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老化研究と実験動物

コラム

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この問題を踏まえ、アメリカ国立老化研究所では、Study of Longitudinal Aging in Mice (マウスの縦断的加齢の研究, SLAM)が実施されています。

この研究では、人での縦断的な老化研究(BLSA)において既に収集されている血液、尿、糞便の採取によるバイオマーカーの測定や体重、体温、運動機能の測定などに対応するよう、マウスでも同様の検査項目の測定を実施しています。この縦断的研究により豊富なデータ収集を行うことでクラスター解析が可能となり、ヒトとマウスの老化の共通点ならびに相違点を明らかになります。そうして、外挿性のある項目に焦点を当てて効率よく抗加齢研究の実施ができるようになります(25)。

以上、老化についてご紹介させていただきました。

多くの研究者が「より多くの人が長く健康に生きていく」という目的のために、日々奮闘おります。少しでも老化研究に興味を持っていただければ幸いです。

5.参考文献

[1] チップウォルター.不老不死ビジネス神への挑戦 シリコンバレーの静かなる熱狂 日経ナショナルジオグラフィック; 2021. pp. 26-55.

[2] 老化細胞を法的としたSenolyticsへの挑戦 実験医学 Vol.40 No.3 羊土社; 2022. pp. 364-367,395-396.

[3] Kale A, Sharma A, Stolzing A, Desprez PY, Campisi J. Role of immune cells in the removal of deleterious senescent cells. Immun Ageing. 2020; 3;17:16. doi: 10.1186/s12979-020-00187-9.

[4] Wajapeyee N, Serra RW, Zhu X, Mahalingam M, Green MR. Oncogenic BRAF induces senescence and apoptosis through pathways mediated by the secreted protein IGFBP7. Cell. 2008; 8;132(3):363-374. doi: 10.1016/j.cell.2007.12.032.

[5] 日本獣医学専門家協会. 病理学総論 第3版 文永堂出版株式会社; 2016. pp. 202.

[6] Yoshimoto S, Loo TM, Atarashi K, Kanda H, Sato S, Oyadomari S, Iwakura Y, Oshima K, Morita H, Hattori M, Honda K, Ishikawa Y, Hara E, Ohtani N. Obesity-induced gut microbial metabolite promotes liver cancer through senescence secretome. Nature. 2013; 4;499(7456):97-101. doi: 10.1038/nature12347.  

[7] Tchkonia T, Morbeck DE, Von Zglinicki T, Van Deursen J, Lustgarten J, Scrable H, Khosla S, Jensen MD, Kirkland JL. Fat tissue, aging, and cellular senescence. Aging Cell. 2010;9(5):667-84. doi: 10.1111/j.1474-9726.2010.00608.x.

[8] Tchkonia T, Morbeck DE, Von Zglinicki T, Van Deursen J, Lustgarten J, Scrable H, Khosla S, Jensen MD, Kirkland JL. Fat tissue, aging, and cellular senescence. Aging Cell. 2010; 9(5):667-684. doi: 10.1111/j.1474-9726.2010.00608.x.

[9] Baker DJ, Childs BG, Durik M, Wijers ME, Sieben CJ, Zhong J, Saltness RA, Jeganathan KB, Verzosa GC, Pezeshki A, Khazaie K, Miller JD, van Deursen JM. Naturally occurring p16(Ink4a)-positive cells shorten healthy lifespan. Nature. 2016; 11;530(7589):184-189. doi: 10.1038/nature16932.  

[10] Childs BG, Baker DJ, Wijshake T, Conover CA, Campisi J, van Deursen JM. Senescent intimal foam cells are deleterious at all stages of atherosclerosis. Science. 2016; 28;354(6311):472-477. doi: 10.1126/science.aaf6659.   

[11] Ogrodnik M, Miwa S, Tchkonia T, Tiniakos D, Wilson CL, Lahat A, Day CP, Burt A, Palmer A, Anstee QM, Grellscheid SN, Hoeijmakers JHJ, Barnhoorn S, Mann DA, Bird TG, Vermeij WP, Kirkland JL, Passos JF, von Zglinicki T, Jurk D. Cellular senescence drives age-dependent hepatic steatosis. Nat Commun. 2017; 13;8:15691. doi: 10.1038/ncomms15691.

[12] Aguayo-Mazzucato C, Andle J, Lee TB Jr, Midha A, Talemal L, Chipashvili V, Hollister-Lock J, van Deursen J, Weir G, Bonner-Weir S. Acceleration of β Cell Aging Determines diabetes and senolysis improves disease outcomes. Cell Metab. 2019; 2;30(1):129-142. doi: 10.1016/j.cmet.2019.05.006.

