腸管を基軸とした幼若雛の健全育成を支えるニワトリ粘膜免疫学の創成

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K19176
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 野地 智法 東北大学, 農学研究科, 教授 (10708001)
• 研究分担者: イスラム ジャヒドゥル 東北大学, 農学研究科, 特任助教 (20805569) ; 佐藤 幹 東北大学, 農学研究科, 教授 (20250730) ; 喜久里 基 東北大学, 農学研究科, 准教授 (90613042) ; 陶山 佳久 東北大学, 農学研究科, 教授 (60282315) ; 松尾 歩 東北大学, 農学研究科, 助教 (90868754)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2023-03-31
• キーワード: ニワトリ / 腸管 / 粘膜免疫 / 組織形成 / 抗体

研究実績の概要

ニワトリ（鶏）の免疫学に関する教科書には、骨髄で造血幹細胞から分化したB細胞前駆細胞は、排泄腔近傍に存在するファブリキウス嚢でB細胞へと分化し、その後、脾臓やパイエル板（回腸終末部）、盲腸扁桃（盲腸基部）といった免疫臓器で機能すると記載されている（Avian Immunology 2nd Edition）。一方で、我々は、広大な表面積を有する盲腸にも成熟したB細胞が多数集積する濾胞構造が広範囲に発達していることを見出し、盲腸扁桃やパイエル板とは異なる、腸管に発達する新たな免疫臓器（Cecal patches: CP）の存在を明らかにしてきた。加えて、経時的に実施した形態学的解析を通して、CPは盲腸扁桃と同様に孵化後に形態形成されること、腸管の免疫機能に深く関わるIgA（免疫グロブリンのサブクラスの１つ）を産生する形質細胞へのB細胞からの最終分化が、盲腸扁桃やパイエル板以上に、CPで盛んに行われていることを見出し、既存の教科書には記載されていない、孵化後の鶏の腸管内で発達するCPを中心とした粘膜免疫システムの存在を提唱してきた。

そこで本研究では、孵化1, 2, 3, 5, 7 週間後の肉用鶏（Ross308系）より、盲腸を採材・固定し、CPの形態形成を組織学的に解析した。また、組織切片をIgM, IgA, IgYをマーカーとした免疫組織化学染色に供することで、抗体産生細胞の局在変化も比較解析した。その結果、CP形成が開始される時期は、盲腸扁桃の発達時期よりも少し遅く、孵化2週齢以降であることが明らかになった。このことは、盲腸扁桃とCPの形態形成を促す刺激は異なっている可能性を強く示唆していた。さらには、CPで濾胞構造が発達する時期は3週齢前後であり、同時期に濾胞内でB細胞からIgA産生細胞への最終分化が起きていることも明らかになった。

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

計画した通りの実験を通して、予定されている研究成果が得られている。また、研究初年度（令和３年度）に得らえた結果をもとに、研究２年目（令和４年度）の課題が既に開始していることから、おおむね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

鶏腸管の免疫臓器が孵化後に形態形成・機能成熟する事実は、その過程に関わる外来（例：微生物）刺激の存在を強く示唆するものであった。そこで、対照区に加えて孵化後の雛の腸内微生物環境を改変した試験区（改善・撹乱）をそれぞれ作出し、腸管免疫臓器の形成に影響を与える微生物種の特定に迫る。

具体的には、初生雛にCEテクト（健全な成鶏由来の盲腸内微生物群含有市販飼料）を３週間供与する“腸内細菌叢改善区”に加えて、各種抗生物質を３週間投与する“攪乱区”を設ける。その後、形態学的／免疫学的手法を駆使した腸管免疫臓器形成に関する解析に加え、各区の鶏の腸管免疫臓器内に発達する微生物叢を、メタゲノム解析により網羅的に分析する。

