マルチターゲット脂質プロファイリングによる大腸がんの早期診断バイオマーカ―探索

2012 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24700455
• 研究種目: 若手研究(B)
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 和泉 自泰 神戸大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (70622166)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: メタボロミクス / リピドミクス / バイオマーカー探索 / 大腸がん

研究概要

多くの疾患はタンパク質の活性異常による代謝制御の乱れで生じる場合が多いと考えられているため、代謝物総体を捉えるメタボロミクスは予期せぬ大発見をもたらす可能性を秘めている。疎水性代謝物である脂質は、多くの分子種が存在し、様々な重要な生理機能を果たしているが、個々の分子種とがんの発症機構との関連性はまだよく分かっていない。そこで本研究では、質量分析計を用いたマルチターゲット脂質プリファイリング法により、大腸がんの発症により変動する脂質分子種を見出すことを目的とする。平成24年度は、マルチターゲット脂質プロファイリングを実施するために、リゾリン脂質 (LPC, LPE)、リン脂質 (PC, PE)、遊離脂肪酸などを測定対象とした超高速液体クロマトグラフィー/質量分析 (UHPLC/MS/MS) 分析システムを開発した。続いて、確立した分析手法において堅牢性が担保されるかどうかを、生体組織や血清サンプルを用いて検証した。検証試験には、野生型マウスから採取した大腸組織、血漿、ならびに、ヒト血清を使用した。その結果、マウス大腸組織で253種、血清中で226種、ヒト血清から218種の脂質が同定され、定量性の精度を示すバラツキも良好な値（RSD15%以内）を示した。ことから、当該分析手法は、動物組織や臨床検体に適応可能な堅牢性の高い脂質プロファイリングであることが示された。
さらに、炎症性腸疾患モデルであるIL-10遺伝子欠損マウスを用いて、腸炎発症における脂質分子種のプロファイルについて検討した。その結果、大腸組織と血漿中で共通して有意に変動した代謝物は15種類あり、その中には、DHA (22:6) やアシル基にDHAをもつPCなど、DHA関連代謝物が多く存在した。このことは、IL-10の欠損に伴う腸炎の発症とその慢性化に、DHA代謝が強く関与していることを示唆している。

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

平成24年度では、マルチターゲット脂質プロファイリング分析手法を確立し、マウス、あるいは、ヒト試料に適応可能であることを示した。さらに、炎症性腸疾患マウスモデルである、IL-10遺伝子欠損マウスを用いて、大腸、あるいは、血漿中の脂質プロファイリングも終了した。長期にわたる炎症が大腸がん発症を誘導することが知られていることから、本プロファイリング結果は、大腸がんの発症に強く関与する、代謝物、あるいは、代謝経路を特的できる可能性を示唆している。特に、DHA関連代謝物が有意に変動したことから、今後の研究において、最も着目すべき代謝経路であると考えている。以上のことから、実験計画の進歩状況としては、「おおむね順調に進展している」と判断している。

今後の研究の推進方策

平成25年度では、平成24年度に完了したIL-10遺伝子欠損マウスのマルチターゲット脂質プロファイリング分析データをより詳細に解析し、さらに、「大腸発がんモデルAPCmin/+マウスを用いたマルチターゲット脂質プロファイリング」を実施する。さらに、平成24年度の結果を踏まえ、DHAなどの不飽和脂肪酸の代謝物、すなわち、脂質メディエーターの解析も平行して実施する予定である。モデル実験結果を比較解析していくことで、慢性炎症から大腸がんの発症に関与する代謝物の探索を実施する。

次年度の研究費の使用計画

平成24年度から繰り越した研究費においては、「大腸発がんモデルAPCmin/+マウスを用いたマルチターゲット脂質プロファイリング」に関する基礎研究を実施するための分析機器消耗品購入に使用する。さらに、平成25年度では、平成24年度の結果を踏まえ、新たに、脂質メディエーターの分析系構築を予定している。脂質メディエーターの標準試薬は多種多様存在し、そして、高価なため、この購入に平成25年度の予算を使用する予定にしている。また、まとまったデータは、学会発表や論文発表していく予定にしており、それに関わる諸経費も、平成25年度の予算を使用する。

