hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
知識学習機構を持つ高次企業診断システムの構築

従来の企業診断モデルは,定量的な財務諸表知識のみを利用しており,高度な企業診断モデルとは言えなかった.本研究では,定性的な経営対策知識と定量的な財務諸表知識を統合して利用する企業診断モデルを設計実装し,さらに,学習機構を利用してそのモデルを維持管理する,高次企業診断システムの枠組みを検討した.本企業診断モデルの処理法としては,数値ではなく区間を伝播させる方法(制約充足アルゴリズム)と最良優先探索技法に基づく方法を提案した.区間伝播法については,1992年にヒボネンによって汎用アルゴリズムが既に提案されているが,変数や制約数が多い(以下の実験では228個の財務変数と116個の財務方程式)と対処できないため,業界平均値から算出した財務変数初期値を利用して区間値の組合せ数を減少させる事により,そのような場合でも実行可能な区間伝播法を考案した.また,本区間伝播法と財務変数の正常区間値からの逸脱度等から決定される最良優先探索技法を統合した方法をProlog言語で実装すると共に,3種類の実際の経営診断データに適用した結果,50MIPS程度の計算機上で約20-30分程度で処理され,全財務変数の正常区間値からの逸脱度が,最良のケースで1/3程度減少する事を確認した.さらに,所与の財務諸表知識と経営対策知識の融合知識ベースに含まれる誤りを自動的に改訂するために,誤りを同定するための3種類の戦略,及び,32個の知識洗練化戦略を整理し,机上ではあるが,それらが有効に働くことを確認した.従来の企業診断モデルは,定量的な財務諸表知識のみを利用しており,高度な企業診断モデルとは言えなかった.本研究では,定性的な経営対策知識と定量的な財務諸表知識を統合して利用する企業診断モデルを設計実装し,さらに,学習機構を利用してそのモデルを維持管理する,高次企業診断システムの枠組みを検討した.本企業診断モデルの処理法としては,数値ではなく区間を伝播させる方法(制約充足アルゴリズム)と最良優先探索技法に基づく方法を提案した.区間伝播法については,1992年にヒボネンによって汎用アルゴリズムが既に提案されているが,変数や制約数が多い(以下の実験では228個の財務変数と116個の財務方程式)と対処できないため,業界平均値から算出した財務変数初期値を利用して区間値の組合せ数を減少させる事により,そのような場合でも実行可能な区間伝播法を考案した.また,本区間伝播法と財務変数の正常区間値からの逸脱度等から決定される最良優先探索技法を統合した方法をProlog言語で実装すると共に,3種類の実際の経営診断データに適用した結果,50MIPS程度の計算機上で約20-30分程度で処理され,全財務変数の正常区間値からの逸脱度が,最良のケースで1/3程度減少する事を確認した.さらに,所与の財務諸表知識と経営対策知識の融合知識ベースに含まれる誤りを自動的に改訂するために,誤りを同定するための3種類の戦略,及び,32個の知識洗練化戦略を整理し,机上ではあるが,それらが有効に働くことを確認した.
自己組織化機能の数理

自然界に見られる自己組織化現象およびその概念の工学応用に関する数理について研究を進めた。その内容は下記である。(1)力学系として表現されるシステムにおける自己組織化の数理(北村,寺本,蔵本)。(2)ニューラルネットおよびその応用分野における自己組織化機能の数理(北村,西川,吉澤,堤)。(3)遺伝アルゴリズムにおける自己組織化機能の数理(西川)。以下に成果の概要をまとめる。(a)生物集団の食物連鎖ネットワークを通じての力学的安定性を解析し,エネルギー栄養段階の階層構造とピラミッド構造の条件を解明した。(b)大域的結合をもつ複素ギンツブルク-ランダウ振動子系でのカオスの出現を解明し,脳1次視覚野における現象との対応を探った。(c)ニューラルネットワークに関しては,二足歩行ロボットの自律的歩行パターン生成,ホップフィールドネットによる古典的仮現運動視のモデリング,非単調特性ニューロンをもつ回路における連想記憶の解析,緩和と写像の複合形ネットワーク構造などについて成果を得た。(d)遺伝アルゴリズムによる組合せ最適化問題の解法についての研究を進めた。
希土類金属錯体を分散した高分子イオン伝導体薄膜の作製と物性評価

高性能電池やインテリジェントセンサーなど新しい電気化学デバイスを設計するために,ポリマーマトリックス固体内で多価(24価)の陽イオンが移動する新規イオン伝導体を開発し,そのイオン伝導特性ならびに電気化学挙動を調査した。1.希土類イオン含有メタクリレート系高分子イオン伝導体の作製と物性評価オリゴ(エチレンオキシド)ユニットを持つメタクリル酸エステルマクロマ-混合物を紫外光照射下でラジカル重合することにより,エチレンオキシド鎖で一部架橋したポリ(メタクリル酸)をベースとするポリマーマトリックスを得た。希土類イオンの分散は,錯形成剤に溶解した希土類塩をマクロマ-に混合することにより行った。複合体のイオン伝導度は,塩の種類およびその含有量により変化した。Yb(CF_3SO_3)_3を含む系で10^<-5>Scm^<-1>の伝導度(20°C)が得られた。希土類イオンのサイズが小さいほど高い伝導度示したが,複合体中でのイオン解離度が重要な因子であることを明らかにした。2.固体高分子薄膜中に取り込んだセリウム錯イオンの電気化学的特異性ポリマー中に取り込んだレドックス活性多価イオンの挙動を調べるために,グラシーカーボン基板にNafion溶液を適量滴下して風乾し,さらにCe(III)塩を含む酸水溶液に所定時間浸漬することによりCe(III)種を取込んだポリマー修飾電極(Ce/Nafion/GC)を作製した。Ce(III)をNafion中に取り込ませることにより見かけの酸化還元活性(可逆性)は溶液中のそれよりも高くなった。速度論パラメータを求めて,活性化の機構を明らかにするとともに,ポリマー中のCe(III)種が有機反応のメディーエータとして作用することを明らかにした。
昆虫由来の活性物質を利用した新規抗トリパノソーマ薬剤開発のための基盤的研究

