扁桃体

自閉症の症状は多様ですが、社会性に関わる困難、コミュニケーション能力の低下、反復行動の３つは診断する際の重要な症状です。それぞれの症状の背景には間違いなく共通の脳ネットワークの変化があると思います。例えば対人関係の困難によって、他の人とのコミュニケーションの機会が減ると、言語の発達は遅れます。他人や新しい状況との接触を嫌うようになると、それを避けための自己防衛行動として、反復行動が起こるのかもしれません。

しかし、この新しい状況や人に対して不安を感じる感情は多かれ少なかれ私たちも持っています。またこの新しいものに対して警戒する感情があるからこそ、私たちは無用な危険を避けることができます。そして、この感情に扁桃体と呼ばれる小さな脳領域が重要な役割を持っていることが脳科学的に明らかになってきました。

扁桃体とは文字どおり、私たちの脳の底の方に存在するアーモンド（扁桃）型をした神経細胞の塊で、さらに外則核、基底核、副基底核に分けることができます（実際にはもっと細かく分けられていますが省略します）。サルで行われた実験ですが、扁桃体を壊すと、蛇を見たときに普通の猿なら示す恐怖行動など、いわゆる情動と呼べる反応が失われます。このため、情動の障害があると考えられる自閉症と扁桃体の関係は重要な課題として研究が行われてきました。

例えば、てんかんが脳のどこから始まるのか調べるために、脳内の様々な場所に電極を一定期間留置して電気活動を測ることがあります。この目的のため扁桃体に電極を設置した自閉症児と一般児の扁桃体の活動を比べると、一般児なら目に反応する扁桃体内の領域が、なんと口を見たとき反応することがわかりました（私のブログで紹介しています）。このような機能研究から、発生・発達過程を通して形成される扁桃体の脳回路が自閉症児では発達初期から違っていると考えられ、出来ればこの回路をなんとか一般児に近づける方法を開発したいと、早期診断、早期介入のための研究が進められています。

しかし機能的変化からだけでは、自閉症児の扁桃体の変化の実態を理解するには不十分です。機能が変化する背景には必ず解剖学的な変化があるはずで、出来れば背景にある解剖学的な変化を特定したいのですが、脳の病理学的解析が許されるのは、死んだ後ですから、十分な数の死亡例を集めて、解剖学的変化を調べることはそう簡単ではありません。

論文の概要

我が国の状況は残念ながら把握できていませんが、米国では事故などで亡くなった自閉症児の脳を集めて、研究に利用するバイオバンクの整備が進んでいるようです。というのも、このバイオバンクの標本を用いて自閉症児の扁桃体の細胞数を正確に測定した論文がカリフォルニア大学デービス校から米国アカデミー紀要に発表されました（Avino et al, Neuron numbers increase in the human amygdala from

birth to adulthood, but not in autism, PNAS in press, 2018, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1801912115 )。

丹念に脳組織の細胞数を測定した大変オーソドックスな研究で、研究方法などの新しさはありませんが、２４例もの自閉症の症例の扁桃体を年齢ごとに比べている点で、将来の自閉症の脳研究にとって重要な貢献だと思い紹介することにしました。ちなみにタイトルを邦訳すると、「扁桃体の神経細胞数は生後増加を続け、成人後もこの増加は続くが、自閉症ではそうではない」になります。

この研究の結論は、タイトルが全て語っています。まず驚くのは、細胞がほとんど増加しない脳で、扁桃体細胞数だけは５０歳に至るまで増加を続けていることで、最初1100万個程度だったのが、４ー50歳では1300万個にまで増加します。ところが自閉症症例では、最初（２歳齢）は1200万個と正常より１０％近く多いのに、その後は減少を続け、４０歳では1000万個と２０％近く減少しています。この減少は扁桃体のすべての核で観察されますが、基底核での減少が最も強いようです。同時に細胞分化マーカーを使って未熟細胞の数を比べていますが、こちらの方は一般人と自閉症で特に大きな違いは見られないことから、自閉症児で減少するのは、成熟した神経細胞のようです。

以上が結果の全てで、結果の意味を理解するのは現段階では難しいと思います。幸い、扁桃体のそれぞれの核の神経結合や生理学的機能は少しづつ明らかになっているので、自閉症の理解に役立つ日が来ることは間違いないと思っています。この論文では、一般児では社会とのコンタクトが、適度の刺激として働き神経細胞の結合性の増加を誘導するのに、自閉症児では扁桃体の神経細胞が興奮しすぎて細胞が失われてしまう可能性を考えているようですが、まだ推察段階と考えたほうがよさそうです。今後は自閉症で変化が見られる遺伝子発現も合わせた詳しい組織学的な研究が進むのを期待しています。

