hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
天皇海山群推古海台およびオホーツク海から得たピストンコアを用いた対比的古海洋研究

オホーツク海の深海底および推古海台の頂部において採取されたピストンコアを試料として,古海洋環境復元に関する研究を実施した.コア長は,前者では12.8m,後者は13.5mであった.堆積物中の生物起源炭酸塩およびオパール,還元態硫黄の含有量を測定すると共に,全岩分析を行い,鉄,チタン,アルミニウム,ケイ素,カルシウム,マグネシウム,リン,バリウム,銅,バナジウム,マンガンを測定し,それらの鉛直分布を明らかにした.これらのコアの堆積年代はいずれも判明していない.しかしながら,オホーツク海では,本コアに近接した海域で採取されたコアに対して,最近生物起源オパールの年代分布が明らかにされた.そこで,両者のコア中の生物起源オパールの分布を層序的に対比することによって,本コアの年代を推定した.その結果,本コアの下層に見いだされたオパール含有量の極小層(8-10m層)は最終氷期最寒期(約2万年前)に相当すると推定される.その層以浅の温暖期に相当する層準ではオパール含有量は急激に増加し,上層(0-3.5m層)ではほぼ一定となった.また,生物起源バリウム(アルミノケイ酸塩中のバリウム/アルミニウム比から算出)はオパールと全く類似した分布を示した.一方,酸化還元環境の指標となる還元態硫黄含有量は,オパールの分布とは逆に,最終氷期最寒期に極大を示した.また,全岩分析の結果,陸起源性である鉄,チタン,アルミニウム,カルシウムおよびマグネシウムも,還元態硫黄の分布と同様に,上層の温暖期には低濃度で一様に分布するものの,氷期に相当する8m層以深で急激な増加を示した.本研究で得た結果を氷期のオホーツク海についてまとめると,(1)生物生産が低下した,(2)陸起源物質の供給が増加した,(3)海底は還元環境となった(還元態硫黄含有量の増加),ことが挙げられる.この様な氷期におけるオホーツク海の環境規定要因として海氷の形成が挙げられる.すなわち,海氷形成量の増加が有効な生物生産域を縮小させ,かつ陸起源物質の供給を促進させ,海洋の成層構造をより発達させたと考えられる.推古海台コアにおいては,生物起源炭酸塩含有量は4-94%と,コア上層で大きな変動を示すが,全層における平均値は69%と比較的高く,本コアは炭酸塩堆積物であるといえる.コアの年代はNarite et al.(2002)の研究に基づいて推定すると,2.5m層では12万年前となる.この堆積速度から,氷期最寒期は30-50cm層に相当すると考えられる.この層準における炭酸塩含有量の平均値は43%であり,この上層と下層における値と比べても明瞭な減少が見出される.すなわち,推古海台頂部が北太平洋亜寒帯における石灰質プランクトンの生産を代表すると仮定すると,氷期は現在のような温暖期に比べて生物生産はむしろ低下していたのではないかと考えられる.この様に,オホーツク海とその外洋域である推古海台コア中に記録された生物生産の変動を復元した本研究結果は,これらの海域では,氷期における生物生産量は減少していたことを強く示唆している.オホーツク海の深海底および推古海台の頂部において採取されたピストンコアを試料として,古海洋環境復元に関する研究を実施した.コア長は,前者では12.8m,後者は13.5mであった.堆積物中の生物起源炭酸塩およびオパール,還元態硫黄の含有量を測定すると共に,全岩分析を行い,鉄,チタン,アルミニウム,ケイ素,カルシウム,マグネシウム,リン,バリウム,銅,バナジウム,マンガンを測定し,それらの鉛直分布を明らかにした.これらのコアの堆積年代はいずれも判明していない.しかしながら,オホーツク海では,本コアに近接した海域で採取されたコアに対して,最近生物起源オパールの年代分布が明らかにされた.そこで,両者のコア中の生物起源オパールの分布を層序的に対比することによって,本コアの年代を推定した.その結果,本コアの下層に見いだされたオパール含有量の極小層(8-10m層)は最終氷期最寒期(約2万年前)に相当すると推定される.その層以浅の温暖期に相当する層準ではオパール含有量は急激に増加し,上層(0-3.5m層)ではほぼ一定となった.また,生物起源バリウム(アルミノケイ酸塩中のバリウム/アルミニウム比から算出)はオパールと全く類似した分布を示した.一方,酸化還元環境の指標となる還元態硫黄含有量は,オパールの分布とは逆に,最終氷期最寒期に極大を示した.また,全岩分析の結果,陸起源性である鉄,チタン,アルミニウム,カルシウムおよびマグネシウムも,還元態硫黄の分布と同様に,上層の温暖期には低濃度で一様に分布するものの,氷期に相当する8m層以深で急激な増加を示した.本研究で得た結果を氷期のオホーツク海についてまとめると,(1)生物生産が低下した,(2)陸起源物質の供給が増加した,(3)海底は還元環境となった(還元態硫黄含有量の増加),ことが挙げられる.この様な氷期におけるオホーツク海の環境規定要因として海氷の形成が挙げられる.すなわち,海氷形成量の増加が有効な生物生産域を縮小させ,かつ陸起源物質の供給を促進させ,海洋の成層構造をより発達させたと考えられる.

推古海台コアにおいては,生物起源炭酸塩含有量は4-94%と,コア上層で大きな変動を示すが,全層における平均値は69%と比較的高く,本コアは炭酸塩堆積物であるといえる.コアの年代はNarite et al.(2002)の研究に基づいて推定すると,2.5m層では12万年前となる.この堆積速度から,氷期最寒期は30-50cm層に相当すると考えられる.この層準における炭酸塩含有量の平均値は43%であり,この上層と下層における値と比べても明瞭な減少が見出される.すなわち,推古海台頂部が北太平洋亜寒帯における石灰質プランクトンの生産を代表すると仮定すると,氷期は現在のような温暖期に比べて生物生産はむしろ低下していたのではないかと考えられる.この様に,オホーツク海とその外洋域である推古海台コア中に記録された生物生産の変動を復元した本研究結果は,これらの海域では,氷期における生物生産量は減少していたことを強く示唆している.本研究では,更新世に激変した地球規模の気候変動は海洋環境を大きく変動させたと考えられる.それらの変動の内,特に生物生産量の変動を調べる事を目的とした.本年度では,特にオホーツク海を対象として,その海底から採取した堆積物コアを試料とした.1.オホーツク海CM6PCコアの調製CM6PCコア(KH-98-3航海)は全長約12.8mで,それを2.5cm毎に切断し分析用試料とした.全分析用試料のほぼ半数を真空凍結乾燥法によって乾燥させた後,粉末化し,分析用試料を調製した.生物起源物質の化学分析炭酸カルシウムを測定した結果,オホーツク海盆の水深3000mから採取された本コア中には含有されていないことがわかった.生物起源オパールの含有量は,表層0-4m層では150-200mg/gの範囲で変動しているが,それ以深では漸次減少し,8-10m層では10mg/g以下となり,10m層以深では再び増加傾向を示した.本コアの年代は未だ不明であるが,少なくとも過去に比べて現在の方が濃度が高いことがわかった.また,このオパールの鉛直分布は一般的知られている酸素同位体カーブと類似した変動を示していることから,8-10m層は氷期最寒期に相当する年代を示すものと推定される.すなわち,氷期のオホーツク海は海洋表層でオパールを形成するような動植物プランクトンの生産が制限されていたと推定される.更新世に激変した地球規模の気候変動は海洋環境を大きく変動させたと考えられる.そこで,天皇海山群推古海台から採取したコアを対象として,生物起源である炭酸カルシウム含有量の鉛直分布を明らかにした.また,オホーツク海コアを対象として,生物生産量の変動が海底境界層および堆積物の酸化還元条件に与えた影響を調べた.1.推古海台MR4PCコアにおける炭酸カルシウムの変動推古海台頂部(水深1855m,コア長13.37m)から採取したコアを分割し,合計686個の分析試料を調製した.コア中の炭酸カルシウム含有量は,表層1.5mは5-70%と変動が大きいものの,それ以深では50-90%で変動し,コア深度に対して増加傾向が認められた.本コアの年代は未だ不明であるので,詳細な議論は今後の課題である.2.オホーツク海CM6PCコアにおける還元態硫黄の変動
糖尿病網膜症の発症機序に関する研究-網膜毛細血管ペリサイトの変性・脱落機序としてのアポトーシス-

