免疫反応を抑える細胞が作られる新たな仕組みを発見

ポイント

• 過剰な免疫反応を抑制する制御性Ｔ細胞（Ｔｒｅｇ）が作られる仕組みは謎だった。
• Ｎｒ４ａたんぱく質を適度に活性化すると、Ｔｒｅｇが作られることを発見。
• 関節リウマチなどの自己免疫疾患や花粉症、ぜんそくなどのアレルギー性疾患の新しい治療法に期待。

＜研究の背景＞

免疫システムは我々の身体を多種多様な病原体から守っています。病原体は、細菌・ウイルス・寄生虫・真菌、さらにその中にも数限りない種類が存在します。それら異なった種類の病原体を排除するために、生体は炎症などを伴う適切な免疫反応を作動させますが、その司令塔としての役割を果たしているのがヘルパーＴ細胞（ＣＤ４陽性Ｔ細胞^注４））です。ヘルパーＴ細胞は胸腺で生まれ、胸腺の外（末梢）に出て身体を循環し、身体に侵入した病原体の種類に応じてＴｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ１７の３種類のいずれかの炎症を引き起こすエフェクターＴ細胞^注５）に分化し、それぞれの病原体の排除に最適な免疫反応を誘導します（図１）。一方、免疫反応は適切な時期に終息しなければなりません。また、自己のたんぱく質や食物には反応してはいけません。もし異常に免疫系が活性化され続けたり、自己のたんぱく質や食物や花粉などの無害な物質と反応すると、関節リウマチや炎症性腸疾患などの自己免疫疾患や花粉症などのアレルギーを引き起こします。そこで、ヘルパーＴ細胞のなかにはエフェクターＴ細胞を抑制し免疫反応を適切に制御するＴ細胞、制御性Ｔ細胞（Ｔｒｅｇ）が存在します。Ｔｒｅｇはさまざまなメカニズムで免疫反応を抑制し、生体の恒常性（ホメオスターシス）を維持しています。Ｔｒｅｇの異常は自己免疫疾患や花粉症、ぜんそくなどのアレルギー性疾患を引き起こします。逆にＴｒｅｇを人為的に増強できればそれら疾患の治療に結びつくと考えられます。また臓器移植の拒絶反応にもエフェクターＴ細胞が寄与しており、Ｔｒｅｇの増強は臓器移植の拒絶反応の抑制にも効果的であると考えられています。しかしＴｒｅｇそのものがどのように発生するのかは長らく不明で、Ｔｒｅｇ発生のメカニズムの解明は現代免疫学における大きな課題の１つでした。

＜さらに詳細な背景＞

ヘルパーＴ細胞は、胸腺で前駆細胞から発生・分化を遂げますが、この過程で抗原を感知するＴ細胞受容体（ＴＣＲ）^注６）がランダムな遺伝子組み換えによって数千万種類も形成され、外からのさまざまな病原体の排除に備えます。Ｔ細胞を増やしたり生存させたりするためには、外からの抗原がない状態でもＴＣＲが適度の刺激を受ける必要があります。このため胸腺では、抗原提示細胞^注７）に提示された自己抗原（主に自己細胞のたんぱく質）がＴＣＲを弱く刺激します。この結果おのおののＴ細胞が異なったＴＣＲを持って、さまざまな抗原の排除に対応できる免疫システムを構築できるようになります。しかし、ランダムな遺伝子組み換えによってさまざまなＴＣＲを形成するので、当然自分自身の細胞が持つたんぱく質を抗原と認識して強く反応するＴＣＲを持つＴ細胞が発生する可能性があります。胸腺での発生過程では、これらの自己抗原に対して強い反応を起こすＴ細胞は強いＴＣＲ刺激が入り、アポトーシス（細胞死）^注８）と呼ばれる機構によって死亡し除去されます。この現象をネガティブセレクションと呼びます（図２）。さらに、それよりは少し弱いが自己抗原をある程度強く認識するＴＣＲを持つＴ細胞が死なずにＴｒｅｇになるのだろうと考えられています（図２、Ｔｒｅｇ）。それよりもさらに弱く自己抗原を認識するＴ細胞が、病原体排除に機能する一般的なＴ細胞（ナイーブＴ細胞^注９））として胸腺の外に出て末梢を循環します（図２、ナイーブＴ細胞）。この一般的なＴ細胞が末梢で抗原に出会うと先に述べたエフェクターＴ細胞になります。また、自己抗原を全く認識できない細胞はアポトーシスが誘導され死滅（図２、細胞死）します。このように、胸腺においてヘルパーＴ細胞は、主に自己抗原に対する親和性（反応性）によりその運命を決定づけられます。この仕組みが免疫システムの暴走を防ぎ、恒常性を維持する基盤となります。しかし、このプロセスを制御する分子メカニズムは多くが未解明で、人為的にコントロールすることも不可能でした。

