hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シミュレータ駆動型制御系設計に関する研究

本年度に行った研究は大きく(1)システム同定法に関する研究と(2)制御系設計に関する研究の2つにわけられる.また,これらの研究で得られた成果の検証に利用するために,前年度までに製作した車両型およびクアッドコプター型の実験機の補修と拡充を並行して行った.まず,シミュレータのふるまいを実システムに適合するように調節するための(1)システム同定法に関する研究については,これまでに研究している仮想的な制御器を用いる方法についてさらに考察し,仮想制御器の設計を自動化する方法を研究した.研究の結果,やや困難な最適化を伴うものの,簡単な系については最適な仮想制御器を自動的に求められることを確認した.つぎに,線形システムの適用が困難が複雑なモデル,すなわち,シミュレータを前提とした(2)制御系設計に関する研究については,機械学習的な方法の適用について前年度に引き続き考察を行った.その結果,これまでに有効性を確認した易化した制御系設計問題から徐々に最適化を行うカリキュラム学習的なアプローチに加えて,最適化の初期においては制御器の構造を単純なものに制約し,徐々に制約を弱めることで最終的には複雑な制御器を設計する方法を考案した,これによって,複雑な最適制御器を必要とする困難な制御系設計問題に対して,より安定して解が得られることを確認した.また,機械学習分野の知見をさらに活用するために,研究会や講演会に参加して情報収集や議論を行った.システム同定法に関する研究では,仮想的な制御入力を設けることでシミュレータと実機の乖離が大きい段階でのシミュレータの調節を容易にできるという知見がこれまでに得られていたが,今年度は仮想的な制御入力を生成する方法についてさらに考察が進んだ.これによって仮想的な制御入力の生成法が自明ではない複雑なシミュレータへの適用が可能になると期待できる.また,得られたシステム同定に関する成果については国際会議での発表を予定している.制御系設計に関する研究では,機械学習分野のカリキュラム学習のアイデアを援用することで,複雑な制御器の設計を要する非線形最適制御問題を解きやすくする方法をこれまでに研究していたが,さらに設計される制御器の構造を設計初期において単純なものに限定することで制御系設計問題が解きやすくなるという知見が得られた.この傾向はシミュレータに基づいた制御系設計においても成り立つことが期待できる.以上のように,計画と異なる点はあるものの,シミュレータを用いた制御系設計において有用な知見が得られており,研究はおおむね順調に進展していると考えられる.シミュレータを用いた非線形最適制御器の設計に関しては,機械学習分野におけるカリキュラム学習の知見を応用し,易化した制御系設計問題から最適化を開始して徐々に本来の制御系設計問題に近づけつつ最適化を行うアプローチについて研究をすすめる.特に,これまでは対象システムに仮想的な補助入力を加えることによる易化の効果を主に検証したが,今後は異なったアプローチによる易化についても検討を行う.制御系設計におけるシミュレータの調整に必要となる閉ループシステム同定法に関しては,仮想制御器を用いた方法についてさらに研究を進める.特に,仮想制御器の設計指針についての検討を行い,現状では限られたクラスの対象システムについてしか検討できていない仮想制御器の自動調節についての理論をさらに研究する.また,上記のような方策で研究を推進するとともに,簡易な実験装置や数値実験による検証を行うことも検討する.本年度は,制御器における「調節容易さ」の定式化について考察し,いくつかの実験を行って,システム同定問題におけるモデルパラメータの調節を効率化する一つの方策を得た.考察においては,本研究と同様にシミュレータを多用し,自由度が極めて高いモデルを用いて制御器を構成する強化学習の分野における研究に着目し,制御分野の研究との比較を行うことで,ダイナミクスを持つシステムの制御系設計問題における制御器の調節容易さについて検討した.その結果,不安定なダイナミクスを持つシステムを対象とし,実験やシミュレーションのデータから情報を得てモデルに反映する際に,その効率を向上させる一つの方策を得た.これはモデル出力と実機出力の間の誤差を安定化する仮想的な制御器を導入するものであり,これによってシステム同定問題におけるモデルパラメータの探索が飛躍的に容易になる.この方策に関して,対象システムが線形なダイナミクスを持つ場合の仮想制御器の有効性を理論的に示した.また,クアッドコプターや車両系の実験装置を製作し,シミュレータおよび実機を用いた実験で得られたデータについて,仮想制御器が実際に有効であることを確認した,これらの結果により,不安定な対象システムをモデリングする際に,複雑なモデルに適した出力誤差法を適用可能になるので,実用上の意義は大きいと考えられる.本年度に得られた知見は,データをもとにモデルパラメータを調節するシステム同定問題に関するものであるが,データをもとに制御器のパラメータを調節する制御系設計問題はシステム同定問題と強い関連を持つ.したがって,得られたパラメータ探索を容易にする方策は,本研究の課題である制御系設計問題に対しても応用可能であり,この点でも有意義な成果が得られたと考えられる.現在までの研究では,主にシステム同定問題におけるモデルパラメータの調節を容易にする方策が得られており,有意義な成果が得られていると言える.得られた成果は,制御系設計に関する知見を得るとしていた当初の計画とは異なるが,システム同定問題と制御系設計問題は密接に関連した問題であり,得られた知見は制御系設計問題に対しても有用であると考えられる.以上のことから,計画と異なる点はあるものの,研究はおおむね順調に進展していると考えられる.本年度に行った研究は大きく(1)実験装置の改修および製作(2)システム同定法に関する研究

(3)制御系設計法に関する研究にわけられる.実験装置の改修および製作に関しては,前年度に引き続いて車両型およびクアッドコプター型の実験機の製作と改修を行い,制御系設計を試行して調整容易な制御器設計に関する考察を行った.これに付随する成果として,制御系設計の過程で得られた制御器を新型の信号機に関する実験に利用した.システム同定法,すなわちシミュレータのふるまいを実機と適合するように調節する方法に関しては,前年度から研究している仮想的な制御器を利用してシミュレータのパラメータ調節を行う方法について発表するとともに,さらに考察を行った.考察の結果,シミュレータに安定化を補助するための仮想的な制御入力を設けることでシミュレータと実機の乖離が大きい段階でのシミュレータの調節を容易にできるという知見を得た.制御系設計については,前年度に行った機械学習の分野における研究に関する調査をもとに確率的勾配降下法の応用について検討し,議論を行った.その結果,制御対象となるシステムのモデルを一旦制御容易化し,徐々に本来のモデルに戻しながら制御器設計を反復することで良好な設計が得られるという知見を得た.また,制御系設計への利用が有望と思われたスパース最適化についても検討を行い,最適な制御入力の生成をスパース最適化問題に帰着する方法を考案して検証を行った.本年度までに行った実験機の改修と製作の結果,さまざまな系における制御系設計の試行を行うことが可能となった.また,試行の過程で得られた付随的な成果を国際会議などで発表した.システム同定法に関する研究においては,仮想的な制御入力を設けることでシミュレータと実機の乖離が大きい段階でのシミュレータの調節を容易にできるという知見が得られたが,これはシミュレータを用いた制御系設計においても有効であると考えられる.また,得られたシステム同定に関する成果について,いくつかの学会発表を行った,制御系設計に関しても,開発したスパース最適化を利用する方法がシミュレーションにおいて通常の制御法では最適な入力を得ることが難しいシステムに対し,最適性が高い制御入力を生成可能であることを確認し,成果の発表を行った.確率的勾配降下法の利用に関する研究についても今後さらに成果の発表を行う予定である.以上のことから,計画と異なる点はあるものの研究はおおむね順調に進展していると考えられる.本年度に行った研究は大きく(1)システム同定法に関する研究と(2)制御系設計に関する研究の2つにわけられる.また,これらの研究で得られた成果の検証に利用するために,前年度までに製作した車両型およびクアッドコプター型の実験機の補修と拡充を並行して行った.まず,シミュレータのふるまいを実システムに適合するように調節するための(1)システム同定法に関する研究については,これまでに研究している仮想的な制御器を用いる方法についてさらに考察し,仮想制御器の設計を自動化する方法を研究した.研究の結果,やや困難な最適化を伴うものの,簡単な系については最適な仮想制御器を自動的に求められることを確認した.つぎに,線形システムの適用が困難が複雑なモデル,すなわち,シミュレータを前提とした
高病原性PVL陽性MRSAにおける新規病原因子の同定と機能解析

