宿主と腸内共生菌のゲノム情報を用いた機械学習による非ウイルス性肝発癌リスクの予測

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K08288
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 三木 大樹 広島大学, 医系科学研究科(医), 講師 (10584592)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: ヒトゲノム / 腸内細菌 / 機械学習 / 肝癌 / NASH / NAFLD

研究実績の概要

非ウイルス性の肝細胞癌（以下、肝癌）が増加傾向である。その原因の一つに非アルコール性脂肪肝炎（NASH）の増加があるが、原因が明らかでないものも多い。糖尿病や肥満の存在の他、ヒトゲノム研究により明らかとなった宿主の遺伝的要因などにより、リスク群の囲い込みが図られているものの、まだ十分とは言えないのが現状である。一方で、腸内細菌叢（腸内フローラ）が糖尿病や肥満、さらには肝疾患を含めた種々の疾患に関わることが明らかとなってきた。腸内細菌叢の構成は、食習慣に大きな影響を受け、加齢により変化し、遺伝的要因との関連も示唆されている。肝疾患において、遺伝的要因と腸内細菌叢がどのように関わり合って、どの程度、病態形成に関連しているのかは、全く知られていない。ヒトゲノムとその転写産物であるトランスクリプト、および共生微生物である腸内細菌のゲノム（メタゲノム）、これらの情報を機械学習の手法により統合的に解釈・集約し、非ウイルス性肝発癌リスク因子の抽出を目指す。最終目標は、非ウイルス性肝発癌高リスク群を効率的に囲い込み得るような、精度の高いリスク評価法の開発である。初年度は、今後の解析に供するための糞便サンプル収集と、それらに付随する臨床情報の収集とデータクリーニングを行った。具体的には、非ウイルス性肝発癌例および非発癌例、比較する対象としてのウイルス性肝疾患症例および健常人についてである。収集したサンプル数は900を超え、次年度には目標である1000に到達する見込みである。収集したサンプルについては、順次、DNA抽出を行っており、今後、16S rRNA解析を行っていく予定である。また、当該症例についてヒトゲノム情報（GWASデータ）の有無を確認し、有るものに関しては統合解析の準備を進めている。

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

非ウイルス性肝発癌症例および比較対照群について、糞便サンプルの収集と付随する臨床情報の収集、データクリーニングを行っている。収集した糞便サンプルについては、順次、酵素法によりDNA抽出を行っおり、概ね良好なDNA収量が得られている。また、統合解析に供するために、ヒトゲノムに存在する一塩基多型（SNP）の網羅的データについても既存のもので利用可能な情報を選定・抽出している。現在のところ、予定通りの進捗状況である。