このように、臨床医学、心理学に加えて、機能を調べる大脳生理学、構造を調べる解剖学、病理学が密接な連携していくことが、今後の自閉症研究にとって最も重要な課題です。そして私たちの脳の奥にある小さな扁桃体は、自閉症の脳研究のホットスポットとして間違いなく注目を集めていくことでしょう。このためにも、組織や遺伝子を臨床データと連結させて集めておくバイオバンクの整備と研究者への公開が、我が国でも進むことを望んでいます。

自閉症の科学3回目は、自閉症児の脳の画像検査に関する研究を紹介する。

早期診断の重要性

自閉症スペクトラム（ASD）が主に発生時と発達時期の脳回路の形成の異常として発生することはほぼ間違いのない事実と考えられるようになっている。原因として複雑な遺伝子変化の組み合わせによる遺伝的要因が大きいが、母体がさらされている低栄養、アルコール、感染、発熱、炎症、そして神経刺激物質（治療薬や農薬を含むあらゆる神経刺激物質）など様々な外的要因によっても発症リスクが高まる。従って、これらの要因を取り除くことが現在私たちにできる唯一の予防と言えるが、現代社会で、妊婦さんをこのような要因から完璧に守ることは簡単ではない。

完全な予防が難しければ、まだ脳が融通性を保っている発達期に介入して、脳回路を一般児と同じ方向へ発達させる方法の開発が必要で、100人に1人という自閉症の発症率を考えると２１世紀医学の重要な課題だ。しかしそのためには、できるだけ早く診断を確定しなければならない。

ゲノム研究が始まってから、場合によっては生まれる前から解析可能なゲノム検査で早期の診断が可能になるのではと大きく期待されたが、ASDの脳回路形成が多くのゲノム領域の関わる複雑な過程で一筋縄では理解できないことがわかり、単一遺伝子による一部の症例を除いて、ゲノム検査で早期診断するというゴールは遠のいた。

代わりにMRIを用いてASDを脳の構造から診断する試みも続いている。昨年私のブログでも紹介したように、家族歴から自閉症のリスクの高い幼児を選び、その子供達のMRI検査を様々な発達時期に行って発達期の脳の構造変化を調べたノースカロライナ大学の論文がNatureに発表された。この研究により、ASDの子供の脳皮質の増加率が一般児より大きく、これを指標とすることで症状が現れる前から診断できることが示された。（Hazelett et al, Nature 542:348, 2017)

また昨年６月には同じノースカロライナ大学を中心とする研究グループが、自閉症のリスクが高い幼児のMRI検査で、今度は脳内各領域の結合を調べた論文を発表し、この方法を使っても生後6ヶ月で診断が可能と結論している（Emerson et al, Science Translational Medicine 9:eaag2882, 2017)(詳しい紹介は私のブログを参照）。

ただこれらの方法は、自然睡眠時を狙ってMRI検査ができる能力の高い機械が必要な点、および睡眠中しか測定できないため、脳の構造しかわからないという欠点がある。

一方、幼児の行動異常を早期に診断する試みも行われている。やはり私のブログで紹介したが、視線を追跡するアイトラッカーを用いてブラウン管に現れる人の顔への反応を調べることで生後６ヶ月目から自閉症と診断できるという論文が発表されている。

このように、行動、脳構造、遺伝子解析などを総合して早期診断する期待は着実に実現されつつあると言える。

今日紹介する論文

これまで行われてきた、早期診断のための取り組みについて理解いただけたと期待するが、今日紹介するジュネーブ大学からの研究は、脳波計（EEG）による脳の活動記録と、視線を追いかけるアイトラッカー検査や、行動評価のために開発された指標を相関させようとする試みで、オンライン雑誌eLifeに最近発表された。（Sperdin et al, eLife :Early alterations of social brain networks in young children with autism（自閉症と診断された幼児の社会性の脳回路に早期から見られる変化）, DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.31670：この雑誌はフリーアクセスなので、誰でも読むことができる）。

読んでみると、この研究は最初から著者らが重要と考える脳回路を決めた上で進められているのがわかる。ただ脳研究では、特に珍しいことではない。膨大な領域同士が結合している脳を調べる場合、特に注目すべき場所をROIと呼んで、その領域に限って調べないと、複雑すぎて収拾がつかないことになる。

この研究では、まずASDにかかわる領域として、眼窩前頭野、内側前頭前皮質、上側頭皮質、側頭極、扁桃体、楔前部、側頭頭頂境界、前帯状皮質、そして島皮質（これらの領域については気にせず読み飛ばしてほしい）を注目する領域として選び、これら領域の活動から計算される領域の間の神経結合を一般児と、ASD児で比べている。これらの領域は、社会性に関わる脳ネットワークを形成する重要な領域だ。

