JP7123329B2 - 腎臓病の予後予測方法及びシステム - Google Patents

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Description

本発明は、血液試料中のD体及び/又はL体のアミノ酸量に基づき腎臓病の予後を予測する方法、並びに腎臓病についての予後予測システムに関する。
腎臓は、血液からの老廃物や余分な水分を濾過し、尿として排出することで、体液の恒常性を維持することを主な役割とする臓器である。腎臓は、免疫系の異常や薬に対するアレルギー、高血圧、糖尿病、出血や急激な血圧低下、感染症、熱傷に伴う脱水などの要因により障害を受け、腎機能が低下する。腎障害により腎機能が著しく低下した場合に腎不全と呼び、腎機能低下の進行速度の違いにより、急性腎不全(AKI)と慢性腎不全(CKD)に大別される。
急性腎不全(AKI)は、発症までの期間として数時間から数週間である腎不全をいう。急性腎不全は、虚血、薬剤、エンドトキシンショックなどの原因によって腎機能が急激に低下した状態である。急性腎不全を患う患者では、体内代謝産物である尿素窒素やクレアチニンの血中濃度上昇、電解質代謝の異常及びアシド-シスなどの症状が認められ、一般に血清クレアチニン値の急上昇により急性腎不全と診断される。急性腎不全は、治療により回復が期待されるため、より早期の急性腎不全を判別できる診断マーカーの開発が望まれている。しかしながら、診断マーカーとして一般に用いられている血清中クレアチニン濃度は、年齢、性別、筋肉量及び服用する医薬等の条件により変動するので、特異的な診断マーカーとはいえず(非特許文献1)、また好中球ゼラチナーゼ関連リポカリン(NGAL)、インターロイキン-18(IL-18)、腎障害分子(KIM-1)、肝脂肪酸結合タンパク質(FABPs)、シスタチンC等のタンパク質と、ホモバニリン酸硫酸、トリメチルアミン-N-オキシド等の代謝低分子化合物などが報告されているが、より早くより正確に病態を検出できる診断マーカーの開発が期待されている。
慢性腎不全(CKD)は、各種腎障害により、糸球体濾過量で表される腎機能の低下があるか、もしくは腎臓の障害を示唆する所見が慢性的(3カ月以上)に持続する腎不全をいう。慢性腎不全は、日本国の成人人口の約13%に相当する1,330万人が罹患する疾患であり、末期腎不全(ESKD)に至るリスクが高いことから国民の健康を脅かしている。慢性腎不全に有効な治療法はなく、慢性腎不全が進行して腎機能低下が進むと尿毒症の危険があり、人工透析や腎移植が必要となり、医療経済上大きな負担となる(非特許文献2)。慢性腎不全は、自覚症状がないまま病状が進行するため、慢性腎不全の早期発見及び進行抑制のためには、腎不全の早期診断マーカーによる診断が必要である。しかし、糸球体濾過量で表される腎機能の変化が起こるより早い時期から腎障害の進行を正確に反映する診断マーカーとして満足できるものは、現在の所いまだ存在しない。
腎臓病の予後予測やリスクの予測は、腎臓病のマーカーであるクレアチニンやシスタチンC値から算出された推定糸球体濾過量(eGFR)により行われているが、その精度をより高める予後予測マーカーの開発が必要とされている(非特許文献7:New england Jounral)。
従来、哺乳類の生体には存在しないと考えられていたD-アミノ酸が、様々な組織において存在することが明らかにされてきており、何らかの生理機能を担うことが予測されていた。また、血清中のD-アミノ酸のうち、D-セリン、D-アラニン、D-プロリン、D-セリン、D-グルタミン酸、D-アスパラギン酸の濃度が、腎不全の診断マーカーとして機能しうることが示されてきている(非特許文献3、非特許文献4、非特許文献5、非特許文献6)。さらに、D-セリン、D-スレオニン、D-アラニン、D-アスパラギン、アロD-スレオニン、D-グルタミン、D-プロリン及びD-フェニルアラニンからなるグループから選択される1種類又は2種類以上のアミノ酸が、腎臓病の病態指標値とすることができることが開示されている(特許文献1)。しかしながら、D-アミノ酸を慢性腎障害の予後予測に使用することについては、未だ知見が得られていなかった。
国際公開第2013/140785号
Slocum, J. L.ら、Transl Res. 159:277 (2012) KDIGO 2012 Clinical Practice Guideline for the Evaluation and Management of Chronic Kidney Disease, Kidney International Supplements 1 (2013) Fukushima,T.ら、Biol. Pharm. Bull. 18: 1130(1995) Nagata.Y Viva Origino Vol.18(No.2) (1990)第15回学術講演会講演要旨集 Ishidaら、北里医学 23:51~62 (1993) Yong Huangら、Biol. Pharm. Bull. 21:(2)156-162(1998) Shlipak MGら、 Cystatin C versus creatinine in determining risk based on kidney function. N Engl J Med. 2013 Sep 5;369(10):932-43.