研究成果

• [雑誌論文] A novel serum metabolomics-based diagnostic approach to pancreatic cancer. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi T, Nishiumi S, Ikeda A, Yoshie T, Sakai1 A, Matsubara A, Izumi Y, Tsumura H, Tsuda M, Nishisaki H, Hayashi N, Kawano S, Fujiwara Y, Minami H, Takenawa T, Azuma T, Yoshida M.
  • 雑誌名: Cancer Epidem. Biomar. 巻: 22(4) ページ: 571-579
  • DOI: 10.1158/1055-9965.EPI-12-1033. Epub 2013 Mar 29.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of ion mobility-mass spectrometry to microRNA analysis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takebayashi K, Hirose K, Izumi Y, Bamba T, Fukusaki E.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 115(3) ページ: 332-338
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2012.10.006. Epub 2012 Nov 30.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microbiota derived lactate accelerates colon epithelial cell turnover in starvation-refed mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Oshio T, Otsubo T, Inagaki-Ohara K, Kakimoto K, Higuchi K, Kawamura Y, Ohno H, Dohi T
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 4 ページ: 1654
  • DOI: 10.1038/ncomms2668
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of gallic acid on peptides released by trypsin digestion of bovine a-casein. J. (2013)
  • 著者名/発表者名: Lai P, Okazawa A, Izumi Y, Bamba T, Fukusaki E, Yoshikawa M, Kobayashi A
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 115(3) ページ: 259-267
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2012.10.003. Epub 2012 Nov 17.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel serum metabolomics-based diagnostic approach for colorectal cancer. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishiumi S, Kobayashi T, Ikeda A, Yoshie T, Kibi M, Izumi Y, Okuno T, Hayashi N, Kawano S, Takenawa T, Azuma T, Yoshida M.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 7(7) ページ: e40459
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0040459. Epub 2012 Jul 11.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolomic analysis to discover candidate therapeutic agents against acute pancreatitis. (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishiumi S, Shiomi Y, Kobayashi T, Izumi Y, Kutsumi H, Hayakumo T, Azuma T, Yoshida M.
  • 雑誌名: Arch. Biochem. Biophys. 巻: 522(2) ページ: 107-120
  • DOI: 10.1016/j.abb.2012.03.025. Epub 2012 Mar 29.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of the metabolite profile by an APC gene mutation in colorectal cancer. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshie T, Nishiumi S, Izumi Y, Sakai A, Inoue J, Azuma T, Yoshida M.
  • 雑誌名: Cancer Sci. 巻: 103(6) ページ: 1010-21
  • DOI: 10.1111/j.1349-7006.2012.02262.x. Epub 2012 Apr 12.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diagnosis of gastroenterological diseases by metabolome analysis using gas chromatography-mass spectrometry. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshida M, Hatano N, Nishiumi S, Irino Y, Izumi Y, Takenawa T, Azuma T.
  • 雑誌名: J. Gastroenterol. 巻: 47 ページ: 9-20
  • DOI: 10.1007/s00535-011-0493-8. Epub 2011 Nov 2. Review.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of electrospray ionization ion trap/time-of-flight mass spectrometry for chemically-synthesized small RNAs. (2012)
  • 著者名/発表者名: Izumi Y, Takimura S, Yamaguchi S, Iida J, Bamba T, Fukusaki E.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 113(3) ページ: 412-419
