本研究成果のポイント
- 気道過敏性を引き起こすＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の独自分化経路を発見
- ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞がさまざまなサイトカインを産生し、多くの炎症誘導に関与
- 機能解明を進め小児ぜんそくなどの新しい治療法開発へ
独立行政法人 理化学研究所（野依 良治 理事長）は、気道過敏性注１）発症に中心的な役割をするＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞注２）が、胸腺注３）という臓器で独立に分化することを突き止め、小児ぜんそく発症の鍵を握る細胞であることを明らかにしました。これは、理研 免疫・アレルギー科学総合研究センター（谷口 克 センター長）免疫制御研究グループの谷口 克 グループディレクターと渡会 浩志 上級研究員（独立行政法人 科学技術振興機構（ＪＳＴ） さきがけ研究者兼任）らによる研究成果です。
花粉症や食物アレルギーなどのアレルギー疾患は、日本人の約３０％がかかっている国民的な病気です。中でも小児ぜんそくは、小学校入学前の子どもの約６％が発症し、１９８０年代に比べると６倍にも増えています（平成２０年度厚生労働省患者調査）。
２００８年に研究チームは、免疫細胞であるナチュラルキラーＴ（ＮＫＴ）細胞の一タイプとして、インターロイキン１７受容体Ｂ（ＩＬ－１７ＲＢ）という分子が特異的に発現するＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞を発見し、ぜんそく患者のほとんどに認められる気道過敏性を起こす悪玉であることを明らかにしました。さらに、アレルギー性気道炎症のモデルマウスに抗ＩＬ－１７ＲＢ抗体を投与すると、発症を抑制できることも見いだしました（２００８年１１月１７日プレスリリース：http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2008/081117/detail.html）。しかし、この細胞の発生起源や機能は不明のままでした。
研究グループは今回、マウス体内のＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の発生を解析した結果、他のＮＫＴ細胞とは違い、胸腺内で特別な分化経路をたどることを明らかにしました。さらに、アレルギーやぜんそくにかかりやすい体質とＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の間に強い関連を見いだしました。また、冬季に流行するＲＳウイルスに小児ぜんそく患者が感染すると重篤化しますが、マウスではＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞が引き金を引くことも突き止めました。今後、人の乳幼児における解析が必要であるものの、気道過敏性の発症機序解明や新しい治療法開発に繋がる可能性があります。
本研究成果は、ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 個人型研究（さきがけ）「炎症の慢性化機構の解明と制御」研究領域（研究総括：高津 聖志 富山県薬事研究所 所長）における研究課題「ナチュラルキラーＴ細胞による炎症慢性化機構の解明と制御」（研究者：渡会 浩志）の一環として行われ、米国の科学雑誌『ＰＬｏＳ Ｂｉｏｌｏｇｙ 』のオンライン版（２月７日付け：日本時間２月８日）に掲載されます。
＜背 景＞
アレルギー疾患は日本人の約３０％がかかっており、国民的な病気の１つとなっています。中でもアレルギー性ぜんそくの患者数は世界で３億人、日本で約３００万人と報告され、死亡者数は世界で年間２５万人超、日本でも３，０００人超にもおよび、年々増加の一途をたどっています（世界保健機関の疾病及び関連保健問題の国際統計分類：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｓｅａｓｅｓ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｈｅａｌｔｈ Ｐｒｏｂｌｅｍｓ）。特に小児ぜんそくは、小学校入学前の約６％の子どもが発症し、その数は１９８０年代に比べて６倍に増加しており、治療法の確立が強く求められています。
アレルギーは、外来性の物質（抗原）に対して免疫系が過剰に反応して起こる炎症性反応です。多くのぜんそく患者では、気管支が収縮して呼吸困難となる発作である気道過敏性がみられます。その発症には、気道から侵入した抗原に対して免疫系細胞であるヘルパーＴ（Ｔｈ）細胞がＩＬ－４、 ＩＬ－５、 ＩＬ－１３といったサイトカイン注４）を産生し、気道の炎症を引き起こすことが重要であることが知られています。抗原刺激のたびにこの反応が繰り返され、気道組織の損傷とそれを修復しようという反応がたび重なる結果、炎症が慢性化して組織の構造が変化し、さらに気道過敏性が悪化して少量の抗原にも発作が起こるようになります。２００８年に研究チームは、ヘルパーＴ細胞の分化の誘導・活性化や気道壁の肥厚に関与すると考えられ、このような病態形成に至る引き金を引く細胞の１つがＮＫＴ細胞の内でもＩＬ－１７ＲＢを細胞表面に有する特定の細胞集団（ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞）であることを突き止めました（図１）。その結果から、この細胞集団の発生起源や機能の詳細を明らかにしてその作用を押さえることができれば、新たなぜんそく治療法の開発につながると考えられました。しかし、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞が体内でどのような経路をたどって分化するのか、詳細な機能については不明なままでした。