糸球体濾過量及び血清中クレアチニン濃度などの既存の腎臓病の予後予測マーカーとは、異なる腎臓病の予後予測マーカーを同定し分析する技術、並びにそれにより腎臓病の予後を正確に判定する技術の開発が望まれている。
本発明者らは、慢性腎不全患者を含むコホートの血液試料中のキラルアミノ酸プロファイルを解析したところ、いくつかのキラルアミノ酸により患者の予後を高い精度で予測することができることを見いだし、本発明に至った。
したがって、本発明は、対象における腎臓病の予後予測方法であって、
対象の血液試料中のキラルアミノ酸の量を測定する工程;及び
前記キラルアミノ酸量に基づき前記対象における腎臓病の予後を決定する工程
を含む、方法に関する。
さらに別の態様では、本発明の予後予測方法を実施することができる試料分析システムに関する。このような試料分析システムは、記憶部と、入力部と、分析測定部と、データ処理部と、出力部とを含んでおり、血液試料を分析し、予後の情報を出力することができる。
さらに別の態様では、本発明の試料分析システムにインストールされうるプログラム及び当該プログラムを格納する記憶媒体にも関する。
腎臓病の予後を予測することが可能とする、対象の血液試料中のキラルアミノ酸量に基づく予後予測マーカーを提供することができる。
図1は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-アスパラギンの量(a)、D-アスパラギンの量(b)、及びD-アスパラギン/L-アスパラギン(c)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図2は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-セリンの量(a)、D-セリンの量(b)、及びD-セリン/L-セリン(c)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図3は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-アラニンの量(a)、D-アラニンの量(b)、及びD-アラニン/L-アラニン(c)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図4は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-プロリンの量(a)、D-プロリンの量(b)、及びD-プロリン/L-プロリン(c)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図5は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-イソロイシンの量(a)及びD-アロ-イソロイシンの量(b)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図6は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-ロイシンの量(a)及びD-ロイシンの量(b)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図7は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-リジンの量(a)及びD-リジンの量(b)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図8は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-アスパラギン酸の量(a)及びD-アスパラギン酸の量(b)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図9は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-グルタミン酸の量(a)及びD-グルタミン酸の量(b)を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図10は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-トリプトファンの量を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図11は、108名の腎臓病患者を含むコホートにおいて、ベースライン時のL-アルギニンの量(a)、D-アルギニンの量(b)、及びD-アルギニン/L-アルギニン(c)の量を3分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図12は、20ml/min/1.73m2の以上のeGFRを有する42名の腎臓病患者を含むコホートに分け、当該コホートにおいて、ベースライン時のD-アスパラギンの量(a)及びD-プロリンの量(b)を2分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図13は、20ml/min/1.73m2以下のeGFRを有する66名の腎臓病患者を含むコホートに分け、当該コホートにおいてベースライン時のD-セリンの量を2分位に分け、その予後をカプランマイヤー解析に供した結果を示す。 図14は、本発明の予後予測分析システムの構成図である。 図15は、腎臓病の予後を決定するための動作の例を示すフローチャートである。 図16-Aは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Asn値、(2)D-Asn値、及び(3)D/L-Asn値との相関を示す図である。 図16-Bは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Ser値、(2)D-Ser値、及び(3)D/L-Ser値との相関を示す図である。 図16-Cは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Asp値、(2)D-Asp値、及び(3)D/L-Asp値との相関を示す図である。 図16-Dは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Ala値、(2)D-Ala値、及び(3)D/L-Ala値との相関を示す図である。 