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クロモグラニンAを用いた呼吸運動同調現象中の自律神経解析

運動呼吸同調現象(LRC)誘導時の自転車エルゴメータのペダル回転数の影響を換気指標と唾液クロモグラニンAから検討した.健康な成人男性25名を対象者とした.次に対象者を2群に分け,一方のペダル回転数を50rpm(高回転群),もう一方を40rpm(低回転群)に設定した.それぞれ自由呼吸下で10分間無酸素性作業閾値(AT)レベルの定常運動を行い,次いで運動と呼吸を同調させて同様に運動を行った.高回転群はLRC時にも呼吸困難感は減少しなかったが,低回転群は呼吸数と呼吸困難感が有意に減少した.唾液クロモグラニンA量は運動と呼吸の同調とは無関係であった.LRCにより呼吸数が減少するように調整されると呼吸困難感が減少しやすいと考えられた.運動呼吸同調現象(LRC)誘導時の自転車エルゴメータのペダル回転数の影響を換気指標と唾液クロモグラニンAから検討した.健康な成人男性25名を対象者とした.次に対象者を2群に分け,一方のペダル回転数を50rpm(高回転群),もう一方を40rpm(低回転群)に設定した.それぞれ自由呼吸下で10分間無酸素性作業閾値(AT)レベルの定常運動を行い,次いで運動と呼吸を同調させて同様に運動を行った.高回転群はLRC時にも呼吸困難感は減少しなかったが,低回転群は呼吸数と呼吸困難感が有意に減少した.唾液クロモグラニンA量は運動と呼吸の同調とは無関係であった.LRCにより呼吸数が減少するように調整されると呼吸困難感が減少しやすいと考えられた.運動呼吸同調現象(LRC)は呼吸と運動が同調する現象で、運動療法への応用が期待されている.LRCの効果については、様々な面から研究が行われているが、その生理学的な検証は十分ではない。本研究の目的は、自律神経系の評価として唾液クロモグラニンAの測定を用い、LRCによる自律神経系への影響を検討することである。対象者は健常大学生8名(20.3±0.5歳)とし、被験者の自由に任せた呼吸数とクランク回転数で運動させた場合と、クランク回転に一致した音刺激にて呼吸のタイミングを指示しながら運動させた場合で比較した。まず自由呼吸下で7分間の無酸素性作業閾値レベルの定常運動を行い、さらに連続して300mlおよび500ml死腔負荷による呼吸筋酸素摂取量の評価を行った。唾液クロモグラニンAは300ml死腔負荷の最後の1分、500ml死腔負荷の最後の1分、運動終了4分後に測定した。続いてLRC誘発下で同様の運動負荷を行った。結果、LRC誘発下ではLRC発生率が有意に増加したが、酸素摂取量、呼吸筋酸素摂取量、呼吸困難感の改善の程度には一定した傾向が見られなかった。またクロモグラニンAはLRCを誘発しても一定した変化を示さず、さらに死腔負荷を加えても呼吸困難感の増加とは関係なく変化しなかった。これらの結果から、これまでの報告通りLRCによる利得は個人差が大きく、今回の結果からは自律神経系の影響は明らかにならなかった。しかし、死腔負荷による呼吸困難感増大に対してもクロモグラニンA濃度が変化しなかったことから、呼吸困難感の発生には心的ストレスよりも機械的ストレスのほうが関係する可能性が示唆された。運動呼吸同調現象(Locomotor Respiratory Coupling ; LRC)は四肢の運動に呼吸運動が同調する現象である.走行,エルゴメータ,漕艇,車いす,クロスカントリースキーなど様々な様式での運動で観測される.本研究ではLRC誘導時の自転車エルゴメータのペダル回転数の影響を換気指標と唾液クロモグラニンAから検討した.健康な成人男性25名を対象者とした.次に対象者を2群に分け,一方のペダル回転数を50rpm(高回転群),もう一方を40rpm(低回転群)に設定した.それぞれ自由呼吸下で10分間無酸素性作業閾値(AT)レベルの定常運動を行い,次いで運動と呼吸を同調させて同様に運動を行った,その結果,高回転群はLRC時にも呼吸困難感は減少しなかったが,低回転群は呼吸数と呼吸困難感が有意に減少した.唾液クロモグラニンA量は運動と呼吸の同調とは無関係であった.LRCによる効果には個人差があると考えられており,その原因に自律神経系やストレスの影響を考えていたが,本研究の結果からはそれらの影響は明らかにはならなかった.一方,エルゴメータのペダル回転数を低く設定することでLRC時に呼吸数が減少すると,酸素摂取量や換気効率が改善しなくとも呼吸困難感が減少しやすいことが明らかになった.これまでの我々の呼吸中枢出力の指標であるPO.1を用いたLRCの検討では,呼吸数が減少するとPO.1が減少することから,LRCによる呼吸困難感の減少は自律神経系やストレスを介したものではなく,呼吸数減少によるものと考えられた.
共同研究開発の組織とマネジメントに関する国際比較

1980年代半ば以降、この10年間の間に世界的に共同研究開発に対する関心が高まり始めている。日本における超LSI研究組合やOEICの成功に刺激され、1984年には米国で「全米共同研究開発法」が成立し、以降現在までR&Dコンソーシアムの数は着実に増加しつつある。欧州についてもほぼ同じ時期から国境を越えたECレベルでの共同研究開発の取組みが見られる。また韓国でも独自の取組みが進んでいる。これら各国・各地域の共同研究開発の現状を前提にしながらも、基本的にみられる共同研究開発の共通した特徴やロジックを引き出しながら共同研究開発の組織論あるいは組織間関係論を考えるというのが研究の趣旨であった。日米韓の共同研究開発のについてコンソーシアム・レベルでのデータと参加組織レベルでのデータを収集・分析することで、日米韓の共同研究開発マネジメントの異同がある程度明らかになった。さらに日米韓の代表的ケースを分析することでマネジメントのダイナミックな変化についても明らかになった。このような知見をもとに、今後は対象を研究開発から環境責住に移行し、環境コンソーシアム(たとえばCERES)の生成や発展過程、マネジメントの動態的変化、参加組織のコミットメントの変化などについて実証研究を試みる計画である。共同研究開発の組織のマネジメントの国際比較のために、まず初年度(平成8年度)においては米国共同研究開発法(1984)のもと米国司法省反独占局に提出され政府官報によって開示されたR&Dジョイント・ベンチャーの基礎データを1990年1995年まで(1985年1989年については既に解析済み)収集した。さらにそのデータをデータベース化する作業を継続中である。また日米の共同開発組織を対象に1989年から1990年に行なった質問紙調査を韓国の産業技術研究組合を対象に行なった。1982年1996年までに設立された68件の技術研究組合のうち解散した組合を除く54の組合を対象に1996年9月10月に日米で使用した質問紙を韓国語に翻訳したものを送付し48件の組合から回答を回収した。現在回収された韓国側データをもとに日米のデータとの比較や日米韓それぞれNational System of Innovationについて比較研究を進行中である。日米韓ともに共同研究開発に関する理論的実践的関心は強くなりつつあるが、共同研究開発の仕組みやマネジメントの方法については、各国独自の研究開発制度や各国企業の研究開発志向に依存するところが大きく、国のイノベーション・システムの技術基盤を重視するアプローチをとるべきである.3年間の科研費補助期間の2年目にあたり、研究計画にそって日米韓の共同研究開発の国際比較のためのデータをR&Dコンソーシアムレベル、参加企業レベル、個体群レベルにそって収集分析した。とくに韓国の産業技術研究組合のケース(韓国半導体技術研究組合とPOSCO新技術研究組合)について、文献レビューや専門研究者へのインタビューを基礎に詳細な事例研究を行なった。さらに韓国での専門家にもケース研究と質問紙調査の結果、さらには韓国共同研究開発の研究計画についてのレビューを受けた。また共同研究開発の組織とマネジメントについて、いわゆるNational Innovation System論の視点から分析検討するための研究会を数回開催し、その成果を学会報告した。その結果、日米韓の研究開発組織ともに、競争企業同士の競争関係を活かしながら一時的にでも共同研究開発の場に乗せるためのさまざまな工夫がなされており、その仕組みはその国の文化、企業システム、研究開発制度に加えて個別企業の研究開発戦略などが複雑に関係していることが明らかになった。現在、日本の超LSI技術研究組合、米国のSEMATECH、韓国の半導体技術研究組合という半導体関連の共同研究開発を比較研究するところから、日米韓の共同研究開発の国際比較を試みている。