EEGですら、２－４歳という極めて早い段階のASDの子供を麻酔なしで解析することは難しかったようだ。この研究でもこの時期の子供は静かにしないので、忍耐強く動きの少ない時の脳波を集めている。また検査のために集まってもらった半分の子供は、動きすぎて研究から除外せざるをえなくなっている。

この研究では、記録した活動を脳波の各波長別にSummed Outflow（脳をネットワークとして各部位の活動を起こす神経的因果性を調べるモデルを用いて計算した指標）に計算して指標として用いている。ただ、研究手法や結果は専門的で、一般の方にはわかりにくい。したがって、専門の方には、オープンアクセスの論文を読んでもらうことにして、誤解を恐れずわかりやすくまとめると以下の３点になるだろう。

1. この方法で調べると、ASDの幼児では社会性に関わる脳のネットワーク内各領域の結合性が高まっており、その結果それぞれの領域から出る情報の量も上昇している。
2. 各領域の活動量は、様々な行動指標と個別に相関している。例えば、VABS-2と呼ばれる適応行動を総合的に評価する指標は、文字処理に関わるLingual領域の活動と相関を示す。遊びながら測定できるPEP-3と呼ばれる教育診断検査指標は、弁蓋部の情報量と相関する。そして、顔を見たときの視線の反応では、帯状回の情報量とが相関していた。
3. この時の相関は、逆の相関で、対応する領域の活動が高いほど、実際の行動は異常性が高まる。

これまで、年長児の脳活動を他の方法で測ると、例えば顔を見たときの弁蓋部の活動が抑制されていることが知られており、社会性の脳ネットワークが全体的に上昇しているという今回の結果は、ASDでは脳の活動が抑えられているのではという直感に反するように思える。しかし、先に紹介した幼児の脳構造を調べた結果は、ASD児で皮質の面積が増大していることを示している。これについて、著者らは「発生時に形成された回路の問題点を解決しようと代償的に社会性のネットワークが活動している」と考察している。

例えばスポーツなどで、一つの筋肉に不具合が生じたまま運動を続けると、他の筋肉がオーバーワークになることで、最終的に元に戻せないアンバランスが生じることが知られている。私には、今日紹介した幼児期のASDの研究は、同じことが脳回路形成でも起こっている可能性を示唆しているように思える。とすると、オーバーワークを引き起こす元の回路の異常を見つけることが最も重要になるが、残念ながら核心は闇の中のようだ。とはいえ、幼児期の脳機能、脳構造の研究の重要性を実感する。

少し専門的になりすぎてわかりにくかったと反省しています。

今日は、原因となる遺伝子が特定されている自閉症スペクトラム（ASD)の一つ、FragileX症候群の発症メカニズムと治療可能性を示したマサチューセッツ工科大学からの論文を核に、遺伝子が特定されているASDと遺伝子治療の可能性についてまとめてみた。少し難解とは思うが、我慢して読んでいただきたい。

遺伝子が特定されている自閉症

自閉症は、一卵性双生児での発症の一致率が高く、遺伝性があることは間違いがない。しかしこれまで強くASDと関係があることが示された遺伝子は１００種類近くに上り、また弱い相関は倍以上の遺伝子で見つかっている。個々の例は、これら何十もの遺伝子の小さな違いが組み合わさって発症に関わっていると考えられる。

私たちの脳の回路の複雑さを考えるとこれは当然のことで、ASDは様々な遺伝子の小さな変化の組み合わせで起こってくると考えて貰えばいい。

それでも、特定の遺伝子の突然変異で、発生過程の大きな変化が起こってしまい、その結果としてASDが起こる場合がある。このうち最も研究が進んでいるのが、Fragile X、Rett症候群、MECP2重複症で、ASD発症までのメカニズムの理解も進んでいる。

これらの病気については今後おいおい紹介するとして、今日焦点を当てるのはFragile X症候群だ。

Fragile X症候群

X染色体上にあるFMR1遺伝子の変異により起こるのがFragile X症候群（FXS）で、男児のみ知的障害など、精神・身体的多様な症状を示す遺伝病だ。全員にASDが見られるわけではなく、おおよそ1/3の子供にASD症状がみられる。FXSは決してまれな疾患ではなく、約３０００人の男児に一人の頻度で起こる病気だ。

FXSの遺伝的変異は、FMR1遺伝子のRNAが読み始められるポイントの少し上流にある通常５－４０個のCGG繰り返し配列の数が増え、５５－２００個になるという不思議な変異だ。そしてCGGの繰り返し配列が増えることで、正常なFMR1遺伝子は存在しているのに機能を失い、結局遺伝子がなくなったのと同じことになる。

