細胞外リン脂質代謝による腸内細菌叢と宿主の相互作用による疾患制御機構の解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K07042
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 三木 寿美 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任研究員 (00632499)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 脂質 / ホスホリパーゼA2 / 腸内細菌 / 免疫 / がん / アレルギー / 炎症 / リポクオリティ

研究実績の概要

リン脂質代謝のボトルネック酵素であるホスホリパーゼA2(PLA2)は、生体内では発現している組織の微小環境で機能を発揮すると考えられている。例外的に我々は、腸管固有のsPLA2-IIAの欠損が腸管ではなく遠隔組織(皮膚)でアレルギー・癌などの表現型を示したことから、sPLA2-IIAは腸内細菌叢に直接影響し、これが二次的に遠隔組織の表現型に波及している可能性を想定した。本研究では、sPLA2-IIAの欠損による腸内細菌叢の変容と遠隔組織の疾患の表現型解析をベースとして、本酵素によって制御される腸内細菌とその代謝物の同定およびそれらに基づいた疾患メカニズムを解明し、腸内細菌叢の新規制御因子としてのsPLA2の定義を確立することを目的とする。
我々はこれまでに以下のことを見出している。(1)sPLA2-IIA欠損マウスでは、皮膚化学発癌モデルと乾癬モデルの病態が改善し、(2)特定の腸内細菌が野生型マウスと比較して属レベルで変化した。(3)糞便中の機能未知な腸内細菌固有脂質代謝物などがsPLA2-IIAレベル依存的に変動した。(4)野生型および欠損マウスを共飼育して腸内細菌を共有させると、上記各病態モデルの表現型の差が消失し、(5)共飼育した野生型および欠損マウスの腸内細菌叢は、共飼育なしの欠損マウスとも野生型マウスとも異なる組成を示した。(6)別の施設で飼育した欠損マウスは腸内細菌叢の組成が変化し、野生型マウスとの表現型の差が消失した。これらの結果から、sPLA2-IIA欠損マウスにおける病態モデルの表現型が腸内細菌叢の組成の変化と相関することが明らかとなった。
本年度はこれらの成果を論文として発表することができた。この成果はsPLA2の新しい動作原理を提示した点で非常に重要である一方、まだ十分に検証し切れていない計画が残されていることから、次年度はこの点を重点的に進めて行きたい。

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

本年度は、野生型とsPLA2-IIA欠損マウスを共飼育し、それらのマウスに対して種々の解析を行うことで以下の成果を得た。(1) 共飼育した野生型および欠損マウスは腸内細菌叢の組成の差が見られなくなり、(2) この時の組成は共飼育していない野生型マウスや欠損マウスとも異なる変動を示し、(3) 共飼育なしで差が見られていた各病態モデルの表現型の差が消失した。また、(4) 野生型および欠損マウスを別の施設で飼育すると、飼育環境の変化により腸内細菌叢の組成が変化し、(5) 共飼育することなく野生型マウスとの表現型の差が消失した。これらの結果から、sPLA2-IIA欠損マウスにおける病態モデルの表現型は腸内細菌叢の組成の変化に起因することが明らかとなった。
現在、新型コロナウイルス感染症 (COVID-19）に対する感染防止措置による研究活動の制限や日本各地の天災による委託解析の中断、並びに、世界情勢の混乱等により発注した物品の納期が大幅に遅れることで予定していた実験計画に支障が出る事態となっているが、本研究については本年度に論文を発表することが出来た点を踏まえると、進捗状況としてはおおむね順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

今後は、本研究に対する発展的な観点から以下の項目を重点的に推進する。
[1] sPLA2-IIAの欠損の影響を受けることが明らかとなった特定の細菌種を用いて、以下の手法によりマウスの腸内細菌叢を人為的に操作することで、疾患モデルの表現型が腸内細菌叢の変容に依存的であることを証明する。(1) 抗生物質投与：異なる抗菌スペクトルをもつ抗生物質を併用して腸内細菌叢を撹乱する。(2) 無菌マウス：腸内細菌を持たない無菌マウスに特定の細菌種を移植して腸内細菌叢を修飾する。
[2] sPLA2-IIA依存的に変動した脂質代謝物をマウスに投与してアレルギー応答などの表現型を評価するとともに、マストセルに添加した際の効果を検討することで直接的な作用メカニズムを解明する。さらに、アレルギーや乾癬および癌などの欠損マウスと野生型マウスとで表現型に違いが見られた病態に関して、プレ/プロバイオティクスの観点から各疾患の治療および予防効果について検討する。
さらに、腸管にはsPLA2-IIA以外のsPLA2分子種も発現しており、これらも同様に腸内細菌叢の制御を介して遠隔臓器に影響を及ぼしている可能性があることから、これを証明して理論を一般化するための理論基盤の構築も進める。

