平 成 ２ ３ 年 ２ 月 ９ 日 科学技術振興機構（ＪＳＴ） Tel：03-5214-8404（広報ポータル部） 慶 應 義 塾 大 学 Tel:03-5363-3611（医学部 庶務課）
腸における炎症を抑える新しいメカニズムを発見
−炎症性腸疾患の新たな治療法開発に期待−
ＪＳＴ 課題解決型基礎研究の一環として、慶應義塾大学 医学部の吉村 昭彦 教授ら は、腸などの消化器における新たな免疫調節機構を解明しました。腸内には大腸菌など の腸内細菌が大量に存在しますが、それにもかかわらず炎症が起きないメカニズムは、 これまで十分に解明されていませんでした。 本研究グループは今回、モデルマウスを用いて腸内における新しい炎症抑制システム を発見しました。その本体はプロスタグランジンＥ２（ＰＧＥ２）注１）と呼ばれる生理機 能脂質で、マクロファージなどの免疫細胞に作用して炎症を強力に抑制します。ＰＧＥ ２システムは、これまでに知られている抑制性Ｔ細胞（Ｔｒｅｇ）注２）による炎症抑制シ ステムとは全く独立して存在することが分かりました。自然免疫を担うマクロファージ や樹状細胞注３）は、腸内細菌などの感染によってＴＮＦαやインターロイキン１２（ＩＬ −１２）などの炎症性サイトカインとよばれるたんぱく質を放出することで炎症を誘導、 促進しますが、ＰＧＥ２は腸上皮で常に産生されていて、これらのサイトカインの産生 を抑制していました。しかし過大な感染や強い炎症時にはこの抑制システムが破綻する ため、サイトカインシグナル抑制因子１（ＳＯＣＳ１：ソックス−ワン）注４）と言う遺伝 子が防護していることも明らかになりました。 これらの発見は、潰瘍性大腸炎やクローン病などの炎症性腸疾患の発症機構の解明に 貢献するもので、新たな治療法の開発につながるものと期待されます。 本研究成果は、２０１１年２月８日（英国時間）に英国オンライン科学雑誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」で公開されます。 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：「アレルギー疾患・自己免疫疾患などの発症機構と治療技術」 （研究総括：菅村 和夫 宮城県立がんセンター 総長） 研究課題名：細胞内シグナル制御による免疫リプログラミング 研究代表者：吉村 昭彦（慶應義塾大学 医学部 微生物学・免疫学教室 教授） 研 究 期 間：平成２０年１０月∼平成２６年３月 ＪＳＴはこの領域で、アレルギー疾患や自己免疫疾患を中心とするヒトの免疫疾患を予防・診 断・治療することを目的に、免疫システムを適正に機能させる基盤技術の構築を目指しています。 上記研究課題では、細胞内のシグナル伝達制御機構の解明とその人為的な調節により新たな免 疫疾患治療の方法論を開発することを目指しています。＜研究の背景と経緯＞ 人の腸内には、５００種以上１００兆個の腸内細菌が存在していると言われています。 このような大量の細菌が存在するにもかかわらず、通常、腸内では炎症が起こりません。 細菌の菌体成分（例えばリポ多糖ＬＰＳ）はマクロファージや樹状細胞と言った自然免疫 系細胞の表面に存在するＴＬＲ注５） を活性化し、その結果ＴＮＦαやＩＬ−１２と言った 炎症性サイトカインが産生され、炎症がスタートします。健康な腸内では、少々の菌体成 分があってもこれらの細胞から炎症性サイトカインが産生されることは強く制限されてお り、炎症は起こりません。その仕組みはいくつか考えられています。１つは、免疫抑制機 能を持つＴｒｅｇから分泌されるインターロイキン１０（ＩＬ−１０）注６） がマクロファ ージや樹状細胞の活性化を抑制していることが知られています。