MRSAは、代表的な薬剤耐性菌である。我々は高病原性MRSAの一種であるUSA300の病原性や感染能に着目した。USA300の高い病原性や感染能力をもたらす新規の病原因子を同定するために、これまでに分離した各遺伝子型のPVL陽性MRSAを用いて、培養細胞や感染マウスモデルに対する障害性や感染能を比較する。また、更なる解析のために遺伝子の転写量の比較などにより新規病原因子の候補因子のスクリーニングを行う。スクリーニングの結果をもとに、候補因子の欠損株・過剰発現株を作製し、新規病原因子を特定する。
接合抵抗発生メカニズム定量化による分割型高温超伝導マグネットの電磁力接合構造設計

経済性・保守性の高い核融合炉の実現に向けて提案されている分割型高温超伝導マグネットには高温超伝導導体の機械的接合法の研究開発が必要である。本研究では、機械的接合法における接合抵抗発生メカニズムを超伝導理論・接触理論に基づいて定量化し、大型導体の機械的接合における接合構造の検討に必要な接合抵抗予測手法を提案した。また、従来の機械的接合法に加えて機械的ブリッジジョイント、機械的エッジジョイントを提案して、低接合抵抗が実現可能であることを実験・数値解析を用いて実証した。さらに構造解析を元に分割型マグネットの最適構造設計案について議論し、冷却電力解析を元に分割型マグネットの実現性を示した。商用核融合炉を目指した設計案として機械的接合法を利用した分割型高温超伝導マグネットが提案されている。本研究では、高温超伝導導体の機械的接合法における抵抗発生メカニズムを基礎実験および数値解析によって定量的に分析し、機械的接合の接合構造・接合力負荷法を最適化することで、核融合炉環境下でも低抵抗・再着脱可能な機械的接合が可能であることを実証することを目的とする。さらに電磁力、熱ひずみ等を考慮した構造解析を実施し、分割型高温超伝導マグネットの最適構造設計案を提示する。(1)機械的接合法の抵抗発生メカニズムの定量化:接合抵抗の主要因は、1)接合部付近の臨界電流の低下、2)接触抵抗である。1)の影響を調べるために、接合力として負荷する高温超伝導テープ厚さ方向圧縮力による各種ひずみが臨界電流に与える影響を実験的に評価し、REBCO系超伝導テープでは、400MPa程度のテープ厚さ方向の横圧縮ひずみによる臨界電流低下が見られないことを確認した。(2)高温超伝導導体の機械的接合法:導体の接合方法としては、本年度初頭に新たに機械的エッジジョィントを提案し、数値解析によって、他の機械的接合法に比べて、大型導体にした場合に抵抗を低減できることを示した。さらに機械的ラップジョイント(機械的ブリッジジョイント)の試験を実施し、積層数の増加にともなう接合抵抗の上昇の問題を確認した。(3)電磁力・接触解析(最適接合構造設計):FFHRのヘリカルコイルを円形コイルとして2次元でモデル化して、フープ力に対して接合部の脱離の防止が可能か構造解析を用いて検討した。機械的バットジョィントを用いた場合、必要となる周方向接合応力は200MPaと見積もられたが、これだけの外力を得ることは難しいため、今後は他の接合方式も考慮に入れた接合部構造の最適化により、現実的な設計案の検討をしていく予定である。商用核融合炉を目指した設計案として機械的接合法を利用した分割型高温超伝導マグネットを提案している。(1)機械的接合法の抵抗発生メカニズムの定量化:昨年度確立した接触抵抗抽出法を用いて接触抵抗の温度依存性を評価し、Holmの接触理論と比較した。接触抵抗は集中抵抗と皮膜抵抗から構成されるが、接触点材料の抵抗率に比例する集中抵抗の寄与を接触抵抗から差し引き、差分の温度依存性を評価したところ、接触点材料の酸化物の抵抗の文献値の温度依存性とほぼ一致した。すなわち接触抵抗の温度依存性の定量化に成功した。(2)高温超伝導導体の機械的接合法:100 kA級GdBCO導体を製作し、機械的ブリッジジョイントを用いて接合試験を行った結果、(1)に基づいて確立した接合抵抗予測手法による接合抵抗の推定値と同等の抵抗値を得ることできた。また、製作した導体で励磁・減磁試験を行い、導体を構成する各GdBCO線材の接合抵抗のばらつきが、交流通電時における接合抵抗の電流依存性の原因になることを示した。(3)電磁力・接触解析:電磁力による引張応力と導体の接合部の機械的接触面の最大静止摩擦力の関係から、接合部の健全性について検討した。摩擦係数の文献値から考えると現状の超伝導コイル設計と同等の構造材が配置されていれば、接合部のずれは起こらないことを示した。今後は実際に引張試験を行うなど、接合部の機械的特性を実験的にも確かめる予定である。

