先制医療実現化DOHaD研究プロジェクト

本プロジェクトは、超高齢社会を迎えた我が国の最重要課題の一つである難治性慢性疾患を予防するため、成人病胎児起源説(Developmental Origin of Health and Disease, DOHaD)についてそのメカニズムを解明し、生殖・周産期からのアプローチにより先制医療を実現するための基盤を確立することを目的としています。本学附属病院で実施しているTMDU出生前コホート研究(Birth Cohort-Gene Environment Interaction Study in TMDU, BC-GENIST)をベースに、ヒト臨床に即した周産期リスクマウスモデルを作製し、周産期要因による疾患形質形成の分子機序の解明及び発症リスクを抑える周産期要件の科学的根拠の提示に取り組みます。

研究の背景

超高齢化社会に突入した日本にとって、加齢性慢性疾患(生活習慣病、心血管疾患、精神発達障害など)の予防は極めて重要な課題である。これらの疾患の発症には、親世代あるいはそれ以前の世代の生活環境が関与していることが、英国バーカー博士の出生体重に関する疫学研究をはじめとした様々なDOHaD (Developmental origins of health and disease) 研究によって明らかにされてきた。日本は先進諸国のなかで低出生体重児の発生頻度が特に高いことが知られており、今後の加齢性慢性疾患発症の増加が危惧されている。しかし、より根本的に、生殖細胞発生や胚・胎児の発育環境の影響を研究し、生殖期および周産期から加齢性慢性疾患を先制予防することが必要である。

研究メンバー

  佐藤 憲子  准教授   分子疫学分野
  菅野 純夫  非常勤講師 分子疫学分野
  今井 千裕  助教    分子疫学分野

  宮坂 尚幸  教授    医学部・生殖機能協関学
  石川 智則  講師    医学部・生殖機能協関学
  不殿 絢子 大学院生   医学部・生殖機能協関学

  幸田 尚   教授    山梨大学大学院・総合研究部環境学域
  須藤 カツ子 講師 東京医大・動物実験センター

第2期(2016~2018年度)研究成果の要約


①ヒト臨床に即したハイリスク妊娠動物モデル

(a) 母獣低タンパク質給餌モデル
齧歯類の妊娠母獣低栄養モデルでは、仔成獣の短命化及び老齢期の脂肪肝が示されているが、若齢期にどのような違いが生まれるかは明らかでなかった。そこで、自由摂餌の定常状態ではなく、絶食に対する肝臓の遺伝子発現応答に与える影響を調べたところ、ストレス応答で誘導される分子シャペロンの発現に差が現れることをはじめて見出した1。日本語総説は本研究の解説も含めて発表した2,3。また、この成果はプレスリリースにて発表された4。
1.Sato N, Sudo K, Mori M, Imai C, Muramatsu M, Sugimoto M. Early gestational maternal low-protein diet diminishes hepatic response to fasting in young adult male mice. Sci Rep. 2017.08; 7 (1): 9812
https://www.nature.com/articles/s41598-017-10380-4
2.佐藤憲子. 疾患発症前段階の肝臓トランスクリプトーム・メタボローム解析. Medical Science Digest. 2017.12; 43 (12): 637-638
3.佐藤憲子. Developmental Origin of Health and Disease(DOHaD)を理解する新時代の到来―ゲノム・エピゲノムと加齢性慢性疾患の関連性に関する新たな視点. 化学と生物. 2018. Vol.56, No.9, page 613-620. https://www.jstage.jst.go.jp/article/kagakutoseibutsu/56/9/56_560905/_pdf/-char/ja
4.プレスリリース「胎生期栄養環境が肝臓の絶食応答に影響を及ぼすことを発見」―生活習慣病発症予防法の開発につながる可能性―
http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20170831_1.pdf