図16-Eは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Ile値、及び(2)D-アロ-Ile値との相関を示す図である。 図16-Fは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Phe値、(2)D-Phe値、及び(3)D/L-Phe値との相関を示す図である。 図16-Gは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Lys値、(2)D-Lys値、及び(3)D/L-Lys値との相関を示す図である。 図16-Hは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Thr値、及び(2)D-アロ-Thr値との相関を示す図である。 図16-Iは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Pro値、(2)D-Pro値、及び(3)D/L-Pro値との相関を示す図である。 図16-Jは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Leu値、(2)D-Leu値、及び(3)D/L-Leu値との相関を示す図である。 図16-Kは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Trp値との相関を示す図である。 図16-Lは、推定糸球体濾過量(eGFR)と(1)L-Tyr値との相関を示す図である。
本発明に係る腎臓病の予後予測方法は、対象の血液試料中の少なくとも1のキラルアミノ酸の量を測定する工程、及び前記キラルアミノ酸の測定量と前記対象における予後との関連付けをする工程を含む。
キラルアミノ酸の量を測定する工程は、目的のキラルアミノ酸のみを測定してもよいし、他のキラルアミノ酸とまとめて測定することもできる。キラルアミノ酸は、腎臓病以外のマーカーにもなりうることから、複数の疾患を一度に解析する観点からは、血液試料中の20種のタンパク質構成アミノ酸について、D体及びL体をまとめて測定することが好ましい。キラルアミノ酸の量を測定する工程の前に、血液試料を取得する工程、取得された血液試料を処理する工程が行われてもよい。
キラルアミノ酸の測定量と前記対象における予後との関連付けをする工程とは、キラルアミノ酸の測定量を用いて対象における予後とを関連づける限りにおいて任意の手法を用いてよい。キラルアミノ酸の測定量のみから関連付けを行ってもよいし、キラルアミノ酸の測定量を、任意の変数や定数で加工した指標値を用いて関連付けを行ってもよい。本発明では、指標値とは、アミノ酸の測定量であってもよいし、測定量に基づいて計算されてもよく、例えば対応する異性体(すなわち、D体ならL体、L体ならD体)との濃度比、割合等であってもよい。変数としては、対応する異性体の量の他に、年齢、体重、性別、BMI、eGFRなど、キラルアミノ酸量に影響しうる任意の変数を利用することができる。
対象の予後との関連付けをする工程は、特定のキラルアミノ酸量がカットオフ値を超えた場合に腎臓病の予後不良と関連付け、特定のキラルアミノ酸量がカットオフ値を超えない場合に腎臓病の予後良好と関連づけることができる。カットオフ値を高値側又は低値側のどちらに超えるかについては、使用するキラルアミノ酸が、腎臓病を患う場合に増加するのか減少するのかに応じて適宜選択できる。例えば、D-アミノ酸の場合、腎臓病患者では増加するため、高値群に属した場合に、腎臓病の予後不良と関連付け、低値群に属した場合に、腎臓病の予後良好と関連づけられる。対象の予後との関連付けをする工程には、高値群に属するかを決定するために、予め決定されたカットオフ値と比較する工程を含んでもよく、さらに比較結果に基づき予後を判定する判定工程を含んでもよい。
予後とは、罹病した場合において、その病気のたどる経過についての医学上の見通しをいうが、本発明においては、罹病していないか、又は罹病が判明していない対象についても、腎臓病のたどる経過について見通しを予測することができる。したがって、本明細書にいう対象とは、腎臓病の患者、腎臓病と未だ診断されていない対象、及び健常者を包含するものとする。このような対象には、腎臓病以外の疾患を患っている患者が含まれてもよい。
腎臓病の予後の予測は、将来における腎臓病に対するリスク分類又は層別化ということもできる。予後予測により予測される予後不良としては、特に限定されないが、例えば腎臓アウトカム、すなわち末期腎臓病(ESKD)及び死亡、が挙げられる。死亡には全死因が含まれてもよいし、より好ましくは腎臓病に関連する死因である。末期腎臓病(ESKD)とは、慢性腎臓病の末期状態であり、腎代替療法、例えば透析や腎移植を必要とする状態である。本発明の予後予測は、現在の罹病状態に関わらず、将来における、対象が腎代替療法の必要性や死亡を決定することができる。予後が予測される時点は任意の時点であってよく、使用するコホート及びその調査期間に応じて任意に選択することができる。予後が予測される時点としては、例えば、三ヶ月先、半年先、1年先、2年先、3年先、4年先、5年先、6年先及び10年先からなる群から任意に選択することができる。
予後予測は、具体的に、血液試料中の少なくとも1のキラルアミノ酸の量を、2又はそれ以上の群に分類し、その分類に応じて予後を予測することができる。本発明者らにより、血液中のキラルアミノ酸のうち、D-アミノ酸の量が高値になると、腎臓病の予後が悪くなることが見いだされていることから、高値群に属する場合に、予後が不良となると関連づけることができ、これにより予後予測又は予後判定される。したがって、予後予測方法は、医師ではない医療補助者などにより行われてもよいし、分析機関などが行うこともできる。したがって、本発明の予後予測方法は、診断の予備的方法又は補助方法と言うこともできる。
