血漿アミノ酸プロファイルを用いたIBDバイオマーカーの確立
久松理一（消化器内科）

IBDのバイオマーカー確立を目指した新しい試み

炎症性腸疾患（inflammatory bowel disease; IBD）は消化管に慢性の炎症が生じる病気で狭義のIBDは潰瘍性大腸炎とクローン病に分類されます。どちらもまだ根本原因は解明されておらず特定疾患に指定されています。現在わが国の登録患者数は増加傾向にあり潰瘍性大腸炎で13万人、クローン病で3万人を超えており20歳代に患者が多いことから就学、就労など社会的にも大きな問題になりつつあります。炎症性腸疾患の診断は病歴、臨床症状と特徴的な消化管造影像や内視鏡像、および病理学的所見からなされます。消化管造影検査や内視鏡検査手技は以前と比べ大幅に改善され侵襲は少なくなったものの安易にスクリーニングとして行なえる検査とは言い難く、患者さん負担を考えると活動性の評価や治療評価のためとはいっても頻回に行なうことは適切ではありません。このように炎症性腸疾患の診療において診断および活動性指標となりうるバイオマーカーの開発は重大な課題として残されています。適切なバイオマーカーに必要な要素は1) 客観的であること、2) 普遍性、再現性があること、3) 侵襲性が低く安全な検査であること、4) 病態を反映したものであること、です。炎症性腸疾患のような遺伝的素因と環境因子が複雑に絡み合った疾患では単一の分子をバイオマーカーとするというのは困難です。このような背景から我々は炎症性腸疾患患者さんのアミノ酸代謝をモニタリングし診断や活動性の判断に役立てようというプロジェクトを開始しました。いわゆるメタボミクスの考え方です。人間の体内の約60％は水分で20％はタンパク質でできています。このタンパク質は約20種類のアミノ酸の組み合わせから作られています。アミノ酸代謝システムは体内の各臓器、各細胞によって異なっており、さらに糖代謝、脂質代謝などと密接に関係し複雑な代謝ネットワークを形成し恒常性が維持されています。また最近の研究から一部のアミノ酸は直接免疫系やシグナル伝達に関与することも明らかとなっています。

IBDでは血漿アミノ酸濃度プロファイルが変化している

我々は炎症性腸疾患患者さんにおける血漿アミノ酸およびその代謝物のプロファイルの解析を試みました。年齢・性別を合致させた健常人とクローン病および潰瘍性大腸炎患者さん各102名の空腹時血漿アミノ酸プロファイルを解析しました。その結果、健常人と炎症性腸疾患患者さんでは血漿アミノ酸のプロファイルが大きく異なっていることが明らかとなりました。例えばヒスチジンの血漿濃度は健常人と比較して潰瘍性大腸炎やクローン病患者さんにおいて有意に低下していました（図1）。特に活動期患者の血漿ヒスチジン濃度は低値を示し、血漿ヒスチジン濃度は患者の症状を主体とした臨床指標や血清CRP値などと負の相関を示すことが明らかとなりました。すでに我々はクローン病のモデルであるIL-10KOマウスの免疫細胞をSCIDマウスに移入した腸炎モデル（IL-10KO移入モデル）で経口でのヒスチジン投与が腸炎抑制効果を示すことを明らかにしていましたので（Andou A, Hisamatsu T, et al. Gastroenterology. 2009 Feb;136(2):564-74）、ヒトIBD患者さんにおいてもヒスチジンの病態への関与を示唆する結果として非常に興味深いものでした。血漿アミノ酸プロファイル解析からIBD患者さんではヒスチジンだけでなく、さまざまなアミノ酸代謝の変化が起こっていることが明らかになりました。そこでアミノ酸代謝全体を評価するほうがより病態を反映するのではないかと考え、各アミノ酸代謝変化の情報を統合し、そこで得られたプロファイルから数理プログラムによって二群間を判別する数式（アミノインデックス®）を確立しようと試みました（図2）。その結果、健常人と潰瘍性大腸炎患者あるいはクローン病患者を鑑別する数式を導くことが可能でした（図3）。興味深いのは健常人と鑑別するアミノインデックス®に現れてくる個々のアミノ酸が潰瘍性大腸炎とクローン病では異なっていたことです。それぞれの疾患における血漿アミノ酸の変化の違いは両疾患の病態の違いを反映している可能性があります。事実、潰瘍性大腸炎とクローン病を比較したところ両疾患を鑑別するアミノインデックス®を導くことも可能でした。このように炎症性腸疾患患者では特有のアミノ酸代謝のインバランスが存在している可能性が示されました。鑑別困難な症例をアミノ酸代謝の視点からどちらの疾患により近いかを推測することなどが可能になると考えられます。