(b) 歯周病細菌感染モデル
歯周病細菌感染では成体マウスの糖代謝が障害されること、また妊娠マウスの感染により出生体重が低下することを示した5,6。
5. Komazaki R, Katagiri S, Takahashi H, Maekawa S, Shiba T, Takeuchi Y, Kitajima Y, Ohtsu A, Udagawa S, Sasaki N, Watanabe K, Sato N, Miyasaka N, Eguchi Y, Anzai K, Izumi Y. Periodontal pathogenic bacteria, Aggregatibacter actinomycetemcomitans affect non-alcoholic fatty liver disease by altering gut microbiota and glucose metabolism. Sci Rep. 2017;7(1):13950.
6. Udagawa S, Katagiri S, Maekawa S, Takeuchi Y, Komazaki R, Ohtsu A, Sasaki N, Shiba T, Watanabe K, Ishihara K, Sato N, Miyasaka N, Izumi Y. Effect of Porphyromonas gingivalis infection in the placenta and umbilical cord in pregnant mice with low birth weight. Acta Odontol Scand. 2018;76(6):433-441.


②ヒト周産期臨床データの解析
(a) 周産期における母児エピゲノムの体系的解析
i. 妊娠後半期の母体内生理的変化が脂質関連遺伝子の末梢血DNAメチル化に及ぼす影響
末梢血DNAの脂質代謝関連遺伝子(CPT1A, SREBF1)のDNAメチル化状態の妊娠進行に伴う変化を、代謝変化と免疫細胞変化による影響で説明できることを明らかにした7。
7. Pavethynath S, Imai C, JIN X, Hichiwa N, Takimoto H, Okamitsu M, Tarui I, Aoyama T, Yago S, Fudono A, Muramatsu M, Miyasaka N and Sato N. Metabolic and immunological shifts during mid-to-late gestation influence maternal blood methylation of CPT1A and SREBF1, Int. J. Mol. Sci., 2019, 20,E1066.
ii. Immunomethylome研究
末梢全血のメチロームデータに基づく免疫細胞構成の推定解析により、妊娠過程においては妊娠進行のパターンと末梢血免疫細胞の状態に関連性があることを見出した8。
8. Sato N. “Perinatal Immunomethylomics towards DOHaD”. 17th Surugadai International Symposium & Joint Usage/Research Program of Medical Research Institute International Symposium. 2018.11.19. Tokyo, Japan.


③DOHaDとエピゲノムに関する解説等

DOHaDと関係するエピゲノム研究は近年著しく進展した。日本語総説や学会でその内容を解説した3, 9-11。

3. https://www.jstage.jst.go.jp/article/kagakutoseibutsu/56/9/56_560905/_pdf/-char/ja
9. 佐藤 憲子. 3章. DOHaD の基礎:DOHaD の分子機構、産婦人科の実際. 2017.08; 66(08); 959-966
10. 佐藤 憲子. 出生前栄養環境がエピゲノムと健康に及ぼす影響. 日本食品免疫学会第13回学術大会シンポジウム. シンポジウム3「長期時間軸における生体変化と食品機能」2017年11月10日
11. 佐藤 憲子. 環境がライフコースエピゲノムに及ぼす影響について. 日本人類遺伝学会第62回大会. シンポジウム“ゲノム・エピゲノム情報から読み解く加齢の生理と病気”2017年11月18日

第3期(2019年度~)研究成果

①論文発表
(2019年)
(a) 妊娠後半期の母体内生理的変化が脂質関連遺伝子の末梢血DNAメチル化に及ぼす影響
末梢血DNAの脂質代謝関連遺伝子(CPT1A, SREBF1)のDNAメチル化状態の妊娠進行に伴う変化を、代謝変化と免疫細胞変化による影響で説明できることを明らかにした。
Pavethynath S, Imai C, JIN X, Hichiwa N, Takimoto H, Okamitsu M, Tarui I, Aoyama T, Yago S, Fudono A, Muramatsu M, Miyasaka N and Sato N. Metabolic and immunological shifts during mid-to-late gestation influence maternal blood methylation of CPT1A and SREBF1, Int. J. Mol. Sci., 2019, 20,E1066.
https://www.mdpi.com/1422-0067/20/5/1066