＜研究の経緯＞

本研究グループは、これまでの研究で核内受容体ファミリーに属するＮｒ４ａ２というたんぱく質がＴｒｅｇの性質を決める重要な転写因子であるＦｏｘｐ３^注１０）の発現を誘導する能力があることを見いだし、報告を行いました（図３）（参考文献）。さらに、Ｎｒ４ａ２やその仲間はＴＣＲの活性化によって多く生産される分子であることから、Ｎｒ４ａ２が胸腺でのＴ細胞の運命決定、特にＴｒｅｇを生み出す鍵となる分子であると考え、その役割の解明を進めることにしました。

＜研究の内容＞

本研究グループはＮｒ４ａ２の役割を解明するために、まずマウスのＮｒ４ａ２のみを欠損させたところ、免疫反応が促進されるものの、胸腺でＴｒｅｇは正常に発生し、さらにそのマウスは自己免疫疾患を発症しませんでした。そこで、Ｎｒ４ａ２には、Ｎｒ４ａ１、Ｎｒ４ａ３という良く似た仲間（ファミリー分子）が存在することに着目し、この仲間が互いに同様の機能を持ってその機能を補い合っていると考え、Ｎｒ４ａ１、Ｎｒ４ａ２、Ｎｒ４ａ３全てをＴ細胞から欠損させたマウス（Ｎｒ４ａ－ＴＫＯマウス：Ｎｒ４ａ　ｔｒｉｐｌｅ　ｋｎｏｃｋｏｕｔ　ｍｏｕｓｅ）を作製し、解析を行いました。

解析の結果、予想通り、Ｎｒ４ａ－ＴＫＯマウスでは胸腺・末梢ともにＴｒｅｇがほぼ完全に存在しないことが明らかとなりました（図４Ａ）。その結果、Ｎｒ４ａ－ＴＫＯマウスは激しい全身性の自己免疫疾患を発症し、生後３週間以内に死亡することが明らかとなりました（図４Ｂ）。従って、Ｎｒ４ａファミリー分子がＴｒｅｇの発生に必須であることが証明されました。またＮｒ４ａ－ＴＫＯマウスの症状は、過去の文献との比較により、Ｔｒｅｇのみを欠損しているマウスよりも重篤であり、さまざまな解析の結果からもＴｒｅｇの分化異常に加えて、ネガティブセレクションの異常が関与している可能性が強く考えられました。さらに解析を重ねたところ、Ｎｒ４ａ１、Ｎｒ４ａ２、Ｎｒ４ａ３は同様の機能を持ち、互いに補い合ってＴｒｅｇの分化とネガティブセレクションに機能していることが明らかとなりました。

