自然免疫/炎症とサイトカイン・シグナル伝達

岡山 医学会雑 誌 第118巻 September 2006,pp.109-112

総

説

自然 免 疫/炎 症 とサ イ トカ イ ン ・シ グ ナ ル伝 達

松 川 昭 博 岡山大学大学院医歯薬学総合研究科 病態探究医学 キ ー ワ ー ド:サ イ トカ イ ン,ケ モ カ イ ン,自 然 免 疫,炎 症,シ グ ナ ル 伝 達 は じ め に 炎 症 反 応 は 生 体 に 有 害 刺 激 が 加 わ っ た 場 合 に 発 動 さ れ る 反 応 で,古 くか ら,発 赤rubor,腫 張tumor,局 所 熱 感calor,疼 痛dorolを4主 徴 とす る 生 体 反 応 と し て 知 ら れ て い る.炎 症 反 応 は,一 ・連 の 反 応 経 路 が 密 接 に リ ン ク し て 増 幅 さ れ る シ ス テ ム か ら な り,生 体 侵 襲 と く に 微 生 物 侵 入 に 対 す る最 初 の 生 体 防 御 系 と して 機 能 し て い る.し か し,過 剰 な あ る い は 長 期 に わ た る炎 症 反 応 は 生 体 に と っ て む し ろ有 害 で あ り,そ の 制 御 は 厳 密 な 調 節 下 に あ る と考 え ら れ る.炎 症 反 応 の 発 動 ・ 制 御 に 働 く 中 心 的 な メ デ ィ エ ー タ ー は サ イ トカ イ ン で あ る.本 稿 で は,炎 症 反 応 の 発 動 ・制 御 に 関 わ る サ イ トカ イ ン ・ケ モ カ イ ン の 役 割 に つ い て 紹 介 し た い. ウ サ ギ 炎 症 モ デ ル を 用 い た 局 所 炎 症 の 解 析 サ イ トカ イ ン は'80年 頃 よ り ク ロ ー ニ ン グ さ れ は じ め た が,そ の 機 能 解 析 はin vitroで の 研 究 が 中 心 で あ り,実 際 の 炎 症 局 所 で の 役 割 は 長 く不 明 で あ っ た.こ れ は,当 時 ク ロ ー ニ ン グ さ れ た サ イ トカ イ ンが ヒ ト型 で あ っ た こ と に よ る.そ こ で,私 た ち は 独 自 に ウ サ ギ サ イ トカ イ ン ・ケ モ カ イ ン を ク ロ ー ニ ン グ し,そ の 遺 伝 子 組 換 体 や モ ノ ク ロ ー ナ ル ・ポ リ ク ロ ー ナ ル 抗 体 を 作 製 し て,ウ サ ギ 炎 症 モ デ ル を 用 い たin vivoで の サ イ トカ イ ン ・ケ モ カ イ ン の 機 能 解 析 に取 り組 ん だ.そ の こ ろ('90年 代 前 半)は,ま ずTNFα が つ づ い てIL-1が 産 生 さ れ,こ れ に よ りケ モ カ イ ン が 誘 導 さ れ て 炎 症 細 胞 浸 潤 が お こ る と考 え られ て い た が,LPSや 尿 酸 結 晶 を ウ サ ギ 関 節 内 に 投 与 して 誘 発 した 関 節 炎 で の サ イ トカ イ ン産 生 動 態 を 観 察 し た 結 果,ケ モ カ イ ンIL-8/CXCL8やGROα/CXCL1はTNFα と 同 時 にIL-1よ りむ し ろ先 行 し て 産 生 さ れ る,ケ モ カ イ ン の 産 生 は 二 相 性 で あ る,と い っ た 従 来 の 説 と の 矛 盾 点 を 見 い だ し た.そ こ で,各 種 サ イ トカ イ ン抗 体 あ る い は 受 容 体 拮 抗 因 子 投 与 後 の サ イ トカ イ ン 産 生 量 を測 定 し た と こ ろ,初 期 の ケ モ カ イ ン はTNFα やIL-1と 独 立 し て 産 生 さ れ る こ と,こ れ ら に よ りIL-1産 生 が 増 幅 さ れ, そ の 後IL-1の 作 用 に よ り再 び ケ モ カ イ ン産 生 が 誘 導 さ れ る こ と が 分 か り,ケ モ カ イ ン は炎 症 導 入 期 と効 果 期 の 両 方 に作 用 し炎 症 細 胞 浸 潤 に働 く こ と を 明 ら か に し た1-8).ま た,こ の 時 の 炎 症 細 胞 浸 潤 は,こ れ らサ イ トカ イ ン ・ケ モ カ イ ン の 協 調 下 に規 定 さ れ る こ と を 示 し た.さ ら に,関 節 炎 に 伴 う軟 骨 破 壊 は,局 所 に 浸 潤 し た 好 中 球 由 来 の エ ラ ス タ ー ゼ に よ っ て 惹 起 さ れ る こ と を 明 ら か に し,カ タ ボ リ ン(=IL-1)に よ る と さ れ た 従 来 の 説 を覆 し た1).一 方,IL-1の 特 異 的 阻 害 因 子 平 成18年3月 受 理 〒700-8558岡 山 市 鹿 田 町2-5-1 雷 話:086-235-7141 FAX:086-235-7141 E-mail:[email protected] ◆ プ ロ フ ィ ー ル ◆ 熊本 大 学 医 学部 卒 業 後,同 整 形 外科 入 局.第 一 線 の 整 形外 科 医 を目指 して昼 夜 を問 わ ず臨 床研 修 に明 け暮 れ る も, 大学 院 入 学(熊 本 大 学 医学 部 第 一病 理 学 教 室)を 契機 に研 究 の面 白 さに 魅 せ られて基 礎 に身 を置 くよ うに な っ た. 大学 時 代 の 友 人 は,ク ラ ブ活 動(軟 式 テ ニ ス)に 没 頭 してい た私 が研 究 に従 事 す る とは夢 に も思 っ てい な か っ た 模 様.研 究 テ ー マ は,(1)炎 症 とサ イ トカイ ン ・ケ モ カ イ ン(2)自 然 免 疫 に お け る シグ ナル伝 達機 構 の 解 明(3)自 然 免疫 の 獲得 免疫,腫 瘍 免 疫 に及 ぼ す影 響 の解 明. 109