本研究では、高温超伝導導体の機械的接合法における抵抗発生メカニズムを基礎実験および数値解析によって定量的に分析し、機械的接合の接合構造・接合力負荷法を最適化することで、核融合炉環境下でも低抵抗・再着脱可能な機械的接合が可能であることを実証することを目的とする。さらに電磁力、熱ひずみ等を考慮した構造解析を実施し、分割型高温超伝導マグネットの最適構造設計案を提示する。(1)機械的接合法の抵抗発生メカニズムの定量化:接合抵抗の主要因は、1)接合部付近の臨界電流の低下、2)高温超伝導テープを構成する金属層の抵抗、3)接触抵抗の3つである。2)は温度・磁場に依存し、3)はHolmの接触理論によれば接点金属の電気抵抗率に依存する(すなわち温度・磁場に依存する)。そこで、温度・磁場を変化させながら、GdBCO高温超伝導テープの機械的ラップジョイントの接合抵抗を実験的に評価し、上記予測が正しいことを確認した。(2)高温超伝導導体の機械的接合法:2 kA級GdBCO導体を製作し、機械的エッジジョイント試験を実施して、核融合炉マグネット使用条件を満たす接合抵抗が達成できることを実験的に示した。また、30 kA級GdBCO導体を製作し、局所的な臨界電流密度低下を引き起こす応力集中を避ける構造を導入して、機械的ブリッジジョイント試験を実施して低接合抵抗取得に成功した。(3)電磁力・接触解析(最適接合構造設計):本年度は、低接合抵抗が実現可能な接合応力を発生させるために必要な構造を検討した。マグネットのセグメントを1つの単位として必要な接合応力を発生させるためには、マグネット体積を著しく増やす必要があり、今後はさらなる分割構造の検討をしつつ、最適接合構造を提案する予定である。当初はREBCO導体内のひずみの影響を数値解析によって評価する予定であったが、実験により接合力によって臨界電流低下が起こらないことが確認できたため、計画を変更した。その他の内容についてはおおむね予定通りに実施できた。来年度以降に行う予定である交流試験用の施設については、電源、計測器関係を今年度、整備し、来年度に試験を実施することができる体制にある。25年度が最終年度であるため、記入しない。機械的接合法の抵抗発生メカニズムの定量化については、接合抵抗の各要因を切り分けて分析し、核融合炉環境下での各種導体・接合方法における接合抵抗の予測ができる見通しができている。また、高温超伝導導体の機械的接合法では、30 kA級導体での実証試験を行うことができ、予定以上の進展である。電磁力・接触解析(最適接合構造設計)については、今年度はあまり進展がなかったが、全体としては、おおむね順調に進展していると言える。まずREBCOテープの接合抵抗の温度・磁場依存性を取得し、分割型高温超伝導マグネットの運転温度の検討に必要なデータベースを構築する。ここで接合抵抗のうちの接触抵抗の寄与分を、接触理論にもとづいて評価し、接合抵抗発生メカニズム定量化を目指す。また2kA級のREBCO導体を製作し、機械的ラップジョイント(機械的ブリッジジョイント)、機械的エッジジョイントの直流・交流試験を行う。実験結果の詳細分析については、有限要素法を用いた電磁場解析を援用する。さらに各接合方式を考慮に入れた接合部構造の最適化を構造解析を用いて行い、現実的な設計案の検討をしていく予定である。
大腸癌で過剰発現するCytochromeP450 2A6の機能解明と治療応用

Cytochrome P450(CYP)系は生体内で大量に存在するPhaseI酵素ファミリーの一つであり、大腸癌においては発癌物質の代謝や抗癌剤に対する効果の面から注目されており、様々なCYPの発現や遺伝子多型と大腸癌リスクとの関連が報告されている。これまでに我々は、ヒトの大腸腺癌及び腺腫において、特異的にCYP2A6が過剰発現していることを報告した。さらに、潰瘍性大腸炎における再生陰窩上皮においてCYP2A6の過剰発現を認めた。また、大腸腺癌組織においては線維芽細胞像増殖因子受容体のFGFR2IIIcの過剰発現が認められ、FGFR2IIIcが大腸癌の発癌過程、及び進行において重要な役割を担っていることが分かった。本研究によって、大腸癌発生の予防と新たな治療の方策を見出す道筋を拓く可能性がある。Cytochrome P450(CYP)系は生体内で大量に存在するPhaseI酵素ファミリーの一つであり、様々な発癌物質の代謝活性化に関わる。大腸癌においては発癌物質の代謝や抗癌剤に対する効果の面から注目されており、様々なCYPと大腸癌リスクとの関連が報告されている。CYP2A6は、タバコ特異的発癌物質の代謝活性化や抗癌剤であるTegafurの代謝活性化を主に担っている。また、癌に隣接する非腫瘍性大腸陰窩上皮においては、大腸癌細胞と同様に、CYP2A6が過剰発現しているという興味深い知見が得られた。ヒト大腸癌培養細胞株DLD-1, HCT-15, LoVo, Colo201, SW480を用いて酵素抗体法、RT-PCR法にてCYP2A6の発現を検討し、ミクロソーム分画を用いcoumarin 7-hydroxylation microassay法にてCYP2A6活性を測定した。CYP2A6がほとんど発現していないDLD-1細胞にCYP2A6遺伝子発現ベクターを用いて遺伝子導入を行い、CYP2A6発現株を樹立した。今後は、CYP2A6の過剰発現が大腸癌の増殖、浸潤、薬剤抵抗性に与える影響について検討する予定である。特に、TegafurはCYP2A6によって代謝活性化され、DNA合成経路を阻害し細胞増殖を阻害する抗癌剤であるので、その影響を検討する。本研究によって、大腸癌発生の予防と新たな臨床治療の方策を見出す道筋を拓くことになるものと考えられ、新たな治療薬の開発につながる可能性がある。Cytochrome P450(CYP)系は生体内で大量に存在するPhaseI酵素ファミリーの一つであり、大腸においても様々な発癌物質や抗癌剤の代謝に関与する。CYPの遺伝子多型は発癌リスクと深く関与することが報告されている。一方、大腸の発癌過程においては遺伝子変異の段階的な蓄積が起こり、大腸癌で過剰に発現する様々な増殖因子やその受容体の異常が報告されている。その中でも、線維芽細胞増殖因子受容体FGFR2は、乳癌、及び子宮内膜癌においてそのSNPsが発癌に関与することが報告され、注目されている。本研究では、FGFR2のアイソフォームであるFGFR2IIIcの発現について、大腸の過形成性ポリープ、腺腫、腺癌組織を用いて検討した。その結果、大腸発癌過程の進行に応じて、FGFR2IIIcの過剰発現が認められた。また、大腸癌におけるFGFR2IIIcの発現は肝転移、及び予後不良と関連を認めた。ヒト大腸癌培養細胞を用いて、FGFR2IIIc過剰発現細胞株を作成したところ、in vitro,in vivoにおいて細胞増殖の亢進を認めた。一方、FGFR2IIIc抑制株においては、細胞増殖の抑制を認めた。以上の結果より、FGFR2IIIcは大腸癌の治療標的の候補となる可能性がある。今後は、FGFR2IIIcとCYPとの関連、及び抗癌剤の代謝との関連について解明し、FGFR2IIIcの大腸発癌における役割を検討する。
ARDSにおける糖尿病パラドックスの謎の解明と新たな治療戦略の探索

