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8月21日神経分化をミトコンドリアが調節する(8月14日号 Science 掲載論文)

2020年8月21日

ミトコンドリアは細胞の代謝を調節する中枢で、広い意味で細胞とは独立した器官として分裂や融合を行っているが、当然細胞の増殖や分化状態とは無関係にミトコンドリアが振舞うことはなく、細胞の必要性に応じて分裂・融合過程は調節されている。しかし、ミトコンドリアの状態を決めるのは、細胞の方だと個人的には思っていた。

今日紹介するベルギーLeuven大学からの論文は、ミトコンドリアの状態に合わせて細胞の運命が決まる場合があることを示した研究で8月14日号のScienceに掲載された。タイトルは「Mitochondrial dynamics in postmitotic cells regulate neurogenesis (分裂後の細胞でのミトコンドリアの動態が神経形成を調節する)」だ。

神経発生は、幹細胞の増殖と、分化の調節で決められており、幹細胞から分化細胞へのコミットメントには非対称分裂による運命決定機構が働いており、そのメカニズムは多くの研究者を引きつけてきた。このときミトコンドリアは細胞の分裂時に分裂して小さくなるが、その後融合して元の大きさを取り戻す。

この研究ではこの時のミトコンドリアの回復を調べ、分裂後12時間まででは、次にまた分裂する幹細胞ではミトコンドリアの融合が進みサイズが大きくなるが、分化する側の細胞ではミトコンドリアは小さいまま維持されていることを発見する。

もちろん、これが幹細胞と分化細胞との代謝の違いを反映した結果だと考えられるが、このグループはミトコンドリアの融合を強制的に高めてやる、あるいは分裂を止めることで、逆に細胞の運命が決まらないか、阻害剤を用いて調べてみている。阻害剤自体の影響が強く、解釈は難しい点もあるが、分裂後の細胞でミトコンドリアの融合が高まり、断片化したミトコンドリアの数が減ると、増殖する幹細胞の数が増えることがわかった。すなわち、ミトコンドリアの状態が、細胞のコミットメントを決めている。

次に、同じことが実際に胎児脳で起こっているか、融合を高める薬剤処理を胎児脳に投与し調べると、予想通りミトコンドリアのサイズが高まると、幹細胞の比率が増える。

最後に、ミトコンドリアの動態が細胞の分化を変化させるメカニズムについて検討し、ミトコンドリアの電子輸送を高めるCCCP処理は神経細胞分化を誘導し、一方その下流で活性化されるサーチュインの阻害剤では逆に細胞分化が抑えられることを示している。

以上をまとめると、一般的に不等分裂で決まると言われている細胞の運命も一定程度の可塑性があり、この時ミトコンドリアの状態が運命決定過程に介入する。この時、なぜ分化細胞で融合が抑えられているのかわからないが、この結果おこるミトコンドリア代謝変化がサーチュインを介して(サーチュインはヒストン脱アセチル化酵素)染色体構造を変化させ、転写のプログラムを最終的に決定するというシナリオになる。

これは神経幹細胞の話だが、他の幹細胞システムでも同じようなことが観察されるのか、重要な問題だろう。ただ、これを解明するためには、最終的に分化細胞でミトコンドリア融合が遅れるメカニズムを明らかにする必要があると思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

8月20日 CD4T /CD8T 相互作用のメカニズム(8月12日 Nature オンライン掲載論文)

2020年8月20日

私自身、ガンや新型コロナウイルスに対する免疫について書くとき、ともするとCD4T細胞とCD8T細胞が独立しているように扱ってしまうが、実際にはCD8キラー細胞が誘導され、記憶細胞へと分化するときにCD4T細胞の助けが必要であることが知られており、この反応にはIL−2やCD40が関与することが知られていた。

今日紹介するワシントン大学からの論文はガン免疫をモデルとしてCD4T細胞とCD8T細胞の相互作用の条件を調べた研究で8月12日Natureにオンライン掲載された。タイトルは「cDC1 prime and are licensed by CD4 + T cells to induce anti-tumour immunity (ガン免疫誘導時、cDC1はCD4T細胞を感作しまたCD4Tからライセンスを受ける)」だ。

この研究ではまずマウスにガンを移植するモデルで、CD8キラーT細胞が誘導されるとき、および記憶キラー細胞が呼び起こされるときに、抗体を用いてCD8、CD4T細胞をそれぞれ除去する実験を行い、両方の細胞がないとガン免疫が誘導できないことを確認している。これは重要なことで、例えば単独のガンのネオ抗原ペプチドで機能的なキラー活性は誘導できるのか心配になる。

何れにしても、キラー誘導にヘルパーが必要であることはすでに明らかにされている。この研究では、このヘルパー、キラー活性を誘導するときに必要な樹状細胞について焦点を当て研究している。樹状細胞は様々な種類に分けられるが、ガン免疫にはcDC1およびcDC2が関わるとされ、cDC1がキラーT細胞、cDC2がヘルパーT細胞誘導に関わると教科書的には理解されてきた。

この研究では次に、本来なら免疫が成立しない肉腫に卵白アルブミンを発現させるという系を用いて、このDCに関するドグマを再検討している。cDC1が存在しないマウスを用いてキラー細胞誘導を調べると、cDC1が必要なキラーT細胞は全く誘導できない。ただ、これまでの見解とは異なり、このマウスにアルブミン特異的CD4T細胞を移植すると増殖は抑えられる。すなわち、ガン細胞内で生成されるガン抗原に対する反応では、CD4T細胞の増殖にもcDC1が必要であることを示している。

さらに、cDC1だけでクラスI、クラスII組織適合性抗原(MHC)をノックアウトする実験系を用いて、細胞内で生成されるガン抗原に対するCD4T細胞の反応は、cDC1が発現するクラスII-MHCが必要であることを示し、またクラスIIがノックアウトされるとキラー細胞も誘導されないことから、cDC1だけがガン抗原に対するCD8キラーT、CD4ヘルパーTの両方を刺激するハブになっており、クラスII-MHC依存的ヘルパー細胞が誘導できないとキラーも誘導できないことを明らかにした。

