単一細胞のゲノム解析手法がいくつも開発されたおかげで、体細胞突然変異解析についての論文を目にする機会が増えてきた。先日は、肺上皮細胞で、老化による突然変異蓄積に加えて、喫煙者ではタバコによる違うタイプの変異が時間とともに増加することが示された（https://aasj.jp/news/watch/19509）。このような論文を読むと、DNA は遺伝子とその発現をコードする情報と言うだけでなく、個々の細胞の経験を知るための情報としても使えることがわかる。

この、ゲノムに残された特殊な体験を、アルツハイマー病の興奮神経細胞で調べたのが、今日紹介するハーバード大学からの論文で４月２０日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Somatic genomic changes in single Alzheimer’s disease neurons（単一のアルツハイマー病神経に見られる体細胞ゲノム変異）」。

方法論などは前回紹介した気管支上皮細胞の単一細胞ゲノム解析と同じだ。ただ、アルツハイマー病（ＡＤ）で特に問題になる興奮神経細胞だけを FACS で純化して解析している。また、海馬の CA1 領域、及び前頭前皮質から細胞を調製し、AD の影響を、正常神経細胞と比較している。

結果は以下のようにまとめられる。

1）肺上皮で見られたように、年齢とともに神経細胞でもほぼ同じレートで変異が蓄積する。肺上皮と比べたときこの結果は極めて重要で、神経細胞はほぼ分裂しないと考えていいので、新陳代謝する肺上皮も、増殖しない神経細胞も、同じように変異が蓄積することは、変異が細胞の増殖ではなく、転写時に発生する DNA ストレスで起こっていることがわかる。これは突然変にのタイプからも推定される。以上、細胞が生きて DNA が転写される限り、変異は時間とともに蓄積する。

2）AD 患者さんの細胞でも、この自然に起こる変異の蓄積はほぼ同じレートで見られる。ただ AD の場合、これに加えて新しいタイプの変異が上積みされ、結果として AD では変異の数が増加する。特に海馬の CA1 で変位数の上昇が大きい。この上積み分の変異のタイプを調べると、酸化ストレスによる DNA 切断由来の変異であることがわかる。

3）最後に、これらの変異によって神経細胞活動に影響が出る可能性についても調べている。勿論、ゲノムを調べた細胞の機能を知ることは出来ない。従って全て推定だが、一つの遺伝子機能が完全に欠如した変異が、０.１%の確立で生まれること、そして転写時に変異が発生することから、当然神経細胞に必要な分子の発現に関わる変異が発生すると考えられることから、変異によって神経活動が低下する可能性は十分あると結論している。

結果は以上で、まだテクノロジーが安定しないのではと、なかなか鵜呑みにしづらいのだが、ゲノムに記されたエラー記録から病気を調べることが流行る気がする。

誰でも実感しているように、顔は間違いなく遺伝的要因が多い。ということは、私たちが親子をみて似ていると感じる特徴は、遺伝的に説明できる。同じように、日本人と中国人、アジア人とヨーロッパ人を見て私たちが感じる違いも、遺伝的に説明できると期待できる。これを裏返すと、ゲノムから顔の造作の大枠を再構成することは可能であることを意味する。

とすると、顔が一人一人異なることは、顔の形成に関わるゲノム領域に多様性が存在することを意味する。幸い、ゲノムの多様性を定義する一塩基多型（ＳＮＰ）やその他の変位の多様性に関するデータベースは今も増大し続けている。もし、顔の造作を因数分解して、それぞれの因数が多様性を示すなら、ゲノム多型と相関を調べられるし、この対応が出来ると、ゲノム多型を、造作に関わる因数と相関させ、最終的にゲノムから顔を再構成することは可能なはずだ。

ここで必要なのは、顔の造作を様々な要素に分解して、それぞれの多様性から顔全体の多様性を分析することだが、これも顔認識研究のおかげで大きな進展を遂げている。その結果、ゲノムから顔を再構成するための研究が進んできている。

この代表がペンシルバニア州立大学から昨年１月に発表された論文で、顔の要素の多様性を説明するSNPを２０３種類特定している。この結果から、顔の造作に関わる遺伝子の多くは、発生やエピジェネティック過程に関わる、発生学者なら納得の遺伝子発現の多様性によること、そしてそれらSNPの関与を顔の要素の各部分と相関させられることが明らかになった（Nature Genetics 53, 45, 2021）。

