化学物質の経気道暴露による毒性評価の迅速化、定量化、高精度化に関する研究- シックハウス症候群を考慮した不定愁訴の分子実態の把握と情動認知行動影響を包含する新評価体系の確立-

文献情報

• 文献番号: 201624001A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 化学物質の経気道暴露による毒性評価の迅速化、定量化、高精度化に関する研究- シックハウス症候群を考慮した不定愁訴の分子実態の把握と情動認知行動影響を包含する新評価体系の確立-
• 課題番号: H26-化学-一般-001
• 研究年度: 平成28(2016)年度
• 研究代表者(所属機関): 北嶋 聡(国立医薬品食品衛生研究所 安全性生物試験研究センター 毒性部)

研究分担者(所属機関)

• 慶長直人(公益財団法人 結核予防会 結核研究所 生体防御部 )
• 菅野　純(国立医薬品食品衛生研究所　 )
• 種村健太郎(東北大学大学院農学研究科　 動物生殖科学分野)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成26(2014)年度
• 研究終了予定年度: 平成28(2016)年度
• 研究費: 14,400,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

実験動物による吸入毒性試験において病理組織学的な病変を誘発する暴露濃度は、人のシックハウス症候群（ＳＨ）の指針濃度をはるかに超える濃度であることから、そこから得た毒性情報を人へ外挿することの困難さが指摘されてきた。これに対し、先行研究では「厚生労働省シックハウス問題に関する検討会」が掲げる物質をその指針値レベルでマウスに反復吸入暴露（7日間）し、病理組織所見が得られない段階での遺伝子発現変動をPercellomeトキシコゲノミクス法により測定し、肺、肝において化学物質固有及び共通のプロファイルを網羅的に捕えた。加えて、海馬に対し化学構造の異なる３物質が共通して神経活動抑制を示唆する遺伝子発現変化を誘発したことから、これが人のＳＨにおける「不定愁訴」の原因解明の手がかりとなる可能性が示された。本研究は、反復暴露の結果の検証とその判定根拠の一般化を目指し、1)同一個体の海馬、肺、肝の遺伝子発現変動を解析し海馬神経活動抑制の上流に位置する分子機序と肺・肝の関与の解明、2)情動認知行動解析と海馬における神経科学的物証の収集による中枢に対する有害性の実証データと、遺伝子発現変動データの突合による、遺伝子発現情報からの中枢影響に関する予見性の確認、を目的とする。この際、脳が高感受性期にある子どもの特性に配慮した幼児期暴露－遅発性影響も検討する。

研究方法

検討会が掲げる物質を対象に、1) ＳＨレベルでの、トキシコゲノミクスのための2時間単回（4用量、16群構成、各群3匹）、及び情動認知行動解析の為の22時間/日×7日間反復（2用量、回復群設定あり、6群構成、各群8匹）のマウス吸入暴露の実施、2)経時的に採取した脳・肺・肝サンプルについての網羅的遺伝子発現解析、多臓器連関及びインフォマティクス解析、3) 吸入暴露影響の情動認知行動解析と神経科学的物証の収集、及び4) 人への外挿にかかわる臨床的解析及びヒト気道上皮細胞系による毒性応答メカニズムの研究、以上4部から成る、人への外挿性を考慮した高精度な解析を行う。

結果と考察

平成28年度は、テトラデカン（指針値：0.04 ppm）について、目標通りにＳＨレベル（0、0.04、0.12及び0.40 ppm）での2時間単回吸入暴露を実施し、経時的に採取した海馬、肺、肝サンプルについて、我々が開発したPercellome手法（遺伝子発現値の絶対化手法）を適用し、網羅的に遺伝子発現変動を解析した結果、これまでに検討した物質とあわせ5物質に共通して海馬において、神経活動の指標となるImmediate early gene (IEG)の発現の抑制（ホルムアルデヒドでは抑制傾向）が、暴露2時間直後の時点で指針値レベルの濃度から先行研究での反復暴露（7日間）での場合と同程度に観測され、海馬神経活動の抑制を示唆する所見が再確認された。この抑制は、その2時間後には回復していた。また、ホルムアルデヒドについては昨年度、キシレンの場合と異なり、幼若期暴露の際に情動認知行動の遅発影響が認められず、この原因として、母動物の被毛に吸着され幼若動物に吸入されなかった可能性が考えられた。そこで離乳後（4週齢）の個別飼いによる7日間反復暴露を実施したが、成熟後の遅発影響は認められず、幼若期影響として検討するには4週齢では遅すぎる事が考えられた。ＳＨレベルでのホルムアルデヒド7日間反復暴露期間中のIL-1βの血液中濃度測定を検討したが、現行法では検出限界以下であった。ヒト気道上皮細胞株を用いるin vitro解析系において、現行のBEAS2B細胞より、炎症応答が正常細胞により近いといわれるHBE1細胞においても、先行研究で見いだした微生物関連物質(polyI:C)とホルムアルデヒドとのIL-8 遺伝子の発現増強作用を確認できた。