最後にヘルパーT細胞がCD8細胞をヘルプするメカニズムについて検討し、おそらくリンパ節に移動したcDC1がCD4T細胞を誘導するとき、CD4T細胞からCD40刺激を同時に受けて活性化され、これがCD8キラー細胞の誘導と記憶に重要であることを、cDC1特異的CD40 ノックアウト実験から示している。

他にも様々な結果が示されているが、以上紹介したことでポイントはカバーできていると思う。すなわち、ガンの細胞性免疫に関して言えば、ガン細胞が一度cDC1に貪食されることで、ガン抗原がクラスI、クラスII-MHCに提示され、これによりヘルパー、キラー両細胞のハブになると同時に、自らもCD4T細胞により活性化されることで、CD8キラー反応に対するヘルパーT細胞の作用を媒介するという話だと思う。

ガン免疫だけでなく、ウイルスに対する細胞性免疫を考える意味でも、頭の整理ができた面白い研究だった。

カテゴリ:論文ウォッチ

8月19日 スマフォ式光電容積脈波による糖尿病の診断 (8月17日 Nature Medicineオンライン掲載論文)

2020年8月19日

スマートフォン(スマフォ)は様々なセンサーを持つコンピュータで、当然体の様々な指標を集める道具として使える。このブログでも血圧測定、小児中耳炎診断、皮膚ガンの診断などを紹介してきた。これらの測定をさらに医学的に利用可能にしているのがAIの利用で、医者に行く前にかなり正確な診断を可能にしようとしている。

今日紹介するカリフォルニア大学サンフランシスコ校からの論文はスマフォのフォトセンサーを用いて血管を調べ糖尿病を診断する方法の開発で8月17日号のNature Medicineに掲載された。タイトルは「A digital biomarker of diabetes from smartphone-based vascular signals (スマートフォンを用いた血管検査による糖尿病のデジタルバイオマーカーの開発)」だ。

この研究ではphotoplethsmography (PPG:光電容積脈波)を用いて指の血管の状態を調べ、そのパターンと糖尿病との相関を機械学習させ、糖尿病の診断を行おうとしている。PPGは血管床の血流の変化を検出する方法で、血液量の変化によりできる後方散乱を検出するもので、脈拍、酸素飽和度、そして脈波を通した心疾患診断に用いられてきている。

さらに最近では、スマフォのカメラとLEDライトを用いてPPGを計測する方法が開発されており、この研究でもAzumio Instant heart rateとして知られる広く使われているアプリをそのまま使っている。

このパターンを脈拍や心臓病の診断に使うというのはよくある話だが、この研究では糖尿病診断に使えるかを探っている。確かに、糖尿病の器質的変化は必ず血管にくるので、見ただけではわからない小さな変化を機械学習させれば不可能ではない。

この研究では、既存のアプリで採取した脈波と、自己申告による糖尿病の有無を5万人近い対象者からデータを得て機械学習させ、心臓など他の状態に左右されない糖尿病の指標として使えるかどうか調べている。

おそらく著者らにとっても期待以上の結果だったと思うが、スマフォによるPPGのみで、AUCと呼ばれる性能指数で0.7前後(0.5がランダム、1.0で完全に正確)をたたき出した。他のPPGに関わる指標との重なりを調べると、独立した糖尿病指標として用いられることも確認している。その上で、他の指標、例えば年齢、性別、人種、BMIを組み合わせたモデルを作って調べるとAUCが0.83まで高めることができるので、自宅でできる糖尿病診断レベルでは使えるという結果だ。

またデータは示していないが、この指標とHbA1Cの値が相関することから糖尿病の重症度もある程度知ることができるかもしれない。

脈波だけで糖尿病まで診断してしまう機械学習の力に恐れ入るが、研究する側としては、どの変化が糖尿病特有の脈波変化として拾われ、その変化を起こす病理組織的ベースは何かを知るという、全く新しい課題が生じたことになる。しかし、スマートフォンおそるべしだ。

カテゴリ:論文ウォッチ

8月18日 抗CD20抗体の機能を構造学的に検証する(8月14日号 Science 掲載論文)

2020年8月18日

チェックポイント分子に対する抗体治療以前にも、ガンに対するモノクローナル抗体治療が行われてきたが、中でも最も広く使用されているのが抗CD20抗体だ。現在利用されている抗体薬は、リツキシマブ、オビヌツズマブ、そしてオファツムマブで、B細胞系のガンや、自己免疫病の治療に使われている。

いずれも同じ標的で何種類も必要ないように思えるが、リツキシマブの抗原結合部分がマウスの抗体由来なので、ヒト化したオビヌツズマブとオファツムマブが開発された。それぞれはガンやB細胞を障害する目的で使われるが、同じIgG抗体なのに補体の活性作用が大きく異なることが知られていた。

今日紹介するパストゥール研究所からの論文は実際に利用されている3種類の抗体薬がCD20と結合した時の立体構造をクライオ電顕で解析した研究で、同じ抗体でもこれほど違うのかということがよくわかる研究だ。タイトルは「Binding mechanisms of therapeutic antibodies to human CD20 (ヒトCD20に対する治療抗体の結合機構)」で、8月14日号のScienceに掲載された。

この研究では、抗原との結合能や補体結合能を生化学的に検討して、抗原結合部位は、モノマーでも、ダイマーでも機能することを確認した上で、通常の抗体からFc部分のみを削ったFab2(ダイマー)と精製したCD20(ヘテロダイマー)との結合させ、その構造をクライオ電顕で解析している。

クライオ電顕はもちろん精密な構造解析に用いられるが、同時に実際の分子の大まかな形をそのまま画像としても見ることができる。まさに百聞は一見にしかずで、構造は全く違っている。補体結合能が高い(TypeI)として知られているリツキシマブ(RTX)およびオファツムマブ(OFA)は、CD20とFab2が2:2、3:3、4:4で結合した様々な複合体を観察できる。ところが、補体結合能が低い(TypeII)オビヌツズマブ(OBZ)は一個のFab2に2個のCD20が結合した構造だけがみられる。言い換えると、TypeIは一個のCD20にFab2の両方の抗原結合部位が結合できるのに、TypeIIは一個のCD20にFab2の片方の公言結合部位しか結合できないことを示している。