今日紹介する中国上海の復旦大学からの論文は、ヨーロッパ人で行われた顔要素のゲノム多型解析を東アジア人に拡大し、以前の結果を確認するとともに、東アジア人とヨーロッパ人の基本特徴を持つ顔の再構成にチャレンジした研究で、４月７日 Nature Genetics にオンライン掲載された。タイトルは「Genetic variants underlying differences in facial morphology in East Asian and European populations（東アジア人とヨーロッパ人の顔の形態の違いに関わる遺伝的多様性）」だ。

著者の中には、２０２１年の論文にリストされた著者も存在し、手法などはほぼ同じと言える。ただ、東アジア人についての解析を行い、２４４種類のSNPを見つけたこと、さらに遺伝的多様性と関わる部位から顔の三次元画像を再構成する手法を試している点が新しい。

結果だが、

１）今回発見された２４４種類のSNPのうち、８９種類だけがヨーロッパ人の２０３種類と重なっている。

２）逆に、残りの１５５種類は東アジア人特異的、そして２０２１年論文の１１４種類はヨーロッパ人特異的で有ることがわかる。

3）この両人種で全く異なるSNPは、基本的にそれぞれの人種でのminor allele frequency (major 以外の多型の頻度)が高い。すなわち、それぞれの人種だけで多様性が拡大している。

4）顔の要素に対応するSNPの多くは、中胚葉、神経堤などの発生やエピジェネティックスなどに関わる遺伝子で、これまでの研究を確認した。

以上が大体の結果だが、この研究では東アジア人とヨーロッパ人で頻度が最も大きく異なるトップ１３種類のSNPを選び（鼻の高さや眉の間の距離に関わる遺伝子など）、その平均値から東アジアの顔とヨーロッパの顔を再構成している。示せないのが残念だが、SNPスコアだけから計算される違いを５倍して、より強調すると確かに私たちが持つ東アジア人とヨーロッパ人の差を反映している顔が示されており、納得する。

そして、これらの顔も、例えばヨーロッパでは鼻の高い形質が選択されてきたことをゲノムから示し、今後顔の形態はよりグローバルな方向へ進化する予感を示している。次は、ネアンデルタール人の顔を再構成して欲しい。

西川がたまたま宿泊したホテルのオーナーが福山型筋ジストロフィーのお子さんをお持ちだったというご縁で、この分野で治療開発に取り組んでいる、藤田医科大学池田真理子先生、京大iPS研究所櫻井 英俊先生にお願いして、この病気と治療について、最新の状況を講義いただくことになりました。コーディネーターを神戸大学青井貴之先生にお願いしました。４月２２日金曜日午後４時からです。

Zoomに直接参加したい方は、アカウントをお送りできますので、メールでお問い合わせください。

またAASJチャンネルで配信しますので、是非ご覧ください。

ＵＲＬ：　　https://www.youtube.com/watch?v=AdWO0mfIuu0

IL-2はT細胞の増殖を誘導するインターロイキンとして最も古くから利用されており、現在でもガンのキラー細胞試験管内増幅に利用されている。ところが、IL-2を生体内に投与する治療は行われていない。というのも、キラー細胞だけでなく、抑制性細胞、NK細胞、果ては単球までが刺激され、作用が多様すぎてコントロールがきかない。これは、IL-2に対する受容体が３種類もあり、その発現の違いにより、IL-2への様々な感受性が生まれるためだ。従って、IL-2やIL-15分子を変異させて、それぞれの受容体の刺激の仕方を変化させる、人工リガンドを用いて、キラー細胞だけ（https://aasj.jp/news/watch/9537）、あるいは抑制性Ｔ細胞だけ（https://aasj.jp/news/watch/14564）を増殖させる方法の開発が続けられ、実際に人体に投与するところまでこぎ着けている。

このように既存のインターロイキンに変異を導入する代わりに、それぞれの受容体に対する結合力の異なる抗体を用いて受容体からのシグナルを自由に調節できないか調べたのが、今日紹介するスタンフォード大学からの論文で、４月１４日 Cell にオンライン掲載された。タイトルは「Facile discovery of surrogate cytokine agonists（サイトカインに代わる作用分子の簡単な開発）」だ。