(b) 新生児マススクリーニング濾紙血を用いたエピジェネティック解析

先制医療実現化のためには、一生を通した健康関連の表現型と生体試料の分子生物学的解析データのセットを収集し蓄積していく仕組みを今後構築していくことが社会的にも重要である。なるべく早期に疾患リスクを検出し、その後の人生の軌道を修正することができれば、健康寿命を延伸することができると考えられている。しかし、出生前環境によって形成された疾患リスクの検出および評価の方法はまだ確立されていない。DNAメチル化の解析対象となる新生児生体試料は主に臍帯、臍帯血、および末梢血の乾燥濾紙血検体である。現在細胞種ごとのDNAメチル化参照データの整備も進められ、さらに遺伝の影響も考慮する試みが少しずつ行われ、エピゲノムワイド関連解析の質も向上しつつある。出生前環境と関連するDNAメチル化変化あるいは小児期、成人期の疾患形質と関連するDNAメチル化変化が適切に解析されることにより、先制医療の分子生物学的指標の同定につながると考えられている。先制医療の社会的仕組みを構築する上では、使用済み新生児マススクリーニング濾紙血検体の利用が注目される。そこで、島根大学医学部小児科特任教授、山口清次博士と共同で、我が国の実際の使用済み新生児マススクリーニング濾紙血検体を用いてエピゲノムワイド関連解析に向けた試験的な研究を行った。DNA収量は、在胎週数が35週以上であれば、メチル化アレイ及びSNPアレイの両方の解析を行うのにほぼ十分であることがわかった。出生体重との関連が報告されているHIF3A DNAメチル化を解析し既報の結果を再現した。出生体重との関連性は近傍のSNPの影響を調整しても維持された。

Kyaw TZ, Yamaguchi S, Imai C, Uematsu M, Sato N. The utility of post-test newborn blood spot screening cards for epigenetic association analyses: association between HIF3A methylation and birth weight-for-gestational age. J Hum Genet. 2019 Aug;64(8):795-801. doi: 10.1038/s10038-019-0621-5.
https://www.nature.com/articles/s10038-019-0621-5

(c) 超音波計測データを用いた胎児発育パターンの解析

加齢性慢性疾患(生活習慣病、心血管疾患など)の発症に、出生前環境も関与していることが多くの疫学研究によって明らかにされてきた。その基礎となったのは英国バーカー博士の「壮年期の虚血性心疾患発症には胎児期の栄養不足が影響していた」という報告であり、成人病胎児期起源説と呼ばれている。胎生期の発育環境良否の指標としてバーカー博士が出生体重を用いたことにより、その後出生体重は胎児期環境の質を示す指標として広く用いられてきたが、現在ではその限界も認識されている。胎児は、妊娠経過に依存した胎内環境の変化に応答して成長するため、成長の速度が本質的な発育のパラメータとなる。しかし、これまで成長速度を考慮した胎児発育の評価は行われておらず、周産期管理だけでなく、将来の慢性加齢性疾患の個別化予防の観点からも、それらを検討することが重要である。そこで、集団平均的な胎児発育曲線に基づいた従来の評価では見落とされていた成長速度の継時的変化に注目した。801人の日本人単胎妊娠の超音波計測データに基づき、週あたりの成長速度を算出し、妊娠期間における速度変化のパターンに多様性があるかどうかを解析した結果、多くの胎児では妊娠30週以降、速度がほぼ一定になるのに対し、一部の胎児では加速、あるいは減速し、集団平均からの成長の差だけからは読み取れない違いが現れた。またこの加速や減速は、既知の特定のリスク因子とは関係がなかった。さらに、これまで出生体重との関連が報告されていた母親の身長、肥満指数(Body mass index)、経産歴、胎児の性は、それぞれ妊娠期の特定の時期に胎児の成長に影響を及ぼすことも明らかにした。一方で成長速度の多様性は、これらの因子からは説明できなかった。成長速度の多様性は、胎児発育の質を評価する方法の改善に役立ち、今後疾患との関連が明らかになれば、将来的に先制医療実現化につながることが期待される。

