クリーブランドクリニックの研究者らは、人工知能を利用して腸内微生物叢とアルツハイマー病との関連性を明らかにしている。
これまでの研究では、アルツハイマー病患者では、病気が進行するにつれて腸内細菌に変化が見られることが示されている。 新しく出版されたのは、 セルレポート この研究では、代謝産物と呼ばれる細菌の副産物が細胞上の受容体とどのように相互作用し、アルツハイマー病に寄与するかを決定するための計算手法の概要が説明されています。
クリーブランドクリニックゲノムセンターの初代所長であるフェイシオン・チェン博士は、ルオ・ルーボ脳健康センターおよびマイクロバイオーム・アンド・ヒューマンヘルスセンター（CMHH）と緊密に協力して活動しました。 この研究では、代謝産物と受容体を、相互作用する可能性と、そのペアがアルツハイマー病に影響を与える可能性によってランク付けしています。 このデータは、これまでの代謝物関連疾患の研究に対する最も包括的なロードマップの 1 つを提供します。
細菌は、私たちがエネルギーとして摂取した食物を分解するときに、代謝物を私たちのシステムに放出します。 その後、代謝産物は細胞と相互作用して細胞に影響を与え、健康に役立つこともあれば有害となることもある細胞プロセスを促進します。 アルツハイマー病に加えて、研究者らは代謝産物を心臓病、不妊症、癌、自己免疫疾患やアレルギーと関連付けている。
代謝産物と私たちの細胞の間の有害な相互作用を防ぐことは、病気と戦うのに役立つ可能性があります。 研究者らは、代謝産物が細胞表面の受容体に結合するのを活性化したりブロックしたりする薬剤の開発に取り組んでいる。 標的受容体を特定するために必要な情報が膨大であるため、このアプローチの進歩は遅れています。
腸の代謝物は私たちの体内の多くの生理学的プロセスの鍵であり、すべての鍵には人間の健康と病気の鍵があります。 問題は、私たちのシステムには何万もの受容体と何千もの代謝産物があるため、どのキーがどのロックに入るかを手動で判断するのは時間がかかり、コストがかかることです。 だからこそ私たちはAIを活用することに決めたのです。」
フェイシオン・チェン博士、クリーブランド・クリニック、ゲノムセンター初代所長
チェン博士のチームは、既存の安全性プロファイルを持つ人体の既知の腸内代謝物が、広く適用された場合、アルツハイマー病やその他の複雑な疾患の効果的な予防、さらには介入アプローチを提供できるかどうかをテストしました。
研究の筆頭著者でCheng Lab博士研究員のYunguang Qiu博士が、CMMH研究部長のJ. Mark Brown博士を含むチームの先頭に立った。 ジェームズ・レベレンツ医学博士、クリーブランド・クリニック・ルオ・ルーボ脳健康センター所長、クリーブランド・アルツハイマー病研究センター所長。 そして神経心理学者のジェシカ・コールドウェル博士、ABPP/CN。 ネバダ州クリーブランドクリニックの女性アルツハイマー病運動予防センター所長。
研究チームは、機械学習と呼ばれる AI の一種を使用して、109 万以上の潜在的な代謝産物と受容体のペアを分析し、それぞれの相互作用がアルツハイマー病に寄与する可能性を予測しました。
統合された分析:
- ヒトおよび前臨床アルツハイマー病研究からの遺伝的データおよびプロテオミクスデータ
- 異なる受容体（タンパク質構造）と代謝物の形状
- さまざまな代謝物が患者由来の脳細胞にどのような影響を与えるか
研究チームは、アルツハイマー病患者由来の脳細胞において、アルツハイマー病に影響を与える可能性が最も高い代謝産物と受容体のペアを調査した。
彼らが注目した分子の 1 つはアグマチンと呼ばれる保護代謝物で、脳細胞を炎症やそれに伴う損傷から守ると考えられています。 この研究では、アグマチンがアルツハイマー病においてCA3Rと呼ばれる受容体と相互作用する可能性が最も高いことが判明した。
アルツハイマー病の影響を受けたニューロンをアグマチンで処理すると、CA3R レベルが直接低下し、代謝産物と受容体が相互に影響を及ぼしていることが示されました。 アグマチンで処理されたニューロンでは、アルツハイマー病のマーカーであるリン酸化タウタンパク質のレベルも低下しました。
チェン博士は、これらの実験は、彼のチームの AI アルゴリズムがアルツハイマー病以外の多くの病気に対する新しい研究の道をどのように切り開くことができるかを実証していると述べています。
「私たちは特にアルツハイマー病に焦点を当てましたが、代謝産物と受容体の相互作用は、腸内微生物が関与するほぼすべての病気に関与しています」と同氏は述べた。 「私たちの方法が、代謝物関連疾患と人間の健康の分野全体を進歩させるための枠組みを提供できることを願っています。」 現在、チェン博士と彼のチームは、人間の健康やアルツハイマー病やその他の複雑な疾患を含む病気に及ぼす遺伝的要因と環境要因（食物や腸の代謝物を含む）の間の相互作用を研究するために、これらの AI テクノロジーの開発と応用をさらに進めています。
ソース：
参考雑誌:
邱 裕 他。 （2024年）。 アルツハイマー病における腸内微生物代謝産物と GPCRome の間のマルチオミクス状況の体系的な特徴付け。 セルレポート。 doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114128。
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2024-04-23 06:40:00