本課題を通して、孵化後の鶏腸管の免疫臓器形成に関わる候補微生物が特定され、腸管の免疫臓器の連鎖的機能向上型の雛用飼料開発に向けた学術基盤が形成される。

研究成果

• [雑誌論文] Roles of mannosylerythritol lipid-B components in antimicrobial activity against bovine mastitis-causing Staphylococcus aureus (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi Shinya、Furukawa Mutsumi、Kawahara Akio、Sugahara Tomohiro、Yamamoto Shuhei、Kitabayashi Masao、Sogabe Atsushi、Shimoda So、Hata Eiji、Watanabe Kouichi、Yoneyama Hiroshi、Aso Hisashi、Nochi Tomonori
  • 雑誌名: World Journal of Microbiology and Biotechnology 巻: 38 ページ: 54
  • DOI: 10.1007/s11274-022-03243-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fermented rice bran supplementation attenuates chronic colitis-associated extraintestinal manifestations in female C57BL/6N mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Islam Jahidul、Agista Afifah Zahra、Watanabe Kouichi、Nochi Tomonori、Aso Hisashi、Ohsaki Yusuke、Koseki Takuya、Komai Michio、Shirakawa Hitoshi
  • 雑誌名: The Journal of Nutritional Biochemistry 巻: 99 ページ: 108855-108855
  • DOI: 10.1016/j.jnutbio.2021.108855
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differential expression of CD11c defines two types of tissue-resident macrophages with different origins in steady-state salivary glands (2022)
  • 著者名/発表者名: Lu Lu、Kuroishi Toshinobu、Tanaka Yukinori、Furukawa Mutsumi、Nochi Tomonori、Sugawara Shunji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 931
  • DOI: 10.1038/s41598-022-04941-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a rational framework for the therapeutic efficacy of fecal microbiota transplantation for calf diarrhea treatment (2022)
  • 著者名/発表者名: Islam Jahidul、Tanimizu Masae、Shimizu Yu、Goto Yoshiaki、Ohtani Natsuki、Sugiyama Kentaro、Tatezaki Eriko、Sato Masumi、Makino Eiji、Shimada Toru、Ueda Chise、Matsuo Ayumi、Suyama Yoshihisa、Sakai Yoshifumi、Furukawa Mutsumi、Usami Katsuki、Yoneyama Hiroshi、Aso Hisashi、Tanaka Hidekazu、Nochi Tomonori
  • 雑誌名: Microbiome 巻: 10 ページ: 31
  • DOI: 10.1186/s40168-021-01217-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The gut microbiota induces Peyer’s-patch-dependent secretion of maternal IgA into milk (2021)
  • 著者名/発表者名: Usami Katsuki,Niimi Kanae,Matsuo Ayumi,Suyama Yosihisa,Sakai Yosifumi,Sato sintaro,Fujihasi Kohtaro,Kiyono Hirosi,Uchino Saeka,Furukawa Mutsumi,Islam Jahidul,Ito Kaori,Moriya Taiki,Kusumoto Yutaka,Tomura Michio,Hovey Russell C.,Sugawara Junichi,Yoneyama Hirosi,Kitazawa Haruki,Watanabe Kouichi,Aso Hisasi,Nochi Tomonori
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 36 ページ: 109655～109655
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109655
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemerin Regulates Epithelial Barrier Function of Mammary Glands in Dairy Cows (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Yutaka、Chiba Sachi、Nishihara Koki、Nakajima Keiichi、Hagino Akihiko、Kim Won-Seob、Lee Hong-Gu、Nochi Tomonori、Suzuki Toru、Roh Sang-Gun
  • 雑誌名: Animals 巻: 11 ページ: 3194～3194