図1　炎症性腸疾患患者では血漿ヒスチジン濃度が低下している

図2　アミノインデックス®の概念

図3　健常人と潰瘍性大腸炎患者を判別するアミノインデックス®

疾患活動性指標としてのアミノインデックス®

実際の臨床の場で健常人と炎症性腸疾患をアミノインデックス®を用いて鑑別することには大きなニーズはありません。むしろアミノインデックス®に期待されるのは疾患の活動性を評価し治療効果の判定や再燃（病勢が再び強くなって疾患活動性が上がること）の予測に使用できないかという点にあります。先に述べたように個々の患者さんの状態を追跡できる炎症性腸疾患特異的なバイオマーカーというのはまだ発見されていません。そこで我々はアミノインデックス®によって疾患活動性が評価できるかどうかを検討しました。その結果、潰瘍性大腸炎とクローン病それぞれにおいて活動期と寛解期を区別するアミノインデックス®を導くことに成功しました（図4）。さらに、同一患者さんの治療経過においてこのアミノインデックス®が臨床経過のパラメーターとして有効である可能性があることもわかってきました。現在は再燃を寛解期（病勢がおとなしい状態）のアミノ酸プロファイルから予測できないか臨床研究を行っています。もし寛解期に将来の再燃リスク群が末梢血のアミノ酸採血で予想することが可能になれば、治療選択を含めてその臨床的意義は極めて大きいものになります。

図4　潰瘍性大腸炎疾患活動性を示すアミノインデックス®

おわりに

炎症性腸疾患を炎症だけでなく代謝の面から検討した臨床研究は極めて珍しく、末梢血アミノ酸プロファイルからバイオマーカーを確立したのは我々が世界で初めてです。慢性炎症性疾患や悪性腫瘍においては患者さんの栄養状態を含めた代謝の状態を知ることが診断や治療を考える上で極めて重要になります。メタボロームの概念を導入することにより個人の代謝状態を客観的に評価することができれば臨床上有用なパラメーターになると考えられます。さらにこれまではあまり研究の進んでいなかった炎症性腸疾患における代謝学の進歩が食生活と疾患発症の因果関係の解明や新たな治療標的の発見につながる可能性があるのではないかと期待しています。最後にこの研究の背景には豊富な臨床経験と基礎研究の両立を目指すという慶應医学の哲学があると思います。これからもphysician scientistとして炎症性腸疾患の病態解明と診療体系の革新を目指していきたいと思います。

参考文献

Novel, objective, multivariate biomarkers composed of plasma amino acid profiles for the diagnosis and assessment of inflammatory bowel disease. Hisamatsu T, Okamoto S, Hashimoto M, Muramatsu T, Andou A, Uo M, Kitazume MT, Matsuoka K, Yajima T, Inoue N, Kanai T, Ogata H, Iwao Y, Yamakado M, Sakai R, Ono N, Ando T, Suzuki M, Hibi T.
PLoS One. 2012;7(1):e31131. doi: 10.1371/journal.pone.0031131. Epub 2012 Jan 31.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3269436/