日米韓の共同研究開発のについてコンソーシアム・レベルでのデータと参加組織レベルでのデータを収集・分析することで、日米韓の共同研究開発マネジメントの異同がある程度明らかになった。さらに日米韓の代表的ケースを分析することでマネジメントのダイナミックな変化についても明らかになった。このような知見をもとに、今後は対象を研究開発から環境責任に移行し、環境コンソーシアム(たとえばCERES)の生成や発展過程、マネジメントの動態的変化、参加組織のコミットメントの変化などについて実証研究を試みる計画である。
ベイズ推論による第一原理計算からの有効モデル選択

本研究は,電子状態の第一原理的な理論計算データから,ベイズ推論によって有効モデルを自動的に抽出する枠組みを構築し,さらに広い分野で活用できる手法へと拡張させることを目指すものである.採用第3年度では,本手法のさらなる汎用的な拡張を行うため,物性物理学以外の分野のデータにも適用することによって,その有効性を示すことに取り組んだ.具体的には,まず天文学における超新星爆発のデータに対して本手法を適用した.このデータにおいては,極大等級と呼ばれる物理量がどのような説明変数で記述できるのかが重要な論点となっている.そこで,この問題は有効モデルを抽出するという意味において,採用2年度目までに取り扱っていた物性物理学の問題と同じようなアプローチができると考えた.つまり,ベイズ推論に基づくモデル選択手法が,天文学のデータにも同様に適用できる可能性があることに気が付いた.実際に適用した結果,従来そのデータに対して用いられていたモデル選択基準である交差検定誤差と比較して,本手法で扱うモデル選択基準であるベイズ自由エネルギーの方が潜在構造の抽出に適していることを示した.さらに,全ての説明変数の組合せの状態密度を観測することによって,モデル選択を行う基準となるベイズ自由エネルギーや交差検定誤差にどのような構造があるのかを明らかにすることができた.その際に,全状態の状態密度を観測することが難しいような比較的大きな系においては,採用第2年度目において扱っていたマルコフ連鎖モンテカルロ法を用いることによって,近似的に状態密度を再構成することができた.以上のように天文データに対して適用した結果は,人工データに対して適用した結果でも同様に確認することができた.これまでの結果をまとめて,1本の査読有り英文学会誌への発表,国内学会で3件の発表,国際学会で1件の発表を行った.29年度が最終年度であるため、記入しない。29年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は,電子状態の第一原理的な理論計算データから,ベイズ推論によって有効モデルを自動的に抽出することにより,物性物理学の課題解決を目指すものである.研究対象は交換相互作用パラメータにより記述される古典スピンモデルである.なぜなら,電子スピン間の距離や多体効果等に応じて無限に分類されうる交換相互作用パラメータの中で,どれが実効的で,モデルに入れるべきパラメータであるかを評価するための客観的な指標はこれまで確立されていなかったからである.採用第1年度目の平成27年度には,上記のベイズ推論に基づく有効モデル選択の枠組みに対し,ボルツマン因子によって温度を導入することにより,実験系の物理とコンシステントな条件下で理論計算を行う手法の開発を行った.ボルツマン分布では,高温になるにつれて一様分布に近づいていくため,すべてのスピン配列がエネルギーにかかわらず等価にサンプリングされる.一方,低温では基底状態まわりの低エネルギーをもつスピン配列がサンプリングされやすくなる.この手法では,以上のような実験に近い描像を表現することができるため,ある温度での状態,例えば室温や低温などの現実的な温度で議論できる.この手法を,フラストレートしたNiGa_2S_4三角格子系における非制限ハートリー・フォック近似による電子状態の数値計算データに適用した.その結果,実験とコンシステントな理論計算結果を導くことに成功し,フラストレートした複雑な系においても適切な有効モデルの選択が可能であることを示した.この結果をまとめて,国内学会で1件のポスター発表,国際学会で2件のポスター発表を行った.本年度は,ベイズ推論に基づく有効モデル選択の枠組みに対して温度を導入したことにより,本研究課題の目的である,本枠組みのシステムサイズの拡張と実験データへの応用を同時に推進することができた.まずシステムサイズの拡張については,マルコフ連鎖モンテカルロ(MCMC)法によって近似的に解を求めることを研究実施計画で述べていたが,本年度に温度を導入した計算手法を用いれば厳密解が得られることが分かった.そして,MCMC法によって得られた解が厳密解を適切に近似できることも確認でき,現在計算を進めている比較的大きな系における計算でもMCMC法が有用であることが分かった.実験データへの応用に関しては,本年度に温度を導入した計算手法を用いれば理論計算と実験の結果を実温度で比較することができるため,実験データへの適用と理論計算との比較をよりシームレスに行うことができることが期待される.本研究は,電子状態の第一原理的な理論計算データから,ベイズ推論によって有効モデルを自動的に抽出することにより,物性物理学の課題解決を目指すものである.採用第1年度目までにおいては,フラストレートしたNiGa_2S_4三角格子系を研究対象とし,非制限ハートリー・フォック近似による電子状態の数値計算データから,実効的な交換相互作用をベイズ推論により自動抽出する方法を提案した.ここまでの計算においては,全てのスピン配列を計算できる系として,Ni16サイトの2自由度スピン系を取り扱った.ただし三角格子系においては,フラストレーションによってスピンが120度構造をとる可能性が示唆されているため,非共線方向のスピンを考慮することが重要である.しかし非共線方向のスピンを考慮するとスピン配列の場合の数が爆発的に増加するため,これまでのように全てのスピン配列を計算に用いることが計算量的に不可能になる.そこで採用第2年度目では交換モンテカルロ法に着目し,確率分布からのサンプリングによって,全状態を用いた結果を近似的に再現することを目指した.さらに交換モンテカルロ法で得られたサンプルを多次元マルチヒストグラム法で組み合わせることによって,電子状態のエネルギーと近接スピン構造を同時に含んだ状態密度を再構成し,ベイズ推論に基づく有効モデル推定を効率的に行う手法を提案した.