  • DOI: 10.3390/ani11113194
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fermented Rice Bran Supplementation Prevents the Development of Intestinal Fibrosis Due to DSS-Induced Inflammation in Mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Agista Afifah Zahra、Rusbana Tubagus Bahtiar、Islam Jahidul、Ohsaki Yusuke、Sultana Halima、Hirakawa Ryota、Watanabe Kouichi、Nochi Tomonori、Ardiansyah、Budijanto Slamet、Yang Suh-Ching、Koseki Takuya、Aso Hisashi、Komai Michio、Shirakawa Hitoshi
  • 雑誌名: Nutrients 巻: 13 ページ: 1869～1869
  • DOI: 10.3390/nu13061869
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ligilactobacillus salivarius Strains Isolated From the Porcine Gut Modulate Innate Immune Responses in Epithelial Cells and Improve Protection Against Intestinal Viral-Bacterial Superinfection (2021)
  • 著者名/発表者名: Indo Yuhki、Kitahara Shugo、Tomokiyo Mikado、Araki Shota、Islam Md. Aminul、Zhou Binghui、Albarracin Leonardo、Miyazaki Ayako、Ikeda-Ohtsubo Wakako、Nochi Tomonori、Takenouchi Takato、Uenishi Hirohide、Aso Hisashi、Takahashi Hideki、Kurata Shoichiro、Villena Julio、Kitazawa Haruki
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 12 ページ: 652923
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.652923
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 腸内細菌が宿主免疫系に与える影響 ～腸内微生物ーパイエル板ー乳腺経路の発見～ (2022)
  • 著者名/発表者名: 野地智法
  • 学会等名: 第55回日本無菌生物ノートバイオロジー学会
  • 招待講演
• [学会発表] 子牛難治性下痢症に対する糞便微生物移植（FMT）治療効果に寄与する因子の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大谷夏輝、杉山顕太郎、五島可祥、清水優、田中秀和、Jahidul Islam、野地智法
  • 学会等名: 家畜感染症学会
• [学会発表] MEL-Bの構成因子に着目した黄色ブドウ球菌の抗菌活性に関する作用機序解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山内清哉、川原顕生、菅原知宏、山本周平、北林雅夫、曽我部敦、秦英司、麻生久、米山裕、古川睦実、野地智法
  • 学会等名: 家畜感染症学会
• [学会発表] ホルスタイン種において乳汁中のIgAおよびIgM濃度の遺伝率は高い (2021)
  • 著者名/発表者名: 桂哲平、遠藤佑真、庄涛、浦川めぐみ、吉村梢、高梨暁、林智人、菊佳男、長澤裕哉、浅野貴史、佐沢公子、横井允雄、吉田岳、中村武 彦、上本吉伸、野地智法、麻生久
  • 学会等名: 日本乳房炎研究会
• [学会発表] ニワトリ腸管に発達する免疫臓器の機能解明に資する組織学的研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平川良太、久松基史、古川睦実、佐藤幹、野地智法
  • 学会等名: 日本家禽学会2021年度秋季大会
• [学会発表] 乳汁IgAの産生制御因子としてのPolymeric immunoglobulin Receptor（PigR）の機構解明 M (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊東加織、内野紗江佳、宇佐美克紀、古川睦実、松本敬、南野昌信、麻生久、野地智法
  • 学会等名: 第129回日本畜産学会
• [学会発表] 3D可視化技術を用いた幼若期のパイエル板の形態学的解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 勅使河原杏莉、古川睦実、野地智法
  • 学会等名: 第70回東北畜産学会
• [学会発表] 乳汁IgAが有する腸内微生物に対する特異性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 内野紗江佳、宇佐美克紀、新實香奈枝、古川睦実、野地智法
  • 学会等名: 第70回東北畜産学会
• [学会発表] X連鎖重症複合免疫不全症に対する胎生期治療の有用性 ～医療用免疫不全ブタを用いた動物モデル研究から見えてきたこと～ (2021)
  • 著者名/発表者名: 野地智法
  • 学会等名: 第12回関東甲越免疫不全症研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 家畜の生産性向上を目指した粘膜免疫学研究の最前線 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野地智法
  • 学会等名: 第156回鹿児島県家畜臨床研究会
  • 招待講演
• [産業財産権] 乳汁中のIgA抗体含有量の増加剤 (2021)
  • 発明者名: 野地智法、宇佐美克 紀、麻生久、清野 宏、藤橋浩太郎、佐
  • 権利者名: 野地智法、宇佐美克 紀、麻生久、清野 宏、藤橋浩太郎、佐
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2021/30571
  • 外国