高濃度グルコースによる網膜毛細血管ペリサイト(RPC)のアポトーシスとポリオール代謝、酸化ストレス細胞内Ca^<2+>およびPKC活性との関連性を検討した。【方法】1)RPCの培養:牛眼より単離培養した第3世代のRPCを、5.5mMグルコース(G)、20mMG(HG)およびアルドース還元酵素阻害薬(SNK-860:SNK)、caspase-3阻害薬、calpain阻害薬あるいはGSH添加HGにて5日間培養した後、以下の項目について検討した。2)GSH含量:キットを用いて測定した。3)細胞内Ca^<2+>濃度:Fura-2AMを用いて測定した。4)PKC活性:ジギトニンを用いたin situ labelingにより測定した。5)Capsase-3活性:キットを用いて測定した。6)MTT assay:ミトコンドリア内脱水酵素活性を測定し、細胞のviabilityを評価した。7)アポトーシスの検出:Hoechst33258を用いて検出した。【成績】1)GSH含量:HGによる細胞内GSH含量の低下はSNKにより有意に改善された。2)Ca^<2+>濃度:HGにより細胞内Ca^<2+>濃度は有意に上昇し、この上昇はSNKにより有意に是正された。3)PKC活性:HGによりPKC活性は有意に低下し、この低下はSNKにより有意に改善された。4)Caspase-活性:HGによりcaspase-3活性は有意に増加し、SNKにより有意に低下した。5)MTT活性:HGによるMTT活性の低下は、SMK、GSH、calpain阻害薬およびcaspase-3阻害薬により部分的ではあるものの有意に是正された。6)アポトーシス:HGによるアポトーシス細胞の有意な増加は、SNK、GSHおよびcalpain阻害薬により有意ではあるものの部分的にしか改善されなかったのに対して、caspase-3阻害薬はアポトーシス細胞の増加を完全に正常化させた。【結論】糖尿病性網膜症の初期病変としてのRPCの変性・脱落機序としての高グルコースによるRPCのアポトーシス亢進は、ポリオール代謝活性の亢進を介した酸化ストレスの亢進、PKC活性の低下およびCa^<2+>、calpain系の活性化を含み、caspase-3依存性の経路を介していることが示唆された。高濃度グルコースによる網膜毛細血管ペリサイト(RPC)のアポトーシスとポリオール代謝、酸化ストレスおよびPKC活性との関連性をアルドース還元酵素阻害薬(SNK-860:SNK)を用い検討した。【方法】1)RPCの培養;牛眼より単離培養した第3世代のRPCを、5.5mMグルコース(G)(NG群)、20mMG(HG群)および10μMSNK添加20mMG(HG+SNK群)にて5日間培養した後、以下の項目について検討した。2)MTT assay;ミトコンドリア内

脱水酵素活性を測定し、細胞のviabilityを評価した。3)アポトーシスの検出;TUNEL法によるin situ endo labeling、Hoechst 33342を用いた核染色、アガロースゲルによるDNA電気泳動を行った。4)還元型グルタチオン濃度;キットを用いて測定した。5)PKC活性:ジギトニンを用いたinsitu labelingにより測定した。【結論】高濃度グルコースによるRPCのアポトーシスには、ポリオール代謝活性の亢進を介した酸化ストレスの亢進およびPKC活性の低下が関与している可能性が示唆された。高濃度グルコースによる網膜毛細血管ペリサイト(RPC)のアポトーシスの機序を検討する目的で、アルドース還元酵素阻害薬(SNK-860)、還元型グルタチオン(GSH)、caspase-3阻害薬およびcalpain阻害薬を用い、細胞内Ca^<2+>濃度、GSH含量、caspase-3活性を測定するとともに、高濃度グルコースによるRPCのアポトーシスに対する効果を比較した。【方法】1)RPCの培養;網膜組織よりRPCを単離培養し、5.5mMグルコース(G)含有MEM(NG群)、20mMG含有MEM(HG群)、およびHG群に10μM SNK、2μM caspase-3阻害薬、10μM calpain阻害薬あるいは10、100μM GSHを添加した条件にて5日間培養した後、以下の項目について検討した。2)細胞内Ca^<2+>濃度:細胞を回収後Fura-2AMを負荷し、340nmおよび380nmでの蛍光強度比を測定することにより、Ca^<2+>濃度を算出した。3)細胞内GSH含量;OXIS社GSH-400キットを用いて細胞内GSH含量を測定した。4)Caspase-3活性;R&D systems Caspase-3 colorimetric assaykitを用いて細胞内のcaspase-3活性を評価した。5)MTTassay;ミトコンドリア内脱水酵素活性を測定し、細胞のviabilityを評価した。6)蛍光核染色;Hoechet33258染色したクロマチンの凝集、断片化を蛍光顕微鏡で観察しアポトーシスの評価とした。【成績】細胞内GSH含量、MTT活性はHG群で有意に低下し、細胞内Ca^<2+>濃度、caspase-3活性およびアポトーシスはHG群で有意に増加した。これら全ての変化はSNK添加により改善した。Calpain阻害薬はアポトーシスおよびMTT活性を部分的に抑制し、caspase-3阻害薬はアポトーシスを完全に抑制したがMTT活性に与える影響は部分的であった。GSHによりアポトーシスは部分的に抑制された。【結論】以上の成績より、高グルコースによるRPCのアポトーシスは、そのメカニズムにポリオール代謝活性の亢進を介した酸化ストレスの亢進およびCa^<2+>-calpain系の活性化を含み、caspase-3依存性であることが示唆された。
「二因子」遺伝モデル動物の解析による糖尿病発症の危険度判定ツールの開発

