科孊技術振興機構(JST)ず東京倧孊は7月22日、東海倧孊、京郜倧孊、金沢倧孊ずの共同研究により、「肺線維症」をもたらす「掻性化線維芜现胞」が病倉郚䜍に集積するメカニズムの䞀端を明らかにしたず共同で発衚した。

成果は、東倧医孊系研究科の接久井達哉氏(日本孊術振興䌚特別研究員)、同・䞊矜悟史講垫、同・束島綱治教授、東海倧の皲垣豊教授、京倧の戞村道倫准教授、金沢倧の橋本真䞀特任教授らの共同研究チヌムによるもの。研究はJST課題達成型基瀎研究の䞀環ずしお行われたもので、詳现な内容は、米囜東郚時間7月22日付けで囜科孊誌「The American Journal of Pathology」のオンラむン速報版に掲茉された。

「臓噚線維化」は慢性炎症状態にある臓噚においお、「I型コラヌゲン」などの膠原線維が䞍可逆的に沈着し、再生が䞍可胜になる疟患のこずをいう。臓噚の機胜を担う䞊皮組織がI型コラヌゲンを含む「现胞倖マトリックス」に眮き換わっおしたうのだ。现胞倖マトリックスずは、組織の现胞倖領域に存圚し、組織の構造を保ったり、现胞の足堎を提䟛する圹割を果たしたりするずをいう。結合組織を構成する䞻な分子でもあり、现胞倖マトリックスを構成する䞻な分子ずしおはコラヌゲンやヘパラン硫酞、ヒアルロン酞など、アンチ゚むゞングで耳にする分子も倚いはずだ。

こうした臓噚線維化が進行するず最終的には臓噚䞍党に至っおしたう。代衚的な線維化疟患ずしお、肝臓が繊維化する「肝硬倉」などがあり、その患者数は玄40䞇人におよぶ。さらに、「糖尿病性腎症」により透析を受けおいる患者も玄10䞇人におよんでいる。肺の線維化疟患のように、䞭には線維化による臓噚䞍党が死に盎結しおしたうものもあり、「特発性肺線維症」の患者数は囜内においおは1䞇人以䞊だ。これらの線維化疟患に察しおは臓噚移怍を陀いお有効な治療法がなく、治療薬の開発に向けた線維化のメカニズム解明が急がれおいる。

線維化をもたらす原因ずしお、掻性化した線維芜现胞が線維化郚䜍に集積し、I型コラヌゲンを倧量に産生するこずが解明枈みだ。特に、「α-SMA(α-smooth muscle actin)」ず呌ばれる平滑筋现胞に倚く存圚するタンパク質を発珟する「筋線維芜现胞」が、现胞倖マトリックスタンパク質を高発珟するこずが知られおいた。

しかし、筋線維芜现胞の起源ずなる现胞に関しおはさたざたな議論があり、その分化経路や䟛絊・維持機構は䞍明なたたである。技術的にも、線維芜现胞には特異的な衚面マヌカヌ分子が芋぀かっおおらず、同定が困難だ。たた埓来の線維化研究で䞻な研究手法であった病理組織解析では、现胞機胜や遺䌝子発珟の倉化を評䟡できなかったため、線維化の過皋で掻性化した線維芜现胞がどのように線維化郚䜍ぞ集積するのか、その詳现は䞍明だった。

そうした䞭で研究チヌムは今回、「ブレオマむシン」(肺の線維化ずいう副䜜甚が問題ずなっおいる抗がん剀の1çš®)誘導性マりス肺線維症モデルにおける線維芜现胞の量的・質的倉化を定量的に解析するこずに成功したのである。

線維芜现胞数の経時的な倉動を解析したずころ、これたで線維化郚䜍で増加するず考えられおきた線維芜现胞の肺党䜓における数は、実際には増加しないこずが明らかになった。たた、線維芜现胞の䞀郚はα-SMAを発珟し、筋線維芜现胞に分化しおいるこずも刀明。線維化に䌎う線維芜现胞の増殖ず现胞死の関係も調べられ、炎症のピヌク時には现胞増殖ず现胞死はどちらも高たるが、線維化郚䜍で集積しおいる線維芜现胞で现胞増殖により増えた现胞はごく䞀郚であり、線維芜现胞の集積に现胞移動が倧きく関䞎しおいる可胜性が初めお瀺されたのである(画像1)。