トリパノソーマ原虫(Trypanosoma brucei brucei)に対するカブトムシディフェンシン由来改変ペプチドの作用点は細胞膜であることを明らかにした。改変ペプチドを固定化した機能性素材を開発した。カイコ蛹抽出物由来抗トリパノソーマ活性物質の構造を決定したところ、ビタミンB2として知られるリボフラビンと同定された。トリパノソーマ原虫感染マウスへのリボフラビンの経口投与により、血中の原虫の増加および死を有意に遅らせた。一方、腹腔内、静脈注射では治療効果はなかった。本研究の目的は、(1)これまでに我々が開発した昆虫ディフェンシン由来の改変ペプチドが真核生物であるトリパノソーマに対しては、如何なる作用機構で効果を示すのかを明らかにすることにより、新たな抗トリパノソーマ薬剤の開発のための基礎的知見とする。(2)タイワンカブトムシの体液中に存在する抗トリパノソーマ活性物質を単離し、構造を決定する。また、カイコ等の他の昆虫からスクリーニングを行い、新たな抗トリパノソーマ活性物質を探索し、構造決定を行う。以上のことから、画期的なトリパノソーマ感染症に対する新規薬剤開発のための基盤を築くことである。トリパノソーマ原虫に対するカブトムシディフェンシン由来改変ペプチドの作用点を明らかにするため、膜電位感受性の蛍光色素である3.3'-diethyloxacarbocyanine iodide(DiOC_2)で血流型のトリパノソーマ原虫を標識し、改変ペプチドによるトリパノソーマ原虫細胞膜の脱分極についてフローサイトメトリーによる解析を行ったところ、改変ペプチドが細胞膜の脱分極を引き起こしていることが明らかになった。また、電子顕微鏡観察を行ったところ、改変ペプチドの作用によりトリパノソーマ原虫の細胞膜が破壊されていることが明らかになった。これらのことから、改変ペプチドのトリパノソーマ原虫に対する作用は、細菌等に対する作用と同じく、細胞膜を標的にしていることが明らかになった。タイワンカブトムシの体液中に存在する抗トリパノソーマ活性物質について精製を進めている。活性物質はSep-pakC18逆相カートリッジでは、アセトニトリル濃度0-20%のフラクションに溶出された。更に逆相HPLCに供したところ、複数の活性ピークに分かれ、活性物質が複数種存在することが示唆された。昆虫由来の新規抗トリパノソーマ活性物質を探索するため、カイコ、ユスリカ、ウリミバエ、チャイロゴミムシダマシ、フタホシコオロギ等の体液もしくは抽出物の抗トリパノソーマ活性を測定した。その結果、いずれの昆虫からも抗トリパノソーマ活性が検出され、幅広い昆虫において抗トリパノソーマ活性物質が存在することが示された。現在、特にカイコについて抗トリパノソーマ活性物質の精製を進めている。昆虫由来の抗トリパノソーマ活性物質を探索したところ、カイコ蛹抽出物から強い抗トリパノソーマ活性を見出した。カイコ蛹を酸性メタノールで抽出し、Sep-pakC18カートリッジおよび二段階の逆相HPLCにより活性物質の単離を行った。H1およびC13核磁気共鳴スペクトル(NMR)および質量分析により構造決定を行ったところ、活性物質はビタミンB2として知られるリボフラビンであると同定された。リボフラビンは光により分解され、DNA障害を引き起こして細胞毒性を示すルミクロームを生じることが知られている。In vitroの実験では、通常の室内の光条件では非常に強い抗トリパノソーマ活性がみられたものの、全暗条件では非常に弱い抗トリパノソーマ活性しか示さなかったことから、活性の本体はリボフラビンの光分解物であると考えられた。トリパノソーマ原虫を腹腔内注射により感染させたマウスにリボフラビンを経口投与したところ、特別な光照射のない条件において、血中の原虫の増加およびマウスの死を有意に遅らせた。一方、リボフラビンを腹腔内注射しても治療効果はみられなかった。また、リボフラビンおよびルミクロームは経口投与において同等の延命効果をもたらした。リボフラビンはビタミンとして知られているように、摂取に対する安全性は確認されており、安全で経口投与可能な薬剤が存在しないトリパノソーマ症に対する薬剤として、新たな可能性を示すものである。ディフェンシン由来改変ペプチドは正電荷を持ち、負電荷を持つ細胞膜を攻撃する。改変ペプチドがトリパノソーマの細胞膜を攻撃する機構を明らかにするために、膜組成を測定したところ、酸性リン脂質のフォスファチジルセリンを含むことが明らかになった。このことから真核生物であるトリパノソーマも負電荷を帯びた細胞膜を持ち、改変ペプチドにより攻撃を受けることが示唆された。我々が昆虫由来の抗トリパノソーマ活性物質として、カイコ蛹より単離・同定したリボフラビンは、ビタミンB2として知られている。

リボフラビンはin vitroで抗トリパノソーマ活性を示すのみならず、in vivoでもトリパノソーマ感染マウスへの治療効果を示すが、まだ詳細について明らかではない。今年度はマウスへのリボフラビンの有効な投与法の予備的な検討を行った。その結果、経口投与と静脈注射では、経口投与においてより効果的であること示唆された。In vitroの実験において、全暗条件下では活性が低く、室内光の条件では活性が高いことから、リボフラビンの光分解が抗トリパノソーマ活性に重要であることが示されているが、これと同様に直接血管内に投与されたリボフラビンが活性を発揮するのではなく、経口投与によってリボフラビンが何らかの代謝を受けることが重要であることが考えられる。これまでの探索で、タイワンカブトムシ体液中に抗トリパノソーマ活性を見出している。この抗トリパノソーマ活性物質の精製を行っているが、試料を増やす必要があったため、タイワンカブトムシ幼虫を奄美大島にて採集した。これらの幼虫より体液を採取し、以下の精製に用いた。これまでの実験で得られていた結果と同様に、Sep-pakC18逆相カートリッジのアセトニトリル濃度20%の分画に抗トリパノソーマ活性が見られ、逆相カラムを用いた高速液体クロマトグラフィーによる精製において、複数の分画に抗トリパノソーマ活性が見られた。現在これらの分画についてさらなる精製を行っている。タイワンカブトムシ体液より抗トリパノソーマ活性物質の単離を行った。これまでに体液のSep-pakC18カートリッジの20%アセトニトリル分画に活性を見出していたが、この分画をさらに3段階の逆相HPLCで精製することにより、複数種の抗トリパノソーマ活性物質を単離した。現在これらの構造解析を行っている。また、今年度は他の昆虫種として、タカサゴシロアリからも抗トリパノソーマ活性物質の探索を行った。タカサゴシロアリ虫体全体の磨砕抽出物を、Sep-pakC18カートリッジに供し、アセトニトリル濃度を段階的に上昇させることにより分画した。それらの中の活性画分について、さらに逆相HPLCによる精製を行い、複数種の抗トリパノソーマ活性物質が存在することを明らかにした。抗菌、抗ガン、抗トリパノソーマ原虫等の機能を持つ素材を開発するために、抗微生物活性、細胞毒性を持つ、昆虫ディフェンシン改変ペプチドを担体上に固定化することを試みた。綿布上に結合させたリンカーにアミノ酸を順次縮合させ、ペプチド合成を行うことにより、改変ペプチドが共有結合で固定化された綿布を作製した。この改変ペプチド固定化綿布は、黄色ブドウ球菌等の細菌に対して強い抗菌活性を示し、その抗菌活性は繰り返しの洗浄、オートクレーブによる滅菌にも耐久性を示した。また、骨髄腫細胞や白血病細胞などの、改変ペプチドが細胞毒性を示す血液がん細胞に対して細胞毒性を示した。これらの結果から、改変ペプチドの活性を保持したまま担体上に固定化することが可能であり、改変ペプチド固定化素材は耐久性を持つ有効な機能性素材となることが示された。改変ペプチド固定化素材は、血流内のトリパノソーマ原虫、血液がん細胞等に対する治療機器としての応用が可能と考えられる。
制御性T細胞のサブセットを用いた新規免疫抑制療法開発のための研究