Sato N & Miyasaka N. Heterogeneity in fetal growth velocity. Sci Rep. 2019 Aug 5;9(1):11304. doi: 10.1038/s41598-019-47839-5.
https://www.nature.com/articles/s41598-019-47839-5
プレスリリース「胎児成長パターンの多様性を発見」― 胎児発育の個別化評価から先制医療へ!―
http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20190806_1.pdf


(d) 妊婦の妊娠期体重増加が児の出生体重増加に与える影響の解析

日本は先進諸国のなかで低出生体重児の出生頻度が特に高く、平均出生体重も低い。この要因として、妊婦のやせと妊娠期体重増加量の不足が指摘されている。最近の日本産科婦人科学会による大規模なデータベースを用いた研究で、妊婦の体格別に、低出生体重を含め合併症リスクが最も低くなる『適切な体重増加量』が算出された結果、BMI 18.5未満においては、妊娠中体重増加推奨値を現行の推奨値より高く設定したほうがよいことが報告された。この成果をもとに、母親の体格別の体重増加適正値を推奨することで日本の低出生体重児率を減少させることが期待されている。しかし、果たして妊娠期の体重増加が、胎児の成長に一様に同じ増加効果をもたらすのかどうかは明らかでない。児の大きさごとに、妊婦の体重増加がどの程度効果的に出生体重増加をもたらすことができたのかを比較検討する必要があると考えた。そこで本学施設で出産した日本人単胎妊娠1114例を対象に、妊娠中体重増加量と出生体重との関係を解析したところ、特に小さい児の場合には妊娠中体重増加が出生体重を上げる効果は低いことを明らかにした。日本人の出生体重の低い原因を探るためには、妊娠中体重増加に対する出生体重増加反応性の低い原因を理解する必要があると考えられた。

Sato N & Miyasaka N. Stratified analysis of the correlation between gestational weight gain and birth weight for gestational age: a retrospective single-center cohort study in Japan. BMC pregnancy and childbirth. 2019.11; 19 (1): 402.
https://bmcpregnancychildbirth.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12884-019-2563-5



② 学会発表等
(2019年)
1. 佐藤憲子. 新生児マススクリーニング濾紙血を用いたエピジェネティック解析. 第42回日本分子生物学会年会 2019.12.03 福岡

2. Sato N, Miyasaka N. Gestational Weight Gain and Birthweight-for-Gestational Age: TMDU Hospital Cohort Study. DOHAD 2019 Congress 2019.10.22 Melbourne, Australia

3. Fudono A, Sato N, Takimoto H, Okamitsu M, Imai C, Aoyama T, Yago S, Tarui I, Yomogita H, Miyasaka N. Trimester Specific Difference in Exosomal MicroRNA Expression. DOHAD 2019 Congress 2019.10.22 Melbourne, Australia

4. Imai C, Pavethynath S, Xin J, Hichiwa N, Takimoto H, Okamitsu M, Tarui I, Aoyama T, Yago S, Fudono A, Muramatsu M, Miyasaka N, Sato N. Intra- and Inter- individual Differences in CPT1A and SREBF1 Methylation of Maternal Leukocytes During Mid-to-Late Gestation. DOHAD 2019 Congress 2019.10.22 Melbourne, Australia

5. 不殿綾子、佐藤憲子、瀧本秀美、宮坂尚幸. 妊娠期のたんぱく質摂取量と周産期予後の関係. 第43回日本女性栄養・代謝学会学術集会 2019.09.06 神戸

6. 不殿絢子, 佐藤憲子, 宮坂尚幸. 正常妊娠におけるPlGF値と母児体格との関係. 第8回日本DOHaD学会学術集会 2019.08.09 東京

7. Pavethynath Shilpa, 今井千裕, JIN Xin, 飛知和尚美, 瀧本秀美, 岡光基子, 樽井依織, 青山友子, 矢郷哲志, 不殿絢子, 宮坂尚幸, 佐藤憲子. 妊娠後半期の末梢血における脂質関連遺伝子のDNAメチル化. 第73回日本栄養・食糧学会大会 2019.05.18