この研究ではこの構造学的ベースについて、3.7-4.7オングストロームの解像度で解析を行っているが、視覚的な構造をうまく説明できるとは思わないので、詳細は割愛して、結論だけを紹介する。

要するに抗体とCD20が結合すると、CD20側も、抗体側も立体構造が変化する。この時、Type IIの場合CD20ダイマーの片方に抗体のFabが結合すると、もう一つ抗体結合部位があるにも関わらず、他のFab結合が立体的にできなくなる。この結果、Type II抗体はCD20を媒介として抗体が大きな複合体を作れず、結果として補体結合効率が低下する。

一方TypeIの場合、一つのCD20ダイマーに2個の抗体のFabが結合できるため、同じ数のCD20あたり倍の抗体が結合でき、大きな複合体ができ、補体結合能が上がる。

以上が結果で、これだけ広く使われている抗CD20抗体薬の立体構造のこのレベルでの解析がまだだったことに驚くとともに、それぞれの特徴がよくわかった。CD20抗体は様々な疾患に使われており、それぞれの抗体に得意、不得意があると思うので、今回の構造解析を頭に、新たに生物活性の違いを整理するのも面白いと思う。

カテゴリ:論文ウォッチ

2020年8月17日

令和2年度 施設長研修会 

西川伸一先生講演「コロナ現象を俯瞰する」抄録

 Webにより開催:令和2年7月29日

・初めてのWeb研修

・ざくっと話しして、質問に答えていきたい

・若いころは臨床医(肺)、京大から神戸理研に移って、再生医学をやっていた。

・Medlineというサイトで検索すると、今、Corvid-19の論文が3万5千も出ている。

 皆さんがメディアで知る報道より、研究はすごく進んでる。

・いろんな不安に対してきっちり答える様々なしくみも出来てきている。

[時間経過]

・感染したか、してないかという話ではなく、大事なのはどれぐらいのウィルス量に感染しているのかということ。動物実験では少ない量で感染すると症状はほとんど出ないが、免疫はちゃんとできる。多くのウィルス量で感染し潜伏期間中にウィルスが細胞の中で増えて発症する。医療従事者の方は濃厚感染しやすい。

・症状が出るとPCR検査をするが、これも今、陰性陽性ばかり話題になっているが、実はウィルス量もPCRでわかる。いちがいに感染といっても状態は様々である。

・発症はだいたい5日だが、ではいつまで感染力があるのかという話。重症化した人のPCR検査では、長くウィルスが出続ける。しかも体のいろいろな所から出る。重症の人が家に居続けるのは危険。治療開始から陰性になるにはかなり時間がかかる。症状が軽い場合は一週間から10日で陰性になるのではないか。

[IgG、IgM 図]

・ウィルスが増えて免疫ができるのにどれくらいかかるか、抗体がどれくらいで出てくるかというと、中国のデータでは、症状が出始めてからほぼ2週間すれば、ほとんどの人に抗体が出てくる。

・1週間で出てくる人が7割くらい。このあたりが、鼻風邪で終わってしまうか、症状が進むかの違いではないかなと思う。無症状・鼻風邪の人は症状が出てから一週間で感染力はなくなる。従って、ほぼ10日くらいで安全と思う。

・コロナウィルスは、たった10個の遺伝子でできたウィルス。太陽のコロナのような形をしている。この10個の遺伝子を調べるのは現代医学ではあっという間である。実際、いつ頃からコロナが広がり始めたのかはよくわかっていないが、昨年12月には、遺伝子配列は完全にわかっていた。コロナが体のどこで、どうやって増えるのかもわかっていた。わかってないのは、僕らの免疫の状態、基礎疾患など体の状態。これらは人により違う。

[細胞の中で…増え、細胞は死ぬ]

・ウィルスはそれ自身で増えることはできない。体の中、細胞の中に入って増える。ウィルスが細胞に勝手に入ってくるということはない。細胞の中に入るために、コロナやSERSは、ACE2という分子を使っている。これは何かというと、施設の高齢者にも高血圧の方は多いが、そういう方の治療によく使われているのが、アンジオテンシン転換酵素に対する薬がいくつかある。アンジオテンシン転換酵素は血圧を上げる物質で、ACE2はそれを切断し血圧を下げる物質をつくる。また、メタボの人にもアンジオテンシン転換酵素は多い。これがわかって、循環器系の医者はACE2の薬は使えないのではないかと心配した。しかし、現在では、その種のお薬がウィルスの侵入に手を貸しているわけではないということがわかってきた。

・ウィルスが細胞にとりつく時の目印であるACE2という分子だが、今開発中の多くの薬がここを狙っている。しかし、このような細胞への入口を狙う以外にもたくさんのやり方がある。

・ウィルスは僕らの細胞のメカニズムを借りて増殖し、外へ出ていく。ウィルスの膜も細胞の中の膜も使っている。ヤドカリみたいなもの。下手に薬を使おうとすると、細胞も殺してしまう心配があるので薬が非常に作りにくい。しかし、20世紀後半からタミフルとかゾフルーザ、AIDS薬といった、いい薬が出てきた。AIDSも80年代にはかかれば必ず死ぬ病気だったが、現在はもう死ぬことはなくなった。完全にコントロールされている。

・ウィルスが働く場所を叩くという考え方で、このような薬が作られている。ウィルスがタンパク質を作ろうとするところに効く薬や、アビガンやレムデシビルといった、ウィルスが自分のRNAを複製するところに効く薬ができてきた。それ以外にも標的となるウィルスの分子があって、今、徹底的に研究されている。これらの薬は実際にはコロナウィルスに対して作られたものではなくて、タンパク質酵素阻害剤はAIDS、アビガンは新型インフルエンザ、レムデシビルはエボラウィルスに対して作られた薬である。しかし、間違いなく秋くらいには、もっとはるかに良く効く薬が出てくる。ただ、一般の方に安全に使えるかということになるとどうしても今のしくみでは時間がかかる。そういった薬の認可が進めば、最後は、かかるかもしれないけどちゃんと病気として対応できるということになる。製薬会社にとっても大チャンス。