2型糖尿病のような多遺伝子疾患は複数の遺伝子さらには環境因子が絡まりあって病気の発症に関係している。世界で最初に同定された2型糖尿病感受性遺伝子カルパイン10は第15番染色体上のNIDDM3効果が付加されることにより発症リスクが増強する。我々はこのNIDDM3遺伝子座にカルパイン3があることに注目し解析を始めた。そこで膵β細胞および骨格筋でカルパイン10(ヒト2番染色体)とカルパイン3(ヒト15番染色体)を各々特異的に発現するトランスジェニックマウスを作成した。先ず膵β細胞、骨格筋特異的にカルパイン10を過剰発現させたマウスを作成した。カルパイン10ノックアウトマウスに関してはシカゴ大学と共同で作成した。一方、カルパイン3欠損マウスは別グループによって既に作成されており、種々の生理学的検討を加えたが、糖尿病関連の有意なデータは得られなかった。膵β細胞特異的にカルパイン10を過剰発現させたマウスは、体重の有意な増加と生理学的検討の結果、糖負荷時の初期インスリン分泌低下がヒト同様に確認された。さらにこのマウスの単離膵島を用いて、既知のMODY遺伝子を含む糖尿病関連分子の網羅的リアルタイムPCRを施行したところGlut2の発現量の有意な変化などHNF遺伝子カスケードとのクロストークを見い出した。またカルパイン10ノックアウトマウスの作成にも成功しており、これの単離膵島を用いて脂質誘導のアポトーシスにおけるRyR2を介したカルパイン10の役割を明らかにした。また内因性カルパイン阻害蛋白であるカルパスタチン過剰発現マウスも作成し、カルパインが末梢で骨格筋量の制御に関係していることを明らかにした。2型糖尿病のような多遺伝子疾患は複数の遺伝子さらには環境因子が複雑に絡まりあって病気の発症に関係している。そこで膵β細胞および骨格筋でカルパイン10(ヒト2番染色体)とカルパイン3(ヒト15番染色体)を各々特異的に発現するトランスジェニックマウスを作成中である。先ずアデノウィルス発現系でβ細胞と骨格筋に特異発現を確認できた2種類のトランスジーンを獲得した。現在β細胞、骨格筋特異的にカルパイン10を過剰発現させたマウスは、F2を獲得している。カルパイン3発現コンストラクトも構築し、同様にカルパイン3過剰マウスもそれぞれ作成中である。カルパイン10欠損マウス作成であるが、キメラマウスを獲得後、キメラマウス交配と続くヘテロマウス交配によりホモ欠損マウスを初年度中に作成する予定であったが、ヘテロマウスが得られず現在ES細胞の変更を含めて原因精査を進めている。一方、カルパイン3欠損マウスは別グループによって既に作成されており、作成者から供与される。これらのカルパイン3と10過剰マウス(β細胞および骨格筋マウス)と欠損マウスを互いに種々の組み合わせで交配させ、「二因子動物」と「レスキュー動物」を開発する。今後系が確立した動物から、運動負荷、種々のストレス負荷、食餌の変化など異なる環境因子の条件下で飼育し、遺伝子型と表現型の関連、および環境因子に対する応答性を検討していく。

そこで膵β細胞および骨格筋でカルパイン10(ヒト2番染色体)とカルパイン3(ヒト15番染色体)を各々特異的に発現するトランスジェニックマウスを作成中である。先ずアデノウィルス発現系で膵β細胞と骨格筋に特異発現を確認できた2種類のトランスジーンを獲得した。現在膵β細胞、骨格筋特異的にカルパイン10を過剰発現させたマウスは、F2を獲得している。カルパイン3発現コンストラクトも構築し、同様にカルパイン3過剰マウスもそれぞれ作成中である。一方、カルパイン3欠損マウスは別グループによって既に作成されており、作成者から供与される。これらのカルパイン3と10過剰マウス(膵β細胞および骨格筋マウス)と欠損マウスを互いに種々の組み合わせで交配させ、「二因子動物」と「レスキュー動物」を開発する。現在膵β細胞特異的にカルパイン10を過剰発現させたマウスは、F2を獲得し、生理学的実験を進めているが、糖負荷検査時の初期インスリン分泌低下によると思われる血糖上昇が認められており、現在詳細に検討を加えている。カルパイン10ノックアウトマウスに関してはシカゴ大学と共同で進めているが、既にヘテロノックアウトマウスを獲得しており、現在ホモノックアウトを作成中である。2型糖尿病のような多遺伝子疾患は複数の遺伝子さらには環境因子が絡まりあって病気の発症に関係している。世界で最初に同定された2型糖尿病感受性遺伝子カルパイン10は第15番染色体上のNIDDM3効果が付加されることにより発症リスクが増強する。我々はこのNDDM3遺伝子座にカルパイン3があることに注目し解析を始めた。そこで膵β細胞および骨格筋でカルパイン10(ヒト2番染色体)とカルパイン3(ヒト15番染色体)を各々特異的に発現するトランスジェニックマウスを作成した。先ず膵β細胞、骨格筋特異的にカルパイン10を過剰発現させたマウスを作成した。カルパイン10ノックアウトマウスに関してはシカゴ大学と共同で作成した。一方、カルパイン3欠損マウスは別グループによって既に作成されており、種々の生理学的検討を加えたが、糖関連の有意なデータは得られなかった。そこでカルパイン10過剰マウスと欠損マウスを種々の組み合わせで交配させ、「二因子(膵β細胞と骨格筋)動物」と「レスキュー動物」を作成している。膵β細胞特異的にカルパイン10を過剰発現させたマウスは、生理学的検討の結果、糖負荷時の初期インスリン分泌低下によると思われる血糖上昇がヒト同様に確認された。さらにこのマウスの単離膵島を用いて、既知のMODY遺伝子を含む糖尿病関連分子の網羅的リアルタイムPCRを施行して興味深いデータを得た。またカルパイン10ノックアウトマウスの作成にも成功しており、これの単離膵島を用いてアポトーシスにおけるカルパイン10の役割を明らかにした。また内因性カルパイン阻害蛋白であるカルパスタチン過剰発現マウスも作成し、カルパインが末梢で骨格筋量の制御に関係していることを明らかにした。
ムチン遺伝子のエピジェネティクス制御機構及び癌における機能の解明