久松理一（消化器内科専任講師）

最終更新日：2013年2月1日
記事作成日：2013年2月1日

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  • 血管とリンパ管の独立性が維持される仕組みを解明　久保田義顕（解剖学教室）
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• 2020年
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  • 新しいがんイメージングDIIFCO法の開発～がん微小環境を三次元レベルで解析可能に～
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  • 肺動脈の発生を染めて先天性心疾患の病態を探る
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    ～質量分析イメージングによる腎代謝解析～
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  • 汗孔角化症の発症メカニズムを解明
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• 2019年
  • 心停止患者から提供された臓器を水素ガスによって移植可能な臓器へと蘇生させる新たな技術の開発に成功
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  • 肝臓の炎症を抑制する免疫細胞を発見～急性肝不全に対する新たな治療法の開発に期待～
    幸田裕造、中本伸宏、金井隆典（消化器内科）
  • 関節リウマチの病態に関わるT細胞の詳細解析
    竹下勝（リウマチ・膠原病内科）
  • 加齢に伴う神経新生の低下機構を解明
    ～老化による脳萎縮を部分的に防ぐことに成功～
    加瀬義高、岡野栄之（生理学）
  • 根気を生み出す脳内メカニズムの発見
    ～粘り強さは海馬とセロトニンが制御する～
    吉田慶多朗、田中謙二（精神・神経科）
  • ケトン体(β-ヒドロキシ酪酸)による腎保護作用のメカニズム
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  • 心電図からカテーテル治療の要否を判断するAIの開発
    後藤信一、佐野元昭（循環器内科）
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  • ヒト上皮幹細胞の新規培養技術の開発
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  • 新しい分子イメージング法による高血圧症の原因解明
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  • 脳梗塞における神経症状回復を促す新規免疫細胞の発見　伊藤美菜子、吉村昭彦(微生物学・免疫学)
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  • 記憶・学習のしくみを理解し、操作するための新しい技術
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    秋山智彦、洪実（坂口光洋記念講座（システム医学））
• 2018年
  • 抗菌薬の隠された作用のメカニズムの解明～薬剤耐性対策につながる成果～
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    藤森康希、岡野栄之（生理学）
  • 10億個のヒトiPS細胞由来の心室筋細胞を一度に作製する方法の開発
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  • iPS細胞を用いた胎児の形態異常の解明
    奥野博庸（生理学）
  • 紫光（バイオレットライト）の成人強度近視に対する近視進行抑制の可能性
    鳥居秀成、根岸一乃（眼科）
  • 口腔には腸管に定着すると免疫を活性化する細菌がいる
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  • 新しい遺伝子発現システムによる心筋細胞の誘導と心臓再生への応用
    梅井智彦、家田真樹（循環器内科）
  • 広汎性子宮頸部摘出術後妊娠における残存頸管長と早産リスクの関連は？
    宮越敬（産婦人科）
  • リン代謝を制御するものは老化を制御する
    宮本健史（整形外科）
  • DNAメチル化解析による脊髄移植後の腫瘍化の原因解明
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• 2017年
  • HDLコレステロールが低い日本人の冠動脈疾患死亡リスク
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  • 細胞周期の異常はがんの進展にとって敵にも味方にもなる
    石澤丈（先端医科学研究所）
  • 脳梗塞後の炎症が収まる仕組みの解明と治療への応用
    七田 崇、吉村 昭彦（微生物学・免疫学）
  • 腹外側線条体の神経細胞が意欲の維持に関わる
    滝上紘之（生理学、精神・神経科）
  • 非小細胞肺がんで使用される分子標的薬の耐性化メカニズムの解明