FMR１遺伝子がないと、神経間の伝達がうまく調整できず、発生から発達時期の脳回路の形成がうまくいかないため、知能障害やASD症状が生まれる。

iPSとクリスパー技術を使ったFXSの発症メカニズムの解明についての新しい論文

なぜCGGの長い繰り返し配列ができてしまうと、遺伝子からRNAができなくなるのかを明らかにすることが、発症メカニズムの解明と治療法の開発に必要になる。今日紹介するマサチューセッツ工科大学（MIT)からの論文はこの問題を患者さんのiPSと現在最も注目を集めているクリスパー遺伝子編集技術を用いて解明することに成功した（Liu et al Cell in press, 2018:https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.01.012)。

遺伝子の機能を抑えるDNAメチル化

この論文を理解するには、まずDNAメチル化について勉強しておく必要がある。染色体上には多くのCG（シトシン、グアニン）塩基が繰り返す場所があり、しばしばこの中のシトシンにメチル基が添加されている。特にCG配列が繰り返す領域は強くメチル化されていることが多い。そしてメチル化された塩基の密度が高まっている領域では、遺伝子の機能が抑えられることが多い。

FXS患者さんではFMR1遺伝子のCGGの繰り返しが２００にも及ぶため、これがメチル化されると、FMR1遺伝子の機能を抑えてしまうことになる。

クリスパー技術を用いてFMR1遺伝子からメチル基を除去する

患者さんのFMR1遺伝子のCGG繰り返し領域は強くメチル化されている。しかし、このせいで遺伝子の機能が抑えられていると結論するためにはこの領域のメチル基を除去して、遺伝子の機能が回復できるか調べる必要がある。

この課題をクリスパー技術を用いて解決したのが今回の論文だ。しかし、クリスパーは遺伝子編集の方法ではなかったか？

クリスパーが遺伝子編集と言われるのは、特定の配列に結合したガイドRNAを指標にリクルートされてきたCas9が、遺伝子を切断してくれるからだ。これにより遺伝子をノックアウトしたり、あるいは他の遺伝子断片を切断した場所に挿入することができる。

しかしこのシステムの素晴らしいのは、ガイドRNAを認識するCas9かそれに相当する分子さえあれば、どんな酵素も染色体の思った場所に連れてくることができる点だ。例えば、Cas9のDNA切断能力を除去して、代わりに蛍光タンパク質をつなげた分子を用いると、生きた細胞の染色体上の特定の遺伝子を光らせて追いかけることができる。

この原理で、DNA切断能力を除去したCas9にメチル化を除去するTet1と呼ばれるタンパク質を結合させると、TMR1遺伝子のCGG繰り返し配列に添加されたメチル基を外すことができる。

この研究では、FXS患者さんからiPSを作成し、この細胞に目的の場所を標識するガイドRNAとCas9-Tet1を導入することで、見事に遺伝子自体を全く変化させることなく、FMR1のCGG繰り返し配列のメチル基を外し、遺伝子の機能を復元することに成功している。この結果、FMR1遺伝子は活動を始め、正常な神経細胞に分化することができる。

以上の結果から、FXSの変異でなぜFMR1遺伝子の機能がなくなるのか、またそれを治療するにはどうすればいいのかの方法が確立された。

ASDの遺伝子治療

この研究については、専門的になるのでこれ以上説明は控える。

ただ、この研究もそうだが、単一の遺伝子変異によるASDや知能障害の研究が進むことで、発達時期の遺伝子治療により、様々な障害を改善できることが示されている。今回の研究で、FXSの根本的遺伝子治療法の可能性が示されたが、クリスパーを使わなくとも、FMR1遺伝子を脳内に注射するより簡単な方法でも治療できる可能性は高い。

同じようにMECP2遺伝子が欠損しているRett症候群や、逆に多すぎるMECP2重複症でも、動物モデルを用いた遺伝子治療の前臨床研究は成功しており、患者さんや家族から大きな期待が集まっている。

しかし、このような治療は患者さんの数が少ないことから、可能性がわかっても企業が手を出しにくい分野だ。従って、公的なベクター（遺伝子の運び屋）施設などを整備し、少数の患者さんに対応する体制をとることは、少子化が進むわが国の成育医療の重要な課題になると思っている。実際、このような計画を政府は準備しているという話を耳にする。一刻も早く実現することを期待するとともに、患者さんたちとともに、全面的に支援して行こうと思っている。

多くの自閉症で小脳と大脳皮質の回路に変化が見られる

小脳と聞くと、運動の制御や学習にかかわる中枢だと思い込んでいることが多い、しかし小脳が障害された方の中に、言語や性格障害を示すケースが発見され、大脳皮質とネットワークを形成して運動以外の大脳の高次認識機構を支える重要な領域だと考えられるようになった。

