急性放射線性消化管症候群におけるTLR3の役割

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25870165
• 研究種目: 若手研究(B)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 武村 直紀 東京大学, 医科学研究所, 特任助教 (50648699)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 急性放射線性消化管症候群 / 自然免疫 / TLR3 / p53 / 小腸陰窩 / 細胞死

研究概要

急性放射線性消化管症候群（gastrointestinal syndrome; GIS）は、高線量の電離放射線に被曝した場合に、小腸陰窩の上皮幹細胞が死滅して上皮構造が破綻し、下痢や腸炎が起こる急性疾患である。日常においては、骨盤腔内の悪性腫瘍に対して放射線治療が施行される際に同様の腸炎が起きることが知られており、臨床的に解決すべき問題となっている。本研究課題では、自然免疫応答がGISの病態形成に関与する可能性を追究するため、自然免疫受容体ファミリー分子であるToll-like receptor（TLR）の遺伝子欠損マウスのGISに対する感受性を調べた。TLR遺伝子欠損マウスのうち、TLR3遺伝子欠損マウスは10 Gyのガンマ線全身照射に対して強い耐性を示し、下痢や体重減少などのGISの症状が極めて軽度であることを明らかにした。TLR3遺伝子欠損マウスでは、放射線被曝後の小腸陰窩の上皮細胞死が著減しており、上皮構造の破綻に至らなかった。小腸陰窩の上皮細胞はTLR3を強く発現しており、リガンド刺激で直接的に細胞死することを示した。TLR3は情報伝達分子としてTRIFとRIP1を介して小腸陰窩の細胞死を誘導しうることを示した。癌抑制遺伝子p53は、放射線によるDNA損傷が修復不可能な場合に細胞死を誘導する主要な因子としてよく知られているが、TLR3とp53は互いの発現や機能に関与しなかった。放射線後にTLR3依存的細胞死を誘導するリガンドは、p53依存的に細胞死した際に漏出する自己のRNAであることを示した。さらに、TLR3-RNA結合阻害剤をマウスに投与すると小腸陰窩の細胞死が減少し、GISが軽減することを示した。以上のように、GISの病態成立にTLR3が大きく関与することを明らかし、さらには薬物によるTLR3の阻害がGISを予防・治療する有効な手段となりうることを示した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究課題では、平成２５年度の研究計画として、（１）放射線被爆後にTLR3がもたらす傷害、（２）傷害に寄与するTLR3陽性細胞を明らかにすることとした。また平成２６年度の研究計画として、（３）TLR3が誘導する下流の情報伝達機構、（４）TLR3欠損によるp53の機能への影響、（５）TLR3を刺激するリガンドを明らかにすることとした。
平成２５年度において研究代表者は、（１、２）TLR3は小腸陰窩の上皮細胞に強く発現しており、放射線被爆後に細胞死を誘導すること、（３）TLR3はTRIFとRIP1を介して細胞死を誘導しうること、（４）TLR3はp53の発現や機能に影響しないこと、（５）p53依存的に細胞死した際に漏出する自己のRNAがTLR3を刺激しうることを明らかにした。
以上に加えて、TLR3-RNA結合阻害剤がGISの症状を顕著に改善することも示した。
この知見は論文発表に出来、また特許の取得も行っている
以上のように、申請時の計画以上に研究は進展している。

今後の研究の推進方策

GISに関して、TLR3阻害剤がマウスにおいて有効であることが明らかとなった。現在、国際特許の出願を行っている。ヒトにおいては原子力発電所の事故、テロなどで被曝した患者のための治療法として重要と考えられる。また、放射線治療の際の副作用の軽減においても有効であると考えられる。現在、カナダのベンチャー企業とともにヒトTLR3阻害剤のスクリーニングを行っており、将来的に製剤化、臨床応用を目指していく予定である。
また、現時点までに得られた研究成果は、放射線性消化管障害に自然免疫応答が深く関与することを支持している。放射線被曝後の消化管は急性期から晩期に至って種々の重篤な障害を呈する。これまでに得られた実験材料・手技を活用し、各期の障害に関与する自然免疫機構の解明へと発展させていく。

次年度の研究費の使用計画

今年度は実験計画が順調に進み、TLR3阻害剤がGISの新たな予防・治療手段となりうることが分かった。次年度はヒトTLR3阻害剤開発の研究を進めるために、有効性試験を多数行う必要がある。また、放射線性消化管障害に関して、TLR3をはじめ自然免疫応答の関与は明らかであり、新たな治療手段を開発するためにさらなる追究が必要である。そのために、今年度の予算を来年度に持ち越すことにした。
上記試験のために、主に試薬、培養のための培養液、マウス購入、飼育代として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Blockade of TLR3 protects mice from lethal radiation-induced gastrointestinal syndrome (2014)
  • 著者名/発表者名: Takemura N, Kawasaki T, Kunisawa J, Sato S, Lamichhane A, Kobiyama K, Aoshi T, Ito J, Mizuguchi K, Karuppuchamy T, Matsunaga K, Miyatake S, Mori N, Tsujimura T, Satoh T, Kumagai Y, Kawai T, Standley DM, Ishii KJ, Kiyono H, Akira S, Uematsu S
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5巻 ページ: 3492
  • DOI: 10.1038/ncomms4492.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The second messenger phosphatidylinositol-5-phosphate facilitates antiviral innate immune signaling. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki T, Takemura N, Standley DM, Akira S, Kawai T
  • 雑誌名: Cell Host Microbe. 巻: 14 ページ: 148-158
  • DOI: 10.1016/j.chom.2013.07.011.
  • 査読あり
• [雑誌論文] KK/Ta Mice Administered Lactobacillus plantarum Strain No. 14 Have Lower Adiposity and Higher Insulin Sensitivity (2013)
  • 著者名/発表者名: Okubo T,Takemura N, Yoshida A, Sonoyama K
  • 雑誌名: Bioscience of Microbiota, Food and Health 巻: 32 ページ: 93-100
  • DOI: 10.12938/bmfh.32.93
  • 査読あり
• [学会発表] TLR3 As an Exacerbating Factor for Radiation-Induced Gastrointestinal Syndrome (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takemura, Shizuo Akira, Hiroshi Kiyono, Satoshi Uematsu
  • 学会等名: 題４２回日本免疫学会学術集会
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉県千葉市美浜区）
  • 年月日: 20131211-20131213
• [備考] TLR3の阻害が致死的な放射線誘導性腸炎を著しく改善させる
  • URL: http://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/research/papers/tlr3.php
• [産業財産権] PHARMACEUTICAL COMPOSITION FOR PREVENTING OR TREATING RADIATION-INDUCED GASTROINTESTINAL SYNDROME (2013)
  • 発明者名: 植松 智、武村 直紀、審良 静男
  • 権利者名: 植松 智、武村 直紀、審良 静男
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: U.S. Patent Number: 61/859,814
  • 出願年月日: 2013-07-30
  • 外国