東邦大学

私立大学研究ブランディング事業成果報告書
学校法人番号131069

学校法人名

東邦大学

大学名

東邦大学

事業名

上皮バリア機構の不全により生じる疾患の克服を目指したブランディング事業

申請タイプ

タイプB

支援期間

5年

収容定員4473人

参画組織

医学研究科、薬学研究科、理学研究科

事業概要

本事業では、上皮バリア機構の維持における上皮細胞、免疫細胞、細菌叢の役割を解析し、バリア機構を向上させるための標的遺伝子や新規化合物の同定を目指す。本事業の成果は、バリア機構の不全により生じる疾患の新しい治療法の開発に繋がるもので、日本の医療福祉への多大の貢献が期待できる。建学の精神「自然・生命・人間」およびブランディングコンセプト「いのちの科学で未来をつなぐ」を世界に発信する事業と位置付けている。

事業目的

本事業では、感染症やアレルギー疾患を克服するために、まずその根底にある上皮バリア機構の維持における上皮細胞、免疫細胞、細菌叢、サイトカインなどの役割を多角的に解析し、バリア機構を向上させるための標的遺伝子や新規化合物の同定を目指す。得られた知見をもとに、単に病原細菌の排除、アレルギー症状の改善を図るのではなく、外部環境因子と体内環境因子との共存・調和を図ることで生体が有している上皮バリア機構を十分に回復・保持させることにつなげることが目的であり、これにより新しい視点に立った予防的医療の概念を世界に向けて発信しようとする事業である。

1

私立大学研究ブランディング事業成果報告書
学校法人番号131069

東邦大学

学校法人名

大学名

東邦大学

事業名

上皮バリア機構の不全により生じる疾患の克服を目指したブランディング事業【事業によって得られた研究成果や特色】本事業では、上皮バリア機構の維持における上皮細胞、免疫細胞、細菌叢、サイトカインなどの役割を多角的に解析し、バリア機能を向上させるための標的遺伝子や新規化合物の同定などを目指して研究を行った。医学研究科、薬学研究科、理学研究科に所属する事業メンバーが学部横断的な共同研究体制を構築し、人の疾患、遺伝子工学を駆使したマウスモデル、培養細胞の系などを研究対象とすることにより、新規性の高い有望なバイオマーカー、将来性のあるリード化合物など、種々の有用な分子の同定に成功し、当初の計画通りトランスレーショナル・リサーチを成功裏に実施できた。ブランディング
事業を通じて、東邦大学がもともと得意としてきた微生物・感染症学、免疫学、生化学分野における研究力がさらに強化されたほか、活発な人的交流等により、学内で共同研究を行うための土壌が整えられた。
【社会全般に対する情報発信】本事業で得られた研究成果は、英文原著論文・総説・書籍として発表された（2017年1月～2020年1月で合計158編、うち12編は複数の事業メンバーによる共同研究の論文)。また、論文掲載時には日本語ならびに英語（EurekAlert!利用）によるプレスリリースを行った結果、新聞やインターネットメディアなどに取り上げられるなどして、研究成果が社会に向けて広く発信された。さらに、学術研究の成果を社会に還元するために国内シンポジウムを２回、区民ホールで開催したほか、成果報告会を学内で毎年開催した。研究成果を一般市民に対して直接分かりやすく伝えるアウトリーチ活動としては、公開市民講座、オープンキャンパスにおける講義・事業説明、「小学生夏の医学校」、「中学生夢スクール」等を実施した。そのほか、論文発表やその他のブランディング事業の成果をインターネットを通じて発信するための特設ウェブサイトを作成し、常時、情報更新に努めた結果、年間１万PVのアクセスを得た。
【私立大学研究ブランディング事業の経費の活用】事業経費は、研究機器・試薬の購入のみならず、研究支援制度を定着させるためのURAの雇用、若手研究者育成のためのリトリート合宿（学長以下およそ３０名が参加、合計３回開催）、ネイティブ講師を招いた英語プレゼンテーショ
ン講習会開催、学外の著名な研究者を招聘してのセミナー開催（「生体防御基盤セミナー」 合計１２回）などに使用され、学術研究の実施、研究体制の拡充、若手研究者の育成などに有効に活用された。