急性呼吸窮迫症候群(ARDS)は死亡率の高い難治性の病態である。近年糖尿病患者においてARDSの発症が有意に低下する「糖尿病パラドックス」と呼ばれる現象が報告されているが、原因は不明のままである。糖尿病では骨髄に異常が生じることから、マウスにて肺における骨髄由来細胞とされる2型肺胞上皮細胞を調査した。2型肺胞上皮細胞は95%が骨髄由来であり、糖尿病モデルマウスにおいて優位に減少していた。研究期間内にこの減少とARDS発症の関連は明らかとは出来なかったが、糖尿病パラドックスの原因としてこの細胞の減少が関与する可能性はあると考えている。急性呼吸窮迫症候群(Acute respiratory distress syndrome: ARDS)は、肺の炎症と透過性亢進を特徴とし、急性発症、両側性陰影、低酸素血症を呈するが心原性肺水腫ではない病態としてとらえられている。2012年のベルリン定義での報告では、重症での死亡率は45%に達しており、新たな治療法の探索が急務とされている。近年糖尿病患者でARDS発症率が低下するという「糖尿病パラドックス」とも称される現象が臨床研究にて報告された。申請者らは糖尿病における骨髄由来細胞の異常化による機能不全につき調査を行っており。この発症率の低下は骨髄由来細胞によるものである可能性が高いと考えている。本申請は、今までとは違ったアプローチにてARDSの病態生理を明らかとすると共に新たな治療法を勘案するものである。平成27年度はまず、GFPトランスジェニックマウスより骨髄を移植させた野生型マウスをSTZ(ストレプトゾシン)を用いて糖尿病とし、糖尿病処置後2ヶ月にてマウスを安楽死させ、肺における骨髄由来細胞をGFPに対する免疫染色にて観察した。糖尿病としたマウスにおいては骨髄由来細胞は有意に減少した。2型肺胞上皮細胞を肺胞サーファクタントAによる免疫染色にて染色を行ったが、糖尿病によりその数は有意に減少した。実験的ARDSに対する影響について現在調査中である。当初の予測通り、糖尿病により骨髄由来細胞は減少し、肺胞サーファクタントA陽性細胞も減少していたため。申請者らは糖尿病における骨髄由来細胞の異常化による機能不全につき調査を行っており、この発症率の低下は骨髄由来細胞によるものである可能性が高いと考えている。平成28年度は実験的ARDSの作製法に対する検討を行った。マウスに対し、経気管的にLPS(Lipopolysaccharide)吸入させることにより生じる肺炎モデル、硫酸ブレオマイシンを経気管的に吸入させることにより生じる肺炎モデルの両者を作製し、薬剤投与量による影響、肺炎の程度、肺炎発症時の2型肺胞上皮細胞(肺胞サーファクタントA陽性細胞)の形態学的観察を現在も行っている。今後同様の肺炎モデルをGFPトランスジェニックマウスの骨髄を移植したマウスにおいて作製し、骨髄由来細胞の肺炎における動き、2型肺胞上皮細胞の減少おるいは増加の有無につき調査を行う。また、GFPトランスジェニックマウスの骨髄移植マウスに糖尿病を発症させた後、実験的肺炎モデルを作製した後の肺炎の程度、肺炎発症時の2型肺胞上皮細胞(肺胞サーファクタントA陽性細胞)の形態学的観察を行う予定としている。肺炎モデルの安定的作製に時間を要しているため、肺炎における骨髄由来細胞の動態の観察に遅れが生じている。平成29年度までにをGFPトランスジェニックマウスの骨髄を移植したマウスにおいて、STZ投与による糖尿病モデルマウスにおける、2型肺胞上皮細胞(肺胞サーファクタントA陽性細胞)の変化を観察したところ、STZマウスにおいては、有意に骨髄由来の2型肺胞上皮細胞が減少することを明らかとしていた。そして平成29年度はマウスに対し、経気管的にLPS(Lipopolysaccharide)吸入させることにより生じる実験的ARDSモデルを用いて検討を行った。STZマウス、正常マウス共に、実験的ARDSモデル作成にて2型肺胞上皮細胞が有意に増加していたが、両者において有意な差を認めなかった。

今後は他の肺炎モデルにおいても検討を加え、糖尿病におけるARDS発症率の低下の原因につき引き続き調査を進める予定である。急性呼吸窮迫症候群(ARDS)は死亡率の高い難治性の病態である。近年糖尿病患者においてARDSの発症が有意に低下する「糖尿病パラドックス」と呼ばれる現象が報告されているが、原因は不明のままである。糖尿病では骨髄に異常が生じることから、マウスにて肺における骨髄由来細胞とされる2型肺胞上皮細胞を調査した。2型肺胞上皮細胞は95%が骨髄由来であり、糖尿病モデルマウスにおいて優位に減少していた。研究期間内にこの減少とARDS発症の関連は明らかとは出来なかったが、糖尿病パラドックスの原因としてこの細胞の減少が関与する可能性はあると考えている。今後実験的ARDSにての骨髄由来細胞の役割につき検討を行い、その細胞の性質を調査し、ARDSの病態解明を進めていきたいと考えている。実験的ARDSモデルマウスを作製し、骨髄由来細胞の役割につき検討を行い、ARDSの病態解明を進めていきたいと考えている。糖尿病、臓器不全平成28年度の使用にて、1円の残金が生じた。この金額で研究遂行に必要なものは購入できず、次年度に持ち越したいと考えている。次年度の物品費として使用したいと考えている。
前庭系可塑性応答の統合的理解と適応障害対策