IL-1 receptor antagonist(IL-1Ra)の 炎 症 局 所 で の 産 生 量 は モ ル 比 でIL-1の 数 百 倍 に 及 ぶ こ と1,4),活 性 型IL-1Raは 未 処 置 健 常 ウ サ ギ の 全 臓 器 で 検 出 さ れ る こ と9)か ら,炎 症 反 応 は 抑 制 基 調 に あ る こ と も明 ら か に した. マ ウ ス 敗 血 症 モ デ ル を 用 い た 全 身 炎 症 の 解 析 次 に,局 所 炎 症 の 解 析 か ら得 た 知 見 を も と に 敗 血 症 モ デ ル を用 い た 全 身 性 炎 症 反 応 の 解 析 に取 り組 ん だ. 感 染 時 の 異 物 排 除 に 働 くエ フ ェ ク タ ー細 胞 は好 中 球 や マ ク ロ フ ァ ー ジ で あ る が,こ れ らの 細 胞 の 局 所 へ の 動 員 お よ び 活 性 化 に は,TNFa,IL-1,IFNγ,種 々 の ケ モ カ イ ン10-12)が必 須 で あ る.一 方 で,炎 症 反 応 抑 制 に はIL-13な ど の 抗 炎 症 サ イ トカ イ ン が 働 く と さ れ る.こ れ ら の サ イ トカ イ ン の う ち,IFNγ は 獲 得 免 疫 の 分 類 で は 細 胞 性 免 疫 に は た ら くTh1サ イ ト カ イ ン と して,IL-13は 液 性 免 疫 に働 くTh2サ イ トカ イ ン と して 分 類 さ れ て い る.そ こ で,自 然 免 疫/炎 症 か ら み た Th1・Th2サ イ トカ イ ン の 機 能 分 担 に 興 味 を抱 き,研 究 を展 開 し た.面 白 い こ と に,感 染 局 所 で はTh1サ イ トカ イ ンIFNγ に 加 えTh1誘 導 サ イ ト カ イ ンIL-12 の 上 昇 を 認 め た が,Th2サ イ トカ イ ンIL-13は 炎 症 局 所 で は ま っ た く検 出 さ れ な か っ た.こ の 事 実 は,感 染 局 所 はTh1サ イ トカ イ ン優 位 で あ る こ と を意 味 す る. こ の モ デ ル にIFNγ あ る い はIL-12の 中 和 抗 体 を投 与 す る と,腹 膜 炎 時 の 腹 腔 内 細 菌 数 は 有 意 に増 加 し,マ ウ ス 生 存 率 は低 下 し た.し た が っ て,Th1サ イ トカ イ ン は 食 細 胞 の 殺 菌 能 を高 め,局 所 の 生 体 防 御 に 働 く と 考 え ら れ た.一 方,IL-13は 腹 腔 局 所 で 発 現 しな い も の の,敗 血 症 時 の 標 的 臓 器 で あ る 肝,肺,腎 で は 有 意 な 上 昇 が み ら れ,抗IL-13抗 体 の 投 与 に よ り,敗 血 症 に よ る臓 器 炎 ・臓 器 傷 害 は 悪 化 し,マ ウ ス の 生 存 率 は 有 意 に低 下 した.こ の と き,諸 臓 器 に お け る 炎 症 性 サ イ トカ イ ン ・ケ モ カ イ ン 産 生 は 増 加 し た こ とか ら,臓 器 内 で 発 現 す るIL-13は,臓 器 で の 炎 症 性 サ イ トカ イ ン の 産 生 を 押 さ え臓 器 傷 害 を抑 制 す る,と 考 え られ た13). 以 上 よ り,敗 血 症 時 の 生 体 防 御 は,感 染 局 所 で のIL-12やIFNγ に よ る 細 菌 排 除 と,臓 器 で のIL-13の 抗 炎 症 作 用 に よ る臓 器 傷 害 抑 制 の バ ラ ン ス の 上 に 成 り立 つ こ とが 示 さ れ,獲 得 免 疫 系 の 観 点 か らTh1/Th2サ イ トカ イ ン と よ ば れ る 機 能 分 子 が,自 然 免 疫 の 局 面 で は, 局 所 で 細 菌 排 除 に 働 くサ イ トカ イ ン と全 身 で 抗 炎 症 に 働 くサ イ トカ イ ン,と い う グ ル ー プ に 分 類 で き る こ と を見 い だ し た(図1). 