制御性T細胞は免疫応答に抑制的に働き、胸腺由来の内在性制御性T細胞と末梢由来の誘導性制御性T細胞の2つのサブセットを持つ。本研究では、炎症や血管新生が惹起されたハイリスク角膜移植における制御性T細胞ならびにそのサブセットの免疫抑制能を検討した。本研究結果から、ハイリスク角膜移植における誘導性制御性T細胞の減少ならびに誘導性制御性T細胞におけるCTLA-4、IL-10、TGF-βの発現の減少が明らかになった。これらの結果、誘導性制御性T細胞の免疫抑制能の低下がハイリスク角膜移植における拒絶反応の増加を引き起こしている可能性が明らかになった。本研究ではレシピエント角膜に血管新生を誘導し、炎症を惹起したハイリスク角膜移植モデルを用いて、炎症環境下における誘導性制御性T細胞(pTreg)と内在性制御性T細胞(tTreg)の免疫抑制能ならびに安定性に関わる免疫抑制メカニズムを明らかにし、Tregのサブセットを用いた新規移植免疫寛容導入療法開発に向けた基盤となる研究を行う。平成28年度は、(1)レシピエント角膜に炎症を惹起したハイリスク角膜移植モデルを作成し、(2)pTregとtTreg)の同定ならびにFoxp3の発現量を計測をする。免疫抑制メカニズムは(2)免疫抑制性分子の発現量ならびに(3)抑制性/炎症性サイトカインの発現量(real-timePCR)と分泌量(ELISA)の評価に取り組んだ。(1)ハイリスク角膜移植モデルを作成し、ハイリスク角膜移植モデルにおけるレシピエント角膜の血管新生(CD31)、リンパ管(Lyve-1)新生の免疫染色を行い、血管/リンパ管新生の動態を検証した。ハイリスク角膜移植における血管新生は2峰性の血管新生の動態を示すことを明らかにした。一方でレシピエント角膜におけるリンパ管の新生はコントロール角膜移植では減退するのに対し、ハイリスク角膜移植では増加を保持することが明らかになった。(2)ハイリスク角膜移植におけるレシピエント角膜の制御性T細胞の減少ならびにFoxp3の発現量の減少をフローサイトメトリーにて明らかにした。(3)ハイリスク角膜移植の頸部リンパ節における誘導性制御性T細胞(pTreg)のCTLA-4の発現の低下をフローサイトメトリーにて明らかにした。また、pTregにおけるIL-10、TGF-βの分泌量の減少ならびにIFN-γの分泌量の増加をELISA法にて明らかにした。平成28年度の目的であった(1)レシピエント角膜に炎症を惹起したハイリスク角膜移植モデルを作成し、(2)誘導性Tregと内在性Tregの同定ならびにFoxp3の発現量を計測をする。免疫抑制メカニズムは(2)免疫抑制性分子の発現量ならびに(3)抑制性/炎症性サイトカインの発現量(real-timePCR)と分泌量(ELISA)の評価を行った。また、平成29年度に実施予定であった(4)免疫抑制能ならびに安定性と有効性の評価としてインビトロにおけるTregのT細胞増殖抑制アッセーをすでに開始し、ハイリスク角膜移植のレシピエントから採取した誘導性制御性T細胞の免疫抑制能の低下を確認した。平成29年度は、誘導性Tregと内在性Tregの免疫抑制作用とその安定性と有効性の評価を行った。(4)インビトロ下に誘導性Tregと内在性TregのT細胞増殖抑制能の評価を行った。(5)内在性Tregならびに誘導性Tregのadoptive transferを用いた角膜移植片に対する免疫寛容誘導の効果ならびに安定性と有効性を評価した。(4) Tエフェクター細胞(Teff)は角膜移植における急性拒絶反応の主座を担う。TregはTeffに対し抑制的に働くことで免疫寛容を誘導する。MACS磁気細胞分離で頸部リンパ節細胞からTregならびにTeff細胞を分離する。同様の方法で、C57BL6マウスの脾臓から抗原提示細胞(APC)を分離する。FACSソーティングで分離した誘導性Tregもしくは内在性Treg、Teff細胞、APCをCD3eと3日間共培養する。その後BrdU染色を行い、tTregとpTregのT細胞増殖抑制能の評価をハイリスク角膜移植と通常の角膜移植を比較したところ、tTregの免疫抑制能に変化はなかったが、ハイリスク角膜移植にpTregの免疫抑制能の低下が明らかになった(p=0.008)。(5)インビボにおけるTregのサブセットの免疫抑制能ならびに安定性と有効性を評価した。分離したpTregもしくはtTregをマウスの尾静脈からadoptive transferし、角膜移植片の生存率を評価したところ、コントロール角膜移植から分離したpTregは角膜移植片の生存率を延長したが、ハイリスク角膜移植から分離したpTregは角膜移植片の生存率を延長しなかった(p=0.129)。

本研究結果から、ハイリスク角膜移植における誘導性制御性T細胞の減少ならびに誘導性制御性T細胞におけるCTLA-4、IL-10、TGF-βの発現の減少が明らかになった。これらの結果、誘導性制御性T細胞の免疫抑制能の低下がハイリスク角膜移植における拒絶反応の増加を引き起こしている可能性が明らかになった。平成29年度は、免疫抑制能ならびに安定性と有効性の評価として(4)インビトロにおけるTregのT細胞増殖抑制アッセーと(5)インビボにおける制御性T細胞のadoptive transferによる角膜移植片の生存率の評価を行う。角膜移植免疫端数の誤差として次年度使用額が発生した。次年度使用額は、平成29年度に使用する。
中世山岳寺院を「中世都市」として分析するための基礎研究-越前国平泉寺を素材に-