高値群の境界は、コホートを解析し、統計処理することで任意に決定することができる。統計処理の手法は、当業者に周知のものを使用すればよく、例えばカプランマイヤー解析、コックス比例ハザードモデルなどが用いられる。コホートの種類によって、境界を定めるカットオフ値は異なるが、一例として、本願実施例で使用したコホートをカプランマイヤー解析により、D-セリンでは5.6μmol/L、D-アスパラギンでは0.7μmol/L、D-プロリンでは4.7μmol/L、D-アラニンでは5.2μmol/L、D-ロイシンでは0.5μmol/L、D-リジンでは0.6μmol/L、D-アロ-イソロイシンでは0.1μmol/L、L-グルタミン酸では65.0μmol/L、L-アラニンでは460μmol/L、L-トリプトファンでは42.4μmol/L、L-アスパラギンでは67.2μmol/L、L-アスパラギン酸では32μmol/Lをカットオフ値として使用することができる。また、腎臓アウトカム(腎代替療法を必要とする末期腎臓病及び全死因の死亡)に至る対象では、D-アロ-イソロイシン、D-ロイシン、及びD-Lysが観察される一方で、腎臓アウトカムに至らない対象ではほとんど観察されないことから、これらのキラルアミノ酸については検出感度以上で存在すれば、予後不良であると判定することができる。対象の血中D-アミノ酸濃度が、これらのカットオフ値より高い場合に、将来的に対象が末期腎臓病(ESKD)に陥るか、又は死亡する可能性が高く、予後不良であると判定することができる。しかしながら、使用されるカットオフ値を、上記カットオフ値に限定されることを意図するものではない。
本発明において、特定のキラルアミノ酸とは、タンパク質構成アミノ酸のD体又はL体のことをいう。D体とL体は体内の動態や代謝が異なるため、D体とL体を識別することにより高い精度で予後予測が可能となる。タンパク質構成アミノ酸としては、アラニン(Ala)、アルギニン(Arg)、アスパラギン(Asn)、アスパラギン酸(Asp)、システイン(Cys)、グルタミン(Gln)、グルタミン酸(Glu)、グリシン(Gly)、ヒスチジン(His)、イソロイシン(Ile)、ロイシン(Leu)、リシン(Lys)、メチオニン(Met)、フェニルアラニン(Phe)、プロリン(Pro)、セリン(Ser)、トレオニン(Thr)、トリプトファン(Trp)、チロシン(Tyr)、及びバリン(Val)が挙げられる。このうち、より高い精度で予後予測を可能にする観点から、D-セリン(D-Ser)、D-アスパラギン(D-Asn)、D-アラニン(D-Ala)、D-プロリン(D-Pro)、D-ロイシン(D-Leu)、D-リジン(D-Lys)、D-アロ-イソロイシン(D-allo-Ile)、L-グルタミン酸(L-Glu)、L-アラニン(L-Ala)、L-トリプトファン(L-trp)、L-アスパラギン(L-Asn)、及びL-アスパラギン酸(L-Asp)が好ましい。さらにより高い精度で予後予測を可能にする観点から、D-セリン(D-Ser)、D-アスパラギン(D-Asn)、D-アラニン(D-Ala)、D-プロリン(D-Pro)、D-ロイシン(D-Leu)、D-リジン(D-Lys)、D-アロ-イソロイシン(D-allo-Ile)がより好ましい。さらにより高い精度で予後予測を可能にする観点から、D-セリン(D-Ser)がさらにより好ましい。
試料中のキラルアミノ酸量の測定は、当業者に周知でありいかなる方法を用いて実施してもよい。例えば、予めo-フタルアルデヒド(OPA)、N-tert-ブチルオキシカルボニル-L-システイン(Boc-L-Cys)その他の修飾試薬で立体異性特異的にD-及びL-アミノ酸を誘導体化し、その後、ODS-80TsQAのような分析カラムを用いて100mMの酢酸塩緩衝液(pH6.0)とアセトニトリルの混液をグラジエント溶離して分離する方法により、アミノ酸のD-体及びL-体の同時測定に用いることができる。また、予め4-フルオロ-7-ニトロ-2,1,3-ベンゾキサジアゾール(NBD-F)のような蛍光試薬でD-及びL-アミノ酸を誘導体化し、その後、ODS-80TsQA、Mightysil RP-18GP等のような分析カラムを用いて立体異性非特異的に各アミノ酸を分離した後、Pirkle型キラル固定相カラム(例えばSumichiral OA-2500S又はR)を用いて光学分割する方法が、タンパク質を構成するアミノ酸の微量測定に用いることができる(浜瀬健司及び財津潔、分析化学、53巻、677-690(2004))。本明細書における光学分割カラム系は、少なくとも光学分割カラムを用いる分離分析系をいい、光学分割カラム以外の分析カラムによる分離分析を含む場合がある。より具体的に、光学異性体を有する成分を含む試料を、移動相としての第一の液体と共に、固定相としての第一のカラム充填剤に通じて、前記試料の前記成分を分離するステップ、前記試料の前記成分の各々をマルチループユニットにおいて個別に保持するステップ、前記マルチループユニットにおいて個別に保持された前記試料の前記成分の各々を、移動相としての第二の液体と共に、固定相としての光学活性中心を有する第二のカラム充填剤に流路を通じて供給し、前記試料の成分の各々に含まれる前記光学異性体を分割するステップ、及び前記試料の成分の各々に含まれる前記光学異性体を検出するステップを含むことを特徴とする光学異性体の分析方法を用いることにより、試料中のD-/L-アミノ酸濃度を測定することができる(特許第4291628号)。代替的には、アミノ酸の光学異性体を識別するモノクローナル抗体、例えばD-ロイシン、D-アスパラギン酸等に特異的に結合するモノクローナル抗体を用いる免疫学的手法によってD-アミノ酸を定量することができる(特開2009-184981号)。
本発明では、血液試料中のキラルアミノに基づく指標値を単独で予後予測に用いてもよいし、予後予測に用いることができる他の1以上のキラルアミノ酸量に基づく指標値と組み合わせて予後予測に用いることもできる。また、本発明の予後予測方法は、さらに腎臓病に関する変数を測定する工程を含んでもよく、キラルアミノ酸量に基づく指標値と、かかる変数とを組み合わせて、予後との関連付けをすることができる。このような変数として、糖尿病の病歴、年齢、性別、ヘモグロビンレベル、平均血圧、心血管事象の病歴、及び抗高血圧薬の使用の有無が挙げられ、更には既知の腎臓病診断又は予後予測マーカーも挙げられる。このような既知の腎臓病診断又は予後予測マーカーとしては、eGFR、血中クレアチニン濃度、シスタチンC、尿タンパク質レベルなどが挙げられる。これらの変数を考慮にいれることは、統計分析の定法に基づいて実施することができる。例えばSTATA統計ソフトウェアversion 11(STATA Corporation, College Station, TX, USA)において、多変量コックス回帰分析において、変数として考慮入れることができる。