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2011.11.007. Epub 2011 Dec 5.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Widely targeted metabolic profiling analysis of yeast central metabolites. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kato H, Izumi Y, Hasunuma T, Matsuda F, Kondo A.
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 113(5) ページ: 665-73
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2011.12.013. Epub 2012 Jan 27.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gallic acid oxidizes Met-residues in peptides released from bovine β-lactoglobulin by in vitro digestion. (2012)
  • 著者名/発表者名: Lai P, Okazawa A, Izumi Y, Bamba T, Fukusaki E, Yoshikawa M, Kobayashi A
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: 114(3) ページ: 297-305
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2012.04.019. Epub 2012 May 30.
  • 査読あり
• [学会発表] メタボロミクスを用いた早期大腸癌診断法 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉田 優, 西海 信, 和泉 自泰, 松原 惇起, 東 健
  • 学会等名: 日本薬学会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 20130327-20130330
• [学会発表] メタボロミクスによる疾患バイオマーカーの探索 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田 優, 西海 信, 和泉 自泰, 東 健
  • 学会等名: 日本認知症学会
  • 発表場所: 筑波
  • 年月日: 20121026-20121028
• [学会発表] 血清メタボローム解析による新規大腸がんスクリーニングシステムの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田 優, 西海 信, 和泉 自泰, 松原 惇起, 東 健
  • 学会等名: 日本医用マススペクトル学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20121025-20121026
• [学会発表] メタボロミクスを用いた炎症性疾患に対する新規治療薬の探索への試み (2012)
  • 著者名/発表者名: 西海 信, 和泉 自泰, 松原 惇起, 東 健,吉田 優
  • 学会等名: 日本医用マススペクトル学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20121025-20121026
• [学会発表] クローン病モデルIL-10ノックアウトマウスのメタボローム解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 和泉 自泰, 西海 信, 松原 惇起, 東 健,吉田 優
  • 学会等名: 第7回メタボロームシンポジウム
  • 発表場所: 鶴岡
  • 年月日: 20121010-20121012
• [学会発表] 血清メタボローム解析による大腸がん診断システムの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉田 優, 西海 信, 和泉 自泰, 松原 惇起, 東 健
  • 学会等名: 第7回メタボロームシンポジウム
  • 発表場所: 鶴岡
  • 年月日: 20121010-20121012
• [学会発表] Serum metabolomic profiling for early detection of colorectal cancer (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaru Yoshida, Shin Nishiumi, Yoshihiro Izumi, Atsuki Matsubara, Takeshi Azuma
  • 学会等名: Metabomeeting
  • 発表場所: Manchester, UK
  • 年月日: 20120925-20120927
• [学会発表] A novel serum metabolomics-based diagnostic approach for colorectal cancer (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaru Yoshida, Shin Nishiumi, Yoshihiro Izumi, Takeshi Azuma
  • 学会等名: 日本癌学会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20120919-20120921
• [学会発表] Serum metabolome analysis for early detection of colorectal cancer (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaru Yoshida, Shin Nishiumi, Yoshihiro Izumi, Atsuki Matsubara, Takeshi Azuma
  • 学会等名: 国際分析質量会議
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20120915-20120921
• [学会発表] ブレオマイシン誘発肺障害の発症機序とバイオマーカーの探索－脂質成分とプロスタグランジンの変動 (2012)
  • 著者名/発表者名: 坂東清子、紺屋豊、梅村康士、和泉自泰、国松武史、木村重紀、船橋斉、馬場健史、福崎英一郎
  • 学会等名: 毒性学会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 20120717-20120719
• [学会発表] GC/MS-based profiling of amino acids and TCA cycle-related molecules in ulcerative colitis (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaru Yoshida, Makoto Ooi, Shin Nishiumi, Yoshihiro Izumi, Takeshi Azuma
  • 学会等名: Metabolomics
  • 発表場所: Washington, D.C.
  • 年月日: 20120625-20120628
• [備考] 神戸大学大学院医学研究科 疾患メタボロミクス分野
  • URL: http://www.med.kobe-u.ac.jp/metabo/kenkyu.html