ポイント
- アレルギー疾患は免疫系の過剰反応が原因。
- サイトカインＩＬ－３３が「病原性記憶２型ヘルパーＴ（Ｔｈ２）細胞」を誘導し、アレルギー性気道炎症（ぜんそく）を慢性化させる分子機構をヒトとマウスで解明した。
- 創薬ターゲットが広がったことで、難治性慢性アレルギー疾患への治療が期待される。
ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、千葉大学 大学院医学研究院の遠藤 裕介 特任講師、中山 俊憲 教授らの研究グループは、サイトカイン注１）ＩＬ－３３が病原性記憶２型ヘルパーＴ（Ｔｈ２）細胞注２）を誘導し、アレルギー性気道炎症を慢性化させることを発見しました。
ぜんそく、アトピー性皮膚炎、アレルギー性鼻炎などのアレルギー疾患は世界的に増加の一途をたどっており、日本においても国民の約３割が何らかのアレルギー疾患に罹患しているとの報告もあります。しかし、従来のアレルギー疾患に対する治療法は対症療法しかなく、根治療法の開発が望まれています。
本研究グループは、炎症性サイトカインＩＬ－３３がＴｈ２細胞の中でも、生体内で長期間生存する記憶Ｔｈ２細胞に作用し、リン酸化酵素ｐ３８注３）シグナルの活性化を介して生体にとって有害となる病原性を持った記憶Ｔｈ２細胞を誘導し、アレルギー性炎症を慢性化させることを明らかにしました。また、慢性副鼻腔炎注４）患者検体を用いることで、ヒトでもＩＬ－３３に誘導された病原性記憶Ｔｈ２細胞により、アレルギー疾患の病態慢性化機構が引き起こされることを解明しました。
今後、ＩＬ－３３やＩＬ－３３受容体であるＩＬ－３３Ｒを強く発現している病原性記憶Ｔｈ２細胞および、その下流シグナルであるｐ３８を創薬ターゲットとすることで、ぜんそくや慢性副鼻腔炎といった難治性慢性アレルギー疾患注５）の治療開発に役立つことが期待されます。
本研究は、千葉大学の岡本 美孝 教授、東京大学 医科学研究所の中江 進 特任准教授、国立成育医療研究センター 齋藤 博久 副所長の協力を得て行いました。
本研究成果は、２０１５年２月１７日（米国東部時間）発行の米国科学誌「Ｉｍｍｕｎｉｔｙ」オンライン版に掲載されます。
本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。
戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）
| 研究領域 |
「炎症の慢性化機構の解明と制御に向けた基盤技術の創出」
（研究総括：宮坂 昌之 大阪大学 未来戦略機構 特任教授） |
| 研究課題名 |
「気道炎症の慢性化機構の解明と病態制御治療戦略の基盤構築」 |
| 研究代表者 |
中山 俊憲（千葉大学 大学院医学研究院 教授） |
| 研究期間 |
平成２３年１０月～平成２９年３月 |
ＪＳＴはこの領域で、炎症が慢性化する機構を明らかにし、慢性炎症を早期に検出し、制御し、消退させ、修復する基盤技術の創出を目的とします。上記研究課題では、記憶Ｔｈ細胞分画のサイトカイン産生制御機構に着目した解析を行うことで気道炎症の慢性化のメカニズムを解明し治療戦略の基盤構築を目指します。
＜研究の背景と経緯＞
アレルギー疾患は日本において国民の３人に１人が罹患しており、いわゆる国民病として位置づけられています。代表的アレルギー疾患であるぜんそくは下気道の頻発性気道狭窄や喘鳴などの症状で特徴づけられる慢性炎症疾患であり、世界ではおよそ３００万人が罹患していると報告されています。しかし、その治療は対症療法がほとんどで、いまだに根治治療は開発されていません。そのため、一旦発症すると慢性化することが多く治療が長期にわたり、患者の肉体的、精神的、経済的負担が極めて大きいことから、現代医学が解決すべき大きな課題の１つとなっています。