[おそらく最初は鼻から始まる]

・実際には、まず鼻に感染する。防御も鼻が中心となる。ウィルスの侵入に関するACE2を多く持っているのが、鼻の粘液を出す細胞で繊毛がある細胞。間違いなく鼻風邪からおこる。一方、肺入口あたりのACE2はそんなに多くない。あとで問題化することが多い肺に広がっていくためには、鼻や上気道で十分増えて、肺のほうに移っていくということだろうと考えている。防御のためのマスクの意味はここにある。

(司会)ほとんどの人は鼻風邪で終わる、無症状で終わる。ということだが、私たち福祉施設で働くものにとって心配なのは、無症状の職員が施設の利用者に運んで行ってしまう、媒介してしまうことだ。無症状の場合どの程度の感染力があって、何に気をつけたらいいのか?

・上部気道から出てくるウィルスが一番怖い、無症状であっても抗体が出るまではウィルスを作っている。また、その人がウィルスを持っているかは検査しないとわからない。そうなると行政の問題とかいろんな問題が絡んでくる。もう少し別の次元で議論する必要がある。

感染症というのは基本的にはヒトからヒトにしかうつらない。例外的には中東型のMERSは最初はラクダからで、次の段階でヒトヒト感染であるが、新型コロナの場合は必ずヒトヒト感染。ヒトと会わなければ絶対にうつることはない、しかし我々は社会の中で生きており、そこを遮断するというのは、医学とは違う行政とか公衆衛生問題として対応策を考える。そこは協力できると思う。今は検査するしかない。しかし検査しても必ず擬陽性というのはある。

(司会)無症状者が感染させるのを防ぐには、布マスクかサージカルマスクどちらがいいのか?

・マスクの論文も出ているが、布マスクは、かなり性能は落ちる。施設の中にうつさないということだけを考えれば、施設の中に入るときには全員防護服を着るか、中の人が全員防護服を着るかどちらか。まあそれはできないので、うつさないという意味でマスクが必要。また、感染者がウィルス単体をばらまくことはなくて、必ず唾液・粘液を介して外に出す。エボラは汗で出てくる。体液を通して外に出るときに中心になるのは上気道だから、マスクでブロックする必要がある。

(司会)マスクには、自分にうつらないという効果はあるか?

・うつらないという効果は、はっきりいって無い。それよりも、ウィルスがついた手で体のあちこちを触るのが危険。マスクより手洗い。厚労省サイトには詳しく出ているが、もっと詳しいのは米国EPAのサイトに、Covid-19 Disinfectants というのがあって、次亜塩素酸等も含めいろいろな消毒薬の除染効果を、各社の製品単位で詳しく評価している。米国ではこれくらいのデータベースがもうできていて、日本ではこういうものを活用促進するしくみがない。保健所などがPCR検査で忙しすぎて、本来ならこういった啓発をやっていかねばならない。市民の質問にきっちり答えていくことのほうが大事だと思う。

(司会)お年寄りや職員が自然免疫を高めるにはどうしたらいいか

・運動などがいいだろうけど、いろんな方がおられるので一律には言えない。やはりウィルスを入れないようにする、特に家族が持ち込ませないようにする。家族の理解を得ることが大事。来所禁止というのを今は緩めてるわけですが、家族といえどもマスクを外すといったことが絶対ないように、協力をお願いすることが大事。

[ウィルスにかかるとどうして病気になるの?]

・ウィルスは細胞を殺していくが、いずれ免疫が勝って細胞が再生されていく。問題になるのは神経細胞の場合で、神経細胞は再生されない。小児麻痺とか脳炎はこれである。しかしコロナの場合、細胞を殺すのが問題ではない。

[サイトカインストームとは?]

・なんで病気になるかというと炎症を起こすから、といえる。ウィルスが肺の病気を作っているのではなくて、いろんな炎症反応が病気をつくっている。ウィルスに侵された細胞を体が感知して、その細胞を叩きにかかる。だから熱が出たり、いろんな症状が出る。これが行き過ぎるとどんどん悪くなっていく。だから行き過ぎるかどうかというところで病気の形が変わってくる。

[時間経過]

・一番最初に、感染して症状が出てから、軽症者はだいたい9日くらいで治る。ところがウィルスを殺しきれなかったり、ウィルスを運ぶ細胞が全身に回ったり、炎症が強すぎたりすると、ARDS(急性呼吸窮迫症候群)という強い炎症になり、呼吸困難を引き起こし、血管を通って全身病となる。10日の段階ではどちらに転ぶかわからない。しかし、もう何百万という事例がたまってきているので、ある程度、治療法も見えてきている。例えば初期段階で血が固まらない処置をする等である。最初のころは何もわからなかったので、人工呼吸器にかかる患者さんが続出した。今では重症者であっても治療の方法が確立してきている。

[SnapShot:COVID-19]

・症状は、軽症、肺炎、全身に回るという3段階に分かれる。臨床的にもいろいろわかってきたので、人工呼吸器までいくケースは減ってきている。薬の使い方についても徐々にわかってきて、効果のある薬を早くから使うことが可能になってきた。病気ということであれば医者マターなので、マニュアルができ、診断さえされれば適切な治療が受けられるようになってきている。しかし病院が機能してないとダメ。行政とも相談して、どういうしくみで病院と施設が連携していくのか考えていければいいのかなと思う。

[ウィルスの生活サイクル]