研究協力者である宝珍伸一郎・阿部来(ともに勝山市教育委員会)と共同で調査を進め、平泉寺旧境内地に広がる平泉寺地区、ならびにその周辺の住民のみなさんから聞き取り調査を実施した。合計3次にわたる調査によって、平泉寺地区ならびに周辺諸地区に残る旧地名、伝承などを網羅的に収集するとともに、近年の開発によって大きく変化する以前の景観についての重要な情報を得た。調査の成果をファイルにまとめて整理した。さらに、調査成果をまとめてゆくためのベースマップの製作をおこなった。従来、勝山市が所有していた大縮尺の地図に、航空写真からおこした圃場整備以前の地割りを挿入し、あわせて平泉寺遺跡の全体をカバーする精細な地図を完成させた。今後、さまざまな機会に活用されてゆくであろう。10月4日、勝山市教育会館において、白山文化研究会・勝山市と合同で、平泉寺シンポジウム2008「平泉寺遺跡の過去・現在・未来」を開催した。勝山市長をはじめとする市民のみなさんや全国から集まった研究者など、200名以上が参加した。平泉寺遺跡の価値を解明するとともに、今後の保存・活用方法についての積極的な提言がなされた。これまで、考古資料、文献史料によって解明されてきた平泉寺について、伝承や微地形の分析によって、新たな側面から解明する糸口を見いだそうとする本研究の目的は達成された。今後、ウェブサイト、報告書などの方法で、研究成果のいっそうの普及を目指す。研究協力者である宝珍伸一郎・阿部来(ともに勝山市教育委員会)と共同で調査の準備を進め、8月9日11日、平泉寺旧境内地に広がる平泉寺地区の住民のみなさんから聞き取り調査を実施した。また9月6日8日、補充調査を実施した。この両次にわたる調査によって、平泉寺地区に残る旧地名、伝承などを網羅的に収集するとともに、近年の開発によって大きく変化する以前の、付近の景観についての重要な情報を得た。調査の成果を継続してまとめ、来年度の報告書刊行に向けて基礎作業をつづけた。12月15日16日、勝山市教育会館において、白山文化研究会・勝山市と合同で、平泉寺シンポジウム2007「戦国時代の平泉寺」-紀伊国根来寺とくらべてみよう-を開催した。山岳宗教都市の相互比較については、これまでほとんど試みられたことがなかったが、全国的に見ても研究が最も進んでいる平泉寺と根来寺を比較することで、新たな比較の方法を提案するとともに、都市としての性格の異同を具体的に明らかにした。これまで、考古資料、文献史料によって解明されてきた平泉寺について、伝承や微地形の分析によって、新たな側面から解明する糸口を見いだそうとする本研究の目的は達成されつつある。また、他の「都市」と比較検討する方法論を発見したことによって、今後、山岳宗教都市の最盛期の年代比定や性格規定などを実施するための有力な指標を獲得した。
地震学的データの複合解析による地震波速度時間変化の深さ分布と回復過程

地震波速度変化の深さ分布を解明するためには、常時微動波動場の構成成分を理解し、地震波干渉法による合成波形が持つ深さ感度を明らかにする必要がある。そのため、基盤地震観測網Hi-netおよび独自に設置した遠野短スパンアレイを用いて、表面波と実体波を含めた常時微動波動場を明らかにした。Hi-netを用いた解析では、脈動振幅が小さい時に遠洋で励起された実体波成分が卓越していることを示し、地下深部構造推定に有用な実体波の抽出に対して新たな示唆を与えた。遠野短スパンアレイの解析では、相関波形の経過時間とともに波動場が変化し、地下の異なる深さに感度をもつことを観測から示した。また、地震波干渉法解析を過去10年分の遠野アレイデータに適用し、2011年東北沖地震に伴う地震波速度変化の回復過程を調べた結果、地震後の0.5%程度の速度低下は2017年までにほとんど回復していないこと、また、解析周波数範囲の上限の2 Hz程度の周波数帯域ではそれより低周波数帯域に比べてに回復速度が早い傾向にあることがわかった。回復速度の周波数による違いは、深さにより回復過程が異なる可能性を示唆する。さらに、地震波干渉法に基づく自己相関解析により、2018年9月に発生した北海道胆振東部地震に伴う地下構造変化を検出した。速度低下率は2-3%であり、強震動による動的歪みの大きさと相関を持つことから、強震動による浅部地盤の剛性率低下が地震波速度低下の要因であると考えらえる。また、地震前後における相関波形形状の変化を捉えることができた。この波形変化は、深さ30 km程度における散乱特性の変化を反映していると解釈でき、本震の断層すべりに伴うクラック形成を検出した可能性がある。このように、地震波干渉法を用いることで、地表付近だけではなく地下深部の断層帯周辺の構造変化を捉えられることを示した。東北地方太平洋沖地震時とその後の地殻構造の時間変化を明らかにするため、東北地方太平洋沖地震を含む期間における遠野アレイの地震観測データを収集・整理した。また、遠野アレイ内において、さらに短スパンのアレイ観測を立案し、地震計の設置場所等を検討し調査した。地震波速度時間変化の解釈には常時微動波動場の時間変化の影響を考慮する必要ある。そのため、短スパンアレイ観測によって、地震波干渉法解析に使用する常時微動波動場の構成成分や指向性などの理解が深まり、地震波速度時間変化の解釈の手助けとなると期待される。日本列島スケールの常時微動波動場については、地震波の粒子軌跡を利用した解析を実施し、常時微動の到来方向やその季節変化を明らかにした。地震波速度時間変化のメカニズムを理解するためには、地震波速度に加えて異方性や地下水など多項目観測データの比較が重要である。そのため、多項目の地球物理学的・水理学的観測が行われているニュージーランド・アルパイン断層における地震観測データを解析した。ボアホール底と地表に設置された地震計で観測された波形データに地震波干渉法解析を適用し、地殻浅部における地震波速度異方性を明らかにした。異方性は下盤側では応力に支配されているのに対し、上盤側の断層破砕帯では異方性の方向が断層走向に平行であり、破砕帯内の亀裂や岩石の持つ片理に支配されていることがわかった。また、断層破砕帯内において異方性強度の周波数依存性を見出し、亀裂内に流体を含む岩石モデルにより周波数依存性の傾向を説明できる可能性を示した。地殻内の流体は地震波速度を変化させると考えられるため、本研究による地震波速度異方性と水理学的観測結果の比較により、地震波速度変化の物理的解釈に迫れる可能性がある。解析に使用する遠野アレイにおける地震観測データを収集・整理できたものの、東北地方太平洋沖地震時の地震波速度変化とその後の回復過程の検出には至っていない。そのため、当初の計画に比べて、研究の進捗がやや遅れている。しかし、地震波の粒子軌跡を用いた解析により、地震波干渉法解析に使用する常時微動波動場に関する理解を深めることができた。得られた結果は、常時微動波動場の時間変化が地震波速度変化の推定に与える影響の見積りに有用であり、地震波速度時間変化の解釈の際に役立つと考えられる。また、ニュージーランドにおける地震観測データの解析では、地震波速度異方性というパラメータに注目して、地震波速度異方性と応力場や断層破砕帯内の構造との比較を行うことができた。地震波速度変化のメカニズムを理解するためには多項目の観測データや岩石モデルとの比較が重要と考えられるため、今後の研究を進める上で有益な結果が得られたと考えられる。本研究の目的である地震波速度変化の深さ分布を明らかにするために、岩手県遠野市に設置された地震計アレイ観測データを用いて、常時微動干渉法解析と鉛直アレイ解析という2種類の解析を実施した。その結果、両手法それぞれから2011年東北地方太平洋沖地震に伴う地震波速度変化を検出することができた。常時微動干渉法解析では0.5%程度の地震時速度低下を検出し、周波数が高くなるにつれて地震速度低下量が大きくなる傾向があることがわかった。また、鉛直アレイ解析からは1%程度の速度低下が検出された。2つの解析手法は深さ感度が異なるため、今後これらの結果を統合して解釈することで地震波速度変化の深さ分布を明らかにできると考えられる。ただし、これらの解析についての適切な深さ感度を設定するためには、基準となる地震波速度構造を精度良く知っておく必要がある。