アレルギー性ぜんそくの共通した特徴として、気道過敏性の亢進、好酸球やＴｈ２細胞の気道への浸潤、気道リモデリング注６）や粘液の産生が挙げられます（図１）。Ｔｈ２細胞が産生するＩＬ－４、ＩＬ－５、ＩＬ－１３といったＴｈ２サイトカインはぜんそくの病因を誘導するキーとなる分子です。近年の研究から、アレルギー疾患と特に関わりが深く、生体内で長期間生存する記憶Ｔｈ２細胞はいくつかの機能の異なる細胞亜集団に分類されることが報告されています（図２）。ＩＬ－５を多量に産生する記憶Ｔｈ２細胞亜集団はアレルギー性気道炎症および慢性皮膚炎に深く関与し、ＩＬ－１７とＩＬ－４を同時に産生する細胞亜集団はぜんそくの慢性化に寄与していることが報告されています。これまでぜんそくをはじめとした種々のアレルギー疾患は、Ｔｈ１細胞とＴｈ２細胞のバランスが崩れることが病態形成の引き金となる（Ｔｈ１／Ｔｈ２アンバランスモデル）と考えられてきましたが、本研究グループは、記憶Ｔｈ細胞中の病原性を持った集団によりアレルギー疾患の病態が慢性化する（病原性記憶Ｔｈ細胞亜集団疾患モデル）という新たなコンセプトを提唱しています（図３）。本研究では、記憶Ｔｈ２細胞の中でも慢性アレルギー疾患を引き起こす病原性記憶Ｔｈ２細胞に焦点をあてて研究を行い、病原性記憶Ｔｈ２細胞の誘導経路を制御することによりアレルギー反応の抑制が可能となり、将来的には難治性の慢性アレルギー疾患の根治療法の開発につながると考えて研究を行ってきました。
＜研究の内容＞
本研究グループは、炎症性サイトカインＩＬ－３３の受容体であるＩＬ－３３Ｒが病原性記憶Ｔｈ２細胞に強く発現しているという実験結果を基に、ＩＬ－３３が病原性記憶Ｔｈ２細胞の機能獲得に影響しているのではないかという仮説（図４Ａ）を立て、ＩＬ－３３欠損マウス、ＩＬ－３３Ｒ欠損マウスを用いて研究を行いました。
その結果、ＩＬ－３３は予想通り、アレルギー疾患の病原性の指標であるＩＬ－５の産生を記憶Ｔｈ２細胞特異的に誘導することが分かりました（図４Ｂ）。また、さまざまな細胞内シグナル伝達経路に対する阻害剤を用いて、ＩＬ－３３－ＩＬ－３３Ｒ下流シグナルのどの経路が病原性記憶Ｔｈ２細胞の誘導に必須であるか解析したところ、ｐ３８シグナルが病原性記憶Ｔｈ２細胞への機能転換に必須の経路であることが示されました。
次に、ＩＬ－３３によって誘導された病原性記憶Ｔｈ２細胞の生理的意義を調べるために、野生型マウスとＩＬ－３３Ｒ欠損マウスにアレルギー性気道炎症を起こさせ、ぜんそくの重症度について検討を行いました。その結果、野生型マウス群では、アレルギー性気道炎症の指標である気道肺胞洗浄液中への好酸球の浸潤や気道過敏性の反応が強く認められたのに対して、ＩＬ－３３Ｒ欠損群ではこれらのアレルギー性炎症反応が有意に抑制されることが分かりました（図５）。同様に、ＩＬ－３３欠損マウスを用いた実験によっても、病原性記憶Ｔｈ２細胞によるアレルギー疾患病態に対する抑制効果が認められています。以上の結果より、ＩＬ－３３により記憶Ｔｈ２細胞の病原性が誘導されることがマウスの病態モデルにおいて確認されました。
