はじめに：TGF-βの多彩な作用
Transforming growth factor（TGF）-βは1980年 代初めに正常の線維芽細胞（NRK-49F）に作用 して形質転換を起こす因子として見つけられ た．軟寒天の中では正常の線維芽細胞は足場が
ないために増殖できないが，TGF-β
はEGF（epi-dermal growth factor）の共存下で，足場なしで 正常線維芽細胞の増殖を促進するという特徴的 な作用をもつ因子として発見された．その後， 1980 年代半ばになって，TGF-βは上皮細胞をは じめ，多くの細胞の増殖を抑制することが明ら かになり，その後はTGF-βは増殖抑制因子の代表 に位置づけられるようになった．特に，TGF-βの 増殖抑制作用からの逸脱は細胞のがん化につな がると考えられ，多くの研究がなされた．その 結果，TGF-βのType II受容体（TGFBR2遺伝子） の 異 常 が 遺 伝 性 非 ポ リ ポ ー シ ス 大 腸 が ん （hereditary non-polyposis colorectal cancer： HNPCC） で み ら れ る こ と や， シ グ ナ ル 分 子 Smad4の遺伝子異常が膵臓がんの約半数にみら れることが明らかになり，TGF-βはがん抑制因子 として広く知られるようになった．一方で，「で は，TGF-βはなぜ軟寒天培地で線維芽細胞の増殖 を促進する作用を発揮するのか」ということが 長い間の疑問となっていた．また，1990年代初 めにTGF-βは組織の線維化を促進する因子とし て知られるようになる．さらに，1990年代の半 ばにTGF-βが上皮細胞を間葉系細胞に移行させ るという特徴的な作用（上皮間葉転換（epitheli-al-mesenchymal transition：EMT））を有し，上 皮細胞の運動・浸潤能を亢進させることが明ら かとなり，TGF-βはがんの進展においてがん抑制 作用と浸潤・転移促進作用をもつことという二 面的な作用（bidirectional function）が広く知ら れるようになり，現在に至っている（図 1）1）． TGF-βはその作用が多彩であることだけでな く，種々の疾患の病因と密接に関わっているこ とが特徴である．さらに，TGF-βと類似した構造 を 持 ち， 類 似 し た 経 路 で シ グ ナ ル を 伝 え る 東京大学大学院医学系研究科
113th Scientific Meeting of the Japanese Society of Internal Medicine：Special Lecture：TGF-β family and internal medicine. Kohei Miyazono：Graduate School of Medicine, The University of Tokyo, Japan.
本講演は，平成28年4月15日（金）東京都・東京国際フォーラムにて行われた．
TGF-βファミリーからみた内科学
宮園 浩平 Key words TGF-β，骨形成因子，上皮間葉転換，がん，線維症，Marfan症候群
TGF-βフ ァ ミ リ ー の 因 子 で あ る 骨 形 成 因 子 （bone morphogenetic protein：BMP）やアクチ ビン（activin）などが1980年代後半から次々に 発見されたが，これらの因子も種々の疾患と関 連することが明らかになり，このことが基礎研 究者のみならず，多くの臨床医の興味を引くこ ととなった理由と思われる．
1．TGF-βによるシグナル伝達
TGF-βには構造の類似した蛋白質が 3 種類存 在し，TGF-β1～3 と呼ばれる．3 種類のTGF-βは いずれも 2 種類のセリンスレオニンキナーゼ型 受容体（Type IとType II）に結合する（図 2）2）．Type II受容体はType I受容体を活性化し，その 結果，Smadと呼ばれる一群のシグナル分子が活
性化される．TGF-βの作用によってType I受容体