事業成果【事業メンバーによる学術的研究の成果】本事業では、薬理学的に誘導した上皮障害モデル、遺伝子欠損により上皮傷害を誘導する種々のマウスモデル、上皮特異的な種々の遺伝子欠損マウスなどを用いることにより、上皮バリア機能の恒常性に関与する因子を同定し、その分子・細胞メカニズムの解析を行った。

（中野）「上皮細胞特異的に細胞死が亢進するモデルマウスを用いた上皮組織の恒常性破綻のメカニズムの解明」 （１）小腸上皮細胞での新規細胞死であるネクロプトーシスが胎児期に亢進するマウスを樹立し、そのメカニズムを解析したところ、3型の自然リンパ球(ILC3)が活性化しており、ILC3が産生するインターロイキン(IL)-22が周囲の上皮細胞にアポトーシスを誘導することを明らかにした。（２）アポトーシス抑制遺伝子cFLIPとTNFR1受容体との2重欠損マウスを作製したところ、生後間もなく重篤な皮膚炎を発症して致死となった。細胞死に伴い産生されるIL-6が、表皮分化マーカーの発現を著明に抑制することで、さらなる上皮バリアの障害を誘導するという悪循環ループを形成していることを明らかにした。（３） AP-1ファミリーの転写因子JunBをT細胞特異的に欠損するマウスを樹立したところ、Treg細胞の分化障害が誘導され、Dextran sulfate sodium (DSS) 誘導性大腸炎が増悪することを見出した。このことから、JunBはIL-2Raの発現を上昇させることで、効率的なTreg細胞の分化誘導に必須の役割を果たしていることが明らかとなった。

事業成果（渡邉）「皮膚バリア機能低下とレドックスバランス制御」 炎症反応局所では、活性酸素種の過剰産生により生体内レドックスバランスの不均衡が生じ、酸化ストレス状態に陥る。シスチントランスポーターは、抗酸化物質グルタチオン (GSH) の合成基質であるシステインを供給し、細胞内 GSH 量の維持に関わっている。In vitro において、酸化ストレス刺激で輸送担体 xCTの発現が誘導されることから、好中球浸潤を伴う刺激性接触皮膚炎 (irritant contactdermatitis; ICD) および T 細胞が関与する慢性皮膚炎において、xCT の関与を解析した。その結果、これらの皮膚炎症反応において、xCT 欠損がレドックスバランスの不均衡をもたらし、炎症の増悪化が引き起こされていることが示唆された。また、ICD およびパパインを用いたアトピー性皮膚炎モデルにおいて、抗酸化物質であるフラボノイドの効果を解析し、炎症誘導に伴う応答が抑制されることを明らかにした。以上の結果より、発症機序が異なる様々な皮膚炎症反応において、生体内の GSH が関与する抗酸化機構および皮膚への抗酸化物質塗布のいずれにおいても、レドックスバランス制御が炎症応答に深く関わっていることが示唆された。
（近藤）「IL-7の上皮バリア機能における役割」 インターロイキン-7（IL-7）はリンパ組織だけでなく末梢組織にも発現しているが、バリア機能における役割はわかっていない。そこで、皮膚特異的にIL-7を欠損するマウス（IL-7cKO）マウスを作製し、上皮バリアにおけるIL-7の意義について解析した。10週齢前後のIL-7cKOマウスの背部皮膚（表皮と真皮を含む）は正常マウスでは認められない自発的肥厚を示した。皮膚から調製した細胞を調べたところ、肥厚を誘導する形質転換増殖因子（TGFβ）と線維芽細胞増殖因子の発現がIL-7cKOマウスで亢進していること、この亢進はIL-7存在下で抑制されることがわかった。TGFβはT細胞に作用し、インテグリン（CD103）陽性で組織定住性のレジデントメモリーT（TRM）細胞を誘導することが知られている。この現象がIL-7cKOマウスで過剰に生じているかどうかを検討した。体幹部皮膚を酵素処理することで血球系細胞を調製し、フローサイトメトリー法で解析した結果、全T細胞に占めるTRM細胞が増加していた。皮膚で過剰発現するTGFβは巡ってきたT細胞に作用してTRM細胞の誘導を亢進していると考えられる。これらの結果は、IL-7は表皮細胞や真皮細胞からのTGFβ発現制御を通じTRM細胞をコントロールし、炎症時や創傷治癒過程での肥厚と瘢痕形成に関与していることを示唆する。
（安齊）「上皮バリア機能不全により生ずる疾患の治療や研究のためのシード化合物の単離・精製・構造決定」 ヒトケラチノサイト細胞HaCaT におけるTNF-α刺激によるIL-8産生を指標として、土壌より分離した放線菌菌株培養液約2,000サンプルをスクリーニングした結果、W21A株とRH4株からIL-8産生を抑制する物質の単離・精製、構造決定に成功した。また、代謝産物
ライブラリー約300サンプルについても同様のスクリーニングを行い、KF-387 : (2E,4E)-2Methyl-5-phenyl-2,4-pentadienoic acidにIL-8産生抑制作用を見出した。本化合物は、マウス
ケラチノサイト細胞株PAM212においてTNF-αおよびIFN-γの共刺激により発現が上昇する
TNF、PANTES、TARC、MCP-1等の遺伝子の発現を抑制した。現在、これらの同定された物質に関して、さらなる機能解析を行っている。
（舘田）「マウス感染症発症モデルを利用した上皮バリア破綻機構の解析」 上皮細胞障害をもたらす様々な感染マウスモデルを構築し、各種検討を行った。（１）肺炎球菌を用いた二次性肺炎マウスモデルでは、肺炎球菌結合型ワクチンは二次性肺炎による死亡率を改善し、マクロファージを中心とする自然免疫能を高める効果を持つことが分かった。（２）市中感染型MRSA肺炎マウスモデルでは、肺内でのIL-17Fの産生と好中球数とが関連し、致死性に関わること、細菌の産生するα毒素が病原性の違いに関与していることを見出した。（３）緑膿菌性肺炎マウスモデルにおいて、マクロライド系抗菌薬が病原性制御機構であるcyclic di-GMPシグナル機構に作用することにより緑膿菌の病原性を低下させることを明らかにした。（４）レジオネラ肺炎モデルにおいて、IL-36が宿主防御に対して保護的に作用すること、肺内菌数の低下にGr-1陽性CD8陽性Ｔリンパ球が関与すること、糖尿病治療薬であるメトホルミンが有効であることを見出した。