さらに、ＩＬ－３３を介した病原性記憶Ｔｈ２細胞の意義をより詳細に検証するため、慢性副鼻腔炎患者の鼻ポリープ組織検体とＩＬ－３３の抗体を用いて免疫染色法注７）により解析しました。病原性記憶Ｔｈ２細胞が産生するＩＬ－５により活性化される好酸球が鼻ポリープに多く浸潤するタイプの好酸球性副鼻腔炎患者の鼻ポリープでは、非好酸球性副鼻腔炎患者の鼻ポリープと比べ、ＩＬ－３３を産生する内皮細胞が多く存在することが分かりました（図６）。
また、マウス記憶Ｔｈ２細胞の実験結果と同様に、好酸球性副鼻腔炎患者の鼻ポリープ中に存在する記憶ＣＤ４ Ｔ細胞はＩＬ－３３によりｐ３８シグナル経路の活性化を介して病原性記憶Ｔｈ２細胞へと誘導されることが分かりました（図７）。
＜今後の展開＞
これまで、ＩＬ－３３はＴｈ２細胞に作用するという報告はあったものの、実際にＴｈ２細胞の中でも、どのステージにおける細胞および細胞亜集団がＩＬ－３３Ｒを発現し、ＩＬ－３３に応答するのかは不明でした。本研究によって、ＩＬ－３３は生体内で長期間生存する記憶Ｔｈ２細胞特異的に働きかけ、生体にとって有害となる病原性記憶Ｔｈ２細胞を誘導することが明らかになりました。また、本研究結果により、これまでに提唱している「病原性記憶Ｔｈ細胞亜集団による病態慢性化モデル」をより確かなものにすることができます。
（ＩＬ－３３）－（ＩＬ－３３Ｒ）－（ｐ３８）－（記憶Ｔｈ２細胞）による、病態を増悪化させる負のサイクルによってぜんそくや副鼻腔炎といったアレルギー疾患の慢性化が誘導されると考えられることから、ＩＬ－３３やＩＬ－３３受容体を発現している病原性記憶Ｔｈ２細胞、またＩＬ－３３の下流で働き、病原性を誘導する分子であるｐ３８を創薬ターゲットとすることで、慢性アレルギー疾患治療薬の開発に新たな可能性をもたらすと考えられます。特に多くのアレルギー疾患の治療薬として使われている抗炎症薬は種々の炎症性サイトカインなどのタンパク質の産生を抑制しますが、創薬ターゲットが広がったことで従来では対処が困難であったステロイド抵抗性の難治性慢性アレルギー疾患の治療開発に役立つことが期待されます。
＜参考図＞
図１ アレルギー炎症の発症メカニズムの概要
ナイーブＣＤ４Ｔ細胞は、ＩＬ－４の存在下で抗原提示細胞によって活性化されるとＴｈ２細胞へと分化する。Ｔｈ２細胞が炎症局所へ移動し再度抗原提示を受けると、ＩＬ－４、ＩＬ－５、ＩＬ－１３などのＴｈ２サイトカインを大量に分泌する。ＩＬ－４とＩＬ－１３はＢ細胞に働きかけ、ＩｇＥ抗体の分泌を促進する。抗原と結合したＩｇＥ抗体を、マスト細胞や好塩基球が捕捉すると、ヒスタミンやロイコトリエンなどを分泌し、即時反応が起こる。一方、ＩＬ－５は好酸球に働きかけ、顆粒タンパク、脂質メディエーター、サイトカイン、ケモカインなどを分泌させる。これらは遅延反応を引き起こす。これらが複合することで気管支ぜんそく、アトピー性皮膚炎、花粉症などの慢性アレルギー性炎症が発症する。
図２ ヘルパーＴ細胞（Ｔｈ１／Ｔｈ２／Ｔｈ１７）の分化と記憶Ｔｈ２細胞の多様性
ナイーブＣＤ ４Ｔ細胞は、抗原提示細胞が提示する抗原によって活性化され、周囲の環境中にあるサイトカインなどの影響によりさまざまな種類のヘルパーＴ細胞へと分化する。図中に、各ヘルパーＴ細胞の種類、細胞自身が分泌するサイトカインを示した。エフェクターＴｈ細胞の一部は次回の反応に備えて、生体内で長期間生存する記憶Ｔｈ細胞として維持される。記憶Ｔｈ細胞の中でも記憶Ｔｈ２細胞は、その機能的多様性からいくつかの細胞亜集団に分類されることが知られている。記憶Ｔｈ２細胞の中で、大量のＩＬ－５産生が特徴的な亜集団は好酸球を活性化する好酸球性炎症（アレルギー性気道炎症や慢性皮膚炎）を、ＩＬ－１７産生が特徴的な亜集団は慢性炎症（ぜんそくの慢性化）を誘導する。それぞれの細胞亜集団とサイトカイン産生パターン、関連する疾患について示した。