1重力変化に応答する遺伝子の役割:微小重力により耳石器で発現が低下したEnpepのKOマウスを作製したが,表現型として平衡機能障害等は見られなかった。2前庭系可塑的変化の中枢経路:重力環境変化で発現が変化した前庭神経核GABA受容体,グルタミン酸受容体の機能をphotogenetics,chemogenetics手法を用いて検討した。グルタミン酸受容体刺激では同側に,GABA受容体刺激では対側に体が傾いた。また,両側グルタミン酸受容体刺激では著明な深部体温低下がみられ,重力環境変化により引き起こされる平衡機能障害・深部体温低下に前庭神経核のこれらの受容体が関与していることが示唆された。3重力変化が筋・骨連関および代謝調節に及ぼす影響:高脂肪高ショ糖食誘導性の体重増加,脂肪量増加,血糖上昇,耐糖能異常は前庭破壊により有意に改善され,さらにβ阻害薬およびトレッドミル運動負荷によっても有意に改善された。これらより,前庭系は自律神経系と運動系を介して,食餌誘導性の肥満とそれに続く糖代謝異常に影響を及ぼす可能性が示唆された。4長期宇宙滞在により引き起こされる耳石前庭機能障害とその対策:長期宇宙滞在前後でcVEMP (球形嚢機能)とoVEMP (卵形嚢機能)検査を実施し,帰還直後に球形嚢機能の著明な低下が起こり,閉眼起立時の重心動揺が大きくなることが分かった。また,noisy-GVSにより重心動揺の増大が抑制されることから,帰還後の平衡機能障害の対策としてのnoisy-GVSの有効性が示唆された。5経皮的noisy-GVSによる前庭系可塑性の誘導に基づくバランス障害改善効果の検討:二重盲検ランダム化プラセボ対照クロスオーバー試験(医師主導治験)を計画し,PMDAによる承認,IRB申請,治験計画届の提出を済ませ,平成31年2月より被験者の組み入れを開始した。30年度計画にあげた4つの動物実験,1重力変化に応答する遺伝子の役割,2前庭神経核に存在する神経細胞の役割,3重力変化が筋・骨連関および代謝調節へ及ぼす影響および前庭系が肥満による糖・エネルギー代謝異常におよぼす影響に関しては,予定通り実験終了し,論文執筆完了あるいは執筆中である。また,宇宙飛行士を被験者とする実験では,1名の宇宙飛行士の実験が終了,その他4名の宇宙飛行士の飛行前のデータを取得した。これら4名については31ー32年度中に実験終了予定である。経皮的noisy-GVSによる前庭系可塑性の誘導に基づくバランス障害改善効果の検討に関しては,治験計画届を提出し,実験開始予定である。遠心機による過重力環境および国際宇宙ステーションの微小重力環境で飼育したマウス,および宇宙飛行士,前庭機能障害患者を対象として以下の研究を行う。1月の重力に相当する0.17 g飼育マウスの前庭機能解析,前庭系のエピゲノム解析,視床下部のFosマッピング,摂食関連ペプチド解析を実施する。2過重力によって抗重力筋であるヒラメ筋において発現が変化する因子として,網羅的遺伝子発現解析により抽出したOlfactomedin-1およびDkk2の骨と筋への作用とそのメカニズムの検討を,骨芽細胞,破骨細胞,筋細胞の表現型の分析により行う。さらに,Olfactomedin-1とDkk2の血中濃度と骨代謝および筋指標との関連を分析する。3過重力(2 g)飼育から地上重力(1 g)に戻ったときのマウス脳内活性部位(Fosによるマッピング)を前庭破壊マウスと比較し,重力変化を感知する脳内部位および前庭入力の関与を明らかにする。同様の条件下でマウス脳内の視床下部摂食関連ペプチド遺伝子発現の変化を検討する。4前庭障害患者を対象にnoisy-GVSの刺激中および刺激終了後のバランス改善効果について検証するため,プラセボ対照の二重盲検クロスオーバー試験を実施する。5宇宙飛行士を被験者とした研究で,飛行前後の前庭系の機能を耳石系(卵形嚢:oVEMP,球形嚢:cVEMP),半規管系(caloric test)に分けて調べ,帰還直後に見られる平衡機能障害に対するnoisy-GVSの効果を検討する。・重力環境による前庭機能低下の機序を調べるため,重力の感知器官である末梢耳石器感覚細胞⇒前庭神経節⇒前庭神経核に至る経路での遺伝子解析のための方法を確立した。・1.4 gおよび2 g環境下で2ー4週間飼育し,体重,摂食・飲水量,活動量を測定し,過重力環境でこれらの変量が有意に抑制されること,およびその抑制が前庭破壊により見られなくなることを確認した。また,2 g環境下で飼育すると胸腺重量が減少する。前庭破壊により,この減少はみられなくなることから,重力⇒前庭系⇒免疫系の経路が想定された。さらに,in situハイブリダイゼーション法により視床下部における神経ペプチド遺伝子の発現量を定量化し,比較検討した。その結果,2 g環境下で飼育したマウスで,視床下部外側野におけるMCH mRNAおよびオレキシンmRNAの有意な増加が見られ,前庭破壊マウスではその増加が見られなかったことより,前庭系は摂食関連ホルモンの分泌に関与していることが示唆された。・3 g環境下で4週間飼育すると,抗重力筋であるヒラメ筋量および筋分化因子の発現が増加した。

β拮抗薬投与あるいは前庭破壊マウスでは,これらの変化が見られなくなることより,重力変化は,前庭系⇒交感神経系を介して筋重量を調節していることが示唆された。・4ー6ヵ月の国際宇宙ステーション滞在前後で,前庭系を介する昇圧反応の大きさを比較した。帰還直後および2週間後には,前庭系を介する昇圧反応は全くみられなくなったが,帰還2ヵ月後には,ほぼ滞在前の値に回復した。・ノイズGVSによる前庭系可塑性の誘導に基づくバランス障害改善効果について検討することを目的として,30分と3時間の2つのノイズGVS(前庭電気刺激)を行い,刺激終了後のバランス維持機能について経時的に測定するランダム化クロスオーバー試験を行い,バランス改善の持ち越し効果が認められた。平成27年度計画であげた,6項目:重力酔い,前庭機能,神経回路の可塑性,筋・骨連携,ノイズGVSによる予防策の検討,末梢耳石器のlaser microdisectionによる解析法の確立全てについて,研究実績の概要にあげたように順調に進展している。1.過重力環境で飼育したマウスにおいて,前庭系を介して筋量や骨量を増加させることが示唆される因子としてFKBP5とフォリスタチンを抽出した。FKBP5は筋蛋白合成を促進し,筋蛋白分解を抑制し,筋分化の後期過程を促進した。一方,フォリスタチンは蛋白合成と筋分化を促進することにより筋量増加に関わるのみならず,筋・骨連携因子として,マイオスタチンの破骨細胞形成促進作用を阻害することにより骨にも正の作用を発揮した。2.微小重力モデルである尾懸垂時の中枢神経活動をFosタンパクを指標に評価した。NTSおよびSONおよびPVNのオキシトシンニューロンが有意に活性化した。さらに過重力刺激による視床下部摂食関連ペプチドへの影響を検討した。2 g環境飼育3日後にNPY,AgRPおよびOrexinが有意に上昇し,POMCとCARTは有意に減少したが,8週後には上記ペプチド遺伝子発現に有意差を認めなかった。3.2 g環境下飼育マウスの球形嚢,卵形嚢の感覚上皮では多くの遺伝子が変化した。球形嚢では複数の難聴関連遺伝子(Gjb2,Cochlin,Ptprq)が変化した。卵形嚢では,球形嚢とは異なる遺伝子群が変化していた。そのなかで,miR-183の標的遺伝子には軸索伸長,ポストシナプティックなシグナリングに関わる因子が複数あり,感覚上皮からのシグナル伝達制御を行っている可能性が示唆された。4.4ー6ヵ月間国際宇宙ステーションに滞在した6名の宇宙飛行士の前庭ー血圧反射の調節力を調べた。宇宙滞在前に比べ,帰還直後および2週間後には有意に低下して,2ヵ月後には滞在前の値に回復した。また,noise-GVSにより低下した機能が回復する傾向がみられた。5.noise-GVSにより健常者における平衡機能改善の持ち越し効果を調べた結果,30分の刺激により,6時間にわたり機能が改善されることが分かった。28年度研究実施計画に挙げた5項目の研究課題がほぼ実施できた。1.前庭系可塑的変化の中枢経路:耳石感覚細胞と前庭神経核を用いて,RNAseq,ChIPseq,qPCRを行った。顕著に変化した遺伝子群には,内耳の機能障害に関与するPou3f4,幹細胞維持に関与するNotch,Wntシグナリングに関与する遺伝子が12個含まれていた。微小重力環境では,1 g環境で見られた球形嚢と卵形嚢の遺伝子発現差が減少した。
量子化学の新しい基礎理論の開発:密度行列の直接決定法

