人工知能とオミックス解析を用いたぶどう膜炎の新規診断法の開発

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K09840
• 研究機関: 東京医科大学
• 研究代表者: 臼井 嘉彦 東京医科大学, 医学部, 准教授 (50408142)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: ぶどう膜炎 / オミックス解析 / 人工知能

研究実績の概要

ぶどう膜炎は視力障害の主要な原因疾患の１つであるが、診断や治療効果判定に確立したバイオマーカーや治療法は未だない。様々な種類のぶどう膜炎において単一マーカーでの診断には限界があり、ぶどう膜炎の多様性を正確に評価した個々の特徴と治療方針が重要となる。本研究では、各ぶどう膜炎の診断に重要なマルチバイオマーカーやプロファイルを明らかにするために、様々なオミックス解析（プロテオミクス、トランスクリプトミクス、メタボロミクス）を人工知能（機械学習）により解析することである。そして複数の情報を活用した高精度な診断システムを構築することで、マルチバイオマーカー探索と診断の数理モデルの方法論を同時に開発する。先行研究として、世界に先駆けてオミックス解析と人工知能解析を融合させ、バイオマーカー探索を行ってきたため、既に得られているオミックスデータを活用することができ、さらにぶどう膜炎の種類や症例数を増やしてオミックス解析を行う。
人工知能によるぶどう膜炎診断を最適化し、個別化医療を実現するためには患者の層別化が必要である。マルチオミックス解析と治療反応性や生命予後などの臨床情報を統合解析し、これらの網羅的データを非階層クラスター解析などの解析手法を用いて次元圧縮し、WGCNAで機能的モジュール情報に変換するアプローチを用いることで、旧来の解析手法では解明できなかった診断へのアプローチが可能であると考える。クロスバリデーションのような評価試験（内部評価）だけでなく、独立して採取した検体および測定データを用いた外部評価も行い、精度検証を行い、その数理指標の汎用性の評価と一般化に向けた取り組みを行う。

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

ぶどう膜炎の中で最も頻度の高いサルコイドーシスについてオミックス解析を行い、J Clin Med 2022. 11: 3606として論文を作成することができた。現在眼内リンパ腫におけるオミックス解析についても原著論文を作成中である。ぶどう膜炎5000例以上を対象とした診断ツールや治療効果予測、視力予後予測ツールの解析も行い、原著論文を作成中である。

今後の研究の推進方策

今後も各種ヒトぶどう膜炎の末梢血、唾液、眼内液を用いてゲノミクス解析、プロテオーム解析、トランスクリプトミクス解析とメタボロームの網羅的解析を行っていく。
その後、これらのオミックスデータから候補因子を5種類の機械学習法（ディープラーニングやサポートベクターマシン、ランダムフォレスト、決定木、ナイーブベイズ）により解析を行い、各種ぶどう膜炎の診断に関与するバイオマーカーを明らかにする。特に、血清や唾液から得られたデータと眼内液から得られた結果も比較検討を行っていく。