その結果,全状態数の10分の1以下のサンプリングだけから,全状態を用いたモデル選択の結果を非常に正確に再現できた.これまでの結果をまとめて,1本の査読有り英文学会誌への発表,国内学会で2件の発表,国際学会で1件の発表を行った.本年度は,ベイズ推論に基づく有効モデル選択の枠組みに対して,交換モンテカルロ法と多次元マルチヒストグラム法を導入することにより,本研究課題の目的である,本枠組みのシステムサイズの拡張を推進することができた.まず2自由度スピン系において,採用第1年度目までに行っていた交換相互作用の計算やベイズ推論によるモデル選択の結果を再現できるかどうかを確認した.その結果,多次元マルチヒストグラム法によって,全状態数の10分の1以下のサンプリングだけから,全状態を用いたモデル選択の結果を非常に正確に再現できた.次に,非共線方向のスピンを含む系として6自由度スピン系に多次元マルチヒストグラム法を適用し,全状態についての計算が不可能な系においても本手法が有用であるかどうかを確認した.その結果,全状態数と比べて非常に少ないサンプリングだけでも状態密度の概形をつかむことができ,磁性実験とコンシステントなモデル選択結果が得られた.本手法は,本論文で扱ったスピン系に限らず,交換モンテカルロ法の拡張的手法として広く応用可能である.特に,大規模数値シミュレーションなどの自由度の大きな系において効果を発揮することが期待される.本研究は,電子状態の第一原理的な理論計算データから,ベイズ推論によって有効モデルを自動的に抽出する枠組みを構築し,さらに広い分野で活用できる手法へと拡張させることを目指すものである.採用第3年度では,本手法のさらなる汎用的な拡張を行うため,物性物理学以外の分野のデータにも適用することによって,その有効性を示すことに取り組んだ.具体的には,まず天文学における超新星爆発のデータに対して本手法を適用した.このデータにおいては,極大等級と呼ばれる物理量がどのような説明変数で記述できるのかが重要な論点となっている.そこで,この問題は有効モデルを抽出するという意味において,採用2年度目までに取り扱っていた物性物理学の問題と同じようなアプローチができると考えた.つまり,ベイズ推論に基づくモデル選択手法が,天文学のデータにも同様に適用できる可能性があることに気が付いた.実際に適用した結果,従来そのデータに対して用いられていたモデル選択基準である交差検定誤差と比較して,本手法で扱うモデル選択基準であるベイズ自由エネルギーの方が潜在構造の抽出に適していることを示した.さらに,全ての説明変数の組合せの状態密度を観測することによって,モデル選択を行う基準となるベイズ自由エネルギーや交差検定誤差にどのような構造があるのかを明らかにすることができた.
選択的鎮静薬と選択的抗不安薬の中枢神経系作用発現機構

選択的鎮静薬や選択的不安薬を,単独あるいは併用投与することにより,Benzodiazepine(BZP)誘導体に代わる静脈内鎮静法が可能か否かを中枢神経系作用発現機構から微小透析法で検討した.当該年度は,雄性SD系ラットを用い,BZP受容体が高密度に存在する脳部位である扁桃体基底外側核,大脳皮質内側前頭前野,側坐核,青斑核,腹側被蓋野に微小透析プローブを稙入し,稙入24時間以降に,人工脳脊髄液の灌流を開始して,回収した灌流液全量を20分間隔で,高速液体クロマトグラフィー・電気化学検出器に注入し,注入サンプル中のノルアドレナリン,ドーパミン,セロトニンならびにその代謝産物量を高速液体クロマトグラフィー・電気化学検出器で計測した.その結果,1.選択的鎮静薬zolpidem投与により,青斑核のノルアドレナリン,腹側被蓋野のドーパミン細胞外量減少する.2.選択的抗不安薬Y-23684投与により,扁桃体基底外側核と大脳皮質内側前頭前野のセロトニン細胞外量が減少する.3.ミダゾラム投与により,青斑核のノルアドレナリン,腹側被蓋野のドーパミン,扁桃体基底外側核と大脳皮質内側前頭前野のセロトニン細胞外量が減少する.以上の研究結果を得た.すなわち,Benzodiazepine誘導体ミダゾラムは,脳内の広範囲な部位で,ノルアドレナリン,セロトニン,ドーパミンなどのモノアミンニューロン活動を抑制し,選択的鎮静薬zolpidemや選択的抗不安薬Y-23684は,限局した脳部位で,モノアミンニューロン活動を抑制することが示唆された.以上から,選択的鎮静薬や選択的抗不安薬の中枢神経系作用発現機構として,特定脳部位でのモノアミンミューロン活動の抑制が明確となり,選択的鎮静薬と選択的抗不安薬を単独あるいは併用投与することによって,静脈内鎮静法が可能性なことが中枢神経系作用発現機構から示唆された.選択的鎮静薬や選択的不安薬を,単独あるいは併用投与することにより,Benzodiazepine(BZP)誘導体に代わる静脈内鎮静法が可能か否かを中枢神経系作用発現機構から微小透析法で検討した.当該年度は,雄性SD系ラットを用い,BZP受容体が高密度に存在する脳部位である扁桃体基底外側核,大脳皮質内側前頭前野,側坐核,青斑核,腹側被蓋野に微小透析プローブを稙入し,稙入24時間以降に,人工脳脊髄液の灌流を開始して,回収した灌流液全量を20分間隔で,高速液体クロマトグラフィー・電気化学検出器に注入し,注入サンプル中のノルアドレナリン,ドーパミン,セロトニンならびにその代謝産物量を高速液体クロマトグラフィー・電気化学検出器で計測した.その結果,1.選択的鎮静薬zolpidem投与により,青斑核のノルアドレナリン,腹側被蓋野のドーパミン細胞外量減少する.2.選択的抗不安薬Y-23684投与により,扁桃体基底外側核と大脳皮質内側前頭前野のセロトニン細胞外量が減少する.3.ミダゾラム投与により,青斑核のノルアドレナリン,腹側被蓋野のドーパミン,扁桃体基底外側核と大脳皮質内側前頭前野のセロトニン細胞外量が減少する.以上の研究結果を得た.すなわち,Benzodiazepine誘導体ミダゾラムは,脳内の広範囲な部位で,ノルアドレナリン,セロトニン,ドーパミンなどのモノアミンニューロン活動を抑制し,選択的鎮静薬zolpidemや選択的抗不安薬Y-23684は,限局した脳部位で,モノアミンニューロン活動を抑制することが示唆された.以上から,選択的鎮静薬や選択的抗不安薬の中枢神経系作用発現機構として,特定脳部位でのモノアミンミューロン活動の抑制が明確となり,選択的鎮静薬と選択的抗不安薬を単独あるいは併用投与することによって,静脈内鎮静法が可能性なことが中枢神経系作用発現機構から示唆された.
僧帽弁超音波三次元イメージング法による僧帽弁逆流症の発生機序別弁形成術戦略の構築