結論

化学構造の異なるホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、キシレン、パラジクロロベンゼン及びテトラデカン5物質に共通して、2時間以内にIEGを抑制する因子が海馬に作用し、その神経活動が抑制される事が示唆された。IEGの抑制機序として、肺或いは肝からの二次的シグナルとしてIL-1βが海馬に働く可能性が高いものと考えているが、現行法では検出限界以下であったため、今後、より感度のよい測定法を検討する。加えて、ヒト気道上皮細胞株を用いるin vitro解析系の実用性が示され、肺を仲介した影響を含む人への外挿性の向上を計ることが可能となった。本研究の成果として、新規物質について、それらがＳＨの原因物質として問題となった際に、少なくとも平成14年度の検討会が掲げる化学物質（ガス体11種）との生体影響の異同は、網羅的な遺伝子発現解析により高精度に判定可能となった。

公開日・更新日

• 公開日: 2017-06-07
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201624001B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 化学物質の経気道暴露による毒性評価の迅速化、定量化、高精度化に関する研究- シックハウス症候群を考慮した不定愁訴の分子実態の把握と情動認知行動影響を包含する新評価体系の確立-
• 課題番号: H26-化学-一般-001
• 研究年度: 平成28(2016)年度
• 研究代表者(所属機関): 北嶋 聡(国立医薬品食品衛生研究所 安全性生物試験研究センター 毒性部)

研究分担者(所属機関)

• 慶長直人(公益財団法人 結核予防会 結核研究所 生体防御部)
• 菅野　純(国立医薬品食品衛生研究所　 )
• 種村健太郎(東北大学大学院農学研究科 動物生殖科学分野)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成26(2014)年度
• 研究終了予定年度: 平成28(2016)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

実験動物による吸入毒性試験において病理組織学的な病変を誘発する暴露濃度は、人のシックハウス症候群（ＳＨ）の指針濃度をはるかに超える濃度であることから、そこから得た毒性情報を人へ外挿することの困難さが指摘されてきた。これに対し、先行研究では「厚生労働省シックハウス問題に関する検討会」が掲げる物質をその指針値レベルでマウスに反復吸入暴露（7日間）し、病理組織所見が得られない段階での遺伝子発現変動をPercellomeトキシコゲノミクス法により測定し、肺、肝において化学物質固有及び共通のプロファイルを網羅的に捕えた。加えて、海馬に対し化学構造の異なる３物質が共通して神経活動抑制を示唆する遺伝子発現変化を誘発したことから、これが人のＳＨにおける「不定愁訴」の原因解明の手がかりとなる可能性が示された。本研究は、反復暴露の結果の検証とその判定根拠の一般化を目指し、1)同一個体の海馬、肺、肝の遺伝子発現変動を解析し海馬神経活動抑制の上流に位置する分子機序と肺・肝の関与の解明、2)情動認知行動解析と海馬における神経科学的物証の収集による中枢に対する有害性の実証データと、遺伝子発現変動データの突合による、遺伝子発現情報からの中枢影響に関する予見性の確認、を目的とする。この際、脳が高感受性期にある子どもの特性に配慮した幼児期暴露－遅発性影響も検討する。

研究方法

検討会が掲げる物質を対象に、1) ＳＨレベルでの、トキシコゲノミクスのための2時間単回（4用量、16群構成、各群3匹）、及び情動認知行動解析の為の22時間/日×7日間反復（2用量、回復群設定あり、6群構成、各群8匹）のマウス吸入暴露の実施、2)経時的に採取した脳・肺・肝サンプルについての網羅的遺伝子発現解析、多臓器連関及びインフォマティクス解析、3) 吸入暴露影響の情動認知行動解析と神経科学的物証の収集、及び4) 人への外挿にかかわる臨床的解析及びヒト気道上皮細胞系による毒性応答メカニズムの研究、以上4部から成る、人への外挿性を考慮した高精度な解析を行う。