そこで、本年度は遠野アレイ内にさらに短スパンの地震計アレイを設置し、約2ヶ月間の常時微動観測を実施した。また、その際地震計の計器特性が標準値と異なるものがあることが判明したため、広帯域地震計との並行観測を行うことで地震計の計器特性を評価した。既存のアレイ地震計間隔より短スパンのアレイ観測を行ったことにより、既存のアレイでは抽出できなかった短周期表面波を地震波干渉法解析により抽出することができた。短周期常時微動波動場の特徴を理解するとともに、地下浅部の地震波速度構造をより正確に推定することが可能になると考えられる。また、本研究の基礎データとなる常時微動の波源を推定した。常時微動源は主に海洋波浪によって励起されるが、特に常時微動の周波数と海水層の共鳴周波数が一致する領域で効率的に励起されていることがわかった。データとして使用する常時微動の波源位置を特定できたことで、常時微動を用いた地震波干渉法解析結果への理解が深まると考えられる。地震波速度変化の深さ分布の推定まで進んでおらず、また、地震後の回復過程についても検討ができていないため、当初の計画よりやや遅れている。また、短スパンアレイ観測を実施したことで浅部地下構造を精度よく推定する見通しは立ったものの、データ解析などの研究の進捗が少し遅れてしまった。地震波速度変化の深さ分布を解明するためには、常時微動波動場の構成成分を理解し、地震波干渉法による合成波形が持つ深さ感度を明らかにする必要がある。そのため、基盤地震観測網Hi-netおよび独自に設置した遠野短スパンアレイを用いて、表面波と実体波を含めた常時微動波動場を明らかにした。Hi-netを用いた解析では、脈動振幅が小さい時に遠洋で励起された実体波成分が卓越していることを示し、地下深部構造推定に有用な実体波の抽出に対して新たな示唆を与えた。遠野短スパンアレイの解析では、相関波形の経過時間とともに波動場が変化し、地下の異なる深さに感度をもつことを観測から示した。また、地震波干渉法解析を過去10年分の遠野アレイデータに適用し、2011年東北沖地震に伴う地震波速度変化の回復過程を調べた結果、地震後の0.5%程度の速度低下は2017年までにほとんど回復していないこと、また、解析周波数範囲の上限の2 Hz程度の周波数帯域ではそれより低周波数帯域に比べてに回復速度が早い傾向にあることがわかった。回復速度の周波数による違いは、深さにより回復過程が異なる可能性を示唆する。さらに、地震波干渉法に基づく自己相関解析により、2018年9月に発生した北海道胆振東部地震に伴う地下構造変化を検出した。速度低下率は2-3%であり、強震動による動的歪みの大きさと相関を持つことから、強震動による浅部地盤の剛性率低下が地震波速度低下の要因であると考えらえる。また、地震前後における相関波形形状の変化を捉えることができた。この波形変化は、深さ30 km程度における散乱特性の変化を反映していると解釈でき、本震の断層すべりに伴うクラック形成を検出した可能性がある。このように、地震波干渉法を用いることで、地表付近だけではなく地下深部の断層帯周辺の構造変化を捉えられることを示した。
突然変異の質的変化が発がんに与える影響の解明

突然変異が引き起こす細胞の性質の変化(表現型の変化)が微小環境を通じた周りの細胞との相互作用の結果、どのようにがん細胞の増殖に影響するのかを、数理モデルの研究から調べた。突然変異の種類としてはセルラーポッツモデルで表現可能な細胞膜の固さ、及び接着力が変化する場合を想定した。細胞の相対的に異なる固さと相対的に異なる接着力をそれぞれ2種類導入し、4種類の性質の異なる細胞をモデル化し、計16種類の組合せの変異ダイナミクスを計算した結果、がん細胞が指数関数的に増殖して腫瘍を形成する場合に加えて、がん細胞がある一定以上は増殖しない、腫瘍が生じない表現型変化の組合せが存在することを発見した。今年度は細胞レベルでのがん化と腫瘍形成の計算機シミュレーションを行う為、シミュレーションシステムの構築と細胞の物理パラメータの計算を行った。計算機の価格が申請時より大幅に安くなった為、想定したものより性能の良い計算機を導入することができたので、計算機にLinuxベースのシミュレーション環境を構築した。計算機の速度向上と計算コードの最適化がうまくいき、試験的なシミュレーションの結果であるが、研究の目標のひとつである細胞数10の5乗個(2次元のシャーレ上では2cm四方程度の領域)の細胞集団を用いた、正常細胞から腫瘍形成までのシミュレーションに成功した。シミュレーション計算において、正常細胞からがん細胞まで、突然変異の蓄積によって細胞が変異する過程をシミュレーションするためにセルラーポッツモデルを用いるが、個々の細胞の計算にはそれぞれ対応する細胞毎に異なる、細胞の物理的パラメータを決定する必要がある。今年度は正常細胞の物理モデルに関しては、皮膚における硬めの表皮細胞と柔らか目の内皮細胞に相当する細胞を構築した。今後、シミュレーション可能な細胞の種類を目標の9種類まで増やしていく予定である。今年度は研究の主目的の達成にも必要である、正常細胞および変異細胞のシミュレーションモデル作成を行った。細胞動態のモデル化で用いる細胞ポッツモデル(CPM)には、細胞の特徴を記述するパラメータとして、2次元系の場合は1.細胞の面積、2.細胞の境界長、3.細胞間の接着力の強さ、が存在する。発がんの臨床的な観察から、一般にがん細胞は正常細胞と比べて細胞の形状に特徴的な変異を持ち、さらにがん種にもよるが接着力も強くなっている事が知られる。CPMにおいて細胞の接着力は相対的なものであるので、同種細胞間の接着力の強さが大きいものと小さいものの2種類、さらにそれぞれ細胞の面積と境界長のパラメータを調整して、細胞の形状が丸いものと複雑な形状を取るものの2種類を考えた。その結果、正常細胞に対して、変異細胞として、接着力の違いが2通り、形状の違いが2通り導入することで、それぞれの組合せの違いで4種類の変異細胞をモデル化した。シミュレーション可能な細胞数に関しては、新規に導入した計算機にCPMの計算コードを移植した結果、およそ10の5乗個のオーダーで可能になったが、実際に変異ダイナミクスを用いた計算を行った所、がん細胞の増殖で生じる腫瘍が充分に大きいサイズまで成長するためには現在所有している計算機の能力だと20日以上かかると思われるため、パラメータを変えた網羅的な計算が必要でもあるため、研究時間を考慮して一回の計算で1周間以内に計算結果が得られるであろう10の4乗個程度の細胞数で計算を行い、全体像が見えてきてから重要だと思われるいくつかのパラメータセットで数の大きな計算を行う事にした。また、今回数理モデルで発見した現象が、近年発がん過程で注目されてきた「細胞競合」を説明可能なのではないか?と思われ、幅広く文献調査を行った。当初の予定では、今年度は変異細胞を9種類作成する予定であったが、目標であった10の5乗個の細胞数だと腫瘍形成までの計算に必要な時間が2週間を超えてしまい、数ヶ月程度の計算では充分な計算が行えないことが判明したので、途中から細胞数を10の4乗個程度で行って網羅的な計算を行う事にした。また研究機関の中途であるが所属組織を変わる事になり、研究環境の整備のためにしばらく計算機のセットアップが難しい状況であり計算があまり進まなかった為に研究の進捗に遅れが出てしまった。その他、当初予定していなかったが、モデルで発見した現象を説明可能であろう実験として「細胞競合」が考えられる事を発見したので、関連する文献の調査を行い、現在構築しているモデルへのフィードバックを検討するのに時間を使った。この点は研究の進捗如何を問わず、進めている研究テーマにとって大きなプラスであると考えている。提案した課題は、発がん過程における突然変異の蓄積が変異細胞に起こした表現型の変化が、がん細胞の増殖にどのように寄与するか?を数理モデルを用いて系統的に調べるというものである。それぞれの細胞は変形する境界を持つ、細胞の物理的性質(細胞膜の変形による弾性力や表面張力、細胞間の接着)をベースに細胞の集合をモデル化したセルラーポッツモデル(CPM)を用いて、突然変異を確率的に記述した発がんのマルチステージ方程式を用いてがん化過程をモデル化している。ヒトにおける発がんは、腫瘍が検知されて初めて決定されるため、その経過に関しては不知である場合がほとんどである。現在、広く使われている発がん過程のモデルは、正常細胞に時間と共に突然変異が生じ、その突然変異が蓄積することにより、機能が正常性を失ってがん細胞が生じ、最終的に増殖して腫瘍となるというものである。実際の大腸がんにおいて、細胞がん化の段階ごとに重要な遺伝子の突然変異も認められている。したがって、通常の発がんリスク計算モデルにおいては、細胞ががん化する過程は長い時間かけて生じた突然変異の蓄積によるものであり、時間がたてば必ずがん化、悪性化へ進む事になる。