しかし、ＩＬ−１０を働 かなくしたマウスでは腸炎は起こるものの時間がかかり、炎症は軽微です。また、Ｔｒｅ ｇが存在しないＲａｇ欠損マウスでは腸炎も起こりません。従って、ＴｒｅｇやＩＬ−１ ０に依存しない第２の抑制システムが存在すると考えられます。本研究グループは抑制の 本体を追求し、それがプロスタグランジンＥ２（ＰＧＥ２）と呼ばれる生理機能脂質であ ることを突き止めました。ＰＧＥ２が試験官内で炎症性サイトカインの産生を抑制する機 能を持つことは分かっていましたが、個体での腸炎抑制における意義は分かっていません でした。 ＜研究の内容＞ 本研究グループでは、腸内には炎症を抑制する物質が存在し、炎症時には抑制システム が破綻することを想定しました。樹状細胞をＬＰＳで刺激すると炎症性サイトカインが大 量に分泌されますが、腸上皮細胞培養液や腸抽出液（ＣＭＥ）にはこのサイトカイン産生 を強力に抑制する物質が存在しており（図１Ａ）、この物質がＰＧＥ２であると考えまし た。それを確かめるために、樹状細胞で主にＰＧＥ２と結合するたんぱく質であるＥＰ４ の阻害剤を用いたところ、腸抽出液のサイトカイン産生を抑制する能力はほぼ完全になく なりました。これらの結果から、腸由来のサイトカイン産生抑制分子はＰＧＥ２であると 証明されました（図１Ｂ）。 さらにマウスの体内でも、腸炎抑制にＰＧＥ２が重要であることを示すために、Ｔｒｅｇ のないマウス（Ｒａｇ２欠損マウス）にＰＧＥ２の産生を抑制する非ステロイド系抗炎症剤 （ＮＳＡＩＤ）注７） の一種インドメタシンを投与したところ、致死的な、極めて重篤な腸炎 を発症しました（図２ＡＢ）。この腸炎は、抗生物質の投与により腸内細菌をなくすことで 発症しなくなり（図２Ｃ）、ＰＧＥ２受容体であるＥＰ４の活性化剤の投与によって軽快し ました（図２Ｄ）。これらの結果は、ＰＧＥ２‐ＥＰ４経路がマウス内でも、腸内細菌によ って発症する腸炎の抑制に必要であることを証明しています。
経路とは独立して機能する抑制システムであることが生体内でも確認されました（図３）。 では、腸炎を発症する際はこの経路はどのように破綻されるのでしょうか？ 本研究グループでは、腸炎には炎症性サイトカインの一種であるインターフェロンγ（Ｉ ＦＮγ）が重要であることから、ＩＦＮγの作用を抑制するＳＯＣＳ１という遺伝子に着 目しました。Ｒａｇ２欠損マウスでＳＯＣＳ１遺伝子を働かなくすると、インドメタシン 投与と非常によく似た腸炎を発症することから、ＳＯＣＳ１がＰＧＥ２−ＥＰ４経路の重 要な調節因子であることが考えられました。試験管内の解析の結果、ＳＯＣＳ１がないと ＩＦＮγの炎症シグナルが過剰に活性化され、その結果ＰＧＥ２による抑制効果が見られ なくなることが分かりました（図４）。つまり、ＰＧＥ２による抗炎症システムは炎症性 サイトカインと常に拮抗状態にあり、炎症シグナルが強く入りすぎるとＰＧＥ２システム が抑制され、その結果炎症シグナルが勝るようになるために腸炎の発症が促進されるとい うメカニズムが明らかになりました（図５）。ＳＯＣＳ１は、この炎症と抗炎症のバラン スを取っている遺伝子の１つと言えます。ちなみに、炎症性腸疾患患者が非ステロイド系 抗炎症剤を服用すると腸内の炎症が悪化することが知られていますが、これは本研究で示 されたようにＮＳＡＩＤがＰＧＥ２の生成を妨害して、抗炎症システムを破壊してしまう ことが原因であると考えられます。このように本研究成果は、炎症性腸疾患の発症機序の 解明や治療法の開発につながるものと期待されます。 ＜今後の展開＞ 本研究によって、個体には腸内細菌に対して炎症を防御するＴｒｅｇとＰＧＥ２という ２つの防御システムが存在すること、どちらか一方でも存在すれば腸炎を抑制できること が明らかにされました。