自 然 免 疫 に お け る シ グ ナ ル 伝 達 機 構 の 解 明 最 近 の 解 析 か ら,T細 胞 に お け るIL-12,IL-13の シ グ ナ ル 伝 達 に 関 わ る 因 子 がStat4,Stat6で あ る こ と が 判 明 し て い る.そ こ で,Stat4,Stat6欠 損 マ ウ ス に感 染 性 腹 膜 炎 を 誘 導 し,敗 血 症 モ デ ル に み る サ イ トカ イ ン の 作 用 機 序 を シ グ ナ ル 伝 達 因 子 の 方 面 か ら解 析 し た14).敗 血 症 誘 導 後 の マ ウ ス 生 存 率 を観 察 す る と,野 生 型 に く らべ てStat4,Stat6欠 損 マ ウ ス で は有 意 な 改 善 が み ら れ た.こ の 時 の マ ウ ス の 腹 腔 内 保 有 菌 量 を み る と,Stat6欠 損 マ ウ ス で は 有 意 な 減 少 を 認 め,Stat6 欠 損 マ ウ ス に お け る腹 腔 内IL-12,TNFa,CCケ モ カ イ ンCCL6及 びCCL22の 産 生 は,野 生 型 に く らべ 有 意 に上 昇 し て い た.一 方,細 菌 排 除 に 働 く 白 血 球 自体 の 機 能 に 差 異 は な か っ た こ とか ら,Stat6欠 損 マ ウ ス で は局 所 の サ イ トカ イ ン産 生 が 細 菌 排 除 に都 合 の よ い Th1反 応 に シ フ ト し,そ の た め マ ウ ス は敗 血 症 に抵 抗 性 を 示 し た と結 論 し た.Stat4欠 損 マ ウ ス で は 局 所 の 保 有 菌 数 に 差 は な か っ た も の の,野 生 型 で み ら れ る肝 傷 害,腎 傷 害 は ほ と ん ど認 め な か っ た.野 生 型 に み る 組 織 学 的 肝 実 質 へ の 好 中 球 浸 潤 もStat4欠 損 マ ウ ス で は ほ と ん ど認 め な か っ た.Stat4欠 損 マ ウ ス に み る 諸 臓 器 で の サ イ トカ イ ン 産 生 パ タ ー ン は,IL-10及 びIL-13の 上 昇,CXCケ モ カ イ ンMIP-2,KCの 低 下 を示 した.IL-10もIL-13と 同 様 に 抗 炎 症 に 働 くサ イ トカ イ ン で あ る.こ の よ う に,Stat4欠 損 マ ウ ス は,臓 器 で の サ イ トカ イ ン 産 生 が 生 体 防 御 に 好 都 合 なTh2に さ ら に シ フ ト し,そ の た め 臓 器 傷 害 が 回 避 さ れ て マ ウ ス は敗 血 症 に 抵 抗 性 を示 す と考 え ら れ た(図2). IL-10の シ グ ナ ル はStat3を 介 し て 誘 導 さ れ る.そ こ で,食 細 胞(好 中 球,マ ク ロ フ ァ ー ジ)選 択 的 にStat3 の 欠 損 した マ ウ ス を用 い て,敗 血 症 に お け るStat3の 役 割 に つ い て 検 討 し た.そ の 結 果,食 細 胞 選 択 的Stat3 欠 損 マ ウ ス は敗 血 症 に 対 し高 致 死 性 を 示 し た15).こ の と き,腹 腔 内 の 細 菌 数 に は両 者 間 で 差 は な か っ た が, 腹 腔 内 浸 潤 細 胞 数 はStat3欠 損 マ ウ ス で 著 し く増 加 し,こ れ と一 致 し て 腹 腔 内 の 種 々 の 炎 症 性 サ イ トカ イ ン産 生 量 も著 し く亢 進 し た.Stat3欠 損 マ ウ ス で は 血 清 サ イ トカ イ ン レベ ル も著 しい 高 値(高 サ イ トカ イ ン 血 症)を 示 し,血 清 ア ミ ロ イ ドAタ ンパ ク,フ ィ ブ リ ノ ー ゲ ン 量 の 増 加,血 清 ア ル ブ ミ ン の 減 少 が み られ, 全 身 炎 症 は 増 強 し,敗 血 症 に 伴 う肝 傷 害 ・腎 障 害 は コ 110