結果と考察

3年間に亘り検討した、化学構造の異なるホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、キシレン、パラジクロロベンゼン及びテトラデカンについて、目標通りにＳＨレベルでの2時間単回吸入暴露を実施し、経時的に採取した海馬、肺、肝サンプルについて、我々が開発したPercellome手法（遺伝子発現値の絶対化手法）を適用し、網羅的に遺伝子発現変動を解析した結果、これらの5物質に共通して海馬において、神経活動の指標となるImmediate early gene (IEG)の発現の抑制（ホルムアルデヒドでは抑制傾向）が、暴露2時間直後の時点で指針値レベルの濃度から先行研究での反復暴露（7日間）での場合と同程度に観測され、海馬神経活動の抑制を示唆する所見が再確認された。この抑制は、その2時間後には回復していた。成熟期マウスへのホルムアルデヒド及びキシレン(指針値の10倍濃度)の7日間暴露により、両物質共に、暴露終了日に空間ー連想記憶及び音ー連想記憶の低下が認められた。また、ホルムアルデヒドについては、キシレンの場合と異なり、幼若期暴露の際に情動認知行動の遅発影響が認められず、この原因として、母動物の被毛に吸着され幼若動物に吸入されなかった可能性が考えられた。そこで離乳後（4週齢）の個別飼いによる7日間反復暴露を実施したが、成熟後の遅発影響は認められず、幼若期影響として検討するには4週齢では遅すぎる事が考えられた。ＳＨレベルでのホルムアルデヒド7日間反復暴露期間中のIL-1βの血液中濃度測定を検討したが、現行法では検出限界以下であった。ヒト気道上皮細胞株を用いるin vitro解析系において、現行のBEAS2B細胞より、炎症応答が正常細胞により近いといわれるHBE1細胞においても、先行研究で見いだした微生物関連物質(polyI:C)とホルムアルデヒドとのIL-8 遺伝子の発現増強作用を確認できた。

結論

化学構造の異なるホルムアルデヒド等の5物質に共通して、2時間以内にIEGを抑制する因子が海馬に作用し、その神経活動が抑制される事が示唆された。IEGの抑制機序として、肺或いは肝からの二次的シグナルとしてIL-1βが海馬に働く可能性が高いものと考えているが、現行法では検出限界以下であったため、今後、より感度のよい測定法を検討する。加えて、ヒト気道上皮細胞株を用いるin vitro解析系の実用性が示され、肺を仲介した影響を含む人への外挿性の向上を計ることが可能となった。本研究の成果として、新規物質について、それらがＳＨの原因物質として問題となった際に、少なくとも平成14年度の検討会が掲げる化学物質（ガス体11種）との生体影響の異同は、網羅的な遺伝子発現解析により高精度に判定可能となった。

公開日・更新日

• 公開日: 2017-06-07
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201624001C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 人のシックハウス症候群（ＳＨ）レベルの極低濃度下の化学物質の吸入暴露に於いて、病理組織所見が得られない段階(時間的及び濃度的に)での遺伝発現変動を網羅的に評価可能なPercellome トキシコゲノミクスを脳に適用した結果、化学構造の異なる5物質に共通して、神経活動の指標となるImmediate early gene (IEG)の発現の抑制が、暴露2時間直後の時点で指針値レベルの濃度から先行研究での7日間反復暴露での場合と同程度に観測され、海馬神経活動の抑制を示唆する所見が再確認された。
• 臨床的観点からの成果: 指針値の10倍濃度のキシレン及びホルムアルデヒドの7日間反復暴露を成熟期マウスに実施し、情動認知行動を解析した結果、暴露終了日では、両物質に共通して空間-連想記憶及び音-連想記憶の低下が認められた。この事は、海馬に対する有害性を実証し、海馬での遺伝子発現変動データの予見性を確認したものと考える。また、生後2から3週齢時（幼若期）に7日間反復暴露を実施したところ、キシレンでは、成熟後に音-連想記憶の低下が認められ、遅発性に情動認知行動に影響することが明らかとなり、生後脳発達への有害性が示唆された。
• ガイドライン等の開発: 特になし。
• その他行政的観点からの成果: 海馬における神経活動の抑制機序として、肺或いは肝から二次的シグナルとしてIL－1βが海馬に働く可能性が高いものと考えている。その理由は、肝・肺の連関解析から、6時間/日×7日間反復暴露時の肺においてIl1b遺伝子の発現増加が、化学構造の異なる5物質に共通して認められたためである。本研究の成果として、急増中の新規物質がＳＨの原因物質として問題となった際に、少なくとも平成14年の検討会が掲げる化学物質（ガス体11種）の生体影響との異同は、網羅的な遺伝子発現解析により高精度に判定可能となった。「
• その他のインパクト: ヒト気道上皮細胞株BEAS2B細胞を用いるin vitro解析系において、高濃度のパラジクロロベンゼン適用時にIl1bの発現増加が認められたが、この事は、この解析系が、肺を仲介した影響を含む人への外挿に有用であることを示しているだけではなく、人においてもこのIl1bがIEGの抑制分子である可能性を示唆しており、人への外挿性向上につながる成果と考える。; 平成29年度より新研究班において、本手法を「検討会」が掲げた高濃度・高頻度で検出された物質に適用し、ハザード評価研究を継続している。

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 15件
• その他論文(和文): 0件
• その他論文(英文等): 0件
• 学会発表(国内学会): 22件
• 学会発表(国際学会等): 15件
• その他成果(特許の出願): 0件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 0件

公開日・更新日

• 公開日: 2017-07-12
• 更新日: 2023-04-28

収支報告書

• 文献番号: 201624001Z