量子物理の多体問題や、量子化学の問題における伝統的な手法では、Schroedinger方程式やそれから導かれる方程式をとき、波動関数を求め、原子分子固有の性質を計算する。多くの場合、基底状態に興味があり、今回の我々の研究の対象でもある。たいていの場合、粒子数が増えると変数の数も増え、解くべき方程式は複雑になる。本研究の二次の縮約密度行列(2-RDM)の直接決定法の研究では、波動関数の代わりに情報量は波動関数と等価な2-RDMを求める。解くべき方程式の変数の数は粒子数に依存せず、いつでも四つであるので、量子力学のより簡単な方法になりうる。ただ、2-RDMには、特殊な付加条件であるN-representability条件を考慮に入れなければならない。さもなくば、2-RDMに物理的な意味がなくなる。だが、N-representability条件の全てを導入することは今のところ現実的でない。よく知られた必要条件としては、P、QおよびG条件などがあるが、これらはすべて行列の半正定値条件である。基底状態を求めるための変分法は、数理計画の分野で近年使われるようになった半正定値計画法として定式化される。今年度は、さらによりよいN-representability条件として近年Z.Zhaoらによって再発見された、Erdahlが導出したT1,T2条件を用いた計算の系統的な応用を行った。系が大きくなっても量子化学では十分精度が高いとされるCCSD(T)と同じ程度であるか、場合によっては、特に電子相関が強いとされる系ではCCSD(T)より高精度であった。この方法では2-RDMが直接もとまるため、さまざまな期待値を計算することができる。双極子モーメント、占有数など、厳密解比較しよく一致することが確認された。量子化学の伝統的な手法では、Schroedinger方程式やそれに対する近似方程式を解き、波動関数や分子固有の性質を計算する。たいていの場合、粒子数が増えると、変数の数が増え解くべき方程式は複雑になる。本研究の2次の縮約密度行列(2-RDM)の直接決定法の研究では、波動関数の代わりに情報量は波動関数と等価な2-RDMを求める。解くべき方程式は粒子数によらず、変数の数がいつでも四個のため、より簡単な方法になりうる。ただ、本研究では、粒子数の変化に伴って変数の数は増えないが、特殊な付加条件である、N-representability条件を考慮に入れなければならない。今年度は、2-RDMの直接決定法の研究で重要な役割を担う半正定値計画法(SDP)を解くのに必要なハードウェアを購入した。SDPは量子化学の問題に最適化されておらず、現在標準形しか解くことができない。どのように標準形に帰着すればコストが下がるかという問題になるが、以前までの結果をそのまま適用すれば、系が大きくなるに従ってコストが大幅に増大する。ごく最近、定式化を変更し、コストの小さいよりよい標準形への帰着方法が開発された。さらに、一部の条件を半正定値計画法としないで、線形計画法として扱い、反復法を行うことによってコストを下げる方法を検討している。また、化学的に興味のある系、つまり電子相関が強い系や、一般に量子化学では分子の幾何構造の変化について、動的および静的電子相関の取り込みのバランスが重要になるが、それの検討、つまり、導入した近似N-representabilityがどの程度効果があるかの数値実験を行っている。我々の興味は、基底状態の多電子系の量子化学、量子力学におけるエネルギーや性質を求めることにある。伝統的な方法では、自然界には二体までの相互作用しかないので、二次の縮約密度行列(2-RDM)さえあればそれらを求めることが可能である。2-RDMは波動関数と違い、変数の数がいつでも四つであり、波動関数が粒子数とともに変数の数が増えていき、複雑になることとは対照的である。ただ、Pauliの排他原理に相当する、N-representability条件の完全解は知られておらず、また必要条件だけでも、その適用は難しいとされていた。我々は、よく知られているN-representability条件の一部は、数理計画の分野で近年発展してきた半正定値計画法を使い、定式化することができることを見いだした。結果は比較的結果は良好であり、CISDやCCSDとも比しうるものであることが示された。この研究では密度汎関数法と違い、経験的なパラメーターを一切含まない。本年度は、ごく最近定式化されたN-representability条件である、T1,T2条件を化学的に興味深い系に対して応用し、エネルギーや、双極子モーメントなどを求めた。そして、それらの結果が現在高精度計算で計算効率、精度や信頼性があるので最もよく使われるCCSD(T)とほとんど同じ程度の結果を与えることを示した。また、これまで知られているN-representability条件が破綻する比較簡単な系を発見した。

解くべき方程式の変数の数は粒子数に依存せず、いつでも四つであるので、量子力学のより簡単な方法になりうる。ただ、2-RDMには、特殊な付加条件であるN-representability条件を考慮に入れなければならない。さもなくば、2-RDMに物理的な意味がなくなる。だが、N-representability条件の全てを導入することは今のところ現実的でない。よく知られた必要条件としては、P、QおよびG条件などがあるが、これらはすべて行列の半正定値条件である。基底状態を求めるための変分法は、数理計画の分野で近年使われるようになった半正定値計画法として定式化される。今年度は、さらによりよいN-representability条件として近年Z.Zhaoらによって再発見された、Erdahlが導出したT1,T2条件を用いた計算の系統的な応用を行った。系が大きくなっても量子化学では十分精度が高いとされるCCSD(T)と同じ程度であるか、場合によっては、特に電子相関が強いとされる系ではCCSD(T)より高精度であった。この方法では2-RDMが直接もとまるため、さまざまな期待値を計算することができる。双極子モーメント、占有数など、厳密解比較しよく一致することが確認された。
レビー小体型認知症の診断バイオマーカーの探索