その後MRIを用いた検査が普及すると、小脳の体積の増加、灰白質の減少などの小脳の変化が自閉症の人に高い頻度で見られることがわかり、自閉症諸症状に対する小脳、特に小脳皮質の関与が注目され始めた。これを裏付けるように、2012年Tsaiらが、小脳のプルキンエ細胞でTsc1遺伝子がノックアウトされたマウスでは（分子メカニズムの説明は省く）、プルキンエ細胞の代謝活性が上昇し、行動学的には社会性の低下や反復行動などの自閉症様症状が現れるという驚くべき論文を発表したことで、小脳は一躍自閉症研究の主役に躍り出た。

自閉症様症状への小脳皮質の関与を直接調べた研究が発表された

もちろんモデルマウスの結果がそのまま人間に当てはまるわけではない。これを示すためには、人間とマウスで同じ回路を操作して効果を比べる必要がある。もちろん、人間の脳に電極を刺すなどもってのほかで、切ったり刺したりすることなく、小脳皮質の操作や記録が必要だ。

Tsc１ノックアウトマウスの論文を出版してから５年、Tsaiのグループはこの課題にチャレンジし、ついに自閉症スペクトラムに対する小脳の関わりを、マウスと人で比べる実験を12月号のNature Neuroscienceに発表した（Stoodley et al, Altered cerebellar connectivity in autism and cerebellar medicated rescue of autism-related behaviors in mice（自閉症で見られる小脳の神経結合性の変化と、小脳を介するマウスの自閉症様治療）、Nature Neuroscience, 20:1744,2017)。

実験の概要

研究ではまず、正常人34人について右側の小脳皮質(CrusIと呼ばれる部位)と機能的に結合している脳領域を調べ、これまでの研究で自閉症との関わりが指摘されている神経ネットワークとの結合があることを確認している。この研究では、何もせずにボーとしている時に活動している大脳の領域、IPLに存在するdefault-mode-networkと呼ばれる回路との結合に特に焦点を当てている。

結合が確認されると、この結合性を操作できるかが次の問題だ。この研究では右側の小脳皮質を頭蓋の外に直接電流を流す方法(anodal tDCSと呼ばれている)で刺激し、小脳皮質とIPLの結合性が低下することを見出している。しかし、人間でできる実験はここまでだ。マウスを用いて、小脳皮質のニューロン（プルキンエ細胞：PN）を抑制してIPLの反応を調べ、マウスでも人間と同じように小脳とIPL回路に結合があることを確認している。そしてこの回路を遺伝子操作を用いて刺激・抑制する実験を行い、プルキンエ細胞がIPLを抑制的に支配していることを実験的に明らかにしている。

この結果に基づきプルキンエ細胞でTsc1をノックアウトした自閉症モデルマウスを調べなおすと、予想どおりプルキンエ細胞の活動が上がり小脳皮質とIPLの結合が上昇している。さらに、自閉症の患者さんのMRI検査でも小脳皮質とIPLの結合が上昇していることを確認し、この回路に関する限り、人間とマウスの自閉症がほとんど同じことを示している。

最後にもう一度マウスモデルに戻り、正常マウスのプルキンエ細胞を操作してIPLとの結合を高めると、自閉症症状が現れること、逆に自閉症モデルマウスでこの回路の結合性を低下させると、反復行動は正常化しないが、社会性は正常に戻ることを示している。

感想

結果をまとめると、右小脳皮質とIPLの結合性が高まり、IPLの活動が抑制されることが、少なくとも自閉症で見られる社会性の低下などの症状の原因であることが明らかになったと思う。個人的理解だが、社会的な行動に重要なIPLを抑える小脳からの抑制回路がなぜか発達してしまったのが自閉症の一つの原因で、この回路を抑えることで、IPLの活動を回復させられると解釈している。実際マウスを用いた実験で、この結合性を低下させることで自閉症症状を改善できることを示しているし、人間でもこの回路は、頭蓋の外側から電流を流すことで操作できることも示している。もちろん先は長いと思うが、将来右小脳皮質への電磁場照射による自閉症の治療が可能かもしれないと期待する。もちろん頭蓋の外からとはいえ、脳操作が必要になる。その時は、焦らず注意深い治験を計画してほしい。

昨日は、膵臓癌組織中の細菌叢研究という、普通ではそうお目にかかれない異色の研究を紹介したが、今日もそれに輪をかけて異色の研究、すなわち人間の腸内細菌叢が発現するsmall proteinに標的を絞って調べた研究で8月22日号のCellに掲載された。タイトルは「Large-Scale Analyses of Human Microbiomes Reveal Thousands of Small, Novel Genes （人の腸内細菌叢の大規模解析は何千もの小さな新しい遺伝子を明らかにした）」だ。

腸内細菌叢の研究などどの様な方法で行っても、なかなか新鮮な驚きを得ることができなくなってきているが、この論文は細菌叢が発現している50アミノ酸以下の分子をコードする遺伝子に絞って研究を行なった点が異色だ。