（本間）「気道上皮バリア機構と肺障害の病態解明」 Lysozyme M遺伝子のプロモーター下にヒトDTR（diphtheria toxin receptor）を発現させたLysM-DTRマウスを用いてDTを投与し、Ⅱ型肺胞上皮細胞 (AEC2)及び肺胞マクロファージにアポトーシスを誘導した。また野生型マウスの骨髄をLysM-DTRマウスへ移植した骨髄キメラマウス（W-L群）にDT投与を行うと、LysMDTRの骨髄をLysM-DTRマウスへ移植したマウス（L-L群）と比較して肺胞領域にAEC2の増殖細胞が出現し、マクロファージがAEC2の増殖因子を産生していることが示唆された。興味深い
ことにLysM-DTRマウスのAEC2障害に伴い、血清中の複数のメタボライトの低下が認められた。さらにこの解析から抽出したメタボライトの値を健常人、ヒト間質性肺炎の安定期、急性増悪期で解析したところ、ある特定のメタボライトの血中レベルが間質性肺炎で上昇し、さらに急性増悪期で上昇するものと逆に低下するものが認められた。これらのメタボライトの値を組み合わせることで、ヒトの間質性肺炎の安定期と急性増悪を予測できるバイオマーカーになる可能性が示された。今後このバイオマーカーの特許申請や臨床での応用を検討していく予定である。