炎 症 と サ イ トカ イ ン:松 川 昭 博 図1  感染性 腹膜 炎 時の生 体 防御 ン ト ロ ー ル に く らべ 有 意 に増 悪 した.組 織 学 的 に は, 著 しい 肝 実 質 内 好 中 球 浸 潤,高 度 の 尿 細 管 壊 死 が 観 察 さ れ た.以 上 よ り,Stat3欠 損 マ ウ ス で は,局 所 お よ び 全 身 の 過 剰 な サ イ トカ イ ン 産 生 に よ り制 御 不 能 の 全 身 性 炎 症 反 応 が 誘 導 さ れ,マ ウ ス は 高 率 に 死 に 至 っ た と結 論 し た16)(図2).こ の 結 果 か ら わ か る,も う 一 つ の 重 要 な 点 は,Stat3は す べ て の 細 胞 に 発 現 す る も の の,食 細 胞(お そ ら くマ ク ロ フ ァ ー ジ)に 発 現 す るStat 3が 過 剰 な 炎 症 反 応 を制 御 す る と い う こ と で あ る.こ の こ と は,Stat3欠 損 腹 腔 常 在 マ ク ロ フ ァ ー ジ を 移 入 さ れ た マ ウ ス で は,コ ン トロ ー ル に 比 べ 有 意 なTNFα やKCの 上 昇,浸 潤 好 中 球 ・マ ク ロ フ ァ ー ジ の 増 加 を 示 す こ と か ら も確 認 さ れ た17).腹 腔 マ ク ロ フ ァ ー ジ は 「パ トロ ー ル 部 隊 」 と して 局 所 に 常 在 し,刺 激 を 感 知 す る と 炎 症 性 サ イ トカ イ ン ・ケ モ カ イ ン を 産 生 して 炎 症 開 始 シ グ ナ ル を 発 動 す る が,一 方 で,Stat3を 介 し て 抗 炎 症 サ イ ト カ イ ンIL-10の 作 用 を 伝 え,過 度 の 炎 症 が 起 こ ら な い よ う に 監 視 し て い る こ と に な る. ま と め と 展 望 以 上,自 然 免 疫 の 局 面 と し て の 炎 症 反 応 発 現 ・制 御 に お け る サ イ トカ イ ン と シ グ ナ ル 伝 達 因 子 の 機 能 解 析 に 取 り組 み,敗 血 症 の 病 態 形 成 に サ イ トカ イ ン お よ び STAT因 子 が 重 要 な働 き を担 う こ と を 示 し,自 然 免 疫 に お け る 新 し いTh1/Th2サ イ トカ イ ン パ ラ ダ イ ム を 提 唱 し た.本 稿 で は 割 愛 した が,ケ モ カ イ ン リ セ プ タ ー に よ る 敗 血 症 の 負 の 制 御 機 構 や18)ケ モ カ イ ン の 獲 得 免 疫 に お け る 役 割19・201につ い て も明 らか に し て き た.現 在 は,敗 血 症 を 含 め た 種 々 の 炎 症 モ デ ル に お け る 炎 症 反 応 制 御 機 構 を シ グ ナ ル 伝 達 抑 制 因 子(SOCS, suppressor of cytokine signaling)の 方 面 か ら 解 析 し て い る.敗 血 症 は,様 々 な 炎 症 シ グ ナ ル が 複 雑 な カ ス ケ ー 図2  敗 血 症 と シ グ ナ ル伝 達 因 子 ドを 形 成 して お こ る 難 治 性 の 炎 症 疾 患 で あ り,最 近 の 急 速 な 医 学 の 進 歩 に もか か わ ら ず,そ の 死 亡 率 は ほ と ん ど 改 善 して い な い.今 後 も,敗 血 症 を 中 心 と し た 炎 症 疾 患 の 病 態 解 明 に 取 り組 み,自 然 免 疫 へ の 介 入 に よ る 新 しい 治 療 戦 略 も念 頭 に 入 れ て 研 究 を展 開 し た い と 考 え て い る. 文 献