果たして現実のがん化過程は、そのような一本道で決定されるのだろうか?大腸がん患者に対する疫学調査において、がん患者から腫瘍を取り出して突然変異の種類を調べた結果、同じがんでも患者ごとに生じている突然変異の種類や組合せが異なっていることが判明した。つまり、実際の発がん過程はモデルで考えられているような一本道なものではないことがわかる。そこで、数百程度の細胞数で物理的な表現型変化に対する細胞がん化および腫瘍形成に関して計算機シミュレーションを行った結果、予備的な結果ではあるが正常細胞からの変異の種類によって、腫瘍が発生する場合としない場合がある事がわかった。発がん過程のシミュレーションを行うにあたり、突然変異ダイナミクスを突然変異多段階モデルで記述しているが、研究の主旨として突然変異の「蓄積数」のみではなく、その結果生じた表現型の変化を調べる必要があるため、表現型の異なる複数種類の細胞の数理モデルが必要になる。そこで、モデルで考える突然変異により変化する細胞の性質(表現型)として、膜たんぱくの変異による細胞の弾性力の変化に加え、接着力の変化の2種類を用い、細胞の種類は弾性力(固さ)と接着力の2つのパラメータの組合せで記述した。実際、固さと接着力は連続的な物理量であるためその組合せは無限に存在するが、正常細胞ががん細胞に変異するまでのステージ数を2ステージと簡単化する事で(実際のステージ数は、がんの種類に依存すると考えられている)、それぞれ相対的に固い細胞、柔らかい細胞、さらに接着力も強い細胞、弱い細胞、と考え、それらの組合せで構築した4種類の細胞をモデル化した。これまで発がん過程とは、突然変異が細胞内に蓄積することによって生じたがん細胞の増殖過程として知られてきた。この視点では、臓器や部位毎に大きく異なる発がん率など、集団の統計的な性質は説明できるが、個人毎に異なる腫瘍の多様性や、遺伝的要因に依存しない罹患率の差などはうまく説明できない。このような発がんにおける個人差は、がん治療を難しくしている要因のひとつでもある。近年、がん細胞が存在するいわゆる微小環境の研究が進展した結果、がん細胞の増殖はそれ自身の増殖能だけではなく、その周りの細胞との相互作用に強く依存している事もわかってきた。そこで、突然変異が引き起こす細胞の性質の変化(表現型の変化)が微小環境を通じた周りの細胞との相互作用の結果、どのようにがん細胞の増殖に影響するのかを、数理モデルの構築とその計算機シミュレーションを通じた研究から調べた。細胞動態のモデルとして用いたセルラーポッツモデル(CPM)は、細胞の物理的性質(弾性力、表面張力、細胞間の接着)を記述可能であるので、発がんの多段階モデルによる細胞状態変化と組合せる事で発がん過程をモデル化した。がん化の段階としては、正常細胞から2回の突然変異でがん細胞になるとし、突然変異の種類としてはCPMで表現可能な細胞膜の固さ、及び接着力が変化する場合を想定した。
マスト細胞放出亜鉛の創傷治癒における役割解明