次年度使用額が生じた理由

本年度は、前年度に引き続き新型コロナウイルス感染症 (COVID-19）に対する感染防止措置により研究活動が一部制限されたことに加え、各地の天災によって委託解析が中断されたこと、さらには、世界情勢の混乱から発注した物品の納期が大幅に遅れる事態となったこと等から、予定していた期間での実験を行うことが難しく、使用予定であった各種消耗品の購入額が減少した。この事態を受け、当該研究は今年度が最終年度であったが、補助事業期間を1年間延長し、次年度は今年度に実施予定であった実験計画を実施するよう期間を変更した。よって、計画していた各使用内訳にはほぼ変更ないものとする。
次年度使用額 (1,033,233円) の使用計画は、消耗品費として以下の通りとする。薬品・試薬類としては、遺伝子関連試薬 [遺伝子工学用酵素 (50千円×4)、PCRプライマー (30千円×10)]、細胞培養試薬 [培地 (1千円×12)、刺激剤・阻害剤 (20千円×3)]、質量分析関連試薬 [液体クロマトグラフィー関連器具 (20千円×5)、展開溶媒 (10千円×10)] などの購入を見込み計上する。ガラス器具・プラスチック器具類としては、遠心管 (30千円×6)、細胞培養ディッシュ (20千円×２)、マイクロプレート (20千円×2)などの購入を見込み計上する。

研究成果

• [国際共同研究] Harvard Medical School(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: Harvard Medical School
• [国際共同研究] Centre de Recherche du CHU de Quebec(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Centre de Recherche du CHU de Quebec
• [雑誌論文] Secreted phospholipase A2 modifies extracellular vesicles and accelerates B cell lymphoma. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kai Kudo, Yoshimi Miki, Joaquim Carreras, Shunya Nakayama, Yasushi Nakamoto, Masatoshi Ito, Etsuko Nagashima, Kei Yamamoto, Hiroshi Higuchi, Shin-Ya Morita, Asuka Inoue, Junken Aoki, Kiyoshi Ando, Naoya Nakamura, Makoto Murakami, Ai Kotani.
  • 雑誌名: Cell Metabolism 巻: 34 ページ: 615-633.e8
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2022.02.011.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Group IIA secreted phospholipase A2 controls skin carcinogenesis and psoriasis by shaping the gut microbiota. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimi Miki, Yoshitaka Taketomi, Yuh Kidoguchi, Kei Yamamoto, Kazuaki Muramatsu, Yasumasa Nishito, Jonguk Park, Koji Hosomi, Kenji Mizuguchi, Jun Kunisawa, Tomoyoshi Soga, Eric Boilard, Siddabasave Gowda B Gowda, Kazutaka Ikeda, Makoto Arita, Makoto Murakami.
  • 雑誌名: JCI Insight 巻: 7 ページ: e152611
  • DOI: 10.1172/jci.insight.152611.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] cPLA2εは複数組織において抗炎症性脂質NAEの産生に関わる. (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉本 奈央, 高宮 里奈, 三木 寿美, 宇山 徹, 上田 夏生, 李 賢哲, 横溝 岳彦, 村上 誠.
  • 学会等名: 第94回日本生化学大会
• [学会発表] 皮膚バリア形成におけるリゾプラズマローゲンの機能解析. (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田 朱里, 谷口 晴菜, 犬伏 穂南, 天野 智仁, 三木 寿美, 村上 誠, 山本 圭.
  • 学会等名: 第94回日本生化学大会
• [学会発表] 慢性皮膚炎症疾患におけるリゾプラズマローゲンの機能解析. (2021)
  • 著者名/発表者名: 犬伏 穂南, 天野 智仁, 三木 寿美, 村上 誠, 山本 圭.
  • 学会等名: 第94回日本生化学大会
• [学会発表] ナツメグ含有成分Malabaricone Cによる5-リポキシゲナーゼ活性阻害と乾癬予防効果. (2021)
  • 著者名/発表者名: 津嘉山 泉，爲延 麻子，川上 祐生，戸田 圭祐，長崎 祐樹，丸岡 紗也，高橋 吉孝，三木 寿美，村上 誠，山本 登志子.
  • 学会等名: 第62回日本生化学会中国・四国支部会
• [学会発表] ヒトとウシの乳汁中脂質メディエータープロファイル. (2021)
  • 著者名/発表者名: 長崎 祐樹, 丸岡 紗也, 大角 美穂, 津嘉山 泉, 川上 祐生, 高橋 吉孝, 岡﨑 愉加, 三木 寿美, 山本 圭, 村上 誠, 山本 登志子.
  • 学会等名: 第75回日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] ヒトとウシの乳汁中脂質プロファイル比較. (2021)
  • 著者名/発表者名: 長崎 祐樹, 川井 恵梨佳, 田中 充樹, 戸田 圭祐, 津嘉山 泉, 川上 祐生, 高橋 吉孝, 岡﨑 愉加, 三木 寿美, 山本 圭, 村上 誠, 山本 登志子.
  • 学会等名: 第63回脂質生化学会
• [備考] ホームページ: 東京大学大学院医学系研究科 疾患生命工学センター 健康環境医工学部門 (村上研)
  • URL: https://lmmhs.m.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 腸と皮膚の新たなクロストーク：腸内細菌叢を変えて皮膚の健康に影響を及ぼす脂質分解酵素の発見
  • URL: https://www.m.u-tokyo.ac.jp/news/press.html#20220126
• [備考] 腸と皮膚の新たなクロストーク：腸内細菌叢を変えて皮膚の健康に影響を及ぼす脂質分解酵素の発見
  • URL: https://www.amed.go.jp/news/release_20220126-02.html
• [備考] リンパ腫における細胞外小胞を介した新規発がんメカニズムを発見：脂質を軸とした新たな治療法の開発に期待
  • URL: https://www.tokai.ac.jp/news/detail/post_375.html
• [備考] リンパ腫における細胞外小胞を介した新規発がんメカニズムを発見：脂質を軸とした新たな治療法の開発に期待
  • URL: https://www.jst.go.jp/pr/announce/20220316/index.html