がSmad2 とSmad3 を活性化すると，Smad4と結 合し，形成されたSmad複合体は核内へ移行す る．核内でSmad複合体は種々の転写因子と結合 してDNAに結合し，種々の標的遺伝子の転写を
調節する．TGF-βによる増殖抑制にはp15やp21
な ど の サ イ ク リ ン 依 存 性 キ ナ ー ゼ 阻 害 因 子
（cyclin-dependent kinase inhibitor：CDKI）の発 現上昇やc-Mycの発現抑制が重要な役割を果た す．一方で，EMTにはSnailやSlugなどの転写因 子の発現上昇が重要である3）．Smadによるシグ ナルはこれを抑制するSmad（inhibitory Smad） であるSmad7 によって抑制される．TGF-β刺激 はSmad7 の発現を促進することから，Smad7 を 介して“Smad-induced Smad inhibition”という
負のフィードバック機構が存在する2）．このこ とは多くの内分泌ホルモンのもつフィードバッ ク調節機構と類似したメカニズムが細胞内シグ ナルレベルでも存在することを示している．さ らに，TGF-βはPI3（phosphoinositide 3）キナー ゼやMAP（mitogen-activated protein）キナーゼ などSmadを介さないシグナル経路（non-Smad 経路）を活性化する．また，種々の増殖因子や がん遺伝子RasによるシグナルがSmadシグナル 経路を修飾することで細胞特異的な作用が発揮 される（図 2）． TGF-βファミリーの因子は，哺乳類では 33 種 類存在する．これらは，（1）Type I受容体の下 流で主としてSmad2やSmad3を活性化する因子 （TGF-βやアクチビン，ミオスタチンなど），（2） Smad1 やSmad5 を活性化する因子（BMP-2，-4， -7，-9，ミューラー管抑制因子など），（3）いず れのSmadも活性化せずに他の因子に抑制的に 働く因子，という大きく 3 つに分類することが できる．
2．TGF-βによるEMTの誘導とがん
EMTは上皮細胞が種々の刺激によって間葉系 細胞へと分化していく過程であり，（1）初期発 生や発生段階での形態形成のプロセスや，（2） 組織の再生・線維化，（3）がんの進行に密接に 関 わ っ て い る．EMTが 起 こ る とE-cadherinや Claudin-1 などの上皮細胞マーカーの発現が低 下し，N-cadherinやα-smooth muscle actin（α-SMA） の発現が上昇する．EMTを起こした細胞は運動 図1 がんにおけるTGF-βの作用の二面性 TGF-βは早期のがんでは増殖抑制作用やアポトーシ ス誘導により腫瘍抑制因子として働く．進行したが んではTGF-βはEMTを誘導することなどにより腫瘍 促進因子として働く． 腫瘍促進作用 増殖抑制 p21 ↑ p15 ↑ c-Myc↓ Cdc25↓ EMT誘導 Snail ↑ Slug ↑ ZEB1 (δEF1) ↑ ZEB2 (SIP1) ↑ Twist1 ↑ 進行がん TGF-β 初期のがん 腫瘍抑制作用性・浸潤性が亢進し，がんにおいては抗がん薬 に対する抵抗性が亢進する3）．興味深いことは， Smad7 含有アデノウイルスやTGF-β阻害低分子 化合物などを用いてTGF-βシグナルを抑制する と，乳がんなどの種々の動物モデルでがんの転 移を抑制できることである4）．TGF-βシグナルの 抑制は乳がんの骨転移を抑制することも種々の 動物モデルで明らかとなっていることから，進 行したがんではTGF-βシグナル阻害薬が有効で あると考えられ，多くの研究がなされている． では，TGF-βはどのような状況で細胞増殖を 抑制し，どのような状況でEMTを誘導するので あろうか．多くの正常上皮細胞はTGF-βによっ て増殖抑制を受けるが，がん化した細胞はしば し ばTGF-βに よ る 増 殖 抑 制 作 用 を 受 け な く な る．