次年度使用額が生じた理由

コロナにより試薬などの納入が遅れた。次年度に使用していく。

研究成果

• [雑誌論文] Adenovirus-Associated Uveitis with Necrotizing Retinitis. (2023)
  • 著者名/発表者名: Sugita S, Usui Y, Watanabe H, Panto L, Iida M, Suginoshita K, Koyanagi KO, Nishida A, Kurimoto Y, Takahashi M, Shindo T, Nishioka H, Takano M, Kezuka T, Goto H, Kitaichi N.
  • 雑誌名: Ophthalomology 巻: 130 ページ: 443-445
  • DOI: 10.1016/j.ophtha.2022.12.020.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct Evidence of Conjunctival Melanoma Metastasis via Lymphatic Vessel. (2023)
  • 著者名/発表者名: Usui Y, Maruyama K, Goto H.
  • 雑誌名: Ophthalmology 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.ophtha.2022.10.004.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optical Coherence Tomography Angiography (OCT-A) in Uveitis: A Literature Review and a Reassessment of Its Real Role (2023)
  • 著者名/発表者名: Herbort CP Jr, Takeuchi M, Papasavvas I, Tugal-Tutkun I, Hedayatfar A, Usui Y, Ozdal PC, Urzua CA.
  • 雑誌名: Diagnostics 巻: 13 ページ: 601
  • DOI: 10.3390/diagnostics13040601
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multicenter, retrospective, observational study for the Treatment Pattern of systemic corticoSTERoids for relapse of non-infectious uveitis accompanying Vogt-Koyanagi-Harada disease or sarcoidosis (2023)
  • 著者名/発表者名: Namba K, Takase H, Usui Y, Nitta F, Maruyama K, Kusuhara S, Takeuchi M, Azumi A, Yanai R, Kaneko Y, Hasegawa E, Nakai K, Tsuruga H, Morita K, Kaburaki T.
  • 雑誌名: Jpn J Ophthalmol 巻: 67 ページ: 14-21
  • DOI: 10.1007/s10384-021-00897-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vogt-Koyanagi-Harada disease: the step-by-step approach to a better understanding of clinicopathology, immunopathology, diagnosis, and management: a brief review (2022)
  • 著者名/発表者名: Urzua CA, Herbort CP Jr, Takeuchi M, Schlaen A, Concha-Del-Rio LE, Usui Y, Cuitino L, Papasavvas I.
  • 雑誌名: J Ophthalmic Inflamm Infect 巻: 12 ページ: 17
  • DOI: 10.1186/s12348-022-00293-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Efficacy and Safety of Adalimumab for Exacerbation or Relapse of Ocular Inflammation in Patients with Vogt-Koyanagi-Harada Disease: A Multicenter Study (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakai S, Takeuchi M, Usui Y, Namba K, Suzuki K, Harada Y, Kusuhara S, Kaburaki T, Tanaka R, Takeuchi M, Mizuki N, Nakai K, Goto H, Herbort CP Jr.
  • 雑誌名: Ocul Immunol Inflamm 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1080/09273948.2022.2092007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive Proteomic Profiling of Vitreous Humor in Ocular Sarcoidosis Compared with Other Vitreoretinal Diseases. (2022)
  • 著者名/発表者名: Komatsu H, Usui Y, Tsubota K, Fujii R, Yamaguchi T, Maruyama K, Wakita R, Asakage M, Shimizu H, Yamakawa N, Nezu N, Ueda K, Goto H.
  • 雑誌名: J Clin Med 巻: 11 ページ: 3606
  • DOI: 10.3390/jcm11133606
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Factors associated with low prevalence of Fuchs' uveitis syndrome in Japan. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoneda Y, Usui Y, Tanaka R, Hase K, Namba K, Kamoi K, Takase H, Takeuchi M, Matsumiya W, Kusuhara S, Takeda A, Yawata N, Yanai R, Hiyama T, Harada Y, Hashida N, Maruyama K, Nakai K, Taguchi R, Kaburaki T, Mizuki N, Goto H, Fujino Y, Takeuchi M.
  • 雑誌名: Fron Med 巻: 30 ページ: 999804
  • DOI: 10.3389/fmed.2022.999804
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Adalimumab treatment for chronic recurrent Vogt-Koyanagi-Harada disease with sunset glow fundus: A multicenter study (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi M, Nakai S, Usui Y, Namba K, Suzuki K, Harada Y, Kusuhara S, Kaburaki T, Tanaka R, Takeuchi M, Mizuki N, Nakai K, Goto H, Herbort CP Jr.
  • 雑誌名: Saudi J Ophthalmol 巻: 36 ページ: 380-386
  • DOI: 10.4103/sjopt.sjopt_204_22
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Anti-TNF-α Therapy for Refractory Uveitis Associated with Behcet's Syndrome and Sarcoidosis: A Single Center Study of 131 Patients (2022)
  • 著者名/発表者名: Kunimi K, Usui Y, Asakage M, Maehara C, Tsubota K, Mitsuhashi R, Umazume A, Kezuka T, Sakai JI, Goto H.
  • 雑誌名: Ocul Immunol Inflamm 巻: 30 ページ: 223-230
  • DOI: 10.1080/09273948.2020.1791346
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 「継承と創造、そして未来へー網脈絡膜疾患」ぶどう膜炎研究のあたらしい流れ (2022)
  • 著者名/発表者名: 臼井嘉彦
  • 学会等名: 第76回日本臨床眼科学会
  • 招待講演
• [学会発表] 眼サルコイドーシスの硝子体液および血清中における細胞外小胞中の網羅的microRNA解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小松紘之、臼井嘉彦、後藤浩
  • 学会等名: 第55回日本眼炎症学会
• [学会発表] Machine Learning-Based Diagnosis of Uveitis Using Routine Peripheral Blood Test Data (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsubota K, USUI Y, NEZU N, GOTO H.
  • 学会等名: American Academy of Ophhtalmology
  • 国際学会
• [学会発表] 血清を用いた眼サルコイドーシスのプロテオミクス解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小松紘之、臼井嘉彦、山川直之、後藤浩
  • 学会等名: 第76回日本臨床眼科学会
• [学会発表] 前房水中の免疫液性因子に採血データを加えた機械学習による眼疾患の診断予測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 菅原莉沙、臼井嘉彦、禰津直也、脇田遼、小松紘之、後藤浩
  • 学会等名: 第３回日本AI学会