僧帽弁は、僧帽弁複合体の複雑な立体構造が緻密な相互的機械作業によってはじめて正常に働く機能弁である。心エコー専門医の技術と解釈によってもリアリスティックに三次元構造異常を把握する事や、これを心臓外科医に伝えて最適な僧帽弁形成術のための情報提供行うことは難しい。心エコー専門医の技術と解釈によってもリアリスティックに三次元構造異常を把握する事や、これを心臓外科医に伝えて最適な僧帽弁形成術のための情報提供行うことは容易でない。本研究では、本来の僧帽弁立体構造を三次元心エコーをもとにしたデジタル僧帽弁三次元イメージング(バーチャルイメージング)で示して同時にその定量解析法を完成させ、これにより各種僧帽弁性閉鎖不全の成因メカニズム別の弁立体構造異常の特徴を明らかにし、これにより僧帽弁形成術の術式選択において成因ごとの論理的な術式治療指針を作成することである。僧帽弁形態変化を伴う僧帽弁閉鎖不全患者の心臓全体の立体画像を取り込み、その画像から僧帽弁複合体を抽出するソフトウェアの開発を進めた。この技術により、画面上にて立体的な僧帽弁形態をリアルに観察し、さらに三次元空間内で計測することが可能となった。複雑な手術手技を要する僧帽弁形成術前後にて三次元的に僧帽弁形態を解析し、手術後成績と比較したところ、弁の変形指標であるtenting volumeが大きいほど術後心不全の再発が多く、術前の三次元的評価が有用であることがわかった。動物実験において心臓拡大モデル作成し弁tenting、弁接合部面積率と逆流発生メカニズムとの関連を明らかにした。開発中の弁輪部トレースによる三次元画像解析を、弁葉のトレースを同時に行うことで、弁の左室側への牽引の程度を三次元立体的に表示した。このシステムにより弁葉のどの部分が最も牽引されているのかを観察し、牽引の程度を定量化できた。これにより、弁輪部・弁葉さらに乳頭筋先端の位置も立体画面状に描き出し、それぞれ複雑なカーブを描いている弁輪と弁葉・乳頭筋との位置関係を三次元的空間上で明らかにし、定量解析を行うことに成功した(J Echocardiogr論文発表)。ソフトウェアによる3次元解析の精度に関しても同時に実験を行い、その正確性を証明した(J Echocardiogr論文発表)。実験モデルとして、開胸犬を用いて人為的に僧帽弁逆流を発生させ、逆流発生過程を通して三次元的に僧帽弁形状を経時的に解析し、心室や心房の立体構造と僧帽弁立体構造との関係を明らかにすることに成功した(研究内容は19年日本循環器学会で発表、アメリカ心エコー図学会で発表予定)。臨床例では、さまざまなタイプの僧帽弁逆流患者のデータを解析し、それぞれの形態的特徴を解析することができた。具体的には、僧帽弁逆流の原因として最も多く見られる僧帽弁逸脱症の弁の異常を、手術前に三次元表示し、初めて逸脱程度の定量化にも成功した(18年アメリカ心エコー図学会で発表)。また、心筋梗塞に伴う僧帽弁逆流についても、これまでにわからなかった梗塞のタイプ別の僧帽弁形状の特徴を観察・解析することができた(J Am Soc Echocardiogrに発表)。僧帽弁形成術前後の患者データを収集し、術前3D情報の臨床的意義と役割につき検討中である。

本研究では、本来の僧帽弁立体構造を三次元心エコーをもとにしたデジタル僧帽弁三次元イメージング(バーチャルイメージング)で示して同時にその定量解析法を完成させ、これにより各種僧帽弁性閉鎖不全の成因メカニズム別の弁立体構造異常の特徴を明らかにし、これにより僧帽弁形成術の術式選択において成因ごとの論理的な術式治療指針を作成することである。僧帽弁形態変化を伴う僧帽弁閉鎖不全患者の心臓全体の立体画像を取り込み、その画像から僧帽弁複合体を抽出するソフトウェアの開発を進めた。この技術により、画面上にて立体的な僧帽弁形態をリアルに観察し、さらに三次元空間内で計測することが可能となった。複雑な手術手技を要する僧帽弁形成術前後にて三次元的に僧帽弁形態を解析し、手術後成績と比較したところ、弁の変形指標であるtenting volumeが大きいほど術後心不全の再発が多く、術前の三次元的評価が有用であることがわかった。動物実験において心臓拡大モデル作成し弁tenting、弁接合部面積率と逆流発生メカニズムとの関連を明らかにした。
自己吸収型延長器による頭蓋骨骨延長術の実験的研究