一方で，TGF-βで刺激した細胞は必ずしも全 てがEMTを起こすわけではなく，細胞によって 反応の程度が異なる．ヒト膵臓がんではKRASの 異常によるK-Rasの活性化が 90％の症例でみら れ，膵臓がん細胞株PANC-1でも同様の変異がみ られる．筆者らがPANC-1 を用いた検討では， TGF-βによる転写因子Snailの発現とEMTの誘導 はK-Rasの発現と密接に関わっており，活性型 K-Rasの非存在下ではSnailの発現上昇やE-cad-herinの発現低下がみられないことが明らかと な っ た5）． 次 世 代 シ ー ク エ ン サ ー を 用 い た FAIRE-sequencingな ど の 検 討 で は，Smad2 や Smad3 のDNA結合が活性型K-Rasの作用によっ て大きく変動することが明らかとなっているこ とから，悪性化に伴う種々のがん遺伝子やがん 抑制遺伝子の異常によって引き起こされるクロ マチン構造の変化がEMT誘導に密接に関わると 考えられる． 図2 TGF-βのシグナル伝達機構
TGF-βはType I（TβRI）とType II（TβRII）の2種類の受容体に結合してシグナル を伝達する．受容体の下流ではSmadによるシグナル経路が中心的な役割を果たす． さらにSmadを介さないシグナル経路や，他の増殖因子やがん遺伝子・がん抑制遺 伝子のシグナルがSmadシグナルを修飾して細胞の機能を調節する． Smad4 P P TβRI TβRII TGF-β Smad2/3 核 転写共役因子 DNA結合因子 PI3K non-Smad pathway Ras MAPK？ ？ signal cross-talk P P 標的遺伝子 Akt mTOR p70S6K 4E-BP1 TAK1 MKK 3/6/4 JNK p38
3．TGF-βの作用と肺腺がん
TGF-βとがんの研究は乳がん，大腸がん，膵臓 がん，脳腫瘍をはじめ，多くのがんで行われて いる．ここでは，TGF-βと肺がん，特に肺腺がん との関連について述べたい．肺腺がんにおける 遺伝子異常については最近多くの研究がなされ，がん遺伝子KRAS，EGFR，ALKの活性化が肺
腺がんでみられ，EGFRとALKの異常がある症例
についてはそれぞれに対するチロシンキナーゼ 阻害薬が臨床的に有効であることが明らかと なっている．TTF-1（thyroid transcription factor） はNKX2-1とも呼ばれ，肺，気管，甲状腺などに 比較的特異的に発現する転写因子であり，肺で はII型肺胞上皮細胞やクララ細胞で発現してお り，SP-Aなどのサーファクタント蛋白の分泌を 促進する．TTF-1 陽性の肺腺がん症例は，陰性 の症例に比較して予後がよく，TTF-1 は予後を 診断するよいマーカーとして知られている． TTF-1 を発現している肺腺がん細胞株はE-cad-herinを発現して増殖が遅く，一方でTTF-1 陰性 肺腺がん細胞株はE-cadherinを発現せず，EMT様 の表現型を示し，増殖速度が速いことが観察さ れている．筆者らの検討では，TTF-1はTGF-βの 作用に拮抗し，TGF-βによるSnailやSlugの発現を 抑制し，EMTの逆の現象であるMET（mesenchy-mal-epithelial transition）を引き起こすことで， 肺腺がんの進行を抑えていると考えられた6）． TTF-1 は肺腺がんでは多くの場合がん抑制因 子として働くが，時にTTF-1/NKX2-1の増幅がみ られ，TTF-1 ががん遺伝子として作用すること が報告されている．これはTTF-1 がEMT誘導抑 制などのがん進展を抑える働きだけでなく， ROR1やLMO3などの細胞の生存に関わる遺伝 子の発現を促進することによると考えられてい る．ChIP-sequencingな ど の 次 世 代 シ ー ク エ ン サ ー を 用 い た 解 析 で は，TTF-1 はSmad2/3 と Smad4 の複合体形成を阻害し，Smad3 とTTF-1 が直接結合して独自の転写調節を行っているこ とが明らかとなった7）．次世代シークエンサー の登場により，筆者らはTTF-1とTGF-βの新たな 標的遺伝子を肺腺がん細胞で同定しており，こ れらががんの進展に重要な役割を有することも 明らかとなっている．こうした組織特異的な転 写因子とTGF-β-Smadの関係は他のがんでもみ られ，今後の研究の進展が待たれる．