また、炎症性サイトカインＩＦＮγの作用を抑制するＳＯＣＳ１ 遺伝子は、炎症シグナルが過剰に入ってＰＧＥ２システムを破壊することを防いでいるこ とも分かりました。 本研究成果より、ＰＧＥ２システムを促進するＥＰ４活性化剤は炎症性腸疾患に対して 治療効果を持つことが期待できます。しかし炎症が激しい場合は、すでにＰＧＥ２−ＥＰ ４のシステムが破綻しているためにＥＰ４活性化剤の効果が少ない可能性があります。そ の場合は、ＳＯＣＳ１の機能を増強することでＰＧＥ２による抗炎症システムを再機能化 させることも可能かもしれません。さらに、炎症性サイトカインがＰＧＥ２−ＥＰ４シス テムを破綻させるメカニズムや、ＰＧＥ２−ＥＰ４システムがＴＬＲシグナルを抑制する メカニズムを解明できれば、潰瘍性大腸炎やクローン病などの炎症性腸疾患に対する新た な治療法が確立できるものと期待されます。
＜参考図＞
図１ 腸抽出液の炎症性サイトカイン産生抑制効果
Ａ：腸抽出液（ＣＭＥ）そのもの、およびＣＭＥを分子量３０００以下に分画したもの(Ｙ Ｍ‐３ ＣＭＥ)の樹状細胞によるＩＬ‐１２（左）とＴＮＦα（右）の産生抑制効果。 比較対象としてＩＬ−１０（分子量３００００以上）およびＩＬ−１０を分子量３０
図２ インドメタシンによる腸炎 Ａ：インドメタシン投与によって野生型マウス（Ｃ５７ＢＬ６）とＲａｇ２−/−マウスと もに腸内ＰＧＥ２の量が激減する。 Ｂ：インドメタシン投与によって、Ｒａｇ欠損マウス（Ｒａｇ２−ＫＯ）では重篤な腸炎 が発症するが野生型Ｃ５７ＢＬ６マウスでは発症しない。これは、野生型マウスには Ｔｒｅｇが存在しているためと考えられる。 Ｃ：インドメタシン腸炎は抗生物質（ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃｓ）の投与により軽快する。 これは腸炎が、腸内細菌がＴＬＲなどを介してマクロファージや樹状細胞を活性化す るために起こることを示している。逆に言えばＰＧＥ２は個体でもＴＬＲの過剰な活 性化を抑えている。 Ｄ：ＥＰ４活性化剤（ＥＰａｇｏｎｉｓｔ）の効果。インドメタシン投与によりＰＧＥ２ がなくなっても、ＰＧＥ２受容体ＥＰ４を直接活性化することで腸炎は防止できる。 QuickTimeý Dz êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ • ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇ-Ç ÅB
図３ Ｒａｇ２欠損マウスへのＴｒｅｇ移入によるインドメタシン腸炎の抑制 Ｒａｇ２欠損マウスに野生型Ｔｒｅｇを移入することで、インドメタシンによる腸炎は 完全に抑制できる。しかし、ＩＬ−１０遺伝子を欠損するＴｒｅｇではこの抑制効果が見 られない。つまり、ＴｒｅｇからのＩＬ−１０はインドメタシン腸炎を抑制する。すなわ ち、ＰＧＥ２による腸炎抑制とＴｒｅｇーＩＬ−１０による腸炎抑制は独立して働く。 QuickTimeý Dz êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ • ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇ-Ç ÅB
図４ ＩＦＮγの過剰シグナルによるＰＧＥ２抗炎症効果の破綻 野生型樹状細胞（ＷＴ−ＤＣ）とＳＯＣＳ１遺伝子欠損樹状細胞（ＳＯＣＳ１−／−ＤＣ） をＰＧＥ２存在下でＬＰＳ刺激したときのＴＮＦαの産生。左は、さらにこの系にＩＦＮ γを加えた。通常の状態では野生型樹状細胞もＳＯＣＳ１欠損樹状細胞もＰＧＥ２はＴＮ Ｆαの産生を抑制しているが、ＩＦＮγが存在するとＰＧＥ２の効果は減弱する。特に、 ＳＯＣＳ１がないとＰＧＥ２はほとんど機能しない。これは炎症時にＩＦＮγのシグナル が強く入るとＰＧＥ２の抗炎症効果が破綻することを示している。しかし通常はＳＯＣＳ １がＰＧＥ２システムの破綻を防いでいることが分かる。