頭蓋縫合早期癒合症に対する治療として、strip craniectomyやtotal cranial remodelingなどの従来法がある一方で骨延長法による治療がおこなわれている。従来法と比較した骨延長法の利点として、硬膜外死腔ができない、出血量が少ない、骨の血行が保たれる、皮膚および軟部組織も同時に延長される、などが挙げられる。しかし、欠点の1つとして、延長後に全身麻酔下での延長器抜去の手術が必要である点が挙げられる。そこでわれわれは、家兎を用いた頭蓋骨延長モデルで、抜去の不要な吸収性骨延長器による頭蓋骨延長の基礎実験を行った。吸収性骨延長器の材料として、ポリL乳酸を使用した。術前・3ヵ月後・1年後に単純エックス線写真を撮影し、マイクロミニスクリュー間の距離を測定し、延長部の後戻りを検討した。エックス線ではロッド抜去後の骨延長部の後戻りは認めなかった。延長部の組織像ではまず3ヶ月時の病理組織像であるが、膠原繊維を主体とした延長部分の中に新生骨が存在し、骨形成途中である所見が認められた。次に1年時の病理組織像であるが、骨延長間に形成された骨組織は、延長器に接する部分では本来の頭蓋骨と概ね同じ厚さであったが、中心部分では薄くなっていた。組織学的には、大部分は石灰化骨であったが、一部に仮骨も認められた。骨延長器全体に多数の微細な亀裂が生じており、その空隙の一部には結合組織の増生と少:量の炎症細胞の浸潤が観察された。頭皮側に突出した部分では、骨延長器内への結合組織の侵入が目立ち、骨延長器に接してマクロファージが集摸していた。家兎を用いた頭蓋骨延長モデルで、吸収性骨延長器による頭蓋骨延長の基礎実験を行い、レントゲン上も延長後の後戻りは認めなかった。ポリ乳酸は強度の面でチタン製より劣るが、頭蓋骨延長法においては良い材料であると思われた。骨延長器を用いた骨延長法(distraction osteogenesis)は、近年頭蓋縫合早期癒合症(craniosynostosis)などの頭蓋骨形態異常の治療に用いられるようになった。現在臨床で行っている骨延長法ではチタン製の延長器を用いており、延長終了時に延長器を抜去する手術が必要であり患者の負担が大きい。そこでわれわれは抜去手術が不要な生体吸収性の材料で延長器を試作した。現在家兎頭蓋骨を用いた実験を行っている。第一段階として、生体吸収性のポリ乳酸を材料とする延長器を試作して家兎の頭蓋骨で延長実験を行った。ます予備実験として家兎の頭蓋骨を安全に骨切りするための骨切り線の設定、延長器の装着部位につき検討を加えた。その上で本実験を開始したが、延長器の強度に問題があり延長途中で破損してしまう例が多かった。そこで器具の厚みを増した改良型をさらに試作し、現在埋め込み延長実験を行っているところである。現時点では頭蓋骨の延長が問題なく行なえることを示すことができ、臨床応用に向けての第一歩を踏み出すことができたと考える。今後さらに例数を増やし骨延長部の骨新生の経過および周囲の組織反応などを観察し、さらに長期モデルの作成にもとりかかる予定である。現在までの結果は、第13回日本形成外科学会基礎学術集会(浦安)およびThe 5th Asian Pacific Craniofacial AssociationConference(Seoul)において発表した。

骨延長器を用いた骨延長法(distraction osteogenesis)は、近年頭蓋縫合早期癒合症(craniosynostosis)などの頭蓋骨形態異常の治療に用いられるようになった。現在臨床で行っている骨延長法ではチタン製の延長器を用いており、延長終了時に延長器を抜去する手術が必要であり患者の負担が大きい。そこでわれわれは抜去手術が不要な生体吸収性の材料で延長器を試作した。現在家兎頭蓋骨を用いた実験を行っている。昨年度は、生体吸収性のポリ乳酸を材料とする延長器を試作して予備実験を行なったが、本年度はその結果をふまえ、器具の厚みを増した改良型を作成し、現在埋め込み延長実験を行っているところである。現時点では頭蓋骨の延長が問題なく行なえることを示すことができ、臨床応用に向けての第一歩を踏み出すことができたと考える。今後さらに長期モデルを作成し吸収プレートの変化、骨延長部の骨新生の経過および周囲の組織反応などを観察する予定である。16年度は、生体吸収性のポリ乳酸を材料とする延長器を試作して予備実験を行なったが、17年度はその結果をふまえ、器具の厚みを増した改良型を作成し、現在埋め込み延長実験を行っているところである。頭蓋骨の延長が問題なく行なえることを示すことができ、臨床応用に向けての第一歩を踏み出すことができたと考えた。今年度はさらに長期モデルを作成し、エックス線ではロッド抜去後の骨延長部の後戻りも認めないことを確認した。病理組織像では、延長部に形成された骨組織は本来の頭蓋骨と同様の板間層構造とはいえないが骨形成がみられ、一部に仮骨も認められた。骨延長器自体は多数の微細な亀裂が生じており、間隙には結合組織の増生と炎症細胞の浸潤が観察された。吸収性骨延長器を使用した家兎頭蓋骨の長期モデルにおいて、延長部には骨組織が形成され良好な延長効果がえられ、有用であると思われた。
Ir錯体による2級アミン、アルデヒドおよびアルキンの触媒的カップリング反応

近年、遷移金属種を触媒に用いるアミン、アルデヒド、アルキンの三成分カップリング反応(A^3-カップリング反応)について活発に研究されている。本研究では、Ir錯体触媒存在下、第二級アミンとアルデヒドおよび末端アルキンの反応を行ったところ、アミン、アルデヒドおよびアルキンの三成分カップリング反応が、アミンからの水素移動をともなって進行することを見出した。ジn-ブチルアミンとブチルアルデヒドおよび1-オクチンを触媒量の[IrCl(cod)]_2存在下、1,4-ジオキサン溶媒中、50°Cで反応させたところ、三成分カップリング生成物が合計90%を越える収率で得られた。本反応は還元過程をともなう、アミンとアルデヒドおよびアルキンの三成分カップリング反応であり、従来にない新規な反応となる。種々の触媒について検討した結果、[IrCl(cod)]_2と同じく中性の[IrCl(coe)_2]_2や[Cp^*IrCl_2]_2、あるいはカチオン性の錯体である[Ir(cod)]^+BF_4^-などは本反応には不活性であった。また、Irと同族の金属のRh錯体である[RhCl(cod)]_2やRuCl(cod)_2を用い同様の条件下で反応を行ったが、すべて基質回収に終わった。このように本三成分カップリング反応は[IrCl(cod)]_2のみが高い触媒活性を示す特徴的な反応であることがわかった。また、イリジウム錯体触媒を用いる本A^3-カップリング反応は、いくつかの第二級アミンとアルデヒドおよびアルキンの三成分カップリング反応にも適用できることが明らかになった。
イヌＥＳ細胞・ｉＰＳ細胞の血液系再生医療に向けた応用的基盤技術の開発

