kuwata H.
  • 雑誌名: Infect Immun 巻: 86 ページ: e00894-17
  • DOI: 10.1128/IAI.00894-17
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pneumococcal DNA-binding proteins released through autolysis induce the production of proinflammatory cytokines via toll-like receptor 4. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagai K, Domon H, Maekawa T, Oda M, Hiyoshi T, Tamura H, Yonezawa D, Arai Y, Yokoji M, Tabeta K, Habuka R, Saitoh A, Yamaguchi M, Kawabata S, Terao Y.
  • 雑誌名: Cell Immunol 巻: 325 ページ: 14-22
  • DOI: 10.1016/j.cellimm.2018.01.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 病原レンサ球菌の感染過程における莢膜糖鎖と糖鎖分解酵素の役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也, 川端重忠
  • 雑誌名: 生化学 巻: 90 ページ: 80-83
• [雑誌論文] Streptococcus pyogenes CAMP factor promotes bacterial adhesion and invasion in pharyngeal epithelial cells without serum via PI3K/Akt signaling pathway. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa M, Oda M, Domon H, Isono T, Nakamura Y, Saitoh I, Hayasaki H, Yamaguchi M, Kawabata S, Terao Y.
  • 雑誌名: Microb Infect 巻: 20 ページ: 9-18
  • DOI: 10.1016/j.micinf.2017.09.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus endocarditis isolate interferes with coagulation and activates the contact system (2018)
  • 著者名/発表者名: Isenring J, Kohler J, Nakata M, Frank M, Jans C, Renault P, Danne C, Dramsi S, Kreikemeyer B, Oehmcke-Hecht S.
  • 雑誌名: Virulence 巻: 9 ページ: 248-261
  • DOI: 10.1080/21505594.2017.1393600
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Composition of salivary microbiota in elderly subjects (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogawa T, Hirose Y, Honda-Ogawa M, Sugimoto M, Sasaki S, Kibi M, Kawabata S, Ikebe K, Maeda Y.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 8 ページ: 414
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18677-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Oral biofilms from symbiotic to pathogenic interactions and associated disease-Connection of Periodontitis and Rheumatic arthritis by peptidylarginine deiminase. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kriebel K, Hieke C, Muller-Hilke B, Nakata M, Kreikemeyer B.
  • 雑誌名: Front Microbiol 巻: 9 ページ: 53
  • DOI: 10.3389/fmicb.2018.00053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Streptococcal cysteine protease-mediated cleavage of desmogleins is involved in the pathogenesis of cutaneous infection. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumitomo T, Mori Y, Nakamura Y, Honda-Ogawa M, Nakagawa S, Yamaguchi M, Matsue H, Terao Y, Nakata M, Kawabata S.
  • 雑誌名: Front Cell Infect Microbiol 巻: 8 ページ: 10
  • DOI: 10.3389/fcimb.2018.00010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 化膿レンサ球菌におけるヒアルロン酸分解酵素の分子系統解析およびタンパク質構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 東孝太郎， 武部克己， 山口雅也， 住友倫子， 中田匡宣， 鈴木守， 川端重忠
  • 学会等名: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 分子進化解析に基づく肺炎球菌のコリン結合タンパク質群の選択圧の評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口 雅也， 後藤 花奈， 広瀬 雄二郎， 竹村 萌， 住友 倫子， 中田 匡宣， 川端 重忠
  • 学会等名: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 化膿レンサ球菌のアルギニンデイミナーゼArcAは低グルコース環境下で病原因子の発現に寄与する (2018)
  • 著者名/発表者名: 広瀬雄二郎， 山口雅也， 毛利泰士， 後藤花奈， 住友倫子， 中田匡宣， 川端重忠
  • 学会等名: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] Streptococcus pneumoniaeのCbpJは肺炎において好中球からの殺菌回避に寄与する (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤花奈， 山口雅也， 広瀬雄二郎， 住友倫子， 中田匡宣， 川端重忠
  • 学会等名: 第50回レンサ球菌研究会
• [学会発表] 肺炎球菌のジンクメタロプロテアーゼZmpCが髄膜炎発症に果たす役割の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也，中田匡宣，住友倫子，川端重忠
  • 学会等名: 第38回近畿腸管微生物研究会
• [学会発表] 肺炎球菌はPfbAを介して好中球による殺菌を回避する (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也, 広瀬雄二郎, 後藤花奈, 住友倫子, 川端重忠
  • 学会等名: 第92回日本感染症学会総会
• [学会発表] 肺炎球菌のコリン結合タンパク質CbpJは好中球による殺菌の回避に働く (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤花奈， 山口雅也， 川端重忠， 仲野和彦
  • 学会等名: 第56回小児歯科学会
• [学会発表] 肺炎球菌のβ-へリックス構造タンパク質PfbAを介した貪食回避機構の解析 (Role of pneumococcal β-helix protein PfbA in the evasion of phagocytosis) (2018)
  • 著者名/発表者名: 山口雅也, 広瀬雄二郎, 後藤花奈, 竹村萌, 住友倫子, 中田匡宣, 川端重忠
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会
• [学会発表] 肺炎球菌のコリン結合タンパク質CbpJおよびCbpLの肺炎発症における役割の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 後藤花奈，山口雅也，広瀬雄二郎，住友倫子，中田匡宣， 川端重忠
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会
• [学会発表] Streptococcus pyogenesが産生するArcAは皮膚病変形成に寄与する (2018)
  • 著者名/発表者名: 広瀬雄二郎，山口雅也，毛利泰士，後藤花奈，住友倫子，中田匡宣，川端重忠
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会
• [学会発表] Streptococcus pyogenes translocates across epithelial barrier via intercellular junction degradation (2018)
  • 著者名/発表者名: Sumitomo T
  • 学会等名: The 14th Japan-Korea International Symposium on Microbiology 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 大阪大学大学院歯学研究科口腔細菌学教室ホームページ
  • URL: https://web.dent.osaka-u.ac.jp/mcrbio/index.html