本研究では、マスト細胞内顆粒に亜鉛が豊富にたくわえられており、刺激によって細胞外に放出されるという報告から、マスト細胞内の顆粒膜に発現する亜鉛トランスポーターを同定し、マスト細胞顆粒内亜鉛及び放出亜鉛を特異的に欠損するマウスを樹立することにより、これらマスト細胞から放出された亜鉛とマスト細胞依存性の創傷治癒における関係を明らかとすることを目的としている。1960年代に、マスト細胞顆粒内に亜鉛が豊富に存在することが観察されている。また、これら顆粒内に存在する亜鉛が細胞の活性化に伴い細胞外に放出されることも示されている。しかしながら、これらマスト細胞顆粒内亜鉛の役割や放出された亜鉛の生体での特に、創傷治癒に対する影響に関しては不明である。そこで、活性化されたマスト細胞から放出された亜鉛がサイトカインなどのように炎症性メディエーターとして機能し(亜鉛シグナル)、創傷治癒過程の炎症を制御する可能性を検証してきた。最終年度では、より生理的な条件下での亜鉛と創傷治癒の関連性を調べるために、低亜鉛血症モデルマウスを樹立し、皮膚機能と皮膚創傷治癒への影響を解析した。亜鉛欠乏餌で5週間飼育したヘアレスマウスは、通常餌で飼育したヘアレスマウスに比べ血清亜鉛が約半分程度に減弱していた。この結果と一致して、乾燥肌の指標である角層水分量が低亜鉛血症モデルマウスにおいて低下していることが判明した。これに加え、皮膚バリア機能の指標である経表皮水分蒸散量においても異常が観察され、バリア機能の障害も示された。この低亜鉛血症モデルマウスに創傷治癒を施したところコントールと比べ明らかな創傷治癒の遅延が観察された。以上の結果は、亜鉛が正常な皮膚機能維持と創傷治癒制御に関与していることを示唆している。本研究を通して、これまで漠然と示されてきた亜鉛と皮膚創傷治癒の関係についての分子機序の一旦を示すことができた。本研究では、マスト細胞内顆粒に亜鉛が豊富にたくわえられており、刺激によって細胞外に放出されるという観察から、マスト細胞内の顆粒膜に発現する亜鉛トランスポーターを同定し、マスト細胞顆粒内亜鉛及び放出亜鉛を特異的に欠損するマウスを樹立することにより、これらマスト細胞から放出された亜鉛とマスト細胞依存性の創傷治癒における関係を明らかとすることを目的としている。そこで、活性化されたマスト細胞から放出された亜鉛がサイトカインなどのように炎症性メディエーターとして機能し(亜鉛シグナル)、創傷治癒過程の炎症を制御する可能性を考えた。本年度は、マスト細胞で高い発現を示した亜鉛トランスポーター、ZnT2の抗体を作成し、免疫電子顕微鏡法によりZnT2が顆粒膜に発現していることを見出した。また、既に樹立しているZnT2遺伝子欠損マウスより調整したマスト細胞においては、刺激依存的な放出亜鉛が観察されなかった。この結果と一致して、刺激依存的な亜鉛放出が観察されないZnT2遺伝子欠損マウスでは皮膚の創傷治癒に異常が認められた。以上の結果より、マスト細胞で観察された刺激依存的な亜鉛放出には、顆粒膜に発現している亜鉛トランスポーター、ZnT2が関与しており、マスト細胞からの放出亜鉛が皮膚の創傷治癒を調節している可能性が示唆された。本年度はマスト細胞からの刺激依存的な亜鉛放出に関与する亜鉛トランスポーターの同定と、同定した亜鉛トランスポーター遺伝子欠損マウスと皮膚創傷治癒との関係性についての解析を実施した。結果、幸いにも下記に示す結果が得られたので、本研究計画は順調に進展しているものと考えている。1マスト細胞からの刺激依存的な亜鉛放出は亜鉛トランスポーター、ZnT2が必要である:マスト細胞で高発現していた亜鉛トランスポーター、ZnT2に対する抗体を用いて、免疫電子顕微鏡法を実施したところ、ZnT2はマスト細胞内顆粒膜に発現していることが判明した。また、ZnT2遺伝子ノックアウトマウス由来のマスト細胞では顆粒亜鉛が消失しており、刺激依存的な放出亜鉛も観察されなかった。以上のことから、亜鉛トランスポーター、ZnT2がマスト細胞内顆粒亜鉛の蓄積と、活性化に伴う亜鉛放出に必須の分子であることが示された。2創傷治癒の過程に、亜鉛トランスポーター、ZnT2が関与している:マスト細胞顆粒亜鉛蓄積に関与していることが示されたZnT2遺伝子ノックアウトマウス用いて、創傷治癒モデルに関して検討を行った。その結果、ZnT2が皮膚の治癒過程に関与している知見が得られた。さらに、マスト細胞欠損マウス(KitW-sh/W-sh)にZnT2遺伝子ノックアウト由来マスト細胞を移植することで、マスト細胞の顆粒亜鉛が、創傷治癒に関与しているかどうか調べたところ、ZnT2遺伝子ノックアウト由来マスト細胞を移植したKitW-sh/W-shマウスにおいて創傷治癒の遅延が観察された。以上のことから、マスト細胞顆粒膜に発現している亜鉛トランスポーター、ZnT2が創傷治癒に必須な分子であることが示された。

本研究では、マスト細胞内顆粒に亜鉛が豊富にたくわえられており、刺激によって細胞外に放出されるという観察から、マスト細胞内の顆粒膜に発現する亜鉛トランスポーターを同定し、マスト細胞顆粒内亜鉛及び放出亜鉛を特異的に欠損するマウスを樹立することにより、これらマスト細胞から放出された亜鉛とマスト細胞依存性の創傷治癒における関係を明らかとすることを目的としている。1960年代に、マスト細胞顆粒内に亜鉛が豊富に存在することが観察されている。また、これら顆粒内に存在する亜鉛が細胞の活性化に伴い細胞外に放出されることも示されている。しかしながら、これらマスト細胞顆粒内亜鉛の役割や放出された亜鉛の生体での特に、創傷治癒に対する影響に関しては不明である。そこで、活性化されたマスト細胞から放出された亜鉛がサイトカインなどのように炎症性メディエーターとして機能し(亜鉛シグナル)、創傷治癒過程の炎症を制御する可能性を考えた。本年度は放出された亜鉛の役割について調べ、亜鉛が免疫担当細胞からのサイトカイン産生調節に関わっていることを示した。樹状細胞、マクロファージ、皮膚線維芽細胞に亜鉛を添加したところサイトカインが時間依存的に産生されることを見出した。また、この亜鉛刺激によるサイトカイン産生は免疫担当細胞に発現している亜鉛受容体GPR39に依存していることが判明した。これらに加え、亜鉛刺激によるサイトカイン産生に至る細胞内シグナル伝達経路も明らかとした。以上の結果より、放出された亜鉛が免疫担当細胞の亜鉛受容体を介してIL-6, TNFαなどの炎症性サイトカイン産生を調節している新しい亜鉛の役割を明らかにすることができた。本年度は放出された亜鉛の各免疫担当細胞への影響について解析を実施した。結果、幸いにも下記に示す結果が得られたので、本研究計画は順調に進展しているものと考えている。1亜鉛は免疫担当細胞に作用し炎症性サイトカインを誘導する:亜鉛添加により、樹状細胞・マクロファージ・皮膚線維芽細胞より時間依存的にサイトカイン(IL-6, TNFα,G-CSF, RANTES)の産生が観察された。また、このサイトカイン産生は転写レベルで制御されていることが示された。これに加え近年、神経系の分野で同定された亜鉛受容体GPR39に着目し、免疫担当細胞で観察された亜鉛刺激によるサイトカイン産生への関与についてsiRNA実験で検証した。GPR39siRNAを導入した細胞では亜鉛刺激によるサイトカインの転写活性が認められなかった。このことから亜鉛刺激によるサイトカイン産生には亜鉛受容体GPR39が関わっていることが判明した。2亜鉛刺激によるサイトカイン産生には細胞内PKCα-ERK1/2-C/EBPβシグナル伝達経路が関与している:亜鉛刺激によるサイトカイン産生の詳細なメカニズムを解析するために、遺伝子導入が比較的容易な線維芽細胞を用いて、シグナル分子の低分子阻害剤やsiRNAを用いてシグナル伝達経路の解析を実施した。亜鉛受容体GPR39の下流で、セリン・スレオニンキナーゼのPKCαが活性化されていることが判明し、引き続いて生じるERK1/2のリン酸化、IL-6の転写活性化に関与している-C/EBPβが亜鉛刺激によるサイトカインの転写活性化を制御していることを示した。
難治性臓器疾患に対するHGF(肝細胞増殖因子)の抗線維化機構の解析と治療への応用