イヌES細胞およびiPS細胞の血液系再生医療に向けた応用的基盤技術の開発を目的に検討し、以下の成果を得た。1イヌiPS細胞から血小板に分化誘導することができた。2長期継代可能なイヌiPS細胞株を作製した。3遺伝子組換えの無いイヌiPS細胞を作製することができた。4新規複能性幹細胞としてイヌ人工胚体外内胚葉細胞様細胞株を作製することができた。5ネコフリーズドライ精子を用いた顕微授精により、体外成熟卵子から胚盤胞期胚を得ることに成功した。本研究は、ヒトと共通の疾病が自然発症するイヌに着眼し、ヒト再生医療の実用化を円滑に進め得るトランスレーショナルリサーチの一つとして、イヌ胚性幹細胞(ES細胞)および人工多能性幹細胞(iPS細胞)の血液系再生医療に向けた応用的基盤技術の開発を目的としている。本研究年度では、ES細胞と類似の性状を有するiPS細胞を中心にして、イヌ胎子細胞からのips細胞株の樹立とその細胞生物学的諸性質の解明およびイヌiPS細胞から血小板への分化誘導技術の確立について検討し、以下の結果を得た。1.イヌ胎子線維芽細胞にレンチウイルス用いてC-MYC、SOX2、OCT3/4およびKLF4の4遺伝子を導入し、マウス胎子線維芽細胞をフィーダー細胞として共培養することで、iPS様細胞コロニーを得た。本コロニーはマウスiPS細胞と同様の立体型を示し、25継代以上まで維持できた。また未分化マーカーであるALP、Nanog、TRA-1-60およびSSEA4染色陽性を示し、RT-PCRでNANOG、OCT3/4およびES細胞特異的なREX1遺伝子の発現が確認された。さらに、浮遊培養により胚様体を形成し、その後の接着培養で三胚葉マーカーのいずれかの抗体に陽性を示し、これらの遺伝子を発現する細胞に分化することが確認された。長期継代後の染色体数は2n=78の正常2倍体で、性染色体は雄型を示した。2.上記で得たイヌiPS細胞を、造血サイトカインを分泌するOP9細胞株を播種したディッシュ上で、ES細胞分化培地に血管内皮細胞増殖因子を加えた培地を用いて1415日間培養した。その後、幹細胞因子、ヘパリンおよびトロンボポエチン添加培地に替えて再播種した結果、ギムザ染色およびフローサイトメトリーによって成熟巨核球に分化することが確認された。また同時に、血小板マーカー陽性で、成犬血中の血小板と同様の大きさの粒子が観察され、電子顕微鏡で血小板構造を有していることが確認された。この血小板様粒子はフィブリノゲンとの結合能を有していることがわかった。本研究年度では、成犬皮膚線維芽細胞からのiPS細胞株の樹立について検討した。また細胞の継代法についてネコiPS細胞のそれと比較検討した。さらに、分化誘導実験の一環として、昨年度に作製したイヌ胎子線維芽細胞由来iPS細胞から神経細胞への分化誘導方法についても検討し、以下の結果を得た。1.成犬皮膚線維芽細胞にレンチウイルスを用いてヒト由来の4つの多能性関連転写遺伝子(OCT3/4、SOX2、KLF4およびC-MYC)を導入し、iPS様細胞コロニーを得た。本コロニーはマウスiPS細胞と同様のドーム型を示し、塩基性線維芽細胞増殖因子およびウシ胎子血清(FBS)を加えたES細胞培地で24継代まで維持できたが、一方、白血病阻害因子(LIF)およびFBS添加培地では2継代までで死滅した。2.ネコ胎子線維芽細胞にレトロウイルスを用いてマウス由来の上記4つの転写因子を導入し、iPS様細胞コロニーを得た。本コロニーはヒトiPS細胞と同様の扁平型を示し、LIFおよびFBS添加培地で45継代まで維持できた。樹立した細胞株は、未分化マーカー(ALP、SSEA-4、TRA-1-60、TRA-1-81、Nanog)の発現があり、外胚葉、中胚葉、および内胚葉の各マーカーの免疫染色に陽性を示す細胞へ分化することも確認された。3.イヌiPS細胞を神経誘導培地で培養することで神経幹細胞マーカーであるNestinに陽性を示す細胞を得た。本細胞は各神経系細胞誘導培地で培養することにより、幼若神経細胞、アストロサイト、およびオリゴデンドロサイトの各マーカーの免疫染色に陽性を示す細胞へ分化可能な神経幹細胞の特性を有していた。本研究年度では、3種類のリプログラミング誘導系を用いたiPS細胞の作製、継代、および本細胞から間葉系幹細胞(MSC)への分化誘導について検討し、以下の結果を得た。1.イヌ胎子線維芽

細胞を用い、ヒトOCT3/4、SOX2、KLF4およびc-MYC(山中4因子)など種々の初期化遺伝子を組み込んだプラスミドDNA(染色体に組み込まれないエピソーマルベクター)をエレクトロポレーション法で遺伝子導入することにより、核/細胞質比の高いiPS様細胞コロニーが得られ、6継代まで維持できた。一方、ドキシサイクリン誘導性レンチウイルスベクターを用いることにより、本薬剤依存性に増殖する類似の細胞コロニーが得られ、30継代以上維持できた。さらに、細胞質内で自らのゲノムを複製して目的タンパク質を作るセンダイウイルスベクターを用いても類似の細胞コロニーが得られ、7継代まで維持できた。2.上記のドキシサイクリン誘導性イヌiPS様細胞は、OCT3/4、NANOGなどの未分化マーカーを発現し、浮遊培養にて胚様体を形成し、三胚葉へ分化することが確認された。さらに、本iPS様細胞は単一細胞での継代が可能で、しかも、フィーダー細胞を必要とせずに、マトリゲル上で増殖・継代させることができた。3.上記のドキシサイクリン誘導性イヌiPS様細胞をMSC分化培地で培養することにより、紡錘形の形態を示し、CD44およびCD90陽性、CD34およびCD45陰性を示すMSC様細胞が得られた。本MSC様細胞は骨および神経への分化能を有し、9継代以上維持できた。本研究は、ヒトと共通の疾病が自然発症するイヌに着眼し、ヒト再生医療の実用化を円滑に進め得るトランスレーショナルリサーチの一つとして、イヌ胚性幹細胞(ES細胞)および人工多能性幹細胞(iPS細胞)の血液系再生医療に向けた応用的基盤技術の開発を目的としている。本研究年度では、2種類のリプログラミング誘導系を用いたiPS細胞の作製、低分子阻害剤を用いた胚体外内胚葉細胞の作製、および顕微授精による体外成熟卵子から胚盤胞期胚の作製について検討し、以下の結果を得た。1.イヌ胎子線維芽細胞にドキシサイクリン誘導性レンチウイルスベクターを用いて、ヒト由来の4つの多能性関連転写遺伝子(OCT3/4、SOX2、KLF4およびc-MYC)を導入することにより、無血清・無フィーダー細胞培地で長期継代培養と凍結保存の可能なことに加え、既報のイヌiPS細胞で必須とされる白血病阻害因子(LIF)も必要とせず、Erk1/2シグナルを介して未分化状態を維持している着床後後期胚盤胞期胚から得られるエピブラストの特性を有する新規のイヌiPS細胞株を作製した。2.これまで生殖系列細胞を含むすべての組織・器官に分化するナイーブ型iPS細胞株はマウスでしか樹立されていなかったが、今回、ウシナイーブ型iPS細胞株をpiggyBacおよびドキシサイクリンを用いたリプログラミング誘導系により、作製することに成功した。3.上記の核初期化因子を導入したイヌ体細胞を、アクチビンレセプター様キナーゼ阻害剤、p38分裂促進因子活性化たんぱく質キナーゼ阻害剤などの低分子化合物の存在下で培養することにより、長期継代可能で肝細胞様細胞および白血球系細胞へ分化し得る胚体外内胚葉細胞株の作製に成功した。4.ネコにおいて伸長精子細胞およびフリーズドライ精子を用いた顕微授精により、体外成熟卵子から胚盤胞期胚を得ることに成功した。今年度に予定していた臨床応用の検討には至らず、来年度から行うこととなったため。
スペイン語における総称性と時制の研究