次に、Ｎｒ４ａがヘルパーＴ細胞の運命決定を担う因子であると考え、その検証を試みました。実験にはＯＴ－ＩＩと呼ばれるＴＣＲを持つＴ細胞を用いました。マウスの胸腺内にはＯＴ－ＩＩ　ＴＣＲと強く結合する自己抗原が存在しないため、ＯＴ－ＩＩ　ＴＣＲを持つＴ細胞はＴｒｅｇに分化するために必要なＴＣＲの刺激を受けることができず、ＯＴ－ＩＩ　ＴＣＲを持つＴｒｅｇは存在しないことが明らかとなっています。そこで、このＯＴ－ＩＩ　ＴＣＲを持つヘルパーＴ細胞に、遺伝子操作によって任意の強さで人工的に活性化させたＮｒ４ａを作用させ、ヘルパーＴ細胞の運命がどのように決定されるかを解析しました。その結果Ｎｒ４ａを強力に活性化させるとＯＴ－ＩＩ　ＴＣＲを持つヘルパーＴ細胞にアポトーシス（細胞死・ネガティブセレクション）が誘導され、中程度の活性化を起こすとＴｒｅｇが誘導されることを見いだしました（図５）。このことは、ＴＣＲと自己抗原との親和性が強い時は、Ｎｒ４ａも強く活性化され、アポトーシス誘導遺伝子の発現が誘導されてネガティブセレクションへ、ＴＣＲと自己抗原との親和性が中程度の時は、Ｆｏｘｐ３の発現が誘導されＴｒｅｇへとヘルパーＴ細胞の運命が決定づけられていることが分かりました（図６）。

以上の研究により、胸腺におけるヘルパーＴ細胞の発生において、Ｎｒ４ａがヘルパーＴ細胞と自己抗原との親和性とヘルパー細胞の運命決定を結ぶ鍵となるたんぱく質であることを証明しました。また、Ｎｒ４ａを強度に活性化するとネガティブセレクションが、Ｎｒ４ａを中程度に活性化することによって普通はＴｒｅｇにならないＴ細胞から人為的にＴｒｅｇが作られることを示しました。

＜今後の展開＞

本研究によって、Ｎｒ４ａはヘルパーＴ細胞の運命決定を担う鍵となり、Ｔｒｅｇを作る重要な役割を果たす因子であり、自己免疫疾患の抑制において中心的な役割を担っていることが明らかとなりました。このたんぱく質の活性化によって、免疫反応を抑制するＴｒｅｇ細胞を人為的に誘導することも可能になると考えられます。特にＮｒ４ａは核内受容体と呼ばれる分子の性質を持っており、活性化させる低分子化合物（リガンド）の存在も予想されます。今後さらなる研究からＮｒ４ａの活性化による自己免疫疾患、アレルギー疾患などの新規治療法の樹立が可能になると期待されます。また臓器移植の際の拒絶反応抑制法の開発も期待できます。さらに、ヒトの炎症性疾患とＮｒ４ａ遺伝子異常の関連性も明らかにされることで、免疫難病の発症の仕組みが解明されることが期待されます。

＜参考図＞

＜用語解説＞

注１） 関節リウマチや炎症性腸疾患などの自己免疫疾患

自己免疫疾患とは、免疫系が自分自身の正常な細胞や組織に対して過剰に反応し、攻撃を加えることにより発症する疾患の総称である。関節リウマチでは手足の関節、炎症性腸疾患では腸管壁で過剰な免疫反応が起こり、炎症が生じる。国内患者数は７０万人と言われている。炎症性腸疾患の患者数は著明な増加傾向にあり、国内患者数は潰瘍性大腸炎とクローン病をあわせて１５万人を超している。

注２） 制御性Ｔ細胞（Ｔｒｅｇ：ティーレグ）

ＣＤ４陽性ヘルパーＴ細胞の一種で、免疫抑制機能を持つ。自己に対する免疫応答を抑制するほか、ＩＬ－１０やＴＧＦβなどの抗炎症性サイトカインを分泌し、過剰な炎症を抑制する機能も持つ。主に胸腺で作られ、免疫システムの負の制御において中心的な役割を担っており、その分化や機能発現の異常は自己免疫疾患やアレルギーをはじめさまざまな免疫疾患の引き金となる。

注３） 核内受容体

ＤＮＡの転写を調節するたんぱく質、いわゆる転写因子の一種であるが、ホルモンなどのリガンドにより活性調節を受けるドメインを分子内に持つ。ヒトでは４８種類の核内受容体が存在し、スーパーファミリーを形成する。エストロゲン受容体やビタミンＤ受容体もこれに属し、それぞれ女性ホルモンとビタミンＤにより活性化を受ける。Ｎｒ４ａもこのファミリーに属する。