本発明の予後予測方法で予後を予測又は判定した場合に、さらにその予後に応じて治療が行われる。以下のものに限定されるものではないが、例えば予後不良と予測又は判定された場合には、生活習慣の改善、食事指導、血圧管理、血糖値管理、脂質管理などの治療をさらに行うことが必要となる。生活習慣の改善としては、例えば禁煙やBMI値の低下のための運動が推奨される。食事指導として、高血圧の改善を目的として塩分摂取の低下が推奨される。血圧管理としては、高血圧の改善を目的として、ACE阻害剤やARBの投与が推奨される。血糖値管理としては、HbA1cの低下を目的として、インスリン投与が推奨される。脂質管理としては、LDLコレステロールの低下を目的として、高脂血症薬の投与が推奨される。これらの治療方針は、キラルアミノ酸量に基づいて、医師との問診を受けた上で決定される。したがって、本発明の別の態様では、本発明の予後予測方法を実施し、さらに腎臓病の治療行うことを含む、腎臓病の治療方法に関する。
腎障害の判定は、血液試料中の少なくとも1のキラルアミノ酸の量に基づき行われる。
本発明者らにより、血液中のD-アスパラギン、D-セリン、D-アスパラギン酸、D-アロ-スレオニン、D-アラニン、D-プロリン、D-ロイシン、L-ヒスチジン、L-セリン、L-アスパラギン酸、L-アラニン、L-イソロイシン、L-フェニルアラニン、L-トリプトファン、L-リジン、及びL-チロシンからなる群から選ばれる少なくとも1のキラルアミノ酸の量が、eGFR値と相関することが見出されている(図16A-L)ことから、これらのキラルアミノ酸量を用いて、腎障害を判別できる。より具体的には、腎障害は、血液試料中の少なくとも1のキラルアミノ酸の量を、予め分類された2又はそれ以上の群に当てはめることにより腎障害を判定でき、さらなる態様では腎障害の重篤度を判定することができる。
腎障害の判定のための境界も同様にコホートを解析し、統計処理することで任意に決定することができる。統計処理の手法は、当業者に周知のものを使用すればよく、例えばROC解析、t検定などが用いられてもよいし、健常者群又は患者群の平均値、中央値、Xパーセンタイル値を使用することもできる。ここでXは任意の数値を選択することができ、3、5、10、15、20、30、40、60、70、80、85、90、95、97を適宜使用することができる。カットオフ値は1つであってもよいし、疾患の重篤度に応じて病態を分類することもできる。腎障害の判定に用いられるキラルアミノ酸としては、D-アスパラギン、D-セリン、D-アスパラギン酸、D-アロ-スレオニン、D-アラニン、D-プロリン、D-ロイシン、L-ヒスチジン、L-セリン、L-アスパラギン酸、L-アラニン、L-イソロイシン、L-フェニルアラニン、L-トリプトファン、L-リジン、及びL-チロシンが挙げられ、それぞれのカットオフ値はコホート解析を行い任意に決定することができる。対象の血中D-アミノ酸濃度が、カットオフ値より高い場合に、腎障害と判定することができる。
本発明のさらなる態様では、本発明は、血液試料中の少なくとも1のキラルアミノ酸の量に基づき、eGFR値を決定する方法に関する。この方法では、血液試料中の少なくとも1のキラルアミノ酸の量を測定する工程、及び当該少なくとも1のキラルアミノ酸の測定値に基づきeGFR値を決定する工程を含む。一の態様では、キラルアミノ酸の測定値に基づきeGFR値を決定する工程は、予め決定された回帰曲線に基づいて決定することができる。さらに別の態様では、キラルアミノ酸の測定値に基づきeGFR値を決定する工程は、予めコホートをキラルアミノ酸の量に応じて複数の群に分け、当該群とeGFR値又はその範囲とが予め関連づけておき、測定値を当該群に分類すればよい。このようなキラルアミノ酸としては、D-アスパラギン、D-セリン、D-アスパラギン酸、D-アロ-スレオニン、D-アラニン、D-プロリン、D-ロイシン、L-ヒスチジン、L-セリン、L-アスパラギン酸、L-アラニン、L-イソロイシン、L-フェニルアラニン、L-トリプトファン、L-リジン、及びL-チロシンからなる群から選ばれる少なくとも1のアミノ酸を使用することができる。
本発明の試料分析システム及びプログラムは、発明の予後予測方法を実施するように構成される。図14は、本発明の試料分析システムの構成図である。このような試料分析システム10は、記憶部11と、入力部12、分析測定部13と、データ処理部14と、出力部15とを含んでおり、血液の試料を分析し、予後情報を出力することができる。より具体的に、本発明の試料分析システム10において、
記憶部11は、入力部12から入力された腎臓病の予後を判別するための、血中キラルアミノ酸量に基づく指標値のカットオフ値と予後情報を記憶し、
分析測定部13は、前記対象の血液試料中のタンパク質構成アミノ酸のうちの少なくとも1のキラルアミノ酸を分離して定量し、
データ処理部14は、前記少なくとも1のキラルアミノ酸の測定量に基づき指標値を計算し、当該指標値を、記憶部11に記憶されたカットオフ値と比較することにより、対象の腎臓病の予後情報を決定し、
出力部15が対象の腎臓病の予後についての病態情報を出力することができる。
記憶部11は、RAM、ROM、フラッシュメモリ等のメモリ装置、ハードディスクドライブ等の固定ディスク装置、又はフレキシブルディスク、光ディスク等の可搬用の記憶装置などを有する。記憶部は、分析測定部で測定したデータ、入力部から入力されたデータ及び指示、データ処理部で行った演算処理結果等の他、情報処理装置の各種処理に用いられるコンピュータプログラム、データベースなどを記憶する。コンピュータプログラムは、例えばCD-ROM、DVD-ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体や、インターネットを介してインストールされてもよい。コンピュータプログラムは、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部にインストールされる。
入力部12は、インターフェイス等であり、キーボード、マウス等の操作部も含む。これにより、入力部は、分析測定部13で測定したデータ、データ処理部14で行う演算処理の指示等を入力することができる。また、入力部12は、例えば分析測定部13が外部にある場合は、操作部とは別に、測定したデータ等をネットワークや記憶媒体を介して入力することができるインターフェイス部を含んでもよい。