・細胞への入り口をブロックする抗体さえできれば、ウィルスは二度と侵入できない。こういう治療法は抗体さえあればよい。今、たくさんの製薬会社が、回復した患者さんから取ってきた抗体を使って治療法を確立している。さらには大量生産ができるモノクローナル抗体を使った治療を目指し、秋から冬にかけ、モノクローナル抗体の治験が終わりそうで、これは間違いなく効くと思う。皆さん自分で抗体を作れる、それが免疫である。そのためにはワクチンを打つのであるが、皆さん一人一人の体がワクチンにどういう反応を示すかはわからない。インフルエンザワクチンも、Aさんはいい抗体が作れた、Bさんはうまく作れないなど予想ができない。

ところが、よく効くということが分かった人からとってきた抗体、あるいはそれを培養した抗体であれば、これは誰にでも使える。そういう意味では血清療法というのは有望そうである。

ほとんどの人が、感染後2週間もすれば抗体ができている。しかしなんで重症の人もいるのか?単純な話ではない。

[Days after symptoms onset]

発症してから2週間で抗体ができるが、なんと重症化した人のほうがたくさん抗体を作っている。どういうタイプの抗体ができてくるのかということが肝心。感染して起こることとワクチンで起こることは同じ、要するに人によって違いが出てくる、重症化する場合もあるということを覚悟しないといけない。また、重症と軽症を比べた場合、肺の中に出てくるリンパ球を見ると、炎症にかかわるT細胞とがん細胞などを殺すキラーT細胞があるが、これはがん細胞だけでなくウィルスに感染した細胞も殺してくれる。しかし重症化した人の肺の中にはなぜかキラーT細胞が少なく、炎症にかかわるヘルパーリンパ球が多い、つまり重症化した人は、たくさん抗体は作るけれど、キラーT細胞は少ないということがわかった。一方、軽症の人にはキラーT細胞はたくさんある。ウィルスに対する抵抗力があるかどうかということには、キラー細胞を作れる能力にかかっている。ということがわかってきた。

[例えば抗体だけでなくT細胞の免疫が大事]

 感染した人ではリンパ球はちゃんとコロナに反応し、細胞性の免疫はできる。米国人でも、感染していない人の半分くらいはコロナに対しリンパ球が反応できる、そこで更にキラー細胞を作れるかどうかが肝心である。シンガポールの研究ではSARSにかかった人は新型コロナに対しても免疫力が強いとか、また、動物由来のコロナに感染した人は新型コロナに対してもちゃんとした抵抗力を持っているし、キラー細胞も持っている。

 もうちょっと先の話であるが、抗体をつくるというだけのワクチンであれば間違いなくできる。但し、人間一人一人はこれまでコロナに似たウィルスにかかった履歴もあり、かかり方も違う。リンパ球が反応するためには移植抗原というのが重要だ。一人一人違う、だから臓器移植をしても他の人の組織を拒絶する。つまり、免疫反応はヒトにより違う。 そういう意味で、今後、ワクチンは効く人と効かない人が出てくる。

コロナに対し、いい抗体というのはヒトは生まれつき持ってるのではないかという考え方がある。普通、外からいろんな物質が来ると、リンパ球は突然変異を繰り返してより強い抗体を作るが、生まれつき持っている抗体の働きもすごい。ほとんどの人が鼻風邪で終わるというのも、人間は新型コロナに対してうまくできていると考えられる。一番大事なのはいい治療法をきちんと開発して、風邪と変わらないという状態にするのが、医学の務めであると思う。

ワクチンは安価だが、抗体薬となると例えばオプジーボは、100mgが10万円を超える。レムデシビルは、5日間投与して30万円かかる。どこの国でも使える医療は難しいが、少なくとも日本のような先進国では、抗体を組み合わせたような完璧な治療法を作り出せるはずだ。

まあ、あと半年頑張ってもらえればなんとかなるんじゃないかと思う。どれまでの間どうするのかというと、行政などのシステムが大事で、県老協のような組織もちゃんとできてるんだから、対応を共通化しておくとか、しっかりしたマニュアルを作っておくべき。医学としては、そう心配することはないと思っている。

(司会)もし職員、利用者、利用者家族の感染がわかったら、どんな対応をすればいいのか?

・今多分、入居されている人はまず感染してない。外側からしか来ようがない。接触が一番多いのは、職員だろうけど、症状をベースにするしかなくて、濃厚接触されたという認識がある場合、症状が出た場合。この二通りしかない。このときはPCRの結果が出るまでは、施設に来てもらっては困る。外からくる人にはすべて抗原検査がきればいいのだが、日本ではできない。それを前提としてどういうマニュアルを書くのか、それがつらいところ。

(司会)職員の家族が感染した場合、職員は施設に来てはだめなのか。

・今の状況であれば、来てはいけない。必ずPCR検査をやってもらわないといけない。そこで兵庫県がどれくらいの能力を持っているかだ。兵庫県にはシスメックスをはじめ、いい医療系の企業がある。そういうところに、「お年寄りのためにひと肌脱いでもらえないか」と、持ち掛けて、ちゃんと検査ができるような体制を独自で作れないか。施設長さんが、まず保健所に相談に行くのではなく、そういうルートがちゃんとある、そういう迅速なしくみを構築されるのがいいのではないか。Jリーグではそういう体制ができている。

 やはり社会が、どう高齢者を見守っていくのかというしくみを作る、ひょうごモデルを作るのが大事ではないか。費用も問題。今だと健康保険でいけばPCR検査は16000円くらいかかるが、もっと安価にはなっていくだろう。また、唾液で検査するならもっと迅速にできるし、そういう工夫もすべきだ。そういう会社に、別枠の検査体制をつくるためにボランティアでやってよ、と言いにいったらどうか?中継ぎはします。

(質問)職員の家族の関係者がPCR検査結果待ちの場合、職員の出勤をどう考えるか?

・何人規模の会社なのか?濃厚トレーシングができなければ、PCR検査をやるしかない。可能性ゼロでないときにどういう判断をするのか。トレーシングの結果がわかるまでは来てもらっては困る。医学としては、怖くない病気にしていくしかない。

(質問)施設内で発熱者が出た、さあ検査だ、となった場合、防護服はどうすればいいのか?