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10) Matsukawa A, Hogaboam CM, Lukacs NW, Lincoln PM, Strieter RM and Kunkel SL: Endogenous monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) protects mice in a model of acute septic peritonitis: cross-talk between MCP-1 and leukotriene B4. J Immunol (1999) 163, 6148-6154.

11) Matsukawa A, Hogaboam CM, Lukacs NW, Lincoln PM, Evanoff HL and Kunkel SL: Pivotal role of the CC Chemokine, macrophage-derived chemokine, in the innate immune response. J Immunol (2000) 164, 5362-5368. 12) Matsukawa A, Hogaboam CM, Lukacs NW and Kunkel

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13) Matsukawa A, Hogaboam CM, Lukacs NW, Lincoln PM, Evanoff HL, Strieter RM and Kunkel SL: Expression and

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15) Matsukawa A, Takeda K, Kudo S, Maeda T, Kagayama M and Akira S: Aberrant inflammation and lethality to septic peritonitis in mice lacking Stat 3 in macrophages and neutrophils. J Immunol (2003) 171, 6198-6205.

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17) Matsukawa A, Kudo S, Maeda T, Numata K, Watanabe H, Takeda K, Akira S and Ito T: Stat 3 in Resident Macrophages as a Repressor Protein of Inflammatory Response. J Immunol (2005) 175, 3354-3359.

18) Matsukawa A, Kudoh S, Sano G, Maeda T, Ito T, Lukacs NW, Hogaboam CM, Kunkel SL and Lira S: Absence of CC Chemokine Receptor 8 Enhances Innate Immunity during Septic Peritonitis. FASEB J (2006) 20, 302-304. 19) Matsukawa A, Lukacs NW, Standiford TJ, Chensue SW

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20) Matsukawa A, Lukacs NW, Hogaboam CM, Chensue SW and Kunkel SL: Chemokines and other mediators, 8. Chemokines and their receptors in cell-mediated immune responses in the lung. Microsc Res Tech (2001) 53, 298-306.