これまでサイトカイン受容体に対する抗体を用いて、サイトカイン自身に代わるアゴニスト効果を得る研究は行われてきている。ただこの研究では、通常の抗体を用いず、抗体の重鎖変異部分（ＶＨ）だけを用い、VHをファージディスプレイと呼ばれる方法を用いて進化させ、これをリンカーで結合させることで、サイトカインの代わりにならないか調べている。

まずIL-2について可能性を調べている。IL-2は α、β、γ の３種類の受容体から出来ているが、細胞内へのシグナルは β、γ 受容体が集まることで発生する。そこで、βに対するVHと γ に対するVHをリンカーで繋いで、両分子を近接させる可能性を探っている。実際には、βに対する６５種類のVH、γに対する５０種類のVHを選んだ後、配列からそれぞれ４種類、６種類に絞り、全ての組み合わせで人工リガンドを作成、細胞の増殖に必要なSTAT5活性能力を指標に１０種類に絞って、様々な活性を調べている。

当然膨大な結果なので、要点をまとめると次のようになる。

１）刺激により誘導される転写因子を調べると、IL-2に比べて多様な刺激が発生している。例えば、STAT5は活性化されているが、STAT1は全く活性化されないといった変化が、VHリガンドでは得られる。

２）この違いは、VHリガンドにより誘導される β、γ 受容体の構造が大きく異なることに起因している。すなわち、受容体の集り方を変化させることで、細胞内のシグナルを変化させられる。

３）その結果として、Ｔ細胞やＮＫ細胞の異なる活性を引き出すことが出来るリガンドを設計できる。例えば、NK細胞だけを強く活性化したり、エフェクターT細胞やメモリー細胞を別々に刺激することが出来る。

今後、β に対するVHだけを組み合わせたり、γ に対するVHだけを組み合わせたりすることで、さらに自由に活性を調節できる可能性がある。

これを示すために、この研究では β に対するVHに、IL-2とは異なるIL-10受容体に対する抗体を組みあわせるリガンドを作成し、これによりCD8は増殖させるが、CD4は全く増殖しないリガンド作成に成功している。

また、2つのインターフェロン受容体に対する異なる結合力を持ったVHを組みあわせたリガンドを設計して、抗ウイルス活性ではインターフェロンに匹敵するだけでなく、問題になる炎症性サイトカインをほとんど誘導しない新しいリガンドの作成にも成功している。

以上が結果で、VHを徹底的に進化させた後（あるいは、進化の結果、袋小路に入った受容体システムの進化を巻き戻しているのかもしれない）目的に合った分子を選択することで、従来の方法より遙かに自由にシグナルを設計できるリガンド作成方法が可能になったことを示す、重要な研究だと思う。

昨日は気管上皮細胞に蓄積する突然変異を single cell レベルの全ゲノム配列決定法を用いて調べる研究を紹介した。単一細胞の突然変異を特定できるレベルまで、極微量DNA解析法が進展してきていることを示しているが、対象にする細胞数が多くなければ、単一細胞にこだわらなくても、突然変異の蓄積を調べる方法がある。英国サンガー研究所で開発された方法で、固定された組織から特定の細胞片を切り出して、そこから作成したゲノムライブラリーの配列から、ゲノムあたりの突然変位数を調べる方法だ（Nature Protocols vol16, 841,2021）。この方法だと、DNA が分解していないフレッシュな組織をすぐ固定することが出来れば、いつでもゲノム解析を行うことが出来、今後研究対象を拡大するのに役立つ。

今日紹介するのは、同じサンガー研究所からの論文で、この方法を使って様々な哺乳動物腸管のクリプト組織の突然変異を測定し、突然変異の起こりやすさと寿命や動物のサイズとの相関を調べた研究で４月１３日 Nature にオンライン掲載された。タイトルは「Somatic mutation rates scale with lifespan across mammals（体細胞突然変異発生率が哺乳動物の寿命と対応する）」だ。

この研究では１６種の哺乳動物について、死の直後大腸バイオプシーを行い、フレッシュな組織を固定保存した後、大腸の一個のクリプト組織をレーザーで切り出し、ゲノム解析に供している。一つのクリプトは、多くの場合一つのクローン由来と考えられるので、変異が薄まらず検出することが出来る。