本年度は、固形癌の中でも最も悪性度が高い膵癌を対象に、固形癌に特徴的な癌微小環境である低酸素環境とMUC1発現および機能的意義の解明を試み以下の結果を得た。(1)低酸素(1%02)下で培養した膵癌の培養上清には血管内皮細胞(HUVEC)の管腔形成誘導能があること、(2)転移性腫瘍から樹立された膵癌細胞株(AsPC1, Capanlなど)では顕著なMUC1の低酸素応答性の発現上昇がみられ、MUC1-CT (MUC1-cytoplasmic tail)が膜面から核へ移行すること、(3)核へ移行したMUC1-CTはp53やβ-cateninを伴い血管新生因子であるCTGFの転写及び分泌を強く促進すること、(4)低酸素性MUC1発現はさらに他の血管新生因子VEGFAやPDGFBの分泌促進にも寄与することを明らかにした(Kitamoto et al. Oncogene, 2013)。近年Mukherjeeら米研究グループが、MUC1を膵臓特異的にノックアウト/ノックインした膵癌モデルマウスを用いて、MUC1の高発現がVEGF等の血管新生因子の発現亢進を伴う多臓器転移能の獲得に重要な役割を担う分子であることを報告している。今回の知見は、これら報告とも一致する結果であり、膵癌内の低酸素環境がMUC1を介した転移能獲得の鍵となる因子であることを示唆している。本研究は、MUC1が癌細胞自身の形質だけでなく、癌細胞周囲の低酸素環境を感知し、血管新生を誘導することで膵癌の高い転移能の獲得に寄与する可能性を世界に先駆けて明らかにした研究成果であり、これら知見は、今後MUC1を対象とした臨床応用を目指す上で重要な知見となると考えられる。(抄録なし)我々はこれまで、膵胆管系腫瘍において一連のムチン性糖蛋白抗原(主にMUC1,MUC2,MUC4,MUC5AC,MUC16)の発現様式が予後を含む臨床病理学的事項と密接に関連すること、その発現がエピジェネティックな制御をうけていることを明らかしており、現在は、これら知見を利用した難治性膵胆管腫瘍の早期かつ悪性度診断システムの構築を進めている。このような背景のなか、本研究では、7番染色体上に位置するMUC17遺伝子のエピジェネティクス発現制御機構解明を試みた。※MUC17(正常な膵組織では非発現)は膵癌になると高率に発現すること(J Biol Chem.2006)、そして転移性の膵癌ではさらにMUC17発現が亢進しており、独立した予後不良因子であることが報告されている(Cancer Sci.2010)。その結果、MUC17は1)プロモーターの転写開始点近傍のCpG-DNAのメチル化状態と2)同領域に存在するヒストンH3の9番目のリジン残基における化学修飾による制御を受けていることを明らかにした。さらに、3)マイクロRNA(miRNA)に関してもMuc17の転写後制御に関わっている可能性を見いだした(Kitamoto S,et al. Glycobiology 21(2):247-56,2011)。膵臓がんは癌の中でも極めて悪性度が高く、PET-CT等の最新の機器を用いても、いまだに単期発見どころか、治癒を望める段階での診断は不可能であることが多く、それゆえ、手遅れになる可能性の高い最も難治性の癌である。本研究で同定された機構のなかでも、特にDNAメチル化制御領域は、臨床検体においてもMUC17の発現を反映する可能性が示唆されており、今後、種々の臨床材料を対象に高感度なメチル化解析法を用いて、膵癌おける悪性度診断のバイオマーカーとしての有用性の評価を進める必要がある。本年度は、さらにMUC17と癌微小環境(特に、膵がんで顕著な特徴の一つである低酸素環境)との関係に注目し、膵がん細胞及びヒト臨床検体を用いた実験により以下のことを明らかにした。MUC17は(1)低酸素環境により、MUC17発現が転写/タンパクレベルで発現上昇すること、2)HIF1-alphaがMUC17のプロモーターの転写開始点近傍のHypoxia responsibleelement(HRE)に結合して転写制御しうること、(3)HREに含まれるCpG-DNAのメチル化が、HIF1-alphaのプロモーターへのアクセスが制御を介して転写活性に影響を与えうること、(4)実際、膵がんの腫瘍部や非腫瘍部におけるHREのメチル化はMUC17の発現量と相関する(p=0,008943)ことが明らかとなった(Kitamoto S, et al. PLoS ONE, 2012)。膵臓がんは癌の中でも極めて悪性度が高く、PET-CT等の最新の機器を用いても、いまだに早期発見どころか、治癒を望める段階での診断は不可能であることが多く、それゆえ、手遅れになる可能性の高い最も難治性の癌である。本研究で同定された機構のなかでも、特にDNAメチル化制御領域は、臨床検体においてもMUCI7の発現を反映する可能性が示唆されており、今後、種々の臨床材料を対象に高感度なメチル化解析法を用いて、膵癌おける悪性度診断のバイオマーカーとしての有用性の評価を進める必要がある。

(1)低酸素(1%02)下で培養した膵癌の培養上清には血管内皮細胞(HUVEC)の管腔形成誘導能があること、(2)転移性腫瘍から樹立された膵癌細胞株(AsPC1, Capanlなど)では顕著なMUC1の低酸素応答性の発現上昇がみられ、MUC1-CT (MUC1-cytoplasmic tail)が膜面から核へ移行すること、(3)核へ移行したMUC1-CTはp53やβ-cateninを伴い血管新生因子であるCTGFの転写及び分泌を強く促進すること、(4)低酸素性MUC1発現はさらに他の血管新生因子VEGFAやPDGFBの分泌促進にも寄与することを明らかにした(Kitamoto et al. Oncogene, 2013)。近年Mukherjeeら米研究グループが、MUC1を膵臓特異的にノックアウト/ノックインした膵癌モデルマウスを用いて、MUC1の高発現がVEGF等の血管新生因子の発現亢進を伴う多臓器転移能の獲得に重要な役割を担う分子であることを報告している。今回の知見は、これら報告とも一致する結果であり、膵癌内の低酸素環境がMUC1を介した転移能獲得の鍵となる因子であることを示唆している。本研究は、MUC1が癌細胞自身の形質だけでなく、癌細胞周囲の低酸素環境を感知し、血管新生を誘導することで膵癌の高い転移能の獲得に寄与する可能性を世界に先駆けて明らかにした研究成果であり、これら知見は、今後MUC1を対象とした臨床応用を目指す上で重要な知見となると考えられる。当初設定した研究課題のうち、膜型ムチン(MUC17等)のエピジェネティクス発現制御機構の解明については、結果の一部は既に論文化しており、現在、臨床診断応用を目指した研究に順調に進むことができているため。さらに、癌微小環境変化によるムチン発現機構や機能解析についても、結果の一部を現在まとめているところである。当初設定した研究課題のうち、膜型ムチン(MUC17等)の発現制御機構の解明については、既に結果の一部は論文の形で成果報告しており、現在、臨床診断応用を目指した研究へと展開している。さらに、癌微小環境変化によるムチン発現機構や機能解析についても、結果が蓄積されてきている。今後は、より詳細な膜型ムチンのエピジェネティクス制御機構の解明を進める。並行して、得られた知見を膵胆管腫瘍の悪性度診断に応用するため、臨床検体(組織や体液)を対象にメチル化解析を行い、臨床病理学的事項と照らし合わせ診断マーカーとしての有用性の評価を行う。さらに、低酸素や低グルコースをはじめとする癌微小環境(変化)によるムチン発現の病態形成における機能的意義に関しても研究をすすめる予定である。研究の進捗に関しては、これまでのところ順調であり、研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点はない。今回得られた知見を膵胆管腫瘍の悪性度診断に応用するため、臨床検体(組織や体液)を対象にメチル化解析を行い、臨床病理学的事項と照らし合わせ診断マーカーとしての有用性の評価を行う。(抄録なし)
血管新生イメージング剤開発の基礎的研究