なぜこの様なsmall proteinに焦点を絞るのかは、これまでほとんどデータがない以外にこれといった理由はないが、少なくともバクテリアにとってはこの様なドメインがあっても一つだけというタンパク質が重要な働きをしていることがわかっている。

もちろんどんな細菌叢でもよかったはずだが、多くのバクテリアが互いに相関しあって増殖している人間の細菌叢なら、データも揃っており、今後も役に立つだろうと選んだのだと思う。

とはいえ2000近い様々な細菌叢の配列情報から、small proteinをコードする遺伝子を抽出して、それの機能を推察することは簡単ではない。

研究では最終的に4000近くのsmall protein遺伝子を特定し、転写されているか、タンパク質として翻訳されているか、多くのバクテリア種で存在するか、近くにどんな遺伝子があるのか、既知の分子との相同性はどうか、ドメインの構造の特徴はあるか、細菌叢の存在場所との関連はあるかなど、多角的にその分子を調べている。

その結果、特定した4000に及ぶsmall proteinのほとんどはこれまで全く知られていない分子だが、様々な特徴からある程度分類が可能であることを示している。

この論文で特に取り上げられている機能を列挙すると、

• リボゾームに結合するハウスキーピング遺伝子。
• 細胞膜あるいは細胞外に分泌される分子で、クオラムセンシングなどの機能や、ホストとのコミュニケーションに関わっている分子や、他のバクテリアを殺す抗生物質（この中には細菌叢制御を可能にする分子が見つかるかもしれない）
• CRISPRや他のバクテリアの免疫機構の遺伝子クラスターに存在し、外来遺伝子の侵入の防御に関わるもの。
• 水平遺伝子伝搬に関わる遺伝子クラスターに隣接して存在し、この機構に関わる、あるいは遺伝子伝搬される分子。

などに分けられることができる。

結果は以上で、ともかく4000見つけて整理したというのが研究の全てで、この真価は今後このデータベースを生かす研究が続くことで証明されるだろう。しかし、small proteinに絞る研究があるとは、意表を突かれた。

唐突ですが、８月より、Yahoo ニュース個人への執筆をやめることにしました、そこでこのサイトに連載していた自閉症の科学は、AASJのホームページに書いていきます。と同時に、これまで書きためてきた記事も、こちらに移して、皆さんがまとめて読める様にしますので、よろしく。

8月に入って雑誌Cellに、少なくとも私にとって面白い論文が多く掲載されていたので、昨日に引き続き連続で紹介しようと考えている。今日はガンと腸内細菌叢の話だ。慶応の本田さんたちの研究から、腸内細菌叢の中には感染免疫だけでなく、ガン免疫も高める細菌が存在することがわかっている。そのため、ガンに良い細菌層を探す研究が盛んに行われている。

これに対し、今日紹介するテキサス大学MDアンダーソンガン研究所の論文は、ガンの中でも最も厄介なすい臓ガン患者さんの術後の生存期間が腫瘍内の細菌叢と相関することを明らかにした研究で、8月8日号のCellに掲載された。タイトルは「Tumor Microbiome Diversity and Composition Influence Pancreatic Cancer Outcomes （腫瘍内の細菌叢の多様性と構成がすい臓ガンの予後に影響する）」だ。

この研究ではすい臓ガンの手術時に組織からDNAを抽出しその中に含まれるリボゾームRNAから、切除組織に存在する細菌叢を調べ、術後10年近く生存したグループと、1年半ほどでなくなったグループに分け、細菌叢の多様性や構成を調べている。ただ、生存カーブから言えることは、10年以上生存できたグループも15年目にはほぼ全員が死亡しており、すい臓ガンの厳しさを物語っている。

さて結果だが、術後長く生存できた組織内の細菌叢は、生存が短かった組織の細菌叢と明確に区別することができ、細菌の多様性が高いことがわかった。またそれぞれのグループに特徴的OUT、すなわち16Sリボゾーム解析から特定される菌でをリストすると、生存期間ではっきり種類が異なることも明らかになった。

そして、これらの細菌叢の違いと並行して、あきらかに腫瘍に対するキラーT 細胞の組織内濃度は上昇しており、ガンに対する免疫反応が細菌叢に影響されていることを示している。同じく、それぞれの細菌叢は代謝活性でも大きく違っている。

すい臓ガン組織の細菌叢の由来を調べるため、便の細菌叢と比べると、ガン組織内の細菌叢の25％は腸内細菌叢由来であることが確認でき、多くは腸内細菌叢から由来すると考えられる。

そこで、マウスにヒト腸内細菌叢を移植したあと、すい臓にガンを移植する実験を行い、腸内細菌叢がガン組織へ移行するか調べ、移植した人間の腸内細菌叢がガン組織で見つかることを確認する。