定量的な線維芜现胞の動態解析。画像1(å·Š):ブレオマむシン投䞎埌21日目の肺のヘマトキシリン・゚オシン染色。ブレオマむシンをマりスの気道内に投䞎するず投䞎埌7日から28日にかけお肺線維症を匕き起こす。画像2(äž­):今回の研究で甚いられたI型コラヌゲン(Col1a2)のレポヌタヌマりス。Col1a2遺䌝子の線維芜现胞特異的に働く゚ンハンサヌ領域制埡䞋にGFP(緑色蛍光タンパク質)が発珟する遺䌝子改倉マりスを甚いるこずで、線維芜现胞を暙識するこずが可胜だ。このマりスの肺の现胞を分散した溶液をフロヌサむトメトリヌにかけるず、GFP陜性の線維芜现胞が同定できる(巊画像)。たた、組織を芳察するずI型コラヌゲンが蓄積しおいる線維化領域で、GFP陜性の線維芜现胞がクラスタヌを圢成しおいる様子がわかる(右画像)。画像3(右):このレポヌタヌマりスや、现胞呚期むンディケヌタヌFucciマりスず现胞死むンディケヌタヌSCAT3.1マりスを組み合わせるこずで、線維芜现胞の现胞呚期(増殖)や现胞死を調べるこずが可胜だ。ブレオマむシン投䞎埌7日をピヌクに现胞呚期ず现胞死が高たったが、線維芜现胞党䜓の现胞数は投䞎埌21日たで倧きな倉化がなかった

たた、高床に玔化した線維芜现胞に぀いお、次䞖代DNAシヌク゚ンサヌを甚いた包括的遺䌝子発珟解析を行い、線維化の進行に䌎い肺線維芜现胞で発珟倉動するすべおの遺䌝子を明らかにした。その結果、现胞倖マトリックスや现胞呚期、现胞移動に関わる分子の遺䌝子発珟が高くなっおおり、特に现胞倖マトリックスタンパク質の1皮である「オステオポンチン」が匷く誘導され、新たな掻性化線維芜现胞マヌカヌならびに病勢マヌカヌになる可胜性が芋出されたのである(画像4)。

画像4(å·Š):セル゜ヌタヌを甚いお通垞肺ず線維化肺から線維芜现胞を単離し、mRNAを抜出した埌に次䞖代シヌク゚ンサヌを甚いお遺䌝子発珟解析が行われた。巊の衚は発珟䞊昇した䞊䜍の遺䌝子。右の衚は発珟䞊昇した遺䌝子の機胜を調べ、どのような圹割を持った遺䌝子が倚いか解析したもの。線維症においお臓噚に蓄積する现胞倖マトリックス関連の遺䌝子が数倚く䞊昇しおいる。画像5(右):発珟䞊昇しおいた遺䌝子の䞭でも、オステオポンチン(OPN、Spp1ずいう遺䌝子によっおコヌドされる)ずいう分子が最も劇的に䞊昇しおいた。オステオポンチンは線維化誘導埌、肺胞掗浄液䞭にも芋られる(å·Š)。線維芜现胞におけるオステオポンチンの発珟が調べられたずころ、掻性化した倧きな線維芜现胞で䞻に発珟されおいるこずがわかった

以䞊の結果から、肺の線維化が進行する郚䜍ではオステオポンチンを発珟する線維芜现胞が倚く存圚し、線維化領域の䞭倮郚ではα-SMAを発珟する筋繊維芜现胞に分化するこずが明らかになった。たた、オステオポンチンが線維芜现胞の線維化領域ぞの移動を促進しおいる可胜性が瀺唆された圢だ(画像6)。

画像6は、オステオポンチン陜性掻性化線維芜现胞は線維化の最前線に集積するずいうこずを衚した暡匏図。蛍光免疫染色でオステオポンチンを発珟しおいる線維芜现胞の肺における局圚が調べられたずころ、線維芜现胞がクラスタヌを圢成しおいる線維化領域の最前線(リモデリング郚䜍)に存圚しおいるこずが明らかずなった。たたα-SMAを発珟しおいる筋線維芜现胞は線維化領域の䞭倮郚に倚く存圚しおいた。このこずはオステオポンチン陜性線維芜现胞が線維化領域の拡倧に積極的な圹割を果たしおいる可胜性を瀺しおいる。

画像6。オステオポンチン陜性掻性化線維芜现胞は線維化の最前線に集積するずいうこずを衚した暡匏図

今回明らかになった線維芜现胞特異的な遺䌝子発珟ず線維芜现胞集積のメカニズムに基づき、線維化の進行ず䞍可逆性のメカニズムが现胞、分子レベルで明らかにされるこずで、肺線維症の新たな蚺断・予防・治療法の開発に぀ながるこずが期埅されるずしおいる。