図３ Ｔｈ１／Ｔｈ２アンバランスモデルと病原性記憶Ｔｈ細胞亜集団疾患モデル
- Ａ ：Ｔｈ１／Ｔｈ２パラダイムは免疫応答の基本理念として１９８０年代に提唱された。ぜんそくなどのアレルギー疾患は生体内のバランスがＴｈ２優位に傾いたときに起こり、Ｔｈ１細胞によって抑制される。一方、自己炎症性疾患はＴｈ１優位な状態で起こりやすく、Ｔｈ２細胞によって抑制される。このようにＴｈ１とＴｈ２の生体内でのアンバランスによって疾患が起こるというモデル。
- Ｂ ：Ｔｈサブセットの中でも病原性誘導能を持ったある特定の細胞亜集団が疾患を引き起こすというモデル。これまでに、ＩＬ－５を産生する記憶Ｔｈ２細胞がぜんそくや慢性皮膚炎などのアレルギー疾患を誘導し、ＩＬ－２３Ｒ＋の表現型を示すＴｈ１７細胞が自己炎症性疾患の誘導に重要であることが報告されている。
図４ ＩＬ－３３による病原性記憶Ｔｈ２細胞の誘導
- Ａ ：ＩＬ－３３によるＩＬ－５産生病原性記憶Ｔｈ２細胞の誘導。
- Ｂ ：エフェクターＴｈ２細胞のサイトカイン産生に対して、ＩＬ－３３は全く作用が認められない（左図）。一方、ＩＬ－３３は記憶Ｔｈ２細胞のＩＬ－５産生を５倍以上に増強することが分かった（右図）。
図５ ＩＬ－３３Ｒ欠損マウスでは記憶Ｔｈ２細胞依存的なぜんそく反応が抑制される
- Ａ ：ＩＬ－３３Ｒ欠損型記憶Ｔｈ２細胞を移入した群では、肺への炎症細胞浸潤が抑制される。
- Ｂ ：ＩＬ－３３Ｒ欠損型記憶Ｔｈ２細胞を移入した群では、肺胞洗浄液中の好酸球数が顕著に抑制される。
図６ 好酸球性副鼻腔炎患者の鼻ポリープではＩＬ－３３産生細胞が増加している
- Ａ、Ｂ ：非好酸球性副鼻腔炎患者の鼻ポリープと比べ、好酸球性副鼻腔炎患者鼻ポリープではＩＬ－３３陽性の内皮細胞が増加している。
図７ （ＩＬ－３３）－（ｐ３８）－（病原性記憶Ｔｈ２細胞）によるアレルギー性気道炎症の慢性化
気道に侵入してきた抗原は気道上皮細胞や肺組織の血管内皮細胞に作用し、これらの細胞群からＩＬ－３３が分泌される。分泌されたＩＬ－３３は肺組織に存在するＩＬ－３３Ｒ陽性記憶Ｔｈ２細胞に働きかけ、ｐ３８シグナルを介してＩＬ－５を多量に産生する病原性記憶Ｔｈ２細胞を誘導する。病原性記憶Ｔｈ２細胞は抗原に反応し、ＩＬ－５を産生することで気道上皮細胞にさらに多くの好酸球を浸潤させることでアレルギー性気道炎症を増悪化、慢性化させる。
＜用語解説＞
- 注１） サイトカイン
- 細胞が分泌する液性因子であり、細胞間の情報伝達を仲介する。中でもインターロイキン（ＩＬ）と呼ばれる一連のグループは主に免疫系の細胞から分泌され、免疫系が正常に働くために重要である。
- 注２） ヘルパーＴ（Ｔｈ２）細胞
- 白血球の１種でＢ細胞とともにリンパ球に分類される。Ｔ細胞はさらにキラーＴ細胞とヘルパーＴ細胞に分類され、前者はがん細胞やウイルスに感染した細胞などを攻撃し排除する。後者はサイトカインと呼ばれる液性因子を分泌し、Ｂ細胞やキラーＴ細胞の働きを助ける役割を担う。ヘルパーＴ細胞は分泌するサイトカインの種類によってＴｈ１細胞、Ｔｈ２細胞、Ｔｈ１７細胞に分類される。
- 注３） ｐ３８
- ｐ３８はさまざまな環境刺激や炎症性サイトカインによって活性化されるＭＡＰキナーゼファミリーメンバーの１つである。ＭＡＰキナーゼは細胞運命の決定に重要なシグナル伝達システムであり、出芽酵母からヒトに至る全ての真核生物で保存されている。ＭＡＰキナーゼの中でも特にｐ３８は免疫応答に関わりが深く、病原体の感染などによっても活性化され、炎症の制御に中心的な役割を果たしている。