これまでＮＫＴ細胞の分化経路として、ヘルパーＴ細胞のマーカーであるＣＤ４とキラーＴ細胞のマーカーであるＣＤ８の両方が陽性のＣＤ４＋ＣＤ８＋細胞を起源として、胸腺内でステージ１（ＣＤ４４陰性ＮＫ１．１ 陰性）、ステージ２（ＣＤ４４陽性ＮＫ１．１ 陰性）、ステージ３（ＣＤ４４陽性ＮＫ１．１ 陽性）の順に分化し、末梢へと移動することが知られていました（図２Ａ）。そこで研究グループは、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の発生起源を特定するため、胸腺に存在するＮＫＴ細胞を詳細に解析しました。
＜研究手法と成果＞
まず、ＩＬ－１７ＲＢを特異的に認識するモノクローナル抗体注５）を用いて、生後４～６週（乳幼児相当）のマウス胸腺内のＮＫＴ細胞のＩＬ－１７ＲＢの発現を調べました。その結果、胸線内のＮＫＴ細胞の１０％程度に、ＩＬ－１７ＲＢが発現することが分かりました。さらに、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の大半がステージ１とステージ２に存在することに加え、これまでＮＫＴ細胞の形成維持と数の増加に必須と考えられていたＩＬ－１５を必要としないことも見いだしました。そして、このＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞は、ステージ１からステージ２へと分化発生した後末梢へと移動することを突き止め、これまで考えられてきたＮＫＴ細胞とは違う独自の分化経路で発生する細胞集団であることが明らかとなりました（図２Ｂ）。
また、胸腺内のＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の数はマウスの系統によって異なり、アレルギーを発症しやすい系統のマウスでは、発症しにくい系統のマウスより３～４倍多く発現することが分かりました。これは、アレルギーやぜんそくになりやすい体質であるかどうかは、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の存在数に関わることを示しています。
これまでに研究チームは、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞がＴｈ２サイトカインを大量に産生することを確認しています。今回、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の機能を確かめるため、ＩＬ－１７ＲＢをコードするＩｌ１７ｒｂ 遺伝子を欠損させたＩｌ１７ｒｂ ノックアウトマウス注６）を作製し、サイトカイン産生能力を調べました。その結果、Ｔｈ２サイトカインだけでなく、Ｔｈ９サイトカイン（ＩＬ－９、ＩＬ－１０）やＴｈ１７サイトカイン（ＩＬ－１７Ａ、ＩＬ－２２）の生産能力が低下したため、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞はＴｈ２サイトカインだけでなく、Ｔｈ９サイトカインやＴｈ１７サイトカインも産生する能力を有していることが分かりました。
これらサイトカインの産生を詳細に調べたところ、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞は、ＣＤ４の有無によって陽性と陰性に分かれることを発見し、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＣＤ４陰性ＮＫＴ細胞はＴｈ１７サイトカインを、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＣＤ４陽性ＮＫＴ細胞はＴｈ２、Ｔｈ９、Ｔｈ１７サイトカインを産生することが分かりました（図２Ｂ）。これらのサイトカインは、直接アレルギー反応を誘導するサイトカイン群として知られる一方、他の免疫細胞や多形核白血球に作用して炎症を誘導することが知られています。従って、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の活性化が引き金となって、免疫反応の経路のあらゆるところで炎症誘導を引き起こすことを示しています。
ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞は、マウスでは肺などの限られた場所に集積し、幼少期に多く存在します。小児ぜんそく患者は、冬季に流行するＲＳウイルスに感染すると、重篤な細気管支炎や肺炎を引き起こすことが知られています。そこで、ＲＳウイルスに感染したモデルマウスを解析したところ、ＮＫＴ細胞ノックアウトマウスやＩｌ１７ｒｂ ノックアウトマウスでは、アレルギー気道炎症が誘導されませんでした（図３）。しかし、ＮＫＴ細胞ノックアウトマウスにＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞を移入すると、ＲＳウイルスによって誘発されるアレルギー気道炎症が細胞数の増加とともに悪化することが分かりました。従って、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞がＲＳウイルスによる炎症誘導の中心を担っていると考えられます。
＜今後の期待＞