この結果を受けて、次にガンが進展した患者さん、長期間生存例、および健康人の腸内細菌叢を移植したマウスですい臓での腫瘍増殖を調べると、長期生存例の腸内細菌叢を受けたマウスで最も強く腫瘍の増殖が抑えられ、CD8キラーT細胞の浸潤が強く認められることを明らかにしている。

以上の結果はすい臓ガンの組織内には、腸内細菌叢を中心に細菌叢が侵入し、この細菌叢が多様で特定のOUTが存在する場合、ガン免疫反応を高め、長期生存を可能にするという結果だ。

もしこの話が本当なら、すい臓ガンの患者さんに腸内細菌叢の移植を行う日が来るのも早い気がする。

自閉症スペクトラム(ASD)の薬剤治療の開発は進められているが、発達期に、脳に対する作用のある薬剤を使うことのハードルは高い。例えばBumetanideのASD症状に対する効果は確認されるが、様々な副作用との競争になることがわかっている。

これに対し、ASDの症状は外界からのインプットに対する過敏症から発生する２次的効果による要因が大きく、脳ではなく末梢神経の感受性を変化させることで治療が可能ではないかという説が現れてきた。今日紹介するハーバード大学からの論文は、動物モデルではあるがこの可能性を徹底的に追求した研究で8月8日号のCellに掲載された。タイトルは「Targeting Peripheral Somatosensory Neurons to Improve Tactile-Related Phenotypes in ASD Models（抹消の体性感覚を標的にする治療はASDモデルの触覚に関わる症状を改善する）」だ。

膨大な仕事だが、研究の方向性は明確で、脳ではなく末梢感覚神経だけで感受性の変化が起こる様に操作すればASDを誘導したり治療したりできることを示すことが目的だ。

そのためにまず、ASDの原因となるShank3やMecp2の遺伝変異を末梢感覚神経だけに導入する実験を行い、末梢感覚神経の感受性が高まるだけで様々なASD様社会行動が誘導されることを示している。また、この逆の実験では、遺伝変異によるASDモデルマウスの遺伝子変異を、末梢神経だけで正常化してやると、体性感覚が戻るのと並行して、ASD様症状も改善することを示している。

次に、異なる発達時期に末梢感覚神経の遺伝子変異を誘導する実験を行い、28日以降で変異誘導した場合、感覚神経機能は障害されても、ASD症状は出ないこと、一方生後6日目から変異誘導するとASD症状が発生すること、そして驚くことに生後10日から変異誘導すると、不安行動が逆に減少することを示している。すなわち、体性感覚の変化が発達期に応じて、脳のネットワークを変化させることを示している。

多くのASDモデルの異常の原因の一つが、GABA抑制神経の活動が低下しておこる過敏な神経興奮によると考えられている。そこで、末梢神経でのGABA反応性を高めるため、末梢神経特異的にGABARB3を導入する実験を行い、GABA神経の活動を正常化することでASD症状を改善できることを確認する。

そして最後に、脳血液関門を通過できないGABA受容体刺激剤を様々な遺伝的ASDモデルマウスに生後すぐから6週間投与する実験を行い、様々な社会行動を正常化させられるが、記憶力や運動能などは治療できないことを示している。

以上が結果で、末梢神経だけを標的にすることで、ASD症状を改善できること、しかも原因を問わず、GABA受容体を刺激することだけでそれが可能であることを示した意義は極めて大きい。また、個人的には末梢神経異常が脳のネットワーク形成に及ぼす影響が、発達期によりこれほど異なることも興味を引いた。特にMECP2の様に欠損症と過剰症の両方が同じ様な症状を誘導するケースでの研究は重要だと思う。

しかし、期待の持てる薬剤治療が開発された印象を強く持った。

利根川さんが抗体V遺伝子の再構成を明らかにし、本庶さんがクラススイッチ時の遺伝子再構成を示した後、研究の方向はT細胞の抗原受容体の遺伝子クローニングが焦点になり、熾烈な競争が行われた。最初の論文は、利根川研からか、あるいは本庶研からかなど免疫学者が注視していた時、最初にクローニングに成功したのが、米国のMark DavisとカナダのTak Makだった。この結果、それまで我が国免疫学を代表していたサプレッサーT細胞の話（ロマン）は完全に消えることになり、100の現象より一つの分子を特定することの重要性を強く認識したのを覚えている。

そのMark Davisは現在ヒトの免疫反応や病気という現象をT細胞受容体(TcR)から定義し直すことを精力的に行なっており、今日紹介する論文も多発性硬化症でミエリンに対するCD4T細胞が刺激される時に並行して刺激されるCD8T細胞を調べた研究でNatureオンライン版に掲載された。タイトルは「Opposing T cell responses in experimental autoimmune encephalomyelitis （実験的脳脊髄炎での抑制的T細胞反応）」だ。