- 注４） 慢性副鼻腔炎
- 慢性副鼻腔炎とは、アレルギー性の副鼻腔炎が長引き、膿汁の副鼻腔内の貯留、炎症性の粘膜肥厚が起き、ひどい症状のものでは鼻茸と呼ばれる鼻腔粘膜から生じる炎症性増殖性の腫瘤が発生する難治性の疾患である。鼻茸に好酸球の浸潤を伴う慢性副鼻腔炎は特に好酸球性副鼻腔炎と呼ばれ、鼻内所見や画像所見で多発性の鼻茸を示し、その鼻茸は篩骨洞に両側性に存在するという特徴を持つ。このような特徴に加え好酸球性副鼻腔炎はぜんそく、特に成人発症のぜんそくの合併が高いなど従来型の慢性副鼻腔炎とは異なる臨床像が知られている。
- 注５） 慢性アレルギー疾患
- 早期に収束する急性炎症に対して、長期感持続する炎症を慢性炎症として区別されている。慢性炎症を伴う疾患にはさまざまな種類があり、気道の慢性アレルギー疾患であるぜんそくやアトピー性皮膚炎などはその代表例として知られている。これらの疾患の割合は年々増加しており、長期にわたり生活の質を低下させるため、国民の健康上重大な問題となっているが、その治療は対症療法がほとんどで、いまだに根治治療は確立されていない。
- 注６） 気道リモデリング
- 気道リモデリングは、慢性的な気管支の炎症による気道の傷害、損傷に対する修復の過程として考えられている。炎症により気道を覆う上皮細胞は傷害を受け剥離するが、損傷部位を他の細胞が代わりに覆い、コラーゲン繊維の沈着が起こることで気道壁が厚くなり、気管支の内腔が狭くなる現象を指す。ぜんそくの重傷度が高い患者に認められることが多く、治療が難しくなる一因にもなっている。
- 注７） 免疫染色法
- 免疫染色とは抗体を用いて、組織標本中の抗原を検出する免疫学の手法を用いた組織学的実験手法。本来不可視である抗原抗体反応を可視化するために発色操作を行い、抗原の存在および組織標本における局在を顕微鏡を用いて観察を行う。
＜論文タイトル＞
“The Interleukin-33-p38 Kinase Axis Confers Memory T Helper 2 Cell Pathogenicity in the Airway”
（ＩＬ－３３－ｐ３８シグナル経路は気道炎症における病原性メモリーＴｈ２細胞を誘導する）
doi: 10.1016/j.immuni.2015.01.016
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
中山 俊憲（ナカヤマ トシノリ）
千葉大学 大学院医学研究院 免疫発生学（Ｈ３） 教授
〒263-8522 千葉県千葉市中央区亥鼻１－８－１
Tel：043-226-2185 Fax：043-227-1498
E-mail：
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
川口 貴史（カワグチ タカフミ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3524 Fax：03-3222-2064
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＜報道担当＞
科学技術振興機構 広報課
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Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
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