Thymidine Phosphorylase(TP)は、ThymidineからThymineとα-D-2-deoxyribose-1-phophateへ可逆的に加リン酸分解を触媒する酵素である。TPは正常組織に比べ様々な固形腫瘍において高レベルで発現し、抗癌剤である5-FUの活性化にも関与する。近年、TPは、血管新生因子である血小板由来血管内皮細胞増殖因子(PD-ECGF)と同一タンパク質であること、さらにその酵素活性は、腫瘍の血管新生、浸潤、転移と関連があることが明らかとなっている。その結果BOMUは6-chloromethyluracilを出発原料とし、3工程を経て71%の高収率で合成された。また、[^<11>C]-BOMUも、トリフォスゲンに替えて11C-phosogenを用いることにより、収量1.6GBq、放射化学的純度99%以上で得ることに成功した。BOMUのTP阻害活性を調べた結果、濃度依存的に阻害活性は上昇し、IC_<50>は4.50μMとなり、腫瘍診断薬剤としての有用性が示唆された。さらに、細胞増殖を指標としたイメージング剤の開発研究に拡大し、[11C]phosogenを鍵標識剤とする[11C]5-FUの合成にも、重要中間体formyfluorolacetateの合成に成功したことにより、達成された。[11C]5-FUは、ガン化学療法の治療予測、治療効果の評価のために、臨床上有用なものとなることが期待されるものである。細胞増殖能評価を目的とした陽電子放出画像診断薬剤2-^<11>C-チミジンは、中間体2-^<11>C-チミン合成経路の複雑さと合成時間の長さが、臨床応用に対するひとつの障壁となっていた。従来法では^<11>C-ホスゲンから導かれた^<11>C-ウレアを標識化に用いた。我々は新規2-^<11>C-チミン合成法開発を目的として、^<11>C-ホスゲンと直接環化反応しうる前駆体を合成し、それを用いたチミン合成法の開発と有用性につい検討することとした。【方法・結果】先ず重要な鍵中間体と期待されるβ-アミノメタクリルアミド誘導体の合成法について種々の合成法について検討した。その結果、ethyl α-formylpropionateとNH_3とのシッフ塩基を経由しβ-アミノメタクリルアミド誘導体2が合成された。次にβ-アミノメタクリルアミド誘導体2とトリホスゲンとの環化反応について検討した。2のトリフォスゲンとの直接環形成反応を実施したが残念ながら反応はまったく進行せず,原料回収に終わった.そこで次に2をアルカリ金属塩とすることにより活性化し,トリホスゲンとの反応を実施したところ,定量的にチミンを与えた。この反応を、照射条件10μA,10分間で製した^<11>C-ホスゲンとの反応に適用したところ、362±53MBq(n=3,EOS)の2-^<11>C-チミンを与えた。合成時間は照射終了後わずか16分間であった。【今後の計画】今後この反応の一般合成法としての有用性について検討すると共に、今回得られたチミンをさらにチミジンに導き血管新生剤としての有用性について検討していく予定である。【結果の発表】猶、これらの成果の一部は、3月東京で開催される第125年会において、演題名"新規2-^<11>C-チミン合成法"として発表することになっている。【方法・結果】BOMUは6-chloromethyluracilを出発原料とし、3工程を経て71%の高収率で合成することに成功した。また、[^<11>C]

-BOMUも、すでに我々がその合成法の開発に成功している11C-phosogenを利用することにより、収量1.6GBq、放射化学的純度99%以上で得ることに成功した。BOMUのTP阻害活性を調べた結果、濃度依存的に阻害活性は上昇し、IC_<50>は4.50μMとなり、腫瘍診断薬剤としての有用性が示唆された。【今後の計画】今後、適当な腫瘍モデルの探索研究を含め、細胞レベルでの詳細な検討を行い、[^<11>C]-BOMUの血管新生を標的とした腫瘍診断PET用薬剤としての有用性について検討していく予定である。【結果の発表】猶、これらの成果は、秋の日本核医学会で発表する予定である。得られた【[^<11>C]BOMUは動物を用いた予備的実験に於いて、TPを過剰に発現する腫瘍組織に顕著に集積することも示され、核医学イメージング剤としての有用性を示唆する興味深い結果を得ることに成功した。【成果発表】これらの成果の1部は今年3月(富山)の日本薬学会で発表した。
フォトリフラクティブ結晶を用いた単一光ファイバによる画像伝送

単一の光ファイバを用い、狭空間を画像伝送する目的に対し、フォトリフラクティブ結晶による位相共役波発生の原理を応用し、理論的考察と共に、実験を行なった。また、この方法の光計測への応用を検討すると共に、2光波結合による画像の増幅1結合についても検討を行ない、実際に実験データを蓄積した。以下、具体的成果を列挙する。1)BSO結晶のフオトリフラクティビティに関する基礎実験データの収集:本助成金により購入した光学定盤上に、2光波結合及び4光波混合の実験系を構成し、【Bi_(12)】Si【O_(20)】結晶の回析効率,応答速度,反射効率,増幅率等の入力レーザパワー,干渉縞間隔,入力光強度比等の依存性を測定し、その特性を調べた(応物学会87春発表)。他の結晶については入手できなかったので、今回は測定できなかった。2)光ファイバーによる画像伝送実験:大口径ステップインデックス光ファイバーにより、テストパターンのラウンドトリップ画像伝送を行ない、成功した。この応用として、角度センサや面精度センサとして用いたときの測定精度を求めた(「光学」投稿準備中)。3)ワンウェイ伝送の基礎実験:シリンドリカルレンズを光ファイバの代りに、収差を与えるメディアとして用い、画像の位相共役波によるワンウェイ伝送の実験を試み、その限界を確認した。4)画像の増幅及び結合:動的光波結合理論(Kogelnik,Huignard et al)に基づき、BSO結晶による画像の増幅と、2画像の結合を試み、成功した(応物87年春発表)。
相変態界面における原子拡散の有無に関する高分解能フラクトグラフィによる検証