分析測定部13は、血液試料中のキラルアミノ酸の量の測定工程を行う。したがって、分析測定部13は、キラルアミノ酸の分離及び測定を可能にする構成を有する。アミノ酸は、1つずつ分析されてもよいが、一部又は全ての種類のアミノ酸についてまとめて分析することができる。分析測定部13は、以下のものに限定されることを意図するものではないが、例えば試料導入部、光学分割カラム、検出部を備えた高速液体クロマトグラフィーシステム(HPLC)であってもよい。分析測定部13は、試料分析システムとは別に構成されていてもよく、測定したデータ等をネットワークや記憶媒体を用いて入力部12を介して入力されてもよい。
データ処理部14は、測定されたキラルアミノ酸の測定量から、指標値を計算し、得られた指標値を記憶部11に記憶されたカットオフ値と比較することにより、腎臓病の予後を判別するように構成される。データ処理部14は、記憶部に記憶しているプログラムに従って、分析測定部13で測定され記憶部11に記憶されたデータに対して、各種の演算処理を実行する。演算処理は、データ処理部に含まれるCPUによりおこなわれる。このCPUは、分析測定部13、入力部12、記憶部11、及び出力部15を制御する機能モジュールを含み、各種の制御を行うことができる。これらの各部は、それぞれ独立した集積回路、マイクロプロセッサ、ファームウェアなどで構成されてもよい。
出力部15は、データ処理部で演算処理を行った結果である病態指標値及び/又は病態情報を出力するように構成さる。出力部15は、演算処理の結果を直接表示する液晶ディスプレイ等の表示装置、プリンタ等の出力手段であってもよいし、外部記憶装置への出力又はネットワークを介して出力するためのインターフェイス部であってもよい。
図15は、本発明のプログラムによる予後を決定するための動作の例を示すフローチャートであり、図15は、本発明のプログラムによる予後情報を決定するための動作の例を示すフローチャートである。
具体的に、本発明のプログラムは、入力部、出力部、データ処理部、記憶部とを含む情報処理装置に予後情報を決定させるプログラムである。本発明のプログラムは、以下の:
入力部から入力された少なくとも1のキラルアミノ酸の予め決定された指標値のカットオフ値と予後情報を記憶させ;
入力部から入力された少なくとも1のキラルアミノ酸の量の測定値を記憶部に記憶させ、
データー処理部において、記憶部に記憶させた測定値に基づき指標値を計算し、当該指標値と記憶部に記憶されたカットオフ値とを比較させて、予後情報を決定し;
予後情報を記憶部に記憶させ、そして
記憶された予後情報を出力部に出力させる
ことを前記情報処理装置に実行させるための指令を含む。本発明のプログラムは、記憶媒体に格納されてもよいし、インターネット又はLAN等の電気通信回線を介して提供されてもよい。
本発明のさらなる態様では、本発明は、本発明のeGFR値を決定する方法を実行するeGFR値の決定システムにも関する。このシステムは、記憶部、入力部、データ処理部、及び出力部を含み、以下の:
入力部から、eGFR値を判定するための血中キラルアミノ酸のうちの少なくとも1種類のアミノ酸の量と、eGFR値との回帰曲線又はカットオフ値が入力され、記憶部に記憶し、
入力部から、対象の血液試料中のキラルアミノ酸のうちの少なくとも1種類のアミノ酸の量の測定値が入力され、記憶部に記憶し、
データ処理部が、記憶された前記アミノ酸の量の測定値と、前記回帰曲線又はカットオフ値とに基づいて、対象のeGFR値を決定し;
eGFR値を出力部に出力する
ことができる。
情報処理装置が、分析測定部を備える場合、入力部から少なくとも1のキラルアミノ酸の量の値を入力させる代わりに、分析測定部が、血液試料からキラルアミノ酸を分離して測定し、測定値を記憶部に記憶させることを情報処理装置に実行させるための指令を含んでもよい。
本明細書において言及される全ての文献はその全体が引用により本明細書に取り込まれる。
以下に説明する本発明の実施例は例示のみを目的とし、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載によってのみ限定される。本発明の趣旨を逸脱しないことを条件として、本発明の変更、例えば、本発明の構成要件の追加、削除及び置換を行うことができる。
集団及びサンプルの分析
本発明者らは、2005年8月~2009年1月にわたり、りんくう総合医療センター(Rinku General Medical Centre)の第一腎臓内科から、透析を受けていないCKDステージ3、4及び5を患う118名の継続患者を、前向き調査に登録した。一晩の絶食後に、患者からベースライン血液試料を取得し、プラスチック製チューブに入れて血漿を調製した。不十分な血液試料しか取得できなかった患者を先んじて取り除いた。
本試験は、りんくう総合医療センターの倫理委員会により承認された試験であり、そしてヘルシンキ宣言に基づいて行われた。
ベースラインの包含基準は、年齢90歳未満、悪性腫瘍についての合併症無し、及び感染症への感染無しとした。不完全なベースラインデータしか得られなかった患者(n=2)又は不十分な量の血漿試料しか取得できなかった患者(n=4)、及び登録後1月以内に腎代替療法を開始した患者(n=4)を取り除いた。本試験は、りんくう総合医療センターの施設内倫理委員会及び大阪総合医療センターにより承認され、そして全ての患者に対して、本試験に参加することについて記入式のインフォームドコンセントを得た。腎機能は、日本人に対して新たに開発された等式に基づいて推定糸球体濾過量(eGFR)を使用して、本医院を最初に受診した際のベースラインデータから評価した。
式は以下の通りである:
Figure 0007123329000001
{式中、年齢の単位は年であり、SCrの単位はmg/dLであり、そして糸球体濾過量(GFR)の単位は、mL/min/1.73m2体表面である}。
女性患者には、数式の計算値に補正係数0.739をかけた。
血清クレアチニンを、同施設内の酵素方法により計測した。ランダムな尿試料(10ml)をベースライン決定時に回収して、尿タンパクとクレアチニンの比率を測定した。ベースラインにおける他の変数は、年齢、性別、国際疾病分類第10版(ICD10)のコードE10~E14に従って定義される糖尿病、収縮期血圧、拡張期血圧、ヘモグロビン、及びレニン-アンギオテンシ系阻害剤、βブロッカー、及びカルシウムブロッカーの使用であった。患者のベースライン特徴は以下のとおりである:
Figure 0007123329000002
本試験において「腎臓アウトカム(kidney outcome)」として定義される最初のエンドポイントは、腎代替療法を必要とする末期腎臓病(ESKD)と、全死因死亡の合計とした。患者は、外来で通常のフォローアップケアを受けた。データーを、2011年末にソース文書として回収した。ベースライン及びフォローアップデータを、病院の医療記録及び退院サマリー、外来記録、初診及び透析ケア医師との面会、及び死亡診断書から回収した。エンドポイントは、少なくとも2名の医師により確認された。患者のフォローアップは、正確に利用できた。なぜなら(i)本施設が、大阪府の南部の中央病院であり、そしてこの地方に他の中央病院が無いこと、及び(ii)初診及び透析ケアの医師との地域的パートナーシップが良好であったからである。
サンプル調製
ヒト血漿からのサンプル調製は、Journal of Chromatography. B, Analytical technologies in the biomedical and life sciences 966, 187-192 (2014)の記載に従い改変して行った。簡潔に記載すると、20倍量のメタノールを血漿に加え、そして一定量(メタノールホモジネートから得た10μlの上清)を、褐色管にとり、そしてNBD誘導化した(0.5μlの血漿を反応に用いた)。溶液を減圧下で乾燥し、20μlの200mMホウ酸ナトリウム緩衝液(pH8.0)及び5μlの蛍光標識試薬(40mMの4-フルオロ-7-ニトロ2,1,3-ベンゾオキサジアゾール(NBD-F)をいれた無水MeCN)を加え、次に60℃で2分間加熱した。0.1%TFA水溶液(75μl)を加え、そして2μlの反応混合液を2D-HPLCに供した。
2D-HPLCによるアミノ酸エナンチオマーの測定
アミノ酸のエナンチオマーを、J Chromatogr A 1217, 1056-1062 (2010)やJournal of chromatography. B, Analytical technologies in the biomedical and life sciences 877, 2506-2512 (2009)に記載される通りに、マイクロ2D-HPLCプラットフォームを用いて定量した。簡潔に記載すると、アミノ酸のNBD-誘導体を、逆相カラム(モノリシックODSカラム、0.53mmi.d.×100mm;資生堂)を用い、MeCN、THF及びTFAを含む水性移動相を用いて勾配溶出した。D体及びL体を分離して測定するために、標的アミノ酸の画分をマルチループバルブを用いて自動的に回収し、そしてエナンチオ選択カラム(KSAACSP-001S又はSumichiral oA-3200, 1.5mmi.e. ×250mm;自己充填、材料を資生堂及びSumika Chemical Analysis Serviceから取得した))に供した。4種の立体異性体(L体、D体、L-アロ体、D-アロ体)を有するIleやThrの計測には、L体及びD体と、ジアステレオ異性体(L-アロ体及びDアロ体)とを第一次元の逆相モードにより分離した(これらのジアステレオ異性体は、逆相モードで分離される)。次にそのエナンチオマー(LとD、L-アロとD-アロ)をエナンチオ選択カラムにより二次元で分離した。移動相は、クエン酸又はギ酸を含むMeOH-MeCNの混合溶液であり、そしてNBD-アミノ酸の蛍光を、470nmで励起し、530nmで検出した。全ての定量データを蛍光検出により取得した。HPLC-MS/MSを用いて、実際の生物的マトリクス中のD-アミノ酸の存在を確認した。
統計処理
連続変数は、中央値と範囲として、又は四分位範囲(IQR)として示した。不連続なデータは、カウント及び比(%)として与えた。代謝物は、中央値(四分位)として示した。相関は、スピアマンランク回帰分析を用いて評価した。複数のCox比例ハザードモデルを作成して、ベースラインの特性で調節することにより、代謝物の診断的役割を評価した。ログランク検定を用いて、中央値により層別化された生存分布の同等性を評価した。統計的有意差をP<0.05で定義した。統計分析をSTATA統計ソフトウェアversion 11(STATA Corporation, College Station, TX, USA)を用いて行った。
結果
コホートのアミノ酸メタボロームプロファイル
本発明者らは、CKD患者からなる長期コホートに対してキラルアミノ酸メタボロームプロファイリングを行った。フォローアップ期間の中央値が4.3年(四分位範囲、2.4~5.5年)である108名の参加者からデータが生成された。フォローをやめた患者はいなかった。ベースラインの特徴を表1に示す。これらの患者のうち、58名が腎代替療法を開始し、そして15名が死亡し、そのうち4名が腎代替療法を開始前に死亡した。このコホートについて、2次元HPLC法を用いてキラルアミノ酸メタボロームプロファイリングを行った。このシステムは、内因性の物質からの重大な干渉を伴わずに、キラル選択性をもって、タンパク質構成アミノ酸のエナンチオマーを約1fmol~100pmolの範囲で検出を可能にする。実験間の相対標準偏差(n=4)は、1.10~8.19%であった。ヒト血漿サンプルを分析する際の再現性を考慮して、幾つかのサンプルを用いて二回の分析を行い、そしてほとんど同じ結果を得た。幾つかのD体アミノ酸をエナンチオ選択2D-HPLC分析により、CKD患者の血漿において観察した。D-Ser、D-Ala、D-Pro、及びD-Asnが、多くの患者において検出された(89~100%)、D-Asp、D-Lys、D-アロ-Thr、D-Glu、D-Arg及びD-Hisを10~40%の患者で検出し、そしてD-Leu、D-Phe、及びD-アロ-Ileが散発的に検出された(10%未満の患者で検出)。注釈として、このコホートで検出されたアロ-Thrは、D-アロ-Thrのみからなった。生体では、α炭素の変換が主に生じており、D-アロ体が、L-Thr及びL-Ileから生じる。その結果、D-アロ体は、これらの二つのアミノ酸のD体よりも多くなる。
キラルアミノ酸と、臨床パラメーターとの相関