(1)HGF遺伝子治療による肝硬変の防止と治療肝疾患に苦しむ人は国内だけでも200万人にも及び、中でも肝硬変で亡くなる人は年間約2万人近い。そこでHGF遺伝子による肝硬変治療法の確立を目指した。ラットに肝臓毒の一つであるDMNを4週間以上にわたり投与すると肝硬変を発症し、6週後には10匹中1匹のみが生存した。これに対して、DMN投与開始後4週目からHGF cDNAを用いて遺伝子治療を行ったところ、線維組織が急激に減少するとともに肝機能が改善され、全てのラットが生存した。また、肝硬変の発症過程ではTGF-βの発現上昇と相反的にHGFの発現が低下する一方、HGF cDNA遺伝子治療により線維化誘導因子の実体であるTGF-βの発現が抑制されることが明らかになった。(2)HGFによる慢性腎不全の改善作用とその作用機構慢性腎不全はネフロン実質細胞傷害が慢性的に引き起こされる典型的な線維性疾患である。慢性腎不全を自然発症するICGNマウスでは腎不全の進行に伴いTGF-βの発現が著しく増加するが、コラーゲンレベル、尿細管のアポトーシスはTGF-βとよく相関して増加した。一方、HGFの発現はTGF-βと相反的に減少の途をたどり、尿細管の再生はHGFレベルとよく相関した。ICGNマウスに抗HGF抗体を投与すると、腎臓におけるTGF-βレベルは増加し、これと相関して、コラーゲンの蓄積、尿細管のアポトーシスが増加する一方、尿細管の再生は強く抑制された。したがってHGFはTGF-βと拮抗し慢性腎不全の進行を抑制するように機能していると考えられる。(3)心筋症モデルを用いたHGFによる心筋線維化の阻止と心機能改善拡張型心筋症のモデルハムスターは生後26週から32週にかけて、心筋の線維化や肥大をもたらすTGF-β1やANPの発現増加と一致して心筋組織の線維化と心機能の著しい低下を示した。これに対して、病態末期に近い27週目からHGFを3週間にわたり連日投与したところ、TGF-β1ならびにANPの発現抑制と心筋の線維化ならびに心機能の著しい改善が認められた。病態末期からの治療においてこのような治療効果が示された例はなく、HGFは拡張型心筋症に対する有効な治療法となるものと考えられる。慢性腎不全や肝硬変は組織線維化によって特徴づけられ、移植以外に根本的な救命法がない難治性疾患とされてきた。一方、肝再生因子として見出されたHGFは組織修復に重要な因子であることがわかってきた。そこで本年度は慢性腎不全および肝硬変の病理発生におけるHGFの内因性修復因子としての機能をモデル動物を用いて検証した。1.慢性腎不全におけるHGFの内因性修復因子としての重要性.慢性腎不全を自然発症するICGNマウスを用いて腎線維化の病理発生におけるHGF発現の意義を解析した。慢性腎不全の初期では間質線維芽細胞にHGFが強く発現しており、これに一致して尿細管再生が観察され、腎機能も維持されていた。そこでこの代償期にHGFの中和抗体を投与してみたところ、尿細管にアポトーシスが誘導され、これに一致して線維化誘導因子であるTGF-βの。発現が誘導された。その結果、尿細管間質に線維形成が加速され、腎機能も著しい低下を示した。一方、このマウスにリコンビナントHGFを投与すると、尿細管に再生が駆動されるとともに腎機能も正常値にまで改善された。2.肝硬変におけるHGF遺伝子導入による病理発生機構の解析代表的な肝臓毒であるDMNを用いて作成したラットの肝硬変においてその進行に一致して内因性HGFの枯渇が観察された。そこでHVJ-リポソーム法によりHGF遺伝子を生体内に導入したところ、HGFレベルの上昇に伴って肝細胞は再生し、TGF-βの発現の発現抑制制とともに肝硬変の病態も強く改善された。以上の事から、腎臓や肝臓の組織線維化は内因性HGFの枯渇によって加速されている一方、外来性HGFが治療因子となり得る可能性が示唆された。

一方、HGFの発現はTGF-βと相反的に減少の途をたどり、尿細管の再生はHGFレベルとよく相関した。ICGNマウスに抗HGF抗体を投与すると、腎臓におけるTGF-βレベルは増加し、これと相関して、コラーゲンの蓄積、尿細管のアポトーシスが増加する一方、尿細管の再生は強く抑制された。したがってHGFはTGF-βと拮抗し慢性腎不全の進行を抑制するように機能していると考えられる。(3)心筋症モデルを用いたHGFによる心筋線維化の阻止と心機能改善拡張型心筋症のモデルハムスターは生後26週から32週にかけて、心筋の線維化や肥大をもたらすTGF-β1やANPの発現増加と一致して心筋組織の線維化と心機能の著しい低下を示した。これに対して、病態末期に近い27週目からHGFを3週間にわたり連日投与したところ、TGF-β1ならびにANPの発現抑制と心筋の線維化ならびに心機能の著しい改善が認められた。病態末期からの治療においてこのような治療効果が示された例はなく、HGFは拡張型心筋症に対する有効な治療法となるものと考えられる。臓器・組織が慢性的な傷害にさらされると組織の著しい線維化が引き起こされ治癒困難な状態に至る。現在でも治療法のない難治性疾患の中でもとりわけ患者数の多い疾患が、肝硬変、慢性腎不全、心筋症などに代表される慢性線維性疾患である。本研究はこれら線維性疾患に対するHGF(hepatocyte growth factor)の治療効果とそのメカニズムを解析することを目的とし、本年度は慢性腎不全/腎硬化症ならびに心筋症に対するHGFの効果と治癒機構の解析を行った。(1)慢性腎不全/腎硬化症に対するHGFの治癒再生作用とそのメカニズム:ICGNマウスはヒトにおける慢性腎不全の進行とよく一致して慢性腎不全を自然発症するが、腎組織中のTGF-βレベルが病態の進展(腎組織の線維化と腎機能の低下)にともない増加する一方、腎組織中のHGFレベルはTGF-βの上昇と相反的に減少した。したがって、本来再生因子として機能をはたすべきHGFがTGF-βの上昇と相反的に低下することが、腎線維化の発症に重要であると考えられた。そこで、内因性HGFの低下を補うべくHGFを投与したところ、HGF投与マウス腎臓ではTGF-βの発現、コラーゲンの蓄積など線維化か強く抑制される一方、尿細管の再生が促進され、HGFは腎機能を改善した。また、線維化にともなうTGF-βvs HGF相反的バランスとHGFによる線維化抑制は閉塞性腎炎のモデルである尿管結紮モデルにおいても再現された。(2)心筋症ハムスターを用いた心筋症に対するHGFの治癒再生作用とそのメカニズム:心筋症は心筋細胞の脱落と心組織の線維化を特徴とし、移植を除いて治療法はない。心筋症を自然発症するハムスターを用いた解析から、心臓の線維化と心機能の低下にともない組織TGF-βレベルが増加する一方、HGFレベルは病態の進行にともない低下した。これに対してHGFの低下を補うべくHGFを投与したところ、HGFは心筋細胞の細胞死抑制、線維化抑制を示し、これにより心機能を改善した。私達は既にHGFが肝硬変や肺線維症といった慢性線維性疾患に対しても強力な発症阻止・治癒作用をもつことを報告している。再生・治癒因子としてのHGFの発現がTGF-βの過剰発現と相反的に低下した状態が継続することが線維性疾患の進展につながる一方、HGFを外因的に補充しすることが治癒・再生につながる。再生に必須の因子を補うことによって再生システムの破綻を修復し、生体に備わった再生・修復能をフルに発揮させることが、慢性線維性疾患に対する有効な治療戦略である。