ベイナイト変態が最終的に拡散支配の相変態であることは確かであるが、核生成および成長の初期段階で無拡散変位型機構が関与していて、成長がかなり進行した段階で拡散型機構が支配的になるとする説と、終始一貫して拡散型が支配するとする説がある。それを解決するために、薄膜効果や局部観察による結果の多様性が無いバルク試料を用いて、母相-ベイナイト相界面の破面を高分解能走査電子顕微鏡で観察したりX線でひずみの分布を解析して、界面における原子拡散の有無を調査することにした。原子拡散の有無は破面組織やひずみ分布に違いをもたらすと考えられるからである。JIS規格S25CおよびS55Cの炭素鋼に適当な熱処理を行って、(1)終始原子拡散機構だけで生成したフェライト+オーステナイ(焼き入れ中にマルテンサイト化)組織、(2)焼き入れて変位型原子無拡散機構だけで生成したマルテンサイト組織、そして(3)問題の上部ベイナイト+オーステナイト組織および(4)下部ベイナイト+オーステナイト組織(いずれのオーステナイトも焼入れ時にマルテンサイト化)からなる試料を作製し、それらの試料の引っ張り破断面の組織と組成などを観察した。原子拡散機構だけで生成したフェライト部の破面にはリバーパターンも見られる典型的な癖開破面を呈していた。一方、変位型原子無拡散機構だけで生成したマルテンサイトの部分には微細なマルテンサイト晶がそれぞれに癖開破壊したと思われる細かな領域に分かれていた。原子のやり取りが行われたフェライトと旧オーステナイトとの界面に沿う破面が得られなかったが、フェライト部の破面とマルテンサイト部のものとでは可なり異なった様相を呈していることが分かった。元素分析も行うことによって、これら種々の相変態の原子拡散に関して幾つかの新しい情報が得られた。
侵入型固体元素導入による鉄系室温磁気冷凍材料の一次相転移温度制御

磁気冷凍とは,外部磁場により磁性体中のスピンの整列と乱雑を制御して冷却する技術である.磁気冷凍材料には,磁気エントロピー変化DSmが大きいことが求められる.DSは磁気相転移近傍で大きくなるので,スピンの状態が大きく温度変化する一次磁気相転移を室温近傍で示す材料が磁気冷凍材料として適している.今回,220 K付近で一次磁気相転移と大きなDSmを示す(Hf,Ta)Fe2に着目した.本研究では,この合金へ侵入型元素としてイオン半径の小さなBやCを添加して体積膨張させることで,一次磁気相転移温度を室温まで上昇させることを目指す.上記の研究により,固体元素からなる磁気冷凍材料を確立することを目的とする.磁気冷凍とは,外部磁場により磁性体中のスピンの整列と乱雑を制御して冷却する技術である.磁気冷凍材料には,磁気エントロピー変化DSmが大きいことが求められる.DSは磁気相転移近傍で大きくなるので,スピンの状態が大きく温度変化する一次磁気相転移を室温近傍で示す材料が磁気冷凍材料として適している.今回,220 K付近で一次磁気相転移と大きなDSmを示す(Hf,Ta)Fe2に着目した.本研究では,この合金へ侵入型元素としてイオン半径の小さなBやCを添加して体積膨張させることで,一次磁気相転移温度を室温まで上昇させることを目指す.上記の研究により,固体元素からなる磁気冷凍材料を確立することを目的とする.
自然水環境中の細菌由来タンパク質分解酵素による腸管系ウイルスの不活化メカニズム

水中の腸管系ウイルスの感染リスクの評価を確立させるために、感染性ウイルスの存在を評価する必要がある。そのためには、水環境中に存在するウイルスの不活化に影響する要因を正確に解明する必要がある。これまでは、UVや消毒など、物理的、化学的要因に着目し、ウイルスの不活化を評価したものに限られていた。しかし、水環境中のウイルス不活化要因に細胞外タンパク質分解酵素が関与している可能性が予測される。しかし、不活化に影響する酵素の種類や放出する微生物に関する知見はない。ウイルスの不活化に影響する酵素活性の種類、その様な活性をもつ酵素を放出する細菌、水環境、季節性などの差異によるウイルス不活化の違いなどを明らかにする必要がある。そこで、実際の酵素反応による不活化実験を行う前に、in silicoによる解析を行った。データベース上に既に報告されている対象ウイルスのアミノ酸配列情報に対し、既存のエンドペプチダーゼの切断活性による切断部位が存在するかの解析を行った。ExPASyのPeptideCutter(https://web.expasy.org/peptide_cutter/)による解析の結果、多いものでは数百の切断部位が検出された。このことから、既存のタンパク質分解酵素の活性により、カプシドタンパク質が分解される可能性が高いことが示唆された。また、切断部位数の差から、ウイルス種ごとに酵素により不活化影響が異なる可能性が示唆された。研究代表者の不測の病気により、研究全般の実行が困難な状況にあり、療養に専念したため当該年度の実験計画の遂行が遅れた。平成30年度に実行予定であった研究内容に関して、遂行する。まず市販の単一精製されたタンパク質分解酵素により実際に対象ウイルスが分解され、不活化されるかを確認する。また、実際のカプシドタンパク質の切断部位をLC/MSにより解析し、in silicoにより解析された予測切断部位と一致するのか比較解析を行う。さらに、2年目に予定していた、細菌株から放出される細胞外タンパク質分解酵素によるウイルス不活化実験を順次遂行する。研究代表者の不測の病気により、実験の遂行が困難であったため、in silicoによる解析で予測データの蓄積に努めた。そのため、当該年度に実験で使用する予定であった予算が使用されなかった。しかし、予測データからも示唆されるように、計画した研究の展望は確かなものであり、当該年度の経費を翌年度分とあわせて請求し、予定研究項目の通り遂行する予定である。
自由発話音声による情報要求を活用したテキスト・音声・画像への情報アクセスの研究