本発明者らは、臨床パラメーターとキラルアミノ酸との間のベースラインとの相関を評価した。D-Ser、D-Pro、及びD-Asnのレベルが、推定糸球体濾過量(eGFR)と強い逆相関性を示した。一方他のD-Ala、D-Asp、及びD-アロ-Thrは弱い相関性を示した。特筆すべきは、L-Serのレベルが、eGFRと正の相関を示し、したがってD/L-Serが、eGFRとさらに強い相関を示した(図16A-L)。
腎臓アウトカムとキラルアミノ酸の相関
カプランマイヤー曲線分析により、多く検出されるD-Ser、D-Ala、D-Pro、及びD-Asnの全てを高いレベルで有する患者が、腎臓アウトカム(腎代替療法を必要とする末期腎臓病及び全死因の死亡)に、他の群の患者と比較してより高頻繁に達することが示された(図1~図4)。患者を腎機能により分けた場合、腎臓アウトカムの分離は、20ml/min/1.73m2のeGFRを有する患者のD-Ala及びD-Proにいて見られたが(図3及び図4)、同様の結果がD-Ser及びD-Asnにおいても見られた(図2及び図1)。あまり検出されていないD-アミノ酸(D-Lys、D-Leu、及びD-アロ-Ile)の幾つか、並びに幾つかのL-アミノ酸(L-Asp、L-Glu、L-Ala、L-Trp、及びL-Lys)も、腎臓の予後を分離した(図5~図13)。
本発明者らは、多変量(multiple)コックス回帰分析を行い、多く検出されるDアミノ酸と腎臓アウトカムとの相関を評価した。測定量を調節せずに用いたコックス分析では、D-Asn、D-Ser、D-Ala、D-Proの最も高い三分位に属する患者は、最も低い三分位に属する患者と比較して、腎臓アウトカムについて3.05-5.68倍高いハザード比を有した(表2、未調節モデル)。D-Ser及びD-Asnの最も高い三分位に属する患者は、最も低い三分位に属する患者と比較して、腎機能や尿タンパク質レベルで調節後の腎臓アウトカムについて2.7~3.7倍高い調節ハザード比を有した(表2、モデル1)。これらの発見は、D-アミノ酸のレベルについて幾らかの影響を与える年齢や糖尿病の有無などの併存疾患でさらに調節させた場合も同じであった(表2モデル2)。したがって、これらのD-アミノ酸は、CKD患者における腎臓病の進行に関連した。
Figure 0007123329000003

Claims (12)

  1. 透析を受けていない対象において、腎臓病の予後を予測する診断補助方法であって、
    血液試料中のD-セリン、D-アスパラギン、D-プロリン、D-アラニン、D-ロイシン、D-リジン、及びD-アロ-イソロイシンらなる群から選ばれる少なくとも1のアミノ酸の量を測定する工程;及び
    前記アミノ酸量に基づく指標値と、前記対象における予後との関連付けをする工程
    を含む診断補助方法。
  2. 前記関連付けをする工程において、予め決定された前記指標値のカットオフ値より、予後が決定される、請求項1に記載の予後を予測する診断補助方法。
  3. 前記カットオフ値が、カプランマイヤー曲線分析により予め決定される、請求項2に記載の予後を予測する診断補助方法。
  4. 前記カットオフ値が、D-セリンでは5.6μmol/L、D-アスパラギンでは0.7μmol/L、D-プロリンでは4.7μmol/L、D-アラニンでは5.2μmol/L、D-ロイシンでは0.5μmol/L、D-リジンでは0.6μmol/L、D-アロ-イソロイシンでは0.1μmol/Lある、請求項2又は3に記載の予後を予測する診断補助方法。
  5. 前記アミノ酸の対応する異性体の量を測定する工程をさらに含み、前記指標値が、前記アミノ酸の量と対応する異性体の量との比である、請求項1に記載の予後を予測する診断補助方法。
  6. 前記指標値が、コックス比例ハザード分析により、さらにeGFR、尿タンパクレベル、糖尿病、年齢、性別、ヘモグロビンレベル、平均血圧、心血管事象の病歴、及び高血圧薬物治療の有無からなる群から選択される1以上の変数により調節される、請求項1~5のいずれか一項に記載の予後を予測する診断補助方法。
  7. 記憶部、入力部、データ処理部、及び出力部を含む、腎臓病の予後予測分析システムであって、
    入力部から、腎臓病の予後を判別するための、血中キラルアミノ酸量に基づく指標値のカットオフ値と予後情報が入力され、記憶部に記憶し、
    入力部から、透析を受けていない対象の血中キラルアミノ酸量の測定量が入力され、記憶部に記憶し、
    データ処理部が、記憶されたキラルアミノ酸の測定量に基づき指標値を計算し、指標値を記憶されたカットオフ値と比較して、前記対象の予後情報を決定し;
    予後情報を出力部に出力する
    を含み、前記血中キラルアミノ酸が、D-セリン、D-アスパラギン、D-プロリン、D-アラニン、D-ロイシン、D-リジン、及びD-アロ-イソロイシンらなる群から選ばれる少なくとも1のアミノ酸である、前記予後予測分析システム。
  8. 分析測定部をさらに含み、当該分析測定部が、対象の血液試料から、血中キラルアミノ酸を分離して定量して測定量を決定し、入力部に代わり又は入力部を介して測定量を入力する、請求項7に記載の予後予測分析システム。
  9. 前記カットオフ値が、カプランマイヤー曲線分析により予め決定される、請求項7又は8に記載の予後予測分析システム。
  10. 前記カットオフ値が、D-セリンでは5.6μmol/L、D-アスパラギンでは0.7μmol/L、D-プロリンでは4.7μmol/L、D-アラニンでは5.2μmol/L、D-ロイシンでは0.5μmol/L、D-リジンでは0.6μmol/L、D-アロ-イソロイシンでは0.1μmol/Lある、請求項7~9のいずれか一項に記載の予後予測分析システム。
  11. 前記入力部から、前記アミノ酸の対応する異性体の量の測定量をさらに入力し、前記指標値が、前記アミノ酸の量と対応する異性体の量との比である、請求項7~9のいずれか1項に記載の予後予測分析システム。
  12. 前記指標値が、コックス比例ハザード分析により、さらにeGFR、尿タンパクレベル、糖尿病、年齢、性別、ヘモグロビンレベル、平均血圧、心血管事象の病歴、及び高血圧薬物治療の有無からなる群から選択される1以上の変数により調節される、請求項7~11のいずれか一項に記載の予後予測分析システム。
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