今回研究グループは、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞が胸腺で、独自の経路をたどって分化すること、および、この細胞がさまざまな炎症の誘導に関わるサイトカインの産生に関与していることを明らかにしました。本研究はマウスを用いて行いましたが、今後、乳児や小児におけるＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の役割を詳細に解析することが重要となります。この細胞の機能を抗体治療などで人為的に抑制することで、気道過敏性の悪化を抑えることができ、社会的要請の高い小児ぜんそくの効果的な治療法の開発につながるものと期待できます。
＜参考図＞
図１ 気道過敏性の発症
気道過敏性の発症には、気道から侵入した抗原を提示した樹状細胞などによって主に２型ヘルパーＴ細胞がサイトカインを産生し、気道の炎症を引き起こすことが重要であることが知られている。気道過敏性はこの炎症が慢性化し、起こり続けている状態だと考えられる。渡会研究者らは２００８年、２型ヘルパーＴ細胞などを誘導・活性化し、気道過敏性へと至る引き金を引く細胞として新しくＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞を明らかにした。
図２ 胸腺内でのＮＫＴ細胞分化発生様式
- Ａ：これまで報告されていたＮＫＴ細胞分化発生モデル
ＮＫＴ細胞は、胸腺内でＣＤ４とＣＤ８がともに陽性であるＣＤ４＋ＣＤ８＋細胞よりステージ１、２、３を経て分化し末梢へと移行する、と考えられていた。
- Ｂ：ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の発生モデル
ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞は、初期の分化段階から別個に存在し、胸腺ＮＫＴ前駆細胞を経てステージ１から２をたどり、末梢（肺、リンパ節、脾臓など）に移行する（赤線囲み）。さらに、このＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞は、ＣＤ４陰性とＣＤ４陽性に別れ、ＣＤ４陰性からはＴｈ１７サイトカインを、ＣＤ４陽性からはＴｈ２、９、１７サイトカインを産生し、炎症誘導反応の中心を担う。
- Ｃ：ＩＬ－１７ＲＢ陰性ＮＫＴ細胞の発生モデル
ＩＬ－１７ＲＢ陰性ＮＫＴ細胞は、ＣＤ４陽性／陰性ともに肝臓、骨髄、脾臓などに存在し、ＩＦＮ－γ（インターフェロンガンマ）を産出する。
図３ ＲＳウイルス感染小児ぜんそくマウスモデルにおけるＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞の役割
ＲＳウイルスを感染、ＲＳウイルスＧタンパク質を免疫した野生型マウス（緑色）では、炎症に関与する細胞浸潤（Ｂ）やサイトカイン量（Ｃ）が多く、気道抵抗値が上昇して気道炎症を発症する（Ａ）のに対して、ＮＫＴ細胞ノックアウトマウス（黄色）あるいはＩｌ１７ｒｂ ノックアウトマウス（赤色）では気道炎症を発症しない。従って、ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞がＲＳウイルス感染による炎症誘導の中心を担っていると考えられる。
＜用語解説＞
- 注１） 気道過敏性
- 種々の刺激に対して気道が収縮しやすいこと。ぜんそく患者のほとんどすべてに認められる。ぜんそくの人は健康な人にとって無害な刺激（冷気、タバコの煙、線香の煙、香水の匂いなど）にも敏感に反応して発作を起こす。アレルギー性ぜんそくは、気道の慢性炎症性疾患を指す。
- 注２） ＩＬ－１７ＲＢ陽性ＮＫＴ細胞
- Ｔ細胞、Ｂ細胞、ＮＫ細胞に続く第４のリンパ球決定系列で、免疫の制御や、がんの免疫学的監視などさまざまな役割を担うＮＫＴ細胞のうち、受容体ＩＬ－１７ＲＢを発現する細胞。ＩＬ（インターロイキン）は、白血球によって分泌され細胞間コミュニケーションの機能を果たす細胞伝達物質。２００８年に免疫制御研究グループが炎症の誘導反応に関わることを明らかにした。
- 注３） 胸腺
- Ｔ細胞の分化や成熟など免疫系に関与する臓器。胸小葉とよばれる二葉からなり、胸骨の後ろ、心臓の前に位置し、心臓に乗るように存在する。
- 注４） サイトカイン
- 細胞同士の情報伝達に関わるさまざまな生理活性を持つタンパク質の総称。
- 注５） モノクローナル抗体
- １つのクローン細胞群がつくる１種類の抗体。動物に抗原を注入しても得られないが、抗体産生細胞と分裂能力を持つ腫瘍細胞との雑種細胞を培養して増殖させることで多量に得られる。体内や細胞に微量に存在する物質の検定や精製・局在性を調べるのに有効。病気の診断・治療にも利用される。
- 注６） ノックアウトマウス
- 目的の遺伝子を人為的に欠損させたマウス。
＜原論文情報＞
Watarai H, Sekine-Kondo E, Shigeura T, Motomura Y, Yasuda T, Satoh R, Yoshida H, Kubo M, Kawamoto H, Koseki H, Taniguchi M. (2012)
Development and Function of Invariant Natural Killer T Cells Producing TH2- and TH17-Cytokines. PLoS Biology 10(2): e1001255.
doi: 10.1371/journal.pbio.1001255
＜報道担当・問い合わせ先＞
＜研究内容に関すること＞
渡会 浩志（ワタライ ヒロシ）
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免疫アレルギー科学総合研究センター 免疫制御研究グループ 上級研究員
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