[13] Ogrodnik M, Miwa S, Tchkonia T, Tiniakos D, Wilson CL, Lahat A, Day CP, Burt A, Palmer A, Anstee QM, Grellscheid SN, Hoeijmakers JHJ, Barnhoorn S, Mann DA, Bird TG, Vermeij WP, Kirkland JL, Passos JF, von Zglinicki T, Jurk D. Cellular senescence drives age-dependent hepatic steatosis. Nat Commun. 2017; 13;8:15691. doi: 10.1038/ncomms15691.

[14] Schafer MJ, White TA, Iijima K, Haak AJ, Ligresti G, Atkinson EJ, Oberg AL, Birch J, Salmonowicz H, Zhu Y, Mazula DL, Brooks RW, Fuhrmann-Stroissnigg H, Pirtskhalava T, Prakash YS, Tchkonia T, Robbins PD, Aubry MC, Passos JF, Kirkland JL, Tschumperlin DJ, Kita H, LeBrasseur NK. Cellular senescence mediates fibrotic pulmonary disease. Nat Commun. 2017; 23;8:14532. doi: 10.1038/ncomms14532.

[15] Musi N, Valentine JM, Sickora KR, Baeuerle E, Thompson CS, Shen Q, Orr ME. Tau protein aggregation is associated with cellular senescence in the brain. Aging Cell. 2018; 17(6):e12840. doi: 10.1111/acel.12840.  

[16] Xu M, Pirtskhalava T, Farr JN, Weigand BM, Palmer AK, Weivoda MM, Inman CL, Ogrodnik MB, Hachfeld CM, Fraser DG, Onken JL, Johnson KO, Verzosa GC, Langhi LGP, Weigl M, Giorgadze N, LeBrasseur NK, Miller JD, Jurk D, Singh RJ, Allison DB, Ejima K, Hubbard GB, Ikeno Y, Cubro H, Garovic VD, Hou X, Weroha SJ, Robbins PD, Niedernhofer LJ, Khosla S, Tchkonia T, Kirkland JL. Senolytics improve physical function and increase lifespan in old age. Nat Med. 2018; 24(8):1246-1256. doi: 10.1038/s41591-018-0092-9.  

[17] Justice JN, Nambiar AM, Tchkonia T, LeBrasseur NK, Pascual R, Hashmi SK, Prata L, Masternak MM, Kritchevsky SB, Musi N, Kirkland JL. Senolytics in idiopathic pulmonary fibrosis: Results from a first-in-human, open-label, pilot study. EBioMedicine. 2019; 40:554-563. doi: 10.1016/j.ebiom.2018.12.052.

[18] Mattison JA, Colman RJ, Beasley TM, Allison DB, Kemnitz JW, Roth GS, Ingram DK, Weindruch R, Cabo R, Anderson RM. Caloric restriction improves health and survival of rhesus monkeys. Nat Commun. 2017;8:14063. doi:10.1038/ncomms14063.

[19] Pérez VI, Van Remmen H, Bokov A, Epstein CJ, Vijg J, Richardson A. The overexpression of major antioxidant enzymes does not extend the lifespan of mice. Aging Cell. 2009; 73-75. doi: 10.1111/j.1474-9726.2008.00449.x.  

[20] Rudolph KL, Chang S, Lee HW, Blasco M, Gottlieb GJ, Greider C, DePinho RA. Longevity, stress response, and cancer in aging telomerase-deficient mice. Cell. 1999; 5;96(5):701-712. doi: 10.1016/s0092-8674(00)80580-2.

[21] Kanfi Y, Naiman S, Amir G, Peshti V, Zinman G, Nahum L, Bar-Joseph Z, Cohen HY. The sirtuin SIRT6 regulates lifespan in male mice. Nature. 2012; 22;483(7388):218-221. doi: 10.1038/nature10815.

[22] Martin-Montalvo A, Mercken EM, Mitchell SJ, Palacios HH, Mote PL, Scheibye-Knudsen M, Gomes AP, Ward TM, Minor RK, Blouin MJ, Schwab M, Pollak M, Zhang Y, Yu Y, Becker KG, Bohr VA, Ingram DK, Sinclair DA, Wolf NS, Spindler SR, Bernier M, de Cabo R. Metformin improves healthspan and lifespan in mice. Nat Commun. 2013; 4:2192. doi: 10.1038/ncomms3192.

[23] Harrison DE, Strong R, Sharp ZD, Nelson JF, Astle CM, Flurkey K, Nadon NL, Wilkinson JE, Frenkel K, Carter CS, Pahor M, Javors MA, Fernandez E, Miller RA. Rapamycin fed late in life extends lifespan in genetically heterogeneous mice. Nature. 2009; 16;460(7253):392-395. doi: 10.1038/nature08221.

[24] Kim SS, Lee CK. Growth signaling and longevity in mouse models. BMB Rep. 2019; 52(1):70-85. doi: 10.5483/BMBRep.2019.52.1.299.