１６種類の哺乳動物には、定番のヒトやマウスに加えて、キリン、ライオン、トラ、イルカ、キツネザルなど、フレッシュな標本採取に苦労したと思われる動物が含まれている。おそらく、様々なところに網を張り巡らせて、動物が死亡した直後の穿刺針によるサンプリングを行っていると想像する。さらに、この中にはガンが起こりにくい動物として有名で、最近熊本大学の三浦さんの研究で、その原因が自然炎症メカニズムの欠損にあることが明らかになったハダカデバネズミも含まれている。

サンプリングと言い、方法開発と言い、大変な努力の結果の論文だが、結果は極めてシンプルだ。

1）異なる年齢でサンプリングが出来た、ヒト、犬、マウス、ハダカデバネズミでの突然変異蓄積は、昨日の論文と同じで、完全に年齢と比例する。

2）突然変異の起こり方は、ほとんどの種で同じだが、マウスやフェレットのように活性酸素によるダメージの多い動物がいる。またこのような動物は突然変異の蓄積率が高い。

3）これまで突然変異修復力と動物の大きさに相関があると考えられてきたが、全く存在しない。

4）一方、突然変異蓄積率と寿命はほぼ完全な負の相関が見られる。すなわち、突然変異が起こりやすいほど寿命が短い。

以上が結果で、特に４番目の結果は老化を考える上で極めて重要だと思う。実際データを見ていると、突然変異が２０００から４０００になったぐらいで、ほとんどの動物が死亡するという現実が示されている。

これまで突然変異は、ガンの発生を促すことで寿命を縮めるという意見もあったが、ハダカデバネズミもガンになりにくくても、突然変異は蓄積し、寿命を迎える。何故マウスと比べ、変異蓄積率が低いのかは研究が必要だが、この低い突然変異率が長寿をもたらしている。しかし、変異が一定のレベルに達すると、もはや戻ることは出来ない。

変異の蓄積により、多くの幹細胞システムで、クローン増殖が起こることが示されているが、おそらくこのような細胞に置き換わってしまうことで、システムの維持が不可能になるのだろう。

人間社会で、多様性を維持できず、特定の集団が優勢になると、組織が維持できなくなるのと同じだ。

我々の細胞が様々な要因で突然変異を蓄積していることはよく知られているが、これらはほとんどガン細胞の解析から生まれた結果で、正常細胞でのデータはほとんどない。というのも、突然変異は細胞ごとに異なるため、解析に必要な細胞数を増やせば増やすほど、個々の突然変異は薄まってしまう。そのため、元々１個の細胞由来のガン細胞では詳しい突然変異解析が可能だが、正常組織では難しい。

では正常細胞での突然変異解析はどうすればいいのか？結局、個々の細胞を別々に解析して、集団解析から得られる正常ゲノムと比較するしかない。この目的のために、単一細胞の核を抽出し、その中に含まれる全てのDNAを増幅する方法が開発され、血液やバイオプシーサンプルについて、解析が行われ、確かに正常細胞でも突然変異が蓄積していることが確認できるようになった。

今日紹介するニューヨーク・アルバートアインシュタイン医科大学からの論文は、気管支からブラッシングと呼ばれる方法で気管細胞をこそぎとった後、基底細胞を培養して、健常単一細胞を調製、そのゲノムを細胞ごとに解析し、正常細胞で起こる突然変異を調べた研究で、４月１１日 Nature Genetics に掲載された。タイトルは「Single-cell analysis of somatic mutations in human bronchial epithelial cells in relation to aging and smoking（ヒト気管支上皮細胞の老化と喫煙に関わる単一細胞突然変異解析）」だ。

私が医学部を卒業したころでも、すでにガンの確定診断に気管支鏡下のブラッシングを用いていたが、おそらくそのときに、ガンの疑いがない反対側でもブラッシングを行い得られた細胞を培養して集めた研究だ。従って、３１人の参加者のうち１５人が肺ガンと診断されている。この中で１２人が喫煙歴なしの方だが、このグループでガンと診断されたのは１例だけで、残り１３例は全て喫煙者だ。

いずれにせよ、ブラッシングから、培養、そして単一細胞ゲノム解析と、苦労をいとわずやり遂げたことがこの研究のハイライトになる。その結果、正常サンプルが得られにくい肺でも、正常細胞での変異蓄積様態がわかった。