今後の研究の推進方策

引き続き、糞便サンプルの収集および付随する臨床情報の収集を継続して、DNA抽出を進める。順次、16S rRNA解析を行う。目的領域をPCR増幅後に次世代シークエンサーで塩基配列を解読し、バイオインフォマティクスを活用して、腸内細菌叢の組成を明らかにする。種々の臨床情報を踏まえながら、肝発癌との関連について解析を行う。また、ヒトゲノム情報あるいはトランスクリプトの情報を組み込んだ上で、機械学習による統合解析を行う。これにより、高精度の肝発癌予測や未知のリスク因子抽出を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] 肝炎ウイルス排除後の肝発がん (2021)
  • 著者名/発表者名: 三木大樹、相方浩、茶山一彰
  • 雑誌名: 月刊薬事 巻: 63(4) ページ: 77-82
• [雑誌論文] In vitro analysis of hepatic stellate cell activation influenced by transmembrane 6 superfamily 2 polymorphism. (2021)
  • 著者名/発表者名: Liu S, Murakami E, Nakahara T, Ohya K, Teraoka Y, Makokha GN, Uchida T, Morio K, Fujino H, Ono A, Yamauchi M, Kawaoka T, Miki D, Tsuge M, Hiramatsu A, Abe-Chayama H, Hayes NC, Imamura M, Aikata H, Chayama K.
  • 雑誌名: Mol Med Rep. 巻: 23(16) ページ: 1-7
  • DOI: 10.3892/mmr.2020.11654
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of liver disease state progression in patients with eradication of versus persistent infection with hepatitis C virus: Markov chain analysis. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tada T, Toyoda H, Kumada T, Kurisu A, Sugiyama A, Akita T, Ohisa M, Aikata H, Miki D, Chayama K, Tanaka J.
  • 雑誌名: J Viral Hepat. 巻: 28(3) ページ: 538-547
  • DOI: 10.1111/jvh.13444
  • 査読あり
• [雑誌論文] C型肝炎による発癌のリスク因子 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三木大樹、茶山一彰
  • 雑誌名: 消化器内科 巻: 2(5) ページ: 76-82
• [雑誌論文] Risk factors for histological progression of non-alcoholic steatohepatitis analyzed from repeated biopsy cases. (2020)
  • 著者名/発表者名: Daijo K, Nakahara T, Inagaki Y, Nanba M, Nishida Y, Uchikawa S, Kodama K, Oya K, Morio K, Fujino H, Ono A, Murakami E, Yamauchi M, Kawaoka T, Miki D, Tsuge M, Hiramatsu A, Hayes CN, Imamura M, Aikata H, Ochi H, Chayama K.
  • 雑誌名: J Gastroenterol Hepatol. 巻: 35(8) ページ: 1412-1419
  • DOI: 10.1111/jgh.14968
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large-scale genome-wide association study in a Japanese population identifies novel susceptibility loci across different diseases. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki K, Akiyama M, Kanai M, Takahashi A, Kawakami E, Sugishita H, Sakaue S, Matoba N, Low SK, Okada Y, Terao C, Amariuta T, Gazal S, Kochi Y, Horikoshi M, Suzuki K, Ito K, Koyama S, Ozaki K, Niida S, Sakata Y, Sakata Y, Kohno T, Shiraishi K, Momozawa Y, Hirata M, Matsuda K, Ikeda M, Iwata N, Miki D, et al.
  • 雑誌名: Nat Genet. 巻: 52(7) ページ: 669-679
  • DOI: 10.1038/s41588-020-0640-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] PD1 gene polymorphism is associated with a poor prognosis in hepatocellular carcinoma following liver resection, cohort study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto M, Kobayashi T, Mashima H, Miki D, Kuroda S, Hamaoka M, Aikata H, Chayama K, Ohdan H.
  • 雑誌名: Int J Surg. 巻: 80 ページ: 84-90
  • DOI: 10.1016/j.ijsu.2020.05.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of viral eradication by direct-acting antivirals on the risk of hepatocellular carcinoma development, prognosis, and portal hypertension in hepatitis C virus-related compensated cirrhosis patients. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagaoki Y, Imamura M, Teraoka Y, Morio K, Fujino H, Ono A, Nakahara T, Murakami E, Yamauchi M, Kawaoka T, Miki D, Tsuge M, Hiramatsu A, Hayes CN, Chayama K, Aikata H.
  • 雑誌名: Hepatol Res. 巻: 50(11) ページ: 1222-1233
  • DOI: 10.1111/hepr.13554
  • 査読あり
• [雑誌論文] PNPLA3 and HLA-DQB1 polymorphisms are associated with hepatocellular carcinoma after hepatitis C virus eradication. (2020)
  • 著者名/発表者名: Miki D, Akita T, Kurisu A, Kawaoka T, Nakajima T, Hige S, Karino Y, Toyoda H, Kumada T, Tsuge M, Hiramatsu A, Imamura M, Aikata H, Hayes CN, Honda K, Seike M, Akuta N, Kobayashi M, Kumada H, Tanaka J, Chayama K.
  • 雑誌名: J Gastroenterol. 巻: 55(12) ページ: 1162-1170
  • DOI: 10.1007/s00535-020-01731-6
  • 査読あり
• [学会発表] C型肝炎ウイルス排除後の新規肝発癌に関わるリスク因子の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三木大樹、田中純子、茶山一彰
  • 学会等名: 第28回日本消化器関連学会週間
• [学会発表] PNPLA3遺伝子多型はHCV排除後の肝発癌に関連する (2020)
  • 著者名/発表者名: 三木大樹, 相方浩、藤野初江、大野敦司、山内理海、柘植雅貴、茶山一彰
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 肝疾患における病因特異的な腸内細菌叢パターンの探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三木大樹, 河岡友和、茶山一彰
  • 学会等名: 第106回日本消化器病学会総会