[25] Palliyaguru DL, Vieira Ligo Teixeira C, Duregon E, di Germanio C, Alfaras I, Mitchell SJ, Navas-Enamorado I, Shiroma EJ, Studenski S, Bernier M, Camandola S, Price NL, Ferrucci L, de Cabo R. Study of Longitudinal Aging in Mice: Presentation of Experimental Techniques. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2021; 31;76(4):552-560. doi: 10.1093/gerona/glaa285.

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北里大学獣医学部実験動物学研究室 宍戸晧也

関連記事

コットンラット〜全身に病気を併存する不思議な実験動物〜

2)希少疾患モデル-下咽頭梨状窩瘻(かいんとうりじょうかろう)を例に-

 私たちは偶然、HIS/HiphおよびHIS/Mz系コットンラットにおいて、咽頭の梨状陥凹(ヒトだと魚の骨が引っかかりやすい部位)から甲状腺に向かってのびる管状構造を発見しました(9)。管状構造の詳細は系統間で異なり、HIS/Hiphでは管状構造が甲状腺内部におわり化膿性甲状腺炎を発症したのに対し、HIS/Mzでは管状構造は甲状腺の外側を走行し炎症反応はみられませんでした。これら管状構造は、ヒトの下咽頭梨状窩瘻(PSF)というまれな先天性の異常であることがわかりました(10)。ここからは発生の話になります。哺乳類では胎児期の梨状陥凹から①胸腺と上皮小体、そして②甲状腺C細胞が発生し喉頭から胸腔へと移動します。これらは管状構造を形成しますが、移動後に消失すべき管状構造が遺残した疾患がPSFであり、頸部膿瘍や化膿性甲状腺炎に至ります。コットンラットをさらに調べると、HIS/HiphはPSFにカルシトニン陽性のC細胞を含むので②に由来し、HIS/MzのPSFにはC細胞が存在しないので①に由来すると示唆されました。

 私が知る限りコットンラットは唯一のPSFモデル動物で、希少疾患であるヒトPSFの由来推定に極めて有用と考えられます。

 結語として、コットンラットはヒト病原体への感受性だけではなく、多臓器に多様な疾患を併存するユニークな特性を持つことが明らかとなりました。今後はコットンラットを利用し、個々の疾患の成因、疾患間の相互作用や根幹を成す因子の解明につながることを期待いたします。

[引用文献]

1. Oka K, Fujioka S, Kawamura Y, et al. Resistance to chemical carcinogenesis induction via a dampened inflammatory response in naked mole-rats. Commun Biol. 2022; 5: 287.

2. Sia SF, Yan LM, Chin AWH, et al. Pathogenesis and transmission of SARS-CoV-2 in golden hamsters. Nature. 2020; 583: 834-838.

3. Curlee JF, Cooper DM. Cotton Rat. In: The Laboratory Rabbit, Guinea Pig, Hamster, and Other Rodents. Cambridge: Academic Press; 2012. pp. 1105-1113.

4. Watts DM, Peters CJ, Newman P, et al. Evaluation of cotton rats as a model for severe acute respiratory syndrome. Vector Borne Zoonotic Dis. 2008; 8: 339-344.

5. Espeseth AS, Yuan M, Citron M, et al. Preclinical immunogenicity and efficacy of a candidate COVID-19 vaccine based on a vesicular stomatitis virus-SARS-CoV-2 chimera. EBioMedicine. 2022; 82: 104203.

6. 今道友則、高橋和明、信永利馬 実験動物の飼育管理と手技 東京ソフトサイエンス社; 1979. pp. 323.  

7. Ichii O, Nakamura T, Irie T, et al. Female cotton rats (Sigmodon hispidus) develop chronic anemia with renal inflammation and cystic changes. Histochem Cell Biol. 2016; 146: 351-362.

8. Ichii O, Nakamura T, Irie T, et al. Close pathological correlations between chronic kidney disease and reproductive organ-associated abnormalities in female cotton rats. Exp Biol Med (Maywood). 2018; 243: 418-427.

9. Nakamura T, Ichii O, Irie T, et al. Cotton rats (Sigmodon hispidus) possess pharyngeal pouch remnants originating from different primordia. Histol Histopathol. 2018; 33: 555-565.

10. Sheng Q, Lv Z, Xu W, Liu J. Differences in the diagnosis and management of pyriform sinus fistula between newborns and children. Sci Rep. 2019; 9: 18497.