今年度は活用された動詞の持つ総称性が、動詞が派生された際、とりわけ、-dor, -nte接辞によって名詞・形容詞化された際にどのように継承されるのかという問題、および形態、統語、意味レベルにおいて高く類似している両接辞の差異を総称性という観点から説明可能であるかという点を重点的に扱った。-dorは一回性、-nteは総称性と強く結びついた接辞であることをコーパスから収集したデータを基に示した。総称性という問題を語形成という観点から分析を行ったこと、および両接辞の差異の説明を同様の観点から行ったことが本研究の主要な発見であると考える。より具体的には、まず、両接辞による形容詞の修飾のパターンをコーパスを用いて分析し、同じ動詞を語根とする両接辞による形容詞は異なる名詞修飾のパターンをみせること、そしてそのパターンは両接辞が典型的に結びつく総称性の違いとして説明できることを論じた。また、上述の分析を通じて一定の生産性を持つことを確認された両接辞による派生形容詞の非主語的用法についても記述を行った。この用法は先行研究においてほとんど扱われていない。従って、この報告も本研究のスペイン語学に対する貢献であると考える。特に、両接辞による非主語的用法の派生形容詞にも最少対は確認され、そうした最少対を構成する二種類の派生形容詞の差異はやはり総称性を含む少数の語彙意味論的素性の値の組み合わせにより説明されることを報告した。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度は主に、分析対象とする動詞が-dorおよび-nteという名詞・形容詞化接辞により派生語とされたときに、動詞として用いられていた際に有していた総称性に関する価値をどの程度まで維持し、接辞からどういった影響を受けるのかという観点から分析を進めてきた。結果としては、概ね予定通りに研究を進められたと考えている。紙面の都合上詳述はできないが、両接辞によって動詞が形容詞化された時には語根となる動詞の有していた総称的価値が限定的な形でのみ継承され、名詞化されるときについては、両接辞は機能上、類似したものであるが、異なる形での総称性の継承を促すことが分かった。-dorは基本線では総称性を引き継ぐ接辞、-nteは状態性の動詞からは事象性を引き継ぐ接辞として説明することで、スペイン語における総称性の性質や、両接辞、およびそれらによる派生語の様々な性質が関連させて説明することが可能となった。得られた研究結果については、国内外問わず、積極的に発表し、いただいたコメントから、研究を深めることができたように思う。とりわけ、2014年6月にドイツ・デュッセルドルフで開催された語形成における意味論に関するワークショップでは当該分野の第一線にいる研究者から直接、様々な助言をいただいた。これは研究を進めるうえで役立っただけでなく、大きな刺激となった。こうした助言を研究に反映させ、今年度は二本の査読論文を出版した。年度初頭に設定した問題については一定の説明を与えられたと評価している。問題を設定した時には得られることを予想していなかった知見としては、Tsutahara (2015)で報告した-nte形容詞の持つ新用法である。当該の論文では、新語的な-nte形容詞の用法を観察する中で収集された、これまでに説明されてこなかった、同形容詞の新たな用法を紹介し、そうした用法で用いられる際の総称性を分析した。この点が、本研究における計画以上の進展となる部分である。これまでの研究では、動詞が様々な法・時制形に屈折された動詞の持つ総称性、ならびに、派生接辞により派生語となった際に持つ総称性を分析の対象とし、総称性の持つ様々な側面を記述してきた。研究の最終年度となる本年度は、これまでに得られた知見から、スペイン語文法という広い枠組みの中に、総称性はどのように位置づけられるのかという点と、記述を基に様々な文法に関わる現象の説明を図る。
エタール・コホモロジー論を応用したchevalley群のコホモロジーの研究

課題の研究,すなわち,有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーの決定に関する我々の研究計画は,1)代数幾何学の概念を用いて有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーに収束するスペクトル系列を構成する;2)その初項を与える複体を構成する;3)このスペクトル系列の自明性を証明することであるが,1)については,代数幾何学の概念を取り入れ,Eilenberg-Mooreスペクトル系列の代数版であるDeligneスペクトル系列を用いて,Borel構成にモデルをもつ単体スキームに収束するスペクトル系列を構成した.さらに,この単体スキームに対するHochschildスペクトル系列を用いることにより,スペクトル系列の自明性を証明し,目的とする,有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーに収束するスペクトル系列が構成できた.2)については,このスペクトル系列の第二項を与える複体をすべての型について具体的に構成し,特にこれをトージョンのある例E_6型(p=2),F_4型(p=3),Spin(10)型(p=2)について完全に決定した.3)については,コホモロジー作用素を導入する,あるいは,Serre型のスペクトル系列を構成することにより,このスペクトル系列の自明性を示すつもりである.なお,課題の研究の遂行にともない,位相空間論,有理ホモトピー論,等質空間のホモトピー群などの様々な結果が得られたことも報告する.課題の研究,すなわち,有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーの決定に関する我々の研究計画は,1)代数幾何学の概念を用いて有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーに収束するスペクトル系列を構成する;2)その初項を与える複体を構成する;3)このスペクトル系列の自明性を証明することであるが,1)については,代数幾何学の概念を取り入れ,Eilenberg-Mooreスペクトル系列の代数版であるDeligneスペクトル系列を用いて,Borel構成にモデルをもつ単体スキームに収束するスペクトル系列を構成した.さらに,この単体スキームに対するHochschildスペクトル系列を用いることにより,スペクトル系列の自明性を証明し,目的とする,有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーに収束するスペクトル系列が構成できた.2)については,このスペクトル系列の第二項を与える複体をすべての型について具体的に構成し,特にこれをトージョンのある例E_6型(p=2),F_4型(p=3),Spin(10)型(p=2)について完全に決定した.3)については,コホモロジー作用素を導入する,あるいは,Serre型のスペクトル系列を構成することにより,このスペクトル系列の自明性を示すつもりである.なお,課題の研究の遂行にともない,位相空間論,有理ホモトピー論,等質空間のホモトピー群などの様々な結果が得られたことも報告する.課題の研究,すなわち,有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーの決定に関する我々の研究計画は,1)代数幾何学の概念を用いて有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーに収束するスペクトル系列を構成する;2)その初項を与える複体を構成する;3)このスペクトルの自明性を証明することであるが,これらを可能な限り代数的位相幾何学の枠組みで行うために,本年度において2)については,twisted tensor product上の乗法を用いて,各例外型のChevalley群に関して具体的に初項を与える複体を構成を行った.3)については,スペクトル系列にSteenrod作用素を導入し自明性を証明したいという計画を持っているものの,これについては今年度以降の研究であると思う.更にE_6型のChevalley群については具体的に計算を行ってみたいと思っているが,これも13年度の主たる研究計画の一つである.なお,課題の研究の遂行にともない,位相空間論,線形群のコホモロジー,等質空間のホモトピー群などの様々な結果が得られたことも報告する.課題の研究,すなわち,有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーの決定に関する我々の研究計画は,1)代数幾何学の概念を用いて有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーに収束するスペクトル系列を構成する;2)その初項を与える複体を構成する;3)このスペクトル系列の自明性を証明することであるが,1)については,本年度において,Eilenberg-Mooreスペクトル系列の代数版であるDeligneスペクトル系列を用いて,Borel構成にモデルをもつ単体スキームに収束するスペクトル系列を構成した.さらに,この単体スキームに対するHochschildスペクトル系列を用いることにより,スペクトル系列の自明性を証明し,目的とする,有限Chevalley群(の分類空間)のコホモロジーに収束するスペクトル系列が構成できた.2)については,このスペクトル系列の第二項を与える複体を前年度において構成したが,本年度では,これを具体的にE_6型(P=2),F_4型(P=3),Spin(10)型(P=2)について決定した.3)については,コホモロジー作用素を導入する、あるいは,Serre型のスペクトル系列を構成することにより,このスペクトル系列の自明性を不すつもりである.なお,課題の研究の遂行にともない,位相空間論、有理ホモトピー論,等質空間のホモトピー群などの様々な結果が得られたことも報告する.
健康長寿の基盤となる新たな栄養シグナルの発見と疾病予防における役割