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  • 内耳性難聴に対するiPS創薬研究－新規病態の発見と治療薬の同定－
    藤岡 正人、細谷 誠（耳鼻咽喉科）　
  • 食べ過ぎが糖尿病や心血管疾患の発症を起こすメカニズムを解明
    白川公亮（循環器内科）
  • バルプロ酸への胎内曝露が胎児の大脳皮質形成を障害する
    藤村公乃（小児科）
  • 血液を作る幹細胞がストレスを受けて増殖する仕組みを発見
    雁金大樹（血液内科）
  • 間葉系幹細胞の免疫性線維化における役割
    小川葉子（眼科）、森川暁（歯科・口腔外科）
  • 肥満に伴う大腸マクロファージによる炎症が糖尿病発症につながる
    川野義長（腎臓・内分泌・代謝内科）
  • 眼球内の不要となった血管を退縮させる仕組み
    久保田義顕（機能形態学）
• 2016年
  • iPS細胞を高品質かつ高効率に作製する方法の開発
    國富晃（循環器内科）
  • MIRAGE症候群の発見
    鳴海 覚志、長谷川奉延（小児科）
  • 日本における認知症の社会的コスト
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    椎橋 元（神経内科）
  • 脳や脊髄の「ミエリン」をMRIで可視化する新技術
    中原 仁（神経内科）
  • 椎間板変性に対する新規治療薬の開発
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  • 乳酸アシドーシスの新規治療法の開発
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    久保健一郎（解剖学）
  • 百寿者から探る健康長寿の秘訣
    新井康通（百寿総合研究センター）
  • iPS細胞から神経細胞を作り分ける新技術
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• 2015年
  • 高脂血症治療薬が急性腎障害を軽減するメカニズム
    吉田 理（血液浄化・透析センター）
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  • 生殖細胞のゲノムを守る小さなRNA分子
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  • 神経の働きを調節する新たなメカニズムを発見
    鈴木 将貴（解剖学）
  • 筋ジストロフィーに対する筋肉再生療法の開発
    湯浅慎介（循環器内科）
  • 閉経後骨粗鬆症を発症させる因子の同定に成功
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  • 筋萎縮性側策硬化症―新たな病態の解明―
    山川眞以（医学部5年）、伊東大介（神経内科）
  • 生体内ガス分子が介するがん細胞の代謝制御機構
    山本雄広（医化学）
  • 肥大型心筋症を悪化させる因子の同定に成功
    田中敦史（循環器内科）
• 2014年
  • がん間質を抑制するTIMP分子－新たながん治療戦略への期待－
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    小川 葉子（眼科）
  • 長島型掌蹠角化症－疾患の発見から原因遺伝子の解明へ－
    久保 亮治（皮膚科）
  • 心電図から突然死のリスクを探る
    相澤 義泰（循環器内科）
  • 記憶・学習のメカニズムを分子レベルで明らかに―記憶・学習を操作できるか
    幸田 和久（生理学）
  • 脳梗塞を悪化させる炎症の仕組みを解明
    七田 崇（微生物学・免疫学）
  • 再生医学でヒトの細胞から毛をつくる
    大山 学（皮膚科）
• 2013年
  • 尿細管－糸球体連関：糖尿病性腎症の新しい発症メカニズムの解明
    長谷川一宏（腎臓・内分泌・代謝内科）
  • 神経幹細胞を作る
    赤松和土（生理学）
  • 難聴に対する、薬剤を用いた内耳有毛細胞の再生医療
    藤岡 正人（耳鼻咽喉科）
  • 脳・脊髄のガン（グリオブラストーマ）に対する新たな分子標的治療戦略
    岩波　明生（整形外科）
  • がん幹細胞におけるCD44vを介した治療抵抗性の獲得メカニズム
    永野　修（先端医科学研究所）
  • ヒトES・iPS細胞からつくった心筋細胞で心臓病を治すには？
    遠山周吾（循環器内科）
  • 造血幹細胞を老化から守る代謝制御メカニズム
    田久保 圭誉（発生・分子生物学）
  • 重症喘息に効く新しい薬を創る！　－オメガ3脂肪酸の抗炎症作用－
    宮田 純（呼吸器内科）
  • 血漿アミノ酸プロファイルを用いたIBDバイオマーカーの確立
    久松理一（消化器内科）
  • がん血管のみではたらく血管増殖メカニズム
    久保田義顕（総合医科学研究センター）
• 2012年
  • 骨は"ストレス"によって成熟する？
    堀内 圭輔（整形外科・総合医科学研究センター）
  • 毛の新たなる存在意義　－毛嚢は免疫スイッチ－
    永尾 圭介（皮膚科）
  • 心筋梗塞の傷跡をよくする白血球・悪くする白血球・調節する白血球
    安西 淳（循環器内科）
  • ビタミンEは骨を減らす？
    竹田 秀（腎臓・内分泌・代謝内科）