従来の音声入力情報検索は、テキスト入力の代替に過ぎず、音声固有の特長を活用していない。本研究では、音声の特徴である思考の即時表現可能性や省労力性・可搬性を活かした情報要求の表現方法を考察し、それを利用した自由発話音声を入力とする情報アクセス手法を開発することを目的とする。被験者実験により自発的に表現した音声クエリを収録し、再利用可能なテストコレクションを構築した。これを用いて、国内外から研究グループを集めて自由発話音声ドキュメント検索タスクを国際評価ワークショップで実施した。また、集めたデータを活用し自由発話音声の音響的特徴を活用した検索手法をはじめとする種々の新しい音声検索手法を開発した。平成25年度は、当初の計画通り、自由発話音声情報要求の収集実験、および収集した音声の分析を行った。音声収録実験は、当初計画の既存のテキスト検索用検索課題を用いた擬似的な収集方法に加え、検索対象の文書を与えて自由に課題を作成してもらう方法も試し、前者39、後者42の課題を収集した。また、収録した音声について、検索に効果的な特徴を探るために、音響的・言語的分析を行った。また、本研究課題の目的である「自由発話音声による音声ドキュメント検索」を、国立情報学研究所の評価基盤構築プロジェクトNTCIRに提案し、2014年に実施する新規評価タスクとして採択されるに至った。これにより、本研究課題で収集した自由発話音声情報要求は、評価タスクに参加する研究機関(平成25年度末現在、10グループ)に配布し、共通研究課題として研究を進める土台が出来上がった。その他、音声ドキュメント検索における基盤技術を開発し、対外発表を行った。音声中の検索語検出(STD)については、研究を進めてきた距離順STD手法の検出性能改善、索引構造の見直しによる空間効率改善、アルゴリズムの改善による高速化、今後の音声内容検索への応用のための複数検索後の同時検出、を実現した。音声内容検索(SCR)については、音声ドキュメントの任意の音声区間を検索するための可変長パッセージ検索手法、音声認識誤りや未知語(偽陰性誤り)に対応するSTDベースの検索手法、湧き出し誤り(偽陽性誤り)に対処するための検索モデルの開発、を実現した。前年度、本研究課題の目的である「自由発話音声による音声ドキュメント検索」を、国立情報学研究所の評価基盤構築プロジェクトNTCIRに提案し、評価タスクとして採択された。平成26年度は、前年度に収集した自由発話クエリに対し、評価データとしての整備を行った。具体的には、正解書き起こしと複数の音声認識結果の作成と音声との関連付け、発話からのキーワード抽出と各キーワードとその音声発声区間の時刻アライメント、などを行った。また、これを用いて評価タスクの運営を行い、参加11研究グループから得た検索結果を用いて適合性判定を行い、評価用の正解データを構築した。一方、構築した評価データを用いて、自由発話音声を利用した音声ドキュメント検索の開発を進めた。自由発話音声に含まれる言語情報に加えて、ピッチ、パワー、話速などのパラ言語情報を抽出し、これらの検索処理に対する貢献度を分析した。また、抽出したパラ言語除法を言語情報とともに用いて、検索に利用する新規の音声ドキュメント検索手法の開発を行った。また、音声ドキュメント検索における基盤技術の開発を進めた。研究を進めてきた距離順STD手法について複数検索語の同時検出に拡張した。この結果を利用して、順次検出される検索語を漸進的に利用する新しい音声内容検索(SCR)手法の開発を行った。その他、音声中の検索後検出(STD)については、音響尤度・言語尤度の再計算による検出精度向上手法を検討した。音声内容検索(SCR)については、現在のstate-of-the-artである言語モデルに基づく検索モデルに対して、音声認識の湧き出し誤りに頑健な拡張手法を開発した。本研究課題の目的である「自由発話音声による音声ドキュメント検索」が、国立情報学研究所の評価基盤構築プロジェクトNTCIRに採択され、2ラウンド(3年間)の評価タスク運営を行ってきた。平成27年度は、自由発話音声クエリの数を38から80へと増やし、また評価タスク実行を通して正解データ作成を行うことにより、安定して信頼できる評価を可能とする評価データの構築を行った。さらに今回の収録では、自由に発声したクエリを収録した後に、推敲して整った表現へと編集したクエリの収録を行った。これにより、即時に表現したクエリと時間をかけて塾考したクエリの性質の差を調査し、自由発話クエリの活用方法を検討することが可能になった。一方、構築した評価データを用いて、音声ドキュメント検索の諸技術の開発も進めた。自由発話音声を利用した検索手法として、自由発話音声に含まれる言語情報に加えて、ピッチ、パワー、話速などのパラ言語情報を抽出し、検索語の重要度を推定し、検索に利用する音声ドキュメント検索手法の開発を進めた。音声ドキュメントを対象とした検索手法として、研究を進めてきた距離順STD手法を用いて漸進的に検索結果を出力する音声内容検索(SCR)手法の開発を進めた。また、音声ドキュメントの未知語や誤認識に対処する手法として、検索対象文書間の関係をグラフ構造で表現し文書拡張する手法を、音声ドキュメントに適用する手法を新たに開発した。研究課題を研究コミュニティ共通の評価タスクとして設定し、国立情報学研究所の評価基盤構築プロジェクトNTCIRに提案し、採択されるに至った。これにより、共通課題の元で他の研究機関を巻き込んで研究推進することとなった。本研究課題について、本課題の研究グループの枠を超えた、幅広い研究成果が期待出来る。

これに伴い、当初研究目標のうち(A)「自由発話音声による情報要求の収集実験と分析」、および(B)「自由発話音声を情報要求に用いた音声ドキュメント検索システムの開発」に研究資源を集中させるように計画変更を行った。そのため、当初課題(C)「自由発話音声による画像データ表現の調査とそれを用いた画像検索システムの開発」には着手していないが、これは当初計画のオプションとして記載した「(A)(B)の深化への目標変更」に該当し、目的どおりに進展している。本年度は、本研究課題の成果発表を行った。本研究課題の目的である「自由発話音声による音声ドキュメント検索」が、国立情報学研究所の評価基盤構築プロジェクトNTCIRに採択され、2ラウンド(3年間)の評価タスク運営を行ってきた。本年度6月7日10日に国際会議NTCIR-12Conferenceが開催され、本研究の成果発表を行った。また、同会議では本研究で構築したテストコレクションを利用して実施した評価タスクに対し、国内外から7研究グループが参加し、これらのグループからの研究成果発表が行われた。また、本研究課題で収録した音声クエリのデータを用いて、即時に表現したクエリと時間をかけて塾考したクエリの性質の差を分析し、自由発話音声クエリの効果を明らかにした。この結果は、日米音響学会ジョイントミーティングの招待講演で成果発表を行なった。従来の音声入力情報検索は、テキスト入力の代替に過ぎず、音声固有の特長を活用していない。本研究では、音声の特徴である思考の即時表現可能性や省労力性・可搬性を活かした情報要求の表現方法を考察し、それを利用した自由発話音声を入力とする情報アクセス手法を開発することを目的とする。被験者実験により自発的に表現した音声クエリを収録し、再利用可能なテストコレクションを構築した。これを用いて、国内外から研究グループを集めて自由発話音声ドキュメント検索タスクを国際評価ワークショップで実施した。また、集めたデータを活用し自由発話音声の音響的特徴を活用した検索手法をはじめとする種々の新しい音声検索手法を開発した。研究課題を研究コミュニティ共通の評価タスクとして設定し、国立情報学研究所の評価基盤構築プロジェクトNTCIRに提案し、採択されるに至った。これにより、共通課題の元で他の研究機関を巻き込んで研究推進することとなった。本研究課題について、本課題の研究グループの枠を超えた、幅広い研究成果が期待出来る。研究課題を研究コミュニティ共通の評価タスクとして国立情報学研究所の評価基盤構築プロジェクトNTCIRにて運営中である。
慢性閉塞性肺疾患の新規治療戦略：全身性炎症の抑制をめざして