事業成果（南木）「膠原病に合併する間質性肺炎に対する新規治療開発」 膠原病には間質性肺炎（IP）がよく見られる。IPでは炎症細胞浸潤が認められるため、細胞浸潤に関与するケモカイン、リゾホスファチジン酸（LPA）のIP病態への関与とその阻害によるIP抑制効果を検討した。関節リウマチ患者のIPにおいて、ケモカインの一つフラクタルカイン（FKN）及びその受容体CX3CR1の発現が認められた。ブレオマイシン誘導IPマウスではFKN阻害により肺組織のコラーゲン量が有意に減少した。またFKNは肺線維芽細胞の遊走亢進作用を認めた。SKGマウスはザイモザン投与により関節炎とともにIPを発症する。FKN阻害により気管支肺胞洗浄液中のM2/M1マクロファージの比率が増加した。LPAは生理活性を持つ脂質であるが、SKGマウスにLPAの受容体であるLPA1阻害薬を投与したところ、関節炎スコアは有意に低下した。IPに対するLPA1阻害薬の影響は解析中である。細胞遊走を誘導するケモカイン、生理活性脂質は、関節炎、IPの病態に関与していると考えられ、それらを標的とした新規治療薬開発をめざし研究を継続する。
（石河） 「乾癬の表皮バリア機能と病勢に関わるバイオマーカーの確立」 皮膚バリア機能異常が顕著な5つの皮膚疾患のうち、乾癬においてのみ角層下水分量の低下を認め、バリア機能低下が強いことを明らかにした。そこで、乾癬患者をターゲットし、非侵襲的な方法であるテープストリッピング法を用いて採取した角質細胞を解析し、病態、病勢と関連するバイオマーカーの確立を目指した。角質細胞の分化に関与し、乾癬における変化が見出されている炎症因子Xを定量し、また、マーカー候補物質Y、代表的な炎症性サイトカインIL-1αとIL-1 raを定量し、重症度や臨床型などの臨床情報と比較した。乾癬患者の皮疹部・非皮疹部における角質細胞での炎症因子Xの発現を分析した結果、皮疹部での発現が顕著に増加しており、乾癬の病勢を表すスコアであるPASIスコアとの相関を見出した。炎症因子X値は、治療前後でのPASIスコアと並行して鋭敏に推移し、病勢のマーカーとして極めて有用であり、特許出願することとなった。
（三上）「潰瘍性大腸炎における大腸上皮からの発癌とその進展に関わる因子について」 （１）
潰瘍性大腸炎関連腫瘍では、細胞接着因子CD44の発現が低下しており、浸潤しやすさや予後に関係している可能性が考えられた。そこで、潰瘍性大腸炎の環境として酪酸およびTNFαをヒト大腸癌細胞株（DLD-1およびWiDr）の培養液中に添加し、その効果を調べた。DLD-1は酪酸の、WiDrはTNFαの存在下で腫瘍細胞集塊がばらけるような細胞形態の変化を示した。
ヒト大腸癌細胞株および潰瘍性大腸炎関連腫瘍の解析から、その炎症の環境によりCD44の発現が減少すること、その減少には産生低下の要素と細胞外領域の切断の要素が関与していることが明らかになり、上皮接着性の変化にCD4が関与している可能性が示唆された。（２）
潰瘍性大腸炎関連癌においてエストロゲン受容体β(ERβ)の発現が通常の大腸癌、大腸腺腫と比較して有意に低下していたが、ERβの発現低下部位でKi67発現は低率であり、p21は一定の傾向は認められなかった。一般的に癌に促進性に働くとされるERβだが、潰瘍性大腸炎関連大腸癌への関与は低いことが予想された。

今後の事業成果の活用・展開

本事業の4年間で学術的に大きな成果を挙げただけでなく、東邦大学学内において学部をまたいだ共同研究体制を確立した。また、リサーチ・アドミニストレーター（URA）導入により学内研究支援体制を固めることができた。この成果を活用し更に展開するため、大学の財源を用いて、学長主導型の学内補助金事業「東邦大学重点領域研究補助金（TU-GRIP）」を立ち上げた。これは学部や研究科を超えて東邦大学の研究者が共同で行う学術研究活動を支援するものであり、研究ブランディング事業で得られた有形無形の成果を事業終了によって途切れさせることなく活用し展開させていくためのものである。特に、本事業で新規バイオマーカーや上皮バリア機能に影響を及ぼす新規化合物の同定に成功したことから、今後、医薬品開発に向けたトランスレーショナル・リサーチを推し進める。