・防護服を着て病院と同じ体制をとるというのが理想だが、難しい。訓練しないと装着もできない。県老協で、感染させない方法だけじゃなく、病院搬送の優先順位とかも考えたうえで、今あるリソース前提で、感染したら、というマニュアルをつくるべき。例えば38度が4日続いたら優先的にいれてくれる病院はあるのか? 細かいところまで決めて提案していく話し合いをしたらどうか。

(記録:森田拓也)

カテゴリ:新着情報活動記録

8月17日 白血球とガン免疫(8月20日号 Cell 掲載論文)

2020年8月17日

リンパ球が20種類を越すサブセットに分かれて、免疫の微細な調節が行われており、その中一つがチェックポイント調節であることは、かなり広く知られるようになった。しかし、白血球となるとついつい単球、好中球、樹状細胞ぐらで済ましてしまう傾向があるが、実際には単球にも様々なサブセットがあり、免疫反応や炎症に異なる役割をしていることが明らかになってきている。例えば最近の新型コロナ感染でいうと、non-classicalと呼ばれる単球が低下し、好中球から吐き出されるcalprotectinが高い人は高率に重症化することが示されており、これまでこのブログでも強調してきたような細胞性免疫だけを見ていると、思わぬ落とし穴に落ちる可能性を示唆している。要するに、感染症の理解は一筋縄ではいかない。

同じように、チェックポイント治療で一躍主役に躍り出たガンに対する免疫反応も、周りに存在する白血球により強く影響されていることがわかっている。例えばCSF-1受容体を阻害して単球の増殖を止めたり、腫瘍局所への単球の移動を止めると、チェックポイント治療の効果が高まることが明らかにされ、治験まで進んでいる方法も多くあると思う。

今日紹介するワシントン大学からの論文は単球による腫瘍免疫の抑制効果のシグナルとして、マイクログリアの活性化因子として知られているTREM2が関わることを明らかにした研究で8月20日号のCellに掲載された。タイトルは「TREM2 Modulation Remodels the Tumor Myeloid Landscape Enhancing Anti-PD-1 Immunotherapy (TREM2シグナルを偏重すると腫瘍組織の顆粒球の状況が変化して抗PD-1免疫治療効果が高まる)」だ。

この研究はTREM2ノックアウトマウスに肉腫細胞株を移植すると、正常に比べて腫瘍の増殖が低下し、この低下がCD8陽性キラーT細胞の作用を介していることの発見に始まる。

この原因を調べるためにsingle cell RNA sequencingを用いて腫瘍組織に浸潤する顆粒球系細胞の種類を調べると、正常マウス腫瘍組織で見られる単球のサブセットが大きく変化し、その結果T細胞やNK細胞の浸潤が高まることがわかった。さらに、抗PD-1抗体をノックアウトマウスに投与すると、腫瘍の増殖が完全に抑制されることも示している。ただ、残念ながらこの研究ではなぜTREM2シグナルが欠損すると、このような変化が起こるのか、またなぜTREM2が腫瘍組織で免疫を抑制するタイプの細胞浸潤を誘導するのかについては、全く解析できていない。

その代わりに、ノックアウトの代わりに抗TREM2抗体を作成して、抗TREM2抗体と抗PD-1抗体を組み合わせたガン治療の可能性を探り、TREM2抗体でもノックアウトマウスと同じようなガン浸潤白血球の状況を変化させ、肉腫モデルではほぼ全てのマウスでガンを除去することに成功している。

最後に、人間のいくつかのガンのバイオプシー標本の免疫組織学をおこない、TREM2が浸潤マクロファージ特異的に発現しており、ガン自身では発現がみられないことを確認したあと、様々なガンのデータベースを用いてTREM2の発現と予後との関係を調べ、TREM2の発現がガン組織で高いケースでは、ガンの予後が悪いことを明らかにしている。

以上、TREM2に対する抗体も、ガン治療の新しいレパートリーに加わった。手段が増えることは良いが、本当に適正価格の治療が実現できるのか少し心配になる。

カテゴリ:論文ウォッチ

8月16日 多焦点ソフトコンタクトが学童の近視の進行を抑える(8月11日号 米国医師会雑誌掲 載論文)

2020年8月16日

知り合いのKさん家族の中学1年のお嬢さんが、学校検診で急速に近視が進んでいることを指摘され、驚くとともに、どこまで進行するのか心配になったことをFBに書いておられた。何かアドバイスができないかと、いろいろ近視の治療を調べていたら、メガネ、ソフトコンタクト、眼内レンズ、コンタクトレンズによる角膜形状の矯正、そしてアトロピン点眼まで多くの方法が開発され、実際に臨床に提供されている。しかし、それぞれの方法の効果判定は経験的観察研究で行われた場合が多く、厳密な臨床治験として行われていないため、その効果についてはエビデンスに乏しいと一刀両断にしている先生もおられるので、軽々に推薦できないなと思っていた。

ところがなんとタイムリーに、オハイオ州立大学のグループが、多焦点ソフトコンタクトレンズを用いた近視の進行阻止に関する無作為化治験を行なっていたので紹介することにした。タイトルは「Effect of High Add Power, Medium Add Power, or Single-Vision Contact Lenses on Myopia Progression in Children The BLINK Randomized Clinical Trial (学童の近視の進行に及ぼす、強い屈折率の違いを持つ多焦点コンタクトレンズ、中程度の違いをもつ多焦点コンタクトレンズ、そして単焦点コンタクトレンズの効果)」だ。

近視は、網膜より前方で焦点が合ってしまうため像がボケる。すなわち、眼球が奥に伸びてしまう結果だ。従って、凹レンズで焦点を奥に伸ばすのが一般的な矯正だが、矯正を行っても近視は進行することがわかっている。これは同じ屈折率のレンズの場合、辺縁は網膜より後ろに焦点がくるため、これに合わせるうちに眼球が伸びてしまうと考えられていた。