更新履歴

2022年12月19日

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コラム 教育委員会

動物福祉の評価ツールのご紹介-1
〜AVMA主催の“学生動物福祉状況の評価コンテスト”〜

 さて、イリノイ大のニュースによると、このコンテストの目的は、「農業、研究、伴侶など、人間のために使用される動物に影響を与える福祉問題の理解と認識を高めるための教育ツールを経験することであり、倫理的推論に対する理解の上に、科学的理論とデータに基づいた動物福祉の客観的評価を促し、批判的思考を促進し、コミュニケーション能力を向上させる」ことです。参加対象は、3・4年学部生、獣医学部生、院生(1チーム3-5人)であり、動物看護師やAVMA会員の獣医師も少数に限り参加できます(ただし、コンテストの対象外)。参加者はいくつかのシナリオに沿って出題される動物とその福祉状況を分析して、その中から優れたシナリオを選び出し、発表するというものです。

 ニュースでは、“動物福祉のさまざまな事象をそのときどきの断片として客観的かつ定量的に評価することも可能ですが、福祉問題は連続したものであり、どのあたりで許容できるか、どのあたりが好ましいか、または許容できないかの判断は、多くの場合、倫理に基づく選択に帰着するものです。コンテストでは、問題解決へ学際的にアプローチするため、科学に基づく知識を倫理的価値観と統合することを学生に教えています”という風に審査の方法について説明しています。私たちが学生の動物福祉評価を審査するのであれば、北米でどのような基準やチェック方法に従って動物福祉が評価されているのかの具体例を知りたいところです。

 今回はこのくらいにさせていただいて、次は、動物福祉評価のツールについて整理していきたいと思います。

参考文献

1) Beaver B. V. and Bayne K, Chapter 4 – Animal Welfare Assessment Considerations, Laboratory Animal Welfare, 29-38 (2014)

2) Animal welfare judging team provides unique experiential learning for students. (cited 2022. Oct.28)

3) AVMA Animal Welfare Assessment Contest. (cited 2022. Dec. 05)

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コラム

実験動物の里親制度

このように研究機関においては実験動物の健康と福祉を管轄する選任獣医師の承認が必須になっています。さらに演者が所属しているブラウン大学の譲渡動物の基準が説明されていますので併せて紹介します。

・譲渡される動物は健康で、行動に問題がないことが確認されていなければならない。

・FDAが承認した人用もしくは動物用医薬品、サプリメント、もしくは動物用医薬品の薬品グレード化合物以外の物質を投与されていないこと。

・感染性物質に曝露されていないこと。

・遺伝子組換え、もしくは免疫抑制動物ではないこと。

・職員もしくはその家族のペットとしてのみ許可され、販売されないこと。

・人用もしくは動物用の食料とされないこと。

・里親は将来に渡って獣医学的ケアが必要な場合は責任を持つこと。

大学と製薬企業では譲渡条件も異なるとは思いますが(製薬企業は承認前の化合物を投与しているため、この条件では譲渡できない)、基本的には各国の法律や規則、大学や企業の動物実験委員会での規程など厳格なルールのもとに動物を選定する必要があることが分かります。

先にも述べたように里親制度が出来たことで実験動物を譲渡することで救われる命がある一方、命の選別をしなければならない実験従事者がいるのも事実です。彼らの精神的負担を軽減するためにも譲渡動物選定における明快なルールの策定と、実験動物の里親制度の更なるブラッシュアップが求められています。

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コラム

動物福祉の評価ツールのご紹介-2
〜福祉を評価するツールを紹介するサイト1:USDAのNational Agricultural Library〜

“Literature on Welfare Assessment and Indicators” 動物福祉の評価と指標に関する文献へのリンク集

 福祉評価と福祉指標に関する文献を検索できるよう、産業動物用にPubAg、そして実験動物用にPubMedへのリンクが検索式とともに配置されています。検索式や検索文字列作成の詳細についても触れていて、丁寧です。

“Grimace Scale”

 Grimace Scaleは「実験動物の飼養及び保管並びに苦痛の軽減に関する基準の解説」(平成29年10月)に記載があり、実験動物種ではいまや標準的な福祉指標になっていますが、典型的な実験動物種以外の動物について詳しく調べようとすると案外骨が折れるので、このページを知っていると便利です。Grimace Scaleは、顔の様々な部位や体の姿勢を評価することで、動物の痛みを評価するために用いられるスコアリングシステムです。このパートでは典型的な実験動物種や家畜以外の情報にもリンクが貼られています。

“その他の Web リソース”

 最後のパートでは、マカクや動物園動物の福祉アセスメントにも対応できるようリンクが貼られています。

今回はこのくらいにして、次回は、英国NC3Rsの“Welfare Assessment”を扱いたいと思います。

 なお、米国USDAの”Animal Welfare Assessments“を閲覧される際には、ぜひ一度は、National Agricultural LibraryのトップサイトのTopicsメニューを開いて”Animal Health and Welfare”のページにも寄ってみて下さい。いろいろな情報があることにお気づきになることと思います。

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コラム