8. Ayako Fudono, Noriko Sato, Naoyuki Miyasaka. Trimester specific difference in exosomal microRNA expression. 第71回日本産科婦人科学会学術講演会 2019.04.12 名古屋

(2020年)
1. 佐藤憲子. “胎児発育トラジェクトリーの多様性” 第30回日本DOHaD学会分科会.寺小屋研究会 -DOHaDからの新たな超音波周産期臨床の展開- 2020.1.25 東京

第3期 研究成果 アップデート (2020年4月~)

①論文発表
2021年)
1. Nutrient-Rich Food Index (NRF9.3) およびDietary Inflammatory Index (DII)を用いた妊婦の食事の質の解析
妊婦の食事の質は妊娠転帰に限らず、DOHaD説に基づくと将来の児の健康にとっても重要である。本論文では、国際的に使用されている2つの栄養素ベースの「食事の質の指標」(dietary quality index)NRF9.3DII―を用いて、東京医科歯科大学出生前コホート研究に参加した妊婦の妊娠中期の食事の質を評価し、それぞれのスコアの個人差に大きく寄与する栄養素(スコア算出に用いた構成要素)を同定した。また他の食事パターン解析等を使用した先行研究と同様に、日本人妊婦の食事の質の高さと関連する食品群は野菜類、果実類であることがわかった。

Imai C, Takimoto H, Fudono A, Okamitsu M, Tarui I, Aoyama T, Yago S, Okamitsu M, Sasaki S, Mizutani S, Miyasaka N and Sato N. Application of the Nutrient-Rich Food Index 9.3 and the Dietary Inflammation Index for assessing maternal dietary quality in Japan: a single-center birth cohort study, Nutrients, in press.



Dietary quality index
Dietary quality indexは、健康のために国などが科学的根拠などに基づいて設定した基準摂取量に実際の摂取量がどの程度適合しているかを数値化して測る指標である。主に食品の摂取量を使用した食品ベースの指標と主に栄養素の摂取量を使用した栄養素ベースの指標がある。食事は、単一の栄養素や単一の食品ではなく、複数で構成されるので、それらを総合的に評価するために、Dietary quality indexを使用する。ここで万国共通に食品ベースの指標を使用するには、食品には国や地域によって独特のものがあるため食品データベースにおける照合が必要となる。これに対して、栄養素ベースの指標は、そのような作業とせず使用できる。NRF9.3は、日本人の食事摂取基準の妊婦(年齢階級別)の基準を用いて算定できる。DIIは炎症能との関連から設定された国際的基準から栄養素、食品の摂取量がどう逸脱しているかを測る指標であったが、近年、DIIが国内外で児の出生時体格や小児期の健康と関連することが報告されている。



著書
1. 佐藤憲子. 第4章 3. DOHaD分子疫学, (副島英伸、秦健一郎編) 遺伝子医学MOOK36 「エピゲノムで新たな解明が進む先天性疾患」, メディカルドゥ, 182-187, 2021


学会発表等
2020年)
1.  Noriko Sato. Developmental Origin of Health and Disease (DOHaD) -what conveys the past in utero experience? The 43rd Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan 2020.12.03. On line

2021年)
1. 今井千裕、藤原綾瀧本秀美、不殿絢子、樽井依織、青山友子、矢郷哲志、岡光基子、宮坂尚幸、佐藤憲子. Nutrient-Rich Food IndexおよびDietary Inflammatory Indexを用いた妊婦の食事の質の解析. 第75回日本栄養・食糧学会大会, 2021.7.4. online
2. 不殿絢子、佐藤憲子、宮坂尚幸. 胎児・胎盤発育に関わる母体血中細胞外小胞miRNAの予備的研究. 第45回日本女性栄養・代謝学会学術集会・第10回日本 DOHaD 学会学術集会, 2021.9.3. online (予定)
3. 佐藤憲子、春山怜、宮坂尚幸. 日産婦周産期データベースを用いた分位点回帰分析による妊娠中体重増加の出生体重への効果の解明. 第45回日本女性栄養・代謝学会学術集会・第10回日本 DOHaD 学会学術集会, 2021.9.4. online (予定)