そこで、網膜中心窩に焦点を結ぶようにしたソフトコンタクトレンズの周辺に度数を加えて(加入度数:add power)、辺縁でも網膜に焦点が結ぶようにした多焦点レンズ、あるいは加入度数をさらに強めて辺縁では網膜より前に焦点が合うようにしたソフトコンタクトレンズを使うことで、物を見るときの焦点調節運動を変化させることで、視力が回復するのではないかと考えられ、主に観察研究でその効果が示されてきた。

この研究では、7歳から10歳の-0.75~-5Dの近視の学童294人を、単焦点ソフトコンタクトレンズ、辺縁が中程度の加入度数(+1.5D)を持つコンタクトレンズ、そして高度の加入度数(+2.5D)を持つソフトコンタクトレンズの3群に無作為に振り分け、3年間装着した結果近視の進行度を調べている。実際には極めて専門的な検査方法が用いられているが、詳細は割愛していいだろう。

結果は期待通りで、高度の加入度数が辺縁に配置されたソフトコンタクトレンズを装着した群では、3年目の近視の進行程度が-0.5Dに抑えられていたが、単焦点では-1D、中程度加入度数では-0.85D進行が見られた。これと対応して、眼球の軸の長さも、高度の加入度数を持つ多焦点レンズを装着した群では、伸びが抑えられていた。

全研究機関を通じて-1D近視が進行した児童の比率を調べると、単焦点レンズ装着群では56%だったのに対し、中程度加入度数レンズで36.5%、高度加入度数多焦点レンズではわずか16.5%と、はっきりと進行が抑えられた。

児童が遠近両用とも言える多焦点レンズを使って、副作用はないのかについても詳しく調べているが、コンタクトレンズを装着したことによる問題以外は、ほとんど副作用が見られなかったと結論している。

以上の結果は、多焦点ソフトコンタクトで児童の近視の進行を抑えることができることを示しており、コンタクトレンズ装着で問題が起きない場合は、使ってみても良さそうに思った。

カテゴリ:論文ウォッチ

8月15日 ハンチントン病は発生異常?(8月14日号 Science 掲載論文)

2020年8月15日

この論文を読むまで、ハンチントン病(HD)はHantingtin(HTT)遺伝子のCAG繰り返し配列が増大し、時間をかけて神経細胞が消失する病気だと考えていた。しかしよく考えてみると、グルタミンが余分についたHTT分子が正常な機能を完全に果たせるとはなかなか考えにくい。事実、動物実験モデルではHDと同じCAGリピートの変異を導入したマウスの神経発生に異常が見られることは知られていたようだ。

今日紹介するグルノーブル大学からの論文はHD変異を持つヒトの胎児と、マウスモデルの両方を比べながら、HDの胎児では神経発生異常が存在することを示した研究で8月14日号のScienceに掲載された。タイトルは「Huntington’s disease alters human neurodevelopment (ハンチントン病はヒトの神経発生を変化させる)」だ。

この研究のハイライトは、HD変異を持つ受精後13週目のヒト胎児の脳組織でHTTがアピカル側に偏在し、ZO-1やβカテニンなどの細胞接着分子がそれに引っ張られてアピカル側に偏在する一方、極性を調節する分子PAR3のアピカル局在が障害されており、神経細胞の極性異常が見られることを明らかにし、人間のHDも動物モデルと同じように神経発生異常が見られることを明らかにした点だ。

あとは、変異型HTTの機能についてマウスモデルを用いて検討し、そこから得られたデータに基づきヒト組織を見直すという作業を進めている。詳細を省いて結果をまとめると、

  • もともとHTTはエンドゾームからゴルジへの小胞体輸送に関わっているが、この機能が変異型HTTで障害され、HTTがエンドゾームに停留する。
  • この小胞体輸送の異常が、先に述べた神経細胞の極性の異常の原因になっており、その結果細胞同士の接着機構が障害される。
  • この結果、神経細胞核のエレベーター運動が阻害され、増殖が抑えられ、神経細胞分裂が低下する。
  • 組織全体の極性が障害され、アピカル側の未分化型幹細胞の増殖が阻害されることで、分化型前駆細胞の比率が増える。

以上が結果で、神経発生の初期過程を調節する細胞極性維持機構がHDで障害されており、その結果正常な脳構造発生が強く阻害されていることがよくわかった。

一方、実際にはHDの人は発症するまではっきりとした神経異常を示さないことを考えると、発生初期の異常はその後ほぼ完璧に代償されていることも示している。この発生過程での異常が後期の異常とどう結びつくか、また早期に介入して病気を止めることができるかなど、まだまだ研究が必要だが、HDの概念が大きく変わろうとしていることは確かだ。

カテゴリ:論文ウォッチ

8月14日 新型コロナウイルスの突然変異の機能的帰結を調べる(8月6日 Cell 掲載プレプリント)

2020年8月14日

先日AASJの理事の一人藤本さんから「巷では、新型コロナウイルスが世界中に広がる間に感染力の高い突然変異が選択されている。」とか「わが国で発生した変異が第二波として広がりつつある。」という話を聞くが、それを裏付ける論文を紹介してほしいと頼まれた。

その時、このウイルスは他のRNAウイルスと比べると複製を正確に行う検閲機構を持っており、変異速度は比較的低いこと、また突然変異による系統樹は詳しく調べられており、ウイルスの広がりを予測するには極めて重要だが、それぞれの変異の機能的検証は極めて難しくほとんどできていないため、感染性の高いウイルスが選択されたなどといった話は全て推察で、エビデンスに基づく話はほとんどないと答えておいた。

幸い、今日紹介するワシントン大学からの論文はウイルスが細胞に侵入する際に使うスパイクタンパク質だけに焦点を当てた研究で、ウイルス全体の感染性を必ずしも反映するものではないが、3000種類を越す突然変異についてその機能を調べた研究で8月6日Cellにプレプリントが掲載された。タイトルは「Deep mutational scanning of SARS-CoV-2 receptor binding domain reveals constraints on folding and ACE2 binding (SARS-CoV-2の受容体結合ドメインの網羅的突然変異スキャニングはタンパク質の折りたたみとACD2結合での制限を明らかにした)」だ。