認知症診断マーカーには主にアルツハイマー型認知症(AD)についての検討が多く、画像検査や脳脊髄液を用いたバイオマーカーが主体となっている。本研究は、ADとの鑑別が必要でありかつ頻度が高い神経変性疾患であるレビー小体型認知症(DLB)を標的とし、採取が簡便で臨床応用しやすい血清で診断マーカーを検討した。3つの候補蛋白を同定し、診断マーカーとしての有用性と病期診断を検討した。血清THBとRBPの血清濃度はDLB群で高値であり、DLB群とAD+健常対照群との診断精度は感度91%、特異度66%であった。血清PF4はDLB群において発症からの時間経過で上昇しており、病期診断に有用であると考えられた。従来の汎用されている認知症の診断マーカーは主にAD(アルツハイマー型認知症)についてが多く、また使用されるマーカーも頭部MRI、脳血流シンチグラフィー、PETなどの画像検査、髄液を用いたバイオマーカーが主体となっている。本研究では、(1)ADとの鑑別が必要でありかつ頻度が高く神経変性疾患の中でも重要な位置を占めているDLB(レビー小体型認知症)についての診断マーカー検索を標的としている点、(2)採取が簡便で臨床応用しやすい血液サンプルを診断マーカーとして検討している点、(3)DLBの血液サンプルでの診断マーカーとして3つの候補蛋白を同定しておりこれらを解析・検討を行うことで特異的なマーカーの確立が特色である。これらの血清バイオマーカーと、髄液バイオマーカー画像所見などを組み合わせることでより診断精度があがり臨床的にも活用しやすくなることが予想される。また早期診断や病期診断を可能とすることで認知症診療の向上に寄与することが可能となる上、認知症疾患に対する医学的・社会的早期介入にも活用できることが期待される。今年度はDLBの血清バイオマーカーの確立のため、DLBのマーカー蛋白質検索実験で判明したDLB群での上昇が有意な2つの診断マーカー候補蛋白についての検討を重ね、感度64%,特異度87%(AUC=0.823)であり、DLBの診断のバイオマーカーとなる可能性が示された.また、もう一つのマーカーも測定が可能であることを確認し、これらを組み合わせることでより疾患診断の感度・特異度を上げることができると考えられる。現在認知症診断には主にAD(アルツハイマー型認知症)についての検討が多く、また使用されるマーカーも頭部MRI、脳血流シンチグラフィー、PETなどの画像検査、髄液を用いたバイオマーカーが主体となっている。本研究では、(1)ADとの鑑別が必要でありかつ頻度が高く神経変性疾患の中でも重要な位置を占めているDLB(レビー小体型認知症)についての診断マーカー検索を標的としている点、(2)採取が簡便で臨床応用しやすい血液サンプルを診断マーカーとして検討している点、(3)DLBの血液サンプルでの診断マーカーとして3つの候補蛋白を同定しておりこれらを解析・検討を行うことで特異的マーカーの確立が特色である。今年度はDLBの血清バイオマーカーの確立のため、DLBのマーカー蛋白質検索実験で判明したDLB群での上昇が有意な2つの診断マーカーを組み合わせることで、DLB群とAD+CTL(認知機能正常)群の診断精度が感度91%,特異度66%, AUC=0.862であった.認知症群を加えた検討でもこれらのマーカーの組み合わせることでDLB診断に有用であることが判明した。

また早期診断や病期診断を可能とすることで認知症診療の向上に寄与することが可能となる上、認知症疾患に対する医学的・社会的早期介入にも活用できることが期待される。今年度はDLBの血清バイオマーカーの確立のため、DLBのマーカー蛋白質検索実験で判明したDLB群での上昇が有意な診断マーカー候補蛋白についての検討を行った。現在、認知症診断には主にアルツハイマー型認知症(AD)についての検討が多く、また使用されるマーカーも頭部MRI、脳血流シンチグラフィー、PETなど画像検査、髄液を用いたバイオマーカーが主体となっている。2014年にはDATーscanが保険適応となったものの、簡便な診断マーカーとは言い難いのが現状である。本研究では、(1)ADとの鑑別が必要でありかつ頻度が高く神経変性疾患の中でも重要な位置を占めているレビー小体型認知症(DLB)の診断マーカーを標的としている点、(2)採取が簡便で臨床応用しやすい血液サンプルを診断マーカーとしている点、(3)DLBの血液サンプルでの診断マーカーとして3つの候補蛋白を同定しており、これらの解析・検討を行うことで特異的なマーカーの確立が可能であることが特色であった。これらの血清バイオマーカーと髄液マーカーや画像所見を組み合わせることで診断制度があがり、臨床的にも活用しやすくなることが予想される。DLBの血清バイオマーカーの確立のため、DLBのマーカー蛋白質検索実験で判明したDLB群で有意な上昇のあった2つの診断マーカーを組み合わせることで、DLB群とAD+健常対照群の診断制度は感度91%、特異度66%、AUC=0.862であった。それぞれのマーカーも認知機能と相関を認めるもの、ADとの鑑別に有用なものであった。これらの結果から重症度や病期との関連も検討可能であると考えられた。神経内科血液中の目的蛋白を市販のELISAキットで測定を行っており、今後の汎用性にも期待ができる。二つの候補蛋白による実験で、既知のサンプルでDLB群と非疾患群では統計学的有意差を認めており、診断に有用であると考えられる。また新たに別の候補蛋白も組み合わせることで、血液バイオマーカーにしばしば認める他要因による偽陽性・偽陰性をより減らして有用な診断マーカーとしても活用が期待できる可能性を示すことができている。血液中の目的蛋白を市販のELISAキットで測定を行っており、今後の汎用性にも期待ができる。二つの候補蛋白による実験で、既知のサンプルでDLB群と他認知症群では統計学的有意差を認めており、有用な診断マーカーとしても活用が期待できる可能性を示すことができている。しかし更なる診断精度の向上や偽陽性・偽陰性などの検討のため、疾患群のサンプル収集が必要であるが、臨床的に診断される疾患群が限られており症例の蓄積を必要とするために予定期間を延長して研究をすすめる必要がある。血液中の目的蛋白を市販のELISAキットで測定を行った。既知のサンプルでDLB群、他疾患群(例えばAD,PD)、健常対症群をコントロール群としてテストセットを用いてELISAを施行し統計学的有意差を調べた。
高齢者の食生活および生活活動度に関する調査研究(細胞性免疫能を指標とした抗老化因子の検討)

平成8年度における研究成果は以下の如くであります。1.胸腺でのT細胞の分化・成熟とビタミンE対照食(50 IU VE/kg diet)の10倍量のビタミンEを含む高ビタミンE食にて、6週齢のF344ラットを7週間飼育することにより、胸腺中のCD4_+CD8_-およびCD4_-CD8_+T細胞率の上昇を認め、中でもCD4_+CD8_-T細胞率の上昇は顕著であった。この機序として、T細胞増殖因子であるIL2の上昇と免疫系に対して抑制的に働くPGE_2産生の低下を見出すとともに、胸腺皮質上皮細胞(TEC)機能の上昇を認めている。中でも、TECと未熟(CD4_-CD8_+)T細胞との結合が高ビタミンE食投与により上昇することを見出している。さらに、その機序としてTEC膜上への接着分子ICAM-1の発現を認めている。しかし、一方胸腺皮質と髄質境界域に局在するマクロファージ機能(Negative selection)に関しては高ビタミンE食投与の影響はほとんどみられなかった。以上のことから、高ビタミンE食投与に伴う胸腺でのT細胞の分化・成熟の上昇は胸腺皮質上皮細胞(TEC)機能の上昇と髄質におけるIL2あるいはPGE_2を介した成熟T細胞の増殖促進によることが示唆された。2.加齢に伴う細胞性免疫能の低下とビタミンE若齢時から高ビタミンE食にてラットを約1年間飼育することにより、加齢に伴う細胞性免疫能、中でもSplenocytesの幼若化能低下に対する高ビタミンE食投与の影響について検討した。その結果、高ビタミンE食投与により加齢に伴うリンパ球幼若化能の低下が若齢ラットと同程度までに改善されることを見出し、それが、マクロファージ機能の改善やリンパ球のマイトジェンに対する感受性の上昇と関連することを認めている。また、運動トレーニングによっても加齢に伴う細胞性免疫能の低下が改善されることを見出した。徳島県在住の農業従事者284名(30-70才)を対象に血液、尿検査を実施し、検査結果に異常のあった者を本研究の対象者から除外した。その結果、男性111名、女性126名が本研究の被検者として選ばれた。早朝、空腹時にヘパリン添加血液を採取、リンパ球分離培地上に重層、遠心することにより末梢血リンパ球(PBL)を得た。PBL機能としては^<51>CrラベルのK562細胞を標的細胞とするNK活性並びにPHA、ConAに対する幼若化能を測定した。NK活性は男女とも加齢による影響はほとんどみられず、60才代においても30才代とほぼ同程度のNK活性(32.4±10.2%)を保持していた。しかし、PBLのPHA及びConAに対する幼若化能は加齢に伴い低下する傾向を認め、その傾向は女性より男性において顕著であった。また、BMIを指標として被検者を20-25までのコントロール群と30以上の肥満者群とに分けた場合、加齢による影響をほとんど認めなかったNK活性も30才代の男女ではコントロール群に比し肥満者群のほうがむしろ高いNK活性を保持していたが、60才代の男性では逆に肥満者群においてNK活性の著明な低下を認めた。一方、女性では加齢や肥満によってもほとんど若齢時と同程度のNK活性を保持していた。また、PBLのPHAに対する幼若化能は60才代の男女において肥満者群において著明に低下することを認め、宿主免疫能を指標とした本研究からも高齢者における健康阻害因子の一つとして肥満が示唆された。