生体機能が正常に作動できるように、体内の必要な栄養素量は常に一定の範囲に調節されている。不適切な食生活により、この栄養素の調節機能が破綻すると糖尿病などの生活習慣病が発症する。本研究では、老化や生活習慣病発症に重要な栄養素であるリンの代謝調節に関わる栄養シグナル(リンシグナル)とその破綻による生活習慣病発症機構の解明を目指したものである。過剰なリン摂取は、リンシグナルを介して血管内皮細胞機能障害を引き起こし、生活習慣病の主要な病態の1つである動脈硬化性疾患発症のリスクとなることが明らかとなった。近年、過剰摂取が懸念されているリンの生体内における代謝調節機構の解明と生活習慣病との関係を明らかにするため、リン流入の入り口となるリン酸トランスポーターの活性調節機構の解明とその下流に生じる生体内シグナル伝達機構を明らかにし、生活習慣病との関連について検討することを目的とする。本年度は、(1)細胞内シグナルの分子実体の同定および(2)リン負荷およびリン制限時のFGF23/Klotho経路およびFOXOシグナル経路調節機構の解明について検討した。(1)では、リン酸トランスポーター複合体についてBlue-Native PAGEを用い分離し、LC-MS/MSを用いた質量分析により分子同定を試みた。その結果、腎臓ではリン酸トランスポーター複合体は少なくとも2種類存在し、細胞外リン濃度の変化の応じて複合体間を移行し、細胞膜に留まるか細胞内へ輸送されるか選別されていると考えられた。また、血管内皮細胞には異なるトランスポーターが存在することを明らかにし、次年度以降に詳細に解析する予定である。(2)については、血管内皮細胞を用い、細胞外リン濃度の変化に応じて変化する細胞内シグナルについて網羅的な解析を試みた。詳細な検討は次年度以降に取り組む予定であるが、現在までに細胞外リンの流入が、PKCを活性化すると共に、FOXOシグナルに関与するAkt/PKBの活性を抑制することを見出した。これらのシグナルは、NAD(P)Hオキシダーゼを活性化し、酸化ストレスを増大させると共に、血管内皮細胞の主要な機能である一酸化窒素(NO)産生の鍵酵素であるeNOSの活性化を抑制し、血管内皮機能障害を惹起することを明らかにした。今後は、本年度得られた成果をより詳細に検討すると共に、新たに動物やヒトを対象とした試験に取り組み、リン代謝と生活習慣病発症との関係について明らかにする予定である。本年度は、(1)リン代謝調節機構と他の栄養素代謝との相互作用および(2)ヒトおよび動物における食後高リン血症の病態解析について検討を行った。その結果、(1)についてに、リン代謝がコレステロール代謝に影響を及ぼすことを見出した。また、リンシグナルの網羅的な解析たより、従来のAkt/PKBを介した経路に加え、ERKを介したシグナル伝達経路も活性化することが明らかとなった。一方、(2)については、モデル動物および健常者を対象として食後高リン血症を示すモデルを作成し血管内皮機能に及ぼす影響について検討した。その結果、ラットにおいて血清リン濃度の増加により血管内皮機能が低下することを見出した。また、ヒトにおいて高リン食(1200mg/食)を単回投与すると、食後2時間で血清リン濃度の上昇に伴い血管内皮機能の指標であるFlow-mediated dilation(FMD)が低下することを見出した。これらのメカニズムには、リンシグナルを介した酸化ストレスならびに一酸化窒素産生系の抑制作用が関わると考えられた。以上のことから、食後高リン血症は、血管機能を低下させ、心血管疾患のリスクとなる新たな要因と考えられた。本研究では、これまで一貫して栄養素、特に近年老化との関係が注目されているリンによる動脈硬化発症のメカニズムと臨床的意義について検討を行ってきた。本年は、具体的な病態モデルとして腎不全モデル動物(高アデニン食負荷ラット)を用い、リン摂取量と動脈硬化発症に関わる内皮機能障害について検討を行った。その結果、リン制限食により腎不全病態に伴う血管内皮機能障害を改善することを見出した。腎不全病態における高リン血症が血管内皮機能障害を引き起こすシグナルをリン制限食により抑制し、血管内皮機能障害を抑制することが考えられた。さらに、ヒトを対象とした研究においても、高リン食を摂取させ、血清リン濃度を上昇させると一過性の血管内皮機能障害を生じるが、この反応は、一食当たり400mgのリン摂取では見られず、800mgあるいは1200mgのリン摂取で有意に観察された。これらの結果より食事からのリン摂取による血管内皮への影響を考えると一食当たり800mg未満が上限と考えられ、400mg程度にすることが望ましいと考えられた。

これらの結果より、リンを過剰に摂取するような食生活は、生活習慣病、とりわけ心血管疾患のリスクになる可能性が示唆された。また、腎不全の病態下にあるような患者や遺伝的に血清リンが高くなるような背景をもつ人には、リン制限が有効であることが示唆された。今後、より個人に対応したテーラーメイド予防栄養学を進めて行くには、血清リン濃度や食後の血清リン濃度上昇度を指標に、ゲノムワイド解析などにより、これらの値に影響するような遺伝的な背景を明らかにすることが必要であると考えられた。