Davisらはすでに、グルテンで誘導する腸炎ではCD4T細胞とともに、CD8T細胞、そしてγδT細胞が末梢血中に動員されることを示していた。この研究では、グルテンの代わりに、ミエリンで免疫して誘導する実験的脳脊髄炎で同じことが起こるか調べ、ミエリンに反応するCD4T細胞、IL-17 を分泌するγδT細胞、そして機能が不明のCD8T細胞の３者が末梢血中に相次いで動員され腸管へ移動することを示していた。

このうち、CD8T細胞はミエリンが抗原でないが、特定のTcRを持つクローンが増殖していることを確認し、CD8T細胞を刺激する抗原を、酵母表面に提示されたMHC-ペプチド複合体をTcRで選択するという凝った実験系を用いて突き止めることに成功する（この活性のあるペプチドをSPと呼んでいる）。

最後に、このミエリンで脳脊髄炎を誘導する際に、同時にSPを注射する実験を行い、このCD8T細胞を誘導することで脳脊髄炎の発症を強く抑制できること、また同じ細胞を移植すると脳脊髄炎を抑制できることを明らかにしている。

ただ、このCD8T細胞は他の自己免疫病には効果がないので、ミエリンに対する反応誘導過程特異的に出現することを示している。

以上が結果で、抗原特異的な新しいサプレッサーT 細胞の登場ということになるが、その誘導メカニズムについてはまだまだ研究が必要だ。今後他の反応についても、各T細胞のTcRと結合する抗原を特定し、この３種類のT細胞から多くの自己免疫病を定義し直して、新しい治療可能性を見つけて欲しい。

昨日に続いて、TcRの抗原を特定することの重要性を認識できる。

PD-1に対する抗体を用いて免疫反応の抑制メカニズムを外すことで、長期にわたるガンのコントロールが可能になったが、これと並行して免疫抑制が外れることで起こってくる、これまで誰も経験したことのないような様々な免疫病が現れるようになった。これらは単純に副作用対策というより、人間の免疫システムを知る上でも貴重な症例で、一例一例、解剖も含めて大事な検討が必要だ。

今日紹介するナッシュビルにあるバンダービルド大学からの論文はPD-1治療の結果脳炎で亡くなった患者さんの、お手本ともいうべき丁寧な病因追求調査で一例報告とはいえNature Medicineに掲載された。タイトルは「A case report of clonal EBV-like memory CD4 T cell activation in fatal checkpoint inhibitor induced encephalitis （チェックポイント治療により誘導された脳炎ではEBウイルス様のメモリーCD4T 細胞のクローン増殖が活性化されていた）」だ。

チェックポイント治療により様々な臓器の自己免疫性炎症が起こってくるが、脳炎もその一つで、特に致死率が19％と高い。PD-1抗体治療により多く見られる他の重篤な炎症、例えば心筋炎などと比べると、PD-1に対する抗体でも、CTLA-4に対する抗体でも同じ頻度で見られるのた特徴だが、ほとんどの場合抗原の特定は行われていない。

この研究では、メラノーマに対して18ヶ月抗PD-1抗体を投与してガンがうまくコントロールできた患者さんが、急に精神症状を発症し、脳炎と診断され、様々な治療にも関わらず42日で亡くなってしまった症例の、いわゆる病理検査所見になる。ただ、解剖で得られた組織は単純に組織検査を行うだけでなく、遺伝子検査まで行い、炎症で反応しているT細胞の抗原特異性を見つけようとする徹底した病理調査になっている。

結論は驚くべきもので、CD4T細胞の血管周囲への浸潤を特徴とする脳炎が起こっているが、ここで増殖しているCD4T細胞は活性化されたメモリーT 細胞で、なんとその20％は同じ抗原受容体を発現していることがわかった。すなわち、炎症は抗原特異的に反応したT 細胞のクローン性増殖により起こっている。

次に、この抗原受容体がどの抗原を認識しているのか、これまで蓄積されている抗原特異的受容体のアミノ酸配列を検索すると、なんと伝染性単核症の患者さんに現れるEB ウイルス抗原に対するT細胞と同じであることがわかった。そして、脳炎発症時から死亡まで、血中にEBウイルスが検出されること、また脳組織に少ないとはいえ、EBウイルスに感染したB細胞が存在することも確認している。

調べられるのはここまでで、結論は伝染性単核症のように、EBウイルスに感染したB細胞に対してCD4T細胞の急速なクローン性の増殖がおこり、これがチェックポイント抑制により強い炎症につながってしまったという結果になる。

チェックポイント治療により伝染性単核症が誘発されたかどうかはわからないが、今後同じような病因追求をチェックポイント治療症例で重ねることの重要性を示すいい臨床病理研究だと思う。

同じように炎症で浸潤してくるT細胞の抗原特異性の追求が今後病理にとって重要な課題であることを示すもう一つの論文を明日紹介する。