4．TGF-βによる線維化の誘導
TGF-βのもう 1 つの大きな特徴は，TGF-βが細 胞外マトリクスの産生を促進して組織の線維化 を引き起こすことである．1990年に，実験的な 急性腎炎モデルではTGF-βの産生が亢進してお り，TGF-β中和抗体でTGF-βの作用を抑制すると 腎炎の進行が抑えられることが報告された．こ の報告以来，糖尿病腎症や肺線維症，強皮症， 肝硬変など多くの線維性疾患でTGF-βの発現の 亢進により，コラーゲンやフィブロネクチンな どのマトリクス蛋白質の発現誘導や，マトリク ス分解蛋白質の発現制御などによって線維化が 進行することが報告された．例えば，ブレオマ イシン誘導性肺線維症モデルでは，アデノウイ ルス含有Smad7 を経気道的に投与してTGF-βの 作用を抑制すると線維化が抑制されること， Smad3欠損マウスでは一側尿管結紮（unilateral ureteral obstruction：UUO）による腎障害の進行 がみられないことが報告された． こうした知見をもとに，TGF-βに対する中和 抗体やTGF-βのType I受容体キナーゼを抑制す る低分子化合物が作成され，TGF-βシグナルを 標的とした疾患の治療ががんや線維性疾患を中 心に試みられてきた8）．しかしながら，進行し た線維症ではTGF-βシグナル阻害剤の効果は十 分ではなく，また，心血管系への副作用など予 期せぬ作用も報告されている．線維症に対する TGF-β阻害薬の効果はこれまで多くの期待が寄 せられてきたが，残念ながら今日まで臨床応用 には至っていない．5．潜在型TGF-βの構造と活性化
TGF-βは活性をもたない潜在型（latent form） として産生され，活性化を受けて初めてその作 用を発揮する．TGF-β1は390個のアミノ酸から なる前駆体としてつくられ，C末端側の 112 個 のアミノ酸からなる部分が 2 量体をつくり，こ の部分が活性をもつTGF-βとなる．N末端側の部 分（latency-associated peptide：LAP）も 2 量体 をつくり，C末端側から切断された後も非共有 結合で結合し，TGF-βを潜在型とする．TGF-βが 刀にあたるとすると，LAPは刀のさやにあたる 働きをもつわけである．多くの細胞では，潜在 型TGF-βはTGF-βとLAPに 加 え て，LTBP（latent TGF-β binding protein）がLAPにS-S結合で結合し た複合体として産生される．LTBPは，EGF様の 構造と 8 個のシステイン残基を含む特徴的な構 造（8-Cys domain）が繰り返し出てくる特徴的 な構造をもつ（図3）．LTBPには類似した構造を もつ蛋白質が 4 種類存在し，LTBP-1～4 と呼ば れ，このうちLTBP-1，3，4 がLAPと結合する． 潜在型TGF-βは強酸，強アルカリ，熱処理，プラ スミンなどの酵素処理によって活性化される が，生体内でどのような分子機構で活性化され るか，長い間明らかではなかった．2000年代に なって，LAPがインテグリンに，LTBPが細胞外 マトリクスに結合し，なんらかの機械的な力が 働くことで潜在型TGF-β複合体が細胞外マトリ クス側とインテグリン側に引っ張られると全体 の構造にゆがみが生じ，その結果，潜在型TGF-β が活性化されることが明らかになった9）． 一方で，Marfan症候群の原因遺伝子FBN1が つくる蛋白質Fibrillin-1 がLTBPと同様にEGF様 構造と 8-Cysドメインの繰り返しからなること が報告された．