1）変異は年齢とともに蓄積する。喫煙歴の全くない人では２８変異/年の率で蓄積する。

2）これに対して喫煙者は予想通り変異が倍加しており、平均で９１変異/年に達する。これは正常のほぼ３−４倍だ。

3）変異の種類を調べると、喫煙者では、喫煙特異的な変異が、老化に伴う変異にかぶさる形で増えているのがわかる。

4）この程度の細胞数の解析では、発ガンに関わる遺伝子の変異が発見されることはない。ただ肺全体では、当然発ガン遺伝子の変異も上昇していると考えられる。

5）この研究で最も驚くのは、喫煙年数と変位数は比例して上昇するが、タバコの量とは必ずしも比例しない点だ。生涯喫煙数を示すPack-yearsという指標（例えば１日１パック（２０本）を４０年続けると４０になる）でみると、４０までは変位数の上昇と比例するが、それ以上になると逆に減少傾向が出ている。ひょっとしたら、他の障害の結果修復機能が高まるのか、不思議な現象だ。

以上が結果で、予想通りの結果とともに、タバコの量についての意外な結果が明らかになった。ただ、数は少ないので、もう少し調べていく必要があるだろう。いずれにせよ、大変な実験に脱帽。

腸内細菌叢は食に反応して増殖様態を変化させるが、その変化が今度は食欲を調節するという可能性が最近取り沙汰されている。例えば、細菌により合成される短鎖脂肪酸が腸管のブドウ糖合成を活性化して、これが門脈迷走神経系を介して脳に働くという間接的な話に加えて、なんと大腸菌により合成されるペプチドが、直接視床の神経に働いて食欲を調節するという話まで出てきている。

今日紹介するパストゥール研究所からの論文もその一つになると思うが、なんと細菌由来の muramyl di-peptide(MDP) を認識する細胞内センサーNOD2が視床の抑制ニューロンに発現し、腸で分解されたMDPを感知して食欲を抑制するという研究で、４月１５日号の Science に掲載された。タイトルは「Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature（Nod2を介するバクテリアの感知が食欲と体温を調節する）」だ。

NOD2 には個人的な思い出がある。京大時代の大学院生だった小倉君が、留学先で NOD2 がクローン病の原因遺伝子の一つであることを発見して Nature に論文を発表したという連絡を受け、それまでは外国でなんとかやっているのかどうかと心配していたので、本当にほっとした。このバクテリアセンサーNODについての研究は、Nod-like receptor 分子ファミリーとインフラマゾーム概念確立へと発展しているが、NOD1、NOD2は最も古典的なバクテリアセンサーだ。

NOD2 は NLRP と異なり、カスパーゼ活性はないので、NFκB などの経路を介して細胞の機能を調節する。センサーとしてバクテリア由来 MDP が特定されているので、もっぱら腸内細菌叢のセンサーとして機能していると考えられてきた。ところが最近になり、NOD2 と様々な神経疾患との相関が発見され、神経機能にも何らかの貢献があるのではと考えられるようになっていた。

そこでこの研究ではまず脳で NOD2 が発現しているかどうか調べ、特に視床や視床下部での発現を確認する。NOD2 は細胞内で発現しているので、もしこの分子が働いているとすると、内因性のリガンドが存在するか、MDP が脳に到達する必要がある。MDP を経口投与する実験から、MDP が脳に到達することを確認し、腸内細菌叢由来の MDP が、脳の NOD2 を直接刺激できることを示している。

次は脳内の NOD2 機能だが、NOD２ノックアウトマウスでは、メスで成熟後食欲増加、それに伴う体重増加が見られ、また高齢になった後は自律神経茂樹による体温の低下が抑制されることを発見し、食欲と体温の調節が腸内細菌叢により行われる可能性を示している。

この発見が研究のハイライトで、後は細胞特異的遺伝子ノックアウトや、神経細胞の電気生理などを組み合わせ、NOD2 は視床下部抑制性ニューロンに働き、その興奮性を抑える働きがあること、そしてこの結果として、食欲が抑制され、体温低下を誘導したりする作用があることを明らかにしている。

なぜメスだけで、しかも特定の年齢でこの効果が見られるのかについては、明らかにエストロジェンとの相互作用が示唆されるが、メスで MDPペプチドが視床下部に集まること以上の解析は出来ていない。