この研究では現在発見されている突然変異の機能を一つ一つ調べるのではなく、スパイクタンパク質のACE2と結合するドメイン(RBD)にあらかじめ突然変異を導入したライブラリーを作成し(理論的に3819種類の変異が考えられるが、そのうち3804種類の変異が生成されている)、それぞれの変異は16塩基のバーコードで特定できるようにしている。

次にこのライブラリーを酵母の細胞表面に発現できるようにして、それぞれの変異を細胞表面上のRBDと細胞側の受容体ACE2との結合などを指標に、機能的検証を行えるようにしている。酵母を使うことで、糖鎖の負荷による影響も調べることができる。

この研究では基本的にRBDに導入された一個のアミノ酸変異のみに絞って検証を行い、

  • 酵母を使った方法で、タンパク質の細胞表面への発現量と、ACE2結合の生化学的検査が可能であること。すなわち、各変異の帰結を正確に記述できること。
  • 半分以上の変異が特に大きな機能変化を誘導しないこと。すなわち、途中性の変異が蓄積しやすいこと。
  • 多くの変異では、タンパク質の3次元構造が形成できないため、細胞表面に発現できなくなったり、ACE2との結合が失われること。一方、実際に発見されるウイルス変異ではこのようなケースは少ないことから、このような変異は活動性のプールから除去される。
  • ACE2結合能が高まる突然変異もかなりの数存在するが、実際の患者さんから分離したウイルスで、特にそのような変異は見られない。一方、SARSと同じ程度のACE2結合親和性を持つ程度の機能低下変異は数多く存在する。
  • 人工的に多くの変異を導入し、そのタンパク質の機能を調べることで、RBDの構造学的特徴を明らかにすることができ、この情報はワクチン抗体のエピトープ解析に重要な資料を提供できること。

などを明らかにしている。

要するに今後感染者から新たに分離される変異の機能的側面を推察するための重要なレファレンスデータが揃った。ただ、このレファレンスをもとに、これまで分離された変異を見直すと、特にACEと結合性が高い変異が選ばれているような傾向はない。

もともとSARSに比べてCoV-2のRBDは高いACE2結合性があることから、より感染性が高まったとされてきている。ただ、これが新型コロナ誕生の要因とするにはまだまだ早い。驚くことに、この方法でも、またこれまでの研究でも、CoV-2の起源とされるセンザンコウのコロナウイルスの方がACE2に対する親和性は高い。従って、ACE2結合性を単純にウイルスの感染性と決めつけるのは早すぎる。

一方、抗体やワクチンによる介入が始まると、強く選択圧が働いて特定の変異が選択される可能性がある。この時、その変異の特徴を特定し、新しい治療抗体を用意するという意味で、今回得られたライブラリーの意味は大きい。

以上、RBDだけでもこれほど複雑で、多くのウイルスタンパク質が働くこのウイルスの場合、感染力はこれらの分子の総合結果であり、悪性、良性などと軽々しく決められないことがよく理解できた。

カテゴリ:論文ウォッチ

8月13日 オキシトシンの作用に必要な刺激依存性翻訳調節(8月13日号 Nature 掲載論文)

2020年8月13日

自閉症スペクトラム(ASD)に見られる高次の行動変化をマウスモデルで研究できるかどうか、昔から議論されている。しかし、人間のASDの中にもrare variantと呼ばれる直接異常につながる遺伝子変異が明らかになってきたこと、またモデル動物から何らかの治療のヒントが得られる可能性があることから、遺伝子操作によるモデルマウスはアクティブに利用されている。

モデル動物で研究する場合、行動変化の一致だけでASDと対応させるのは無理がある。そこでよく利用されるのがオキシトシンの効果で、ヒトASDでも短期的に行動異常を正常化させる効果が知られている。

今日紹介するバーゼル大学からの論文は、遺伝子変異、行動異常、オキシトシンの作用を結びつけるタンパク質翻訳システムの異常を明らかにした研究で8月13日号Natureに掲載された。タイトルは「Rescue of oxytocin response and social behaviour in a mouse model of autism(オキシトシンへの反応と社会行動をマウス自閉症モデルで治療する)」だ。

この研究で使われたモデルマウスはシナプス間の接着に関わるとされているニューロリギン3(Nlgn3)ノックアウトマウスで、人間のASDでも変異が見つかっている。マウスでは新しい事物に対して示す好奇心の低下が明確な症状として特定できる。この研究では、同じような好奇心の欠如が、オキシトシンの機能を阻害する化合物を投与することで起こること、そしてこの症状が、オキシトシンが作用する腹側被蓋野から側坐核へ投射するドーパミン神経で発現するNlgn3の作用でおこっていることを特定する。すなわち、Nlgn3変異、行動異常、オキシトシン、そしてそれに関わる神経回路が特定できたことになる。

この結果に基づいて、次にオキシトシンによる作用のメカニズムについて、Nlgn3ノックアウトによる発現タンパク質の変化を網羅的に調べ、mRNAの翻訳に関わる分子が大きく変化していることを突き止める。翻訳というのは細胞機能の核といえるので、本当にそんなことが起こっているのかメチオニンアナログの取り込みを脳スライス培養で行い、Nlgn3ノックアウトマウスの被蓋野では翻訳全体が亢進していることを発見する。さらに驚くことに、翻訳を調節しているエロンゲーション因子elF4Eのリン酸化を阻害して、elF4EがmRNAとより強固に結合させる働きをしているMNK1/2を阻害すると、翻訳レベルが低下し、その結果Nlgn3欠損マウスのオキシトシンに対する反応が正常化し、さらに新しいものへの好奇心が現れることを示している。

結果は以上で、そのまま人間に当てはめるのは危険だが、オキシトシンの作用の一つが被蓋野ドーパミン神経の翻訳を低下させる効果があることがわかる。この研究ではMNK1/2阻害剤がすでにガン治療の目的で治験が行われているので、少なくともNlgn3の変異のあるASDには使用可能であると示唆しているが、もし翻訳レベルを変化させるという治療が可能なら、画期的なことだと思う。

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