図５ まとめ 腸上皮細胞から産生されるＰＧＥ２とＴｒｅｇから産生されるＩＬ‐１０は、腸内の樹 状細胞やマクロファージに作用して、通常は腸内細菌の刺激による炎症性サイトカインを 産生しないように抑制しむやみに腸炎が起こらないように調節している。もし、菌が体内 に侵入するなど強い刺激がきて炎症性サイトカインの産生が上昇したならば、特にＮＫ細 胞やＴ細胞からＩＦＮγが産生されて炎症が促進される。しかし通常は、ＳＯＣＳ１遺伝 子が存在し、この破綻が壊滅的にならないように調整して重篤な腸炎は回避される。ＳＯ ＣＳ１の機能低下や大量のＩＦＮγによってＰＧＥ２防御システムは破綻し、重篤な腸炎 へと進展する。
＜用語解説＞ 注１）プロスタグランジンＥ２（ＰＧＥ２） アラキドン酸から生合成されるエイコサノイドの１つで、発熱、疼痛、血管拡張、胃液 分泌抑制や破骨細胞による骨吸収、分娩などにさまざまな生理機能を有する。受容体には ＥＰ１、ＥＰ２、ＥＰ３、ＥＰ４の４種類があり、マクロファージや樹状細胞ではＥＰ４ を介して免疫抑制機能があることが知られていた。 注２）抑制性Ｔ細胞（Ｔｒｅｇ） ＣＤ４陽性ヘルパーＴ細胞の一種で、免疫抑制機能を有する。自己に対する免疫応答を 抑制するほか、ＩＬ−１０などの抗炎症性サイトカインを分泌し、炎症を抑制する機能も 持つ。 注３）樹状細胞 マクロファージのように菌体を認識してサイトカインを放出するほか、Ｔ細胞に抗原を 提示して抗原特異的なＴ細胞を活性化する働きがある。 注４）サイトカインシグナル抑制因子１（ＳＯＣＳ１） 炎症性サイトカイン、特にＩＦＮγのシグナルを阻害する遺伝子。さまざまな炎症抑制 に関与することが知られている。 注５）ＴＬＲ マクロファージや樹状細胞表面に存在する菌体成分センサー。ＴＬＲが活性化されると ＴＮＦαやＩＬ−１２と言った炎症性サイトカインが産生される。また、ＩＬ−１２はＮ Ｋ細胞やＴ細胞から強力な炎症性サイトカインＩＦＮγを誘導する。 注６）インターロイキン１０（ＩＬ−１０） 抗炎症性サイトカイン。マクロファージや樹状細胞に作用して炎症性サイトカインの産 生を抑制する。 注７）非ステロイド系抗炎症薬（ＮＳＡＩＤ） 抗炎症作用、鎮痛作用、解熱作用を有する薬剤の総称。疼痛、発熱、炎症の治療に用い られる。アスピリンなどのサリチル酸、ジクロフェナク、インドメタシン、イブプロフェ ンなどで、多くはシクロオキシゲナーゼ（ＣＯＸ‐１、ＣＯＸ‐２）活性を阻害すること でプロスタグランジン合成を抑制する。
＜論文名＞
“Prostaglandin E2 and SOCS1 have a role in intestinal immune tolerance” （プロスタグランジンＥ２とＳＯＣＳ１は、腸の免疫寛容に重要な役割を果たす） ＜お問い合わせ先＞ ＜研究に関すること＞ 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：03-5363-3767 Fax：03-5360-1508 E-mail：[email protected] ＜ＪＳＴの事業に関すること＞ 河村 昌哉（カワムラ マサヤ） 科学技術振興機構 イノベーション推進本部 研究領域総合運営部 〒102-0075 東京都千代田区三番町５ 三番町ビル Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066 E-mail：[email protected]