慢性閉塞性肺疾患(COPD)では肺の炎症とともに、全身性炎症や酸化ストレスが認められる。これらは全身併存症の基盤病態とされるが、有効な治療法は確立されていない。われわれは全身性炎症や酸化ストレスの発症要因として腸内環境の悪化に着目し、シンバイオティクスの投与がこれらの制御と同時に肺の炎症抑制にも有効であるか否かを検討している。本年度は、昨年度に引き続き当科外来通院中のCOPD患者を登録し、栄養状態や呼吸生理学的評価、腸内環境の評価を行った後に、シンバイオティクスを6ヶ月間投与した。投与後の腸内細菌叢では、約60%の症例でLactobacillales目やBifidobacteriumの増加がみられ、体重減少が高度な例でより顕著であった。糞便中の短鎖脂肪酸(酪酸、酢酸、プロピオン酸)の濃度は、約70%の症例で増加がみられた。各種ラジカル消去活性の検討では、一重項酸素、アルキルペルオキシラジカル消去活性は上昇を認め、ヒドロキシラジカル消去活性は一定のレベルに集約される傾向がみられた。呼吸機能検査では有意な変化は認めなかった。以上より、COPD患者に対するシンバイオティクスの投与は腸内環境の改善に寄与し、酸化ストレスにも影響を及ぼすと考えられた。COPD患者を対象としてシンバイオティクス投与による栄養状態、腸内環境の変化、酸化ストレスに及ぼす影響等に関して症例を集積しつつ検討を継続しているが解析に十分な目標症例に到達していない。血液検体中の各種マーカーについては、未測定である。引き続き外来COPD患者の登録および諸評価を行い、シンバイオティクスの投与効果についての解析を継続する。また、喫煙対照群および非喫煙対照群においてもCOPD患者と同様の評価を行い、COPD患者におけるシンバイオティクスの投与効果を明確にする。慢性閉塞性肺疾患(COPD)において全身併存症は重要な予後因子であり疾患管理において問題となる。全身性炎症や酸化ストレスが併存症の基盤病態と考えられるが、有効な治療法は確立されていない。近年、腸内細菌叢の変化が生体の免疫、炎症を制御し、肥満や多様な疾患の発症や病態に関与することが明らかになりつつある。われわれは全身性炎症の標的臓器として消化管に注目し、動物モデルにおいて腸内環境の悪化に伴い抗酸化ストレス活性が低下し、高度の栄養障害と骨粗鬆症に加えて気腫病変が高度かつ早期に形成されることを明らかにした。本研究の目的は腸内環境を改善させるシンバイオティクスの投与が、併存症の基盤病態である全身性炎症と同時に肺の炎症抑制にも有効か否かを検討することである。本年度は当科外来通院中のCOPD患者の登録を行い、自覚症状、栄養評価、呼吸生理学的評価とともに血液検体の採取、保存を順次行っている。一部の対象者では腸内細菌叢をTerminal Restriction Fragment Length Polymorphism(T-RFLP法)を用いて解析した。個人差が大きいものの、Lactobacillales目菌やBifidobacteriumが少なくBacteroidetes門菌が多い症例が認められた。また、酸化ストレスの検討では、健常コントロールと比較してヒドロキシラジカル消去活性が低下している傾向がみられた。COPD患者の栄養評価、呼吸生理学的指標に関する解析データは徐々に集積されており、患者検体の腸内細菌叢や糞便中の有機酸の評価、血中の炎症および酸化ストレスマーカー等の測定も行っている。慢性閉塞性肺疾患(COPD)における全身併存症は疾患管理において重要な課題である。全身性炎症および酸化ストレスは全身併存症の基盤病態とされるが、有効な治療法は確立されていない。本年度は、昨年度に引き続き当科外来通院中のCOPD患者を登録し、自覚症状および栄養状態の評価、呼吸生理学的評価とともに血液検体の採取保存を順次行った。腸内細菌叢の評価ではLactobacillalesやBifidobacteriumの少ない例もみられたが、個人差が大きく、Clostridiumの各clusterの比率も多様であった。糞便中の短鎖脂肪酸濃度では、酪酸、酢酸、プロピオン酸が低値である症例も散見された。酸化ストレスの検討では、ヒドロキシラジカル、スーパーオキシドラジカル、メチルラジカルなどに対するラジカル消去活性の低下が認められた。一部の症例においては、シンバイオティクスの投与により、LactobacillalesやBifidobacteriumの増加が認められた。COPD患者の栄養評価、呼吸生理学的評価、腸内細菌叢や糞便中有機酸濃度の評価、血中の酸化ストレスマーカー等に関するデータは徐々に集積されつつある。また、シンバイオティクス投与による、腸内環境の変化、酸化ストレスに及ぼす影響も検討を開始している。

糞便中の短鎖脂肪酸(酪酸、酢酸、プロピオン酸)の濃度は、約70%の症例で増加がみられた。各種ラジカル消去活性の検討では、一重項酸素、アルキルペルオキシラジカル消去活性は上昇を認め、ヒドロキシラジカル消去活性は一定のレベルに集約される傾向がみられた。呼吸機能検査では有意な変化は認めなかった。以上より、COPD患者に対するシンバイオティクスの投与は腸内環境の改善に寄与し、酸化ストレスにも影響を及ぼすと考えられた。COPD患者を対象としてシンバイオティクス投与による栄養状態、腸内環境の変化、酸化ストレスに及ぼす影響等に関して症例を集積しつつ検討を継続しているが解析に十分な目標症例に到達していない。血液検体中の各種マーカーについては、未測定である。呼吸器疾患非合併対照群(非喫煙群)における、栄養評価、腸内環境の評価および炎症および酸化ストレス関連マーカーの測定を行い、比較検討する。その後、COPD患者に対するシンバイオティクスの投与効果の検討を開始する。引き続き外来COPD患者の登録および諸評価を行い、シンバイオティクスの投与効果についても解析を継続する。また、喫煙対照群および非喫煙対照群においてもCOPD患者と同様の評価を行い、COPD患者における特徴を明確にする。引き続き外来COPD患者の登録および諸評価を行い、シンバイオティクスの投与効果についての解析を継続する。また、喫煙対照群および非喫煙対照群においてもCOPD患者と同様の評価を行い、COPD患者におけるシンバイオティクスの投与効果を明確にする。理由:今年度は血液検体の収集を一定数に達するまで順次行っていたため、炎症性マーカーの測定キットを購入しなかった。従って、その測定に要する実験助手の人件費を計上しなかった。使用計画:血液検体が一定数に達した後、各種炎症性マーカーの測定キットを購入する。また、必要に応じて実験助手の人件費を計上する。理由:平成30年度は血液検体の収集を順次行っていたが、一定数に到達しなかったため各種血液マーカーの測定キットを購入しなかった。従って、その測定に要する実験助手の人件費も計上しなかった。使用計画:血液検体が一定数に達した後、各種血液マーカーの測定キットを購入する。