注４） ＣＤ４陽性Ｔ細胞

ＣＤ４たんぱく質を細胞表面に発現するＴ細胞。細胞障害性Ｔ細胞の機能発現の誘導、Ｂ細胞の分化成熟や抗体産生の誘導、貪食細胞の活性化を誘導し免疫応答を正に制御するエフェクターＴ細胞と、免疫応答を負に制御する制御性Ｔ細胞に大別される。

注５） エフェクターＴ細胞

免疫系を活性化するＴ細胞。特にヘルパーＴ細胞ではＴｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ１７の３種類が知られている。それぞれインターフェロンγ（ＩＦＮγ）やインターロイキン１７（ＩＬ－１７）など特徴的なサイトカインを放出し、感染防御や免疫応答に関わるほか、自己免疫疾患、アレルギー、がんでも重要な働きをする。

注６） Ｔ細胞受容体（ＴＣＲ：Ｔ　ｃｅｌｌ　ｒｅｃｅｐｔｏｒ）

Ｔ細胞表面に発現している分子であり、ＭＨＣ－抗原複合体を認識する。ヘルパーＴ細胞が発現するＴＣＲはＭＨＣ－ＩＩに掲示された抗原を認識する。末梢において、Ｔ細胞受容体は下流にシグナルを伝え、Ｔ細胞の機能発現や増殖が誘導されエフェクターへと成熟させる。胸腺においてはＴ細胞受容体からのシグナル伝達は、Ｔ細胞発生分化の運命決定を担う。

注７） 抗原提示細胞

樹状細胞、マクロファージ、Ｂ細胞、胸腺上皮細胞など。ヘルパーＴ細胞に抗原を提示する機能を持つたんぱく質を主要組織適合性抗原クラスＩＩ(ＭＨＣ－ＩＩ：ｍａｊｏｒ　ｈｉｓｔｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｔｉｇｅｎ　ｃｌａｓｓ　ＩＩ)と呼ぶ。抗原提示細胞の細胞表面にあって、抗原と結合してＴＣＲを刺激する。胸腺では自己たんぱく質の一部を提示し、末梢においては主に病原体などの外来の抗原を提示する。

注８） アポトーシス（細胞死）

外傷性ストレスで起こる細胞死でなく、細胞内に備わる分子機構により誘導される、管理・調節された細胞死。

注９） ナイーブＴ細胞

Ｔ細胞は胸腺においては自己抗原を弱く認識して生存シグナルを受け発達し胸腺の外に出た段階でナイーブＴ細胞と呼ばれる。胸腺の外に出るとナイーブＣＤ４陽性Ｔ細胞は病原体などの抗原を認識し、病原体の種類や周囲の環境に応じて、Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ１７として知られるエフェクターＴ細胞へと分化誘導され、最適の免疫応答を引き起こす。

注１０） Ｆｏｘｐ３（フォックス　ピー　スリー）

Ｔｒｅｇの分化・機能発現・分化状態の維持全てにおいて必須の役割を担う転写因子。発現はＴｒｅｇにほぼ特異的であるため、Ｔｒｅｇを同定する際のマーカー分子としても用いられる。免疫抑制機能を持つたんぱく質の発現を誘導し、一方で炎症に関わるたんぱく質の発現を抑制する。

＜論文名＞

“Nr4a receptors are essential for thymic regulatory T cell development and immune homeostasis”
（Ｎｒ４ａ受容体は胸腺におけるＴｒｅｇの発生と免疫恒常性の維持に必須である）
doi: 10.1038/ni.2520

＜参考文献１＞

Sekiya, T. et al. “The nuclear orphan receptor Nr4a2 induces Foxp3 and regulates differentiation of CD4+ T cells.”,Nat Commun 2, 269 (2011).

＜お問い合わせ先＞

＜研究に関すること＞

関谷 高史（セキヤ タカシ）
慶應義塾大学 医学部 微生物学・免疫学教室　助教

吉村 昭彦（ヨシムラ アキヒコ）
慶應義塾大学 医学部 微生物学・免疫学教室　教授
〒160-8582 東京都新宿区信濃町３５ 東校舎４Ｆ
Ｔel：03-5363-3483　Fax：03-5360-1508
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石正 茂（イシマサ シゲル）
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