さらにFibrillin-1はLTBPと結合す ることで，潜在型TGF-βの細胞外マトリクスで の局在を決定すると同時に，その活性化を制御 する働きをもつことが明らかになり，大動脈瘤 や大動脈解離などMarfan症候群の主な臨床所 見のいくつかはTGF-βシグナルの過剰で説明す る こ と が 可 能 と な っ た10）．Fibrillin-1 遺 伝 子 （Fbn1）を欠損したマウスでは血管中膜におい てTGF-βの作用が亢進してSmad2 のリン酸化が 強く観察され，TGF-β中和抗体の投与で中膜肥 厚が抑制されることが報告された．血圧降下薬 losartanのMarfan症候群モデルマウスへの投与 ではTGF-β中和抗体と同様の効果がみられ，大 動脈瘤や大動脈解離などに対する臨床応用が期 図3 潜在型TGF -βの構造 潜在型TGF-βは，TGF-βとLAP，LTBPからなる．LTBPは細胞外マトリクスやフィ ブリリンと結合する．細胞外マトリクスとインテグリンとの結合により潜在型 TGF-βは活性化される． タンパク分解 ドメインEGF-like LAP TGF-β ドメイン8-Cys フィブリリン 細胞外マトリクス LTBP待 さ れ て い る10）．LosartanはTGF-β受 容 体 や Smadに直接作用するとは考えられておらず，そ の作用の分子メカニズムは明らかとなっていな い が，TGF-βシ グ ナ ル の 下 流 に お け るMAPキ ナーゼの抑制などの作用が重要であると報告さ れている． 潜 在 型TGF-βの 構 造 が 明 ら か と な っ た の は 1980年代後半であるが，活性化のメカニズムや Marfan症候群との関連が詳細に明らかとなっ たのは2000年代に入ってからである．TGF-βが 組織の線維化と密接に関係していることは古く から知られていたが，Marfan症候群との関連は 予期せぬものであった．今後，潜在型TGF-βの活 性化とFibrillinの関係がさらに明らかになり，新 たな治療戦略が推進されることが期待される．
おわりに
TGF-βは強力な増殖抑制因子であり，血球細胞 やリンパ球に対しても増殖や機能を抑制する働 きを有する．一方で，TGF-βは制御性T細胞への 分化を促進する作用があり，TGF-β作用の抑制は 免疫能の活性化を誘導する可能性があり，がん や免疫疾患への臨床応用が期待されている． TGF-βファミリーの因子であるBMPは，元来 は骨や軟骨の形成を促進する因子として見つ かった．その後，BMPは無脊椎動物にも存在し， 初期発生や組織の形態形成に重要な役割を果た すことが明らかとなった因子である．BMPの Type II受容体BMPRIIの機能喪失は原発性肺高 血圧症と，Type I受容体ALK-1の機能喪失は遺伝 性出血性毛細血管拡張症と，さらにALK-3（別 名BMPRIA）の機能喪失は若年性ポリポーシス との関連が報告されている．一方で，BMPの Type I受容体ALK-2 の機能亢進は進行性骨化性 線維異形成症（fibrodysplasia ossificans progres-siva：FOP）や小児びまん性内在性橋グリオーマ （diffuse intrinsic pontine glioma：DIPG）に関わ るなど，BMPシグナルの異常は骨・軟骨疾患， 血管病変，がんなど多彩な疾患との関連が知ら れている．最近になってBMPシグナルを抑制す る低分子化合物の開発も進められており，BMP シグナルの過剰によってもたらされる疾患の治 療 も 可 能 に な る か も し れ な い．TGF-βフ ァ ミ リーの因子に関する研究はこれまでも多くの研 究者の興味を引きつけてきたが，その阻害薬の 開発により，今後さらに大きく発展することが 期待される． 著者のCOI（conflicts of interest）開示：宮園浩平；株式 利益（イムノフューチャー），特許使用料（Ludwig Can-cer Research），寄附金（大塚製薬，日本新薬）文 献
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