さらに、肥満の成因として考えられる摂取エネルギーの増大と消費エネルギーの減少を肥満者群において認めた。以上、初年度に計画された内容はほぼ達成でき、その他に栄養学的抗老化因子としてはビタミンD及びEが指摘されたが、この点については次年度、動物実験により追試を行う予定である。1.平成6年度の調査成績から60才代の高齢者を若齢者と同様の高い細胞性免疫能を維持している者と著明な細胞性免疫能低下を示す者の2群に分け、各群間の栄養素摂取並びに生活活動度について比較検討した。その結果、男性では摂取エネルギーの高い者ほど細胞性免疫能は低い傾向にあり、高齢者における肥満が健康阻害因子の一つであることを認めた平成6年度の結果と一致するものであった。しかし、消費エネルギーや生活活動度との間には有意な相関はみられなかった。また、同年代の女性で摂取及び消費エネルギー並びに生活活動度との間にも有意な相関はみられず,各パラメーターと細胞性免疫能との相関は男性に比しずっと低い傾向にあった。その他の栄養素摂取と細胞性免疫能との関連についても検索し、ビタミンAやCの摂取量と細胞性免疫能との間には男女とも有意な相関を認めなかったが、ビタミンDの摂取が多い者ほどリンパ球幼若化能が男女とも有意に高いことを見出した。2.タイムスタディ(生活時間調査)により各人の消費エネルギーを算出するとともに生活活動度を求めた。その結果を細胞性免疫能と比較したが全年齢を通じて有意な相関はみられなかった。3.自然高血圧易発症ラット(SHR)が加齢に伴い血圧の上昇を示すのみならず、免疫学的にはT細胞を中心とする細胞性免疫能の低下を早期から示すことが知られている。実際、今回の我々の実験においても、12週齢頃から対照のウイスターKyoto(WKY)ラットに比し胸腺リンパ球のT細胞マイトジェンに対する反応性が有意に低下すること見出した。この機序としてT細胞増殖因子であるInterleukin-2(IL-2)産生の低下、免疫能に対して抑制的に働くPGE2産生の上昇並びに自然胸腺障害性自己抗体(NTA)産生の上昇等が関与することを見出した。4.SHRの加齢に伴う細胞性免疫能低下に対する高ビタミンE食投与の影響について検討した。その結果、高ビタミンE食投与によりSHRの加齢に伴うTリンパ球幼若化能の低下が一時的ではあるが有意に改善された。その機序としてT細胞増殖因子であるIL-2産生の上昇、宿主免疫能に対して抑制的に働くPGE2産生の低下並びにNTA産生の抑制と関連することを見出した。5.消費エネルギーと細胞性免疫能との間にはヒトでは有意な相関を認めなかったが、一般に運動トレーニングにより宿主免疫能の昂進することが知られている。今回は、トレッドミルを用い、一過性運動負荷直後の細胞性免疫能について検討した。その結果、リンパ球幼若化能やNK活性等の細胞性免疫能が一過性運動負荷直後に著明に低下することを見出し、それが血中乳酸濃度やPGE2濃度の上昇、血中GlnやArg濃度の低下と関連することを見出した。平成8年度における研究成果は以下の如くであります。
糖鎖レクチン接着反応を用いた新たな造血幹細胞の分離法の開発

各種造血幹細胞の各種糖鎖の発現に関して検討を行った。用いた糖鎖はビニル系高分子に結合しており、さらに、発色剤としてFITCをラベルしたものを用いた。造血幹細胞は、CD34陽性細胞とし、PEラベルされた抗CD34抗体を用いて検出した。用いた糖鎖は、ラクトース、カルボキシル化ラクトース、マルトース、メリビオース、グルコース、マンノビオース、N-アセチルキトビオース、ラミナリビオース、セロビオース、開環グルコースび9種類である。CD34と各種糖鎖の2重染色を行い、フローサイトメトリーにて臍帯血、骨髄、末梢血内の細胞を用いてそれぞれの幹細胞の特徴を比較検討した。その結果、臍帯血、末梢血、骨髄中幹細胞はいずれも、N-アセチルキトビオースを強く発現し、他の糖鎖はほとんど発現していなかった。臍帯血、骨髄中幹細胞は、末梢血中幹細胞に比較して、N-アセチルキトビオース発現は強い傾向がみられた。また、これら幹細胞を24時間G-CSFとともに培養した後各種糖鎖発現の変化をみたが、やはり発現しているのはN-アセチルキトビオースのみであり、培養前、培養後で大きな変化は認められなかった。今後は、大豆レクチンと反応させた場合に糖鎖発現が幹細胞ポピュレーションだけでなく、種々の細胞でそのように変化するか比較検討する予定である。
子宮頚癌の浸潤、転移におけるICAM-1の役割に関する研究

子宮頚癌34例(0期9例、I期7例、II期3例、III期5例、IV期3例、再発7例)と正常婦人16例を対象としてELISA法により、血清ICAM-1値を測定した。また、正常子宮頚部組織3例、初発進行癌4例よりtotal RNAを抽出し、RT-PCRによりICAM-1mRNAの発現について検討したところ、子宮頚癌4例中1例と正常子宮頚部3例ではICAM-1 mRNAの発現が確認された。さらに、抗ICAM-1抗体を用いて免疫組織染色を行なうと、血管内皮細胞、炎症細胞および腫瘍細胞が陽性となった。以上より、子宮頚癌においてICAM-1の腫瘍内での産生が増加し、一部が血中へ放出されていることが示唆された。ICAM-1は子宮頚癌の進展のメカニズムの一つとして関与しているものと思われる。