結果をまとめると、腸内細菌由来 MDP が、血管を通して脳内の NOD2 を刺激するという話になり、想像をたくましくすると、女性ホルモンにより起こる食べ過ぎを、バクテリアが MDP・NOＤ2 を介して抑えてくれて肥満を防いでいるという話で、面白いが、人間でも同じことがいえるのか、せめて脳の遺伝子発現だけでも示してほしかった。

ドゥシャンヌ型筋ジストロフィーはジストロフィン遺伝子の変異により、筋肉が徐々に変性することで起こるため、根本的な治療法はジストロフィン分子の発現を回復させることだ。このＨＰで紹介したエクソンスキップ遺伝子治療（https://aasj.jp/news/watch/7160）など、臨床試験も始まっており、結果が待たれる。

一方で、筋肉変性を遅らせる治療も行われており、主に炎症を抑える目的でステロイドホルモンを用いると、病気の進行を２.８〜８年抑えられることも示されている（https://aasj.jp/news/watch/7744）。他にも、ウロリチンなども動物実験では効果が示されている（https://aasj.jp/news/watch/15383）。

今日紹介するカリフォルニア大学デービス校を中心にした研究グループからの論文は、Capricor Therapeutics が開発したCAP-1002を用いて炎症や線維化を抑え、重症の筋ジストロフィーの患者さんの腕や心臓の機能を維持して自立を図ることを目的とした治験研究で、３月号の The Lancet に掲載されたので、少し遅れたが紹介する。タイトルは「Repeated intravenous cardiosphere-derived cell therapy in late-stage Duchenne muscular dystrophy (HOPE-2):a multicentre, randomised, double-blind, placebocontrolled, phase 2 trial（Cadiosphere由来細胞を繰り返し静脈注射する末期のドゥシャンヌ型筋ジストロフィー治療（HOPE2）：二重盲験多無作為化プラセボ対照施設治験）」だ。

CAP-1002 は２人のヒト心臓から Capricor Therapeutics 社が培養株として樹立した細胞治療剤だが、心臓細胞を再生させるのではなく、この細胞がエクソゾームを通して吐き出すmiRNAを用いて、炎症や線維化を抑える効果を利用している。おそらく筋肉に親和性があるため、筋肉や心臓での細胞変性を遅らせる効果がある。

この研究はこの治療法の最終段階治験で、既に歩けなくなった患者さんの腕の筋肉機能低下を遅らせるとともに、心筋の変性を抑えることを目指している。

最終的に２０人の患者さんを無作為化し、１２人を偽薬、８人をCAP-1002 群にわけ、３ヶ月に１回細胞を静脈注射し、１２ヶ月後の病気の進行を PUC1.2 と呼ばれている方法で調べている。

数値で表されているので、実感については私も評価できないが、スタート時点で８０点だった機能が、対照群では２９.３に低下するが、CAP-1002 群では６５.５にとどまり、７１％進行を遅らせることが出来ている。一方さらに重要な心臓機能では、ほぼ１００％進行を遅らせることが出来たという結果だ。

注射しているのは他人の細胞になるので、高率にアレルギー反応が見られるが、最終的に治療中断を余儀なくされたのは１例にとどまっている。

以上が結果で、高い効果が期待できるという結論になると思う。

正直なところ、エクソゾーム、miRNAといった原理を聞くと本当にうまくいくのかと疑いたくなるのだが、最終治験にまで持ってきた努力が報われた結果だと言える。このグループはおそらく遺伝子治療の対象にはなかなかならないことを考えると、期待は大きい。

自己免疫病の中でも強皮症は最も研究が遅れている病気ではないだろうか。文字通り全身の皮膚でコラーゲンが沈着し固くなるのが主症状だが、レイノー現象と呼ばれる血管病変が見られること、肺や腎臓など全身の線維化が見られる病気で、現在では強皮症（scleroderma）の代わりに、全身性強皮症が正式名になっている。

最終的には線維芽細胞の異常と、マトリックスの沈着が起こるのだが、その引き金になるおそらく自己免疫反応についてはよくわかっていない。基本的には、おそらく血管内皮の異常な活性化が引き金になって起こる細胞浸潤と、血小板凝集により、炎症性サイトカインが分泌され、線維芽細胞の活性化が起こると考えられてきた。

今日紹介するイスラエルワイズマン研究所からの論文は、この難しい病気に、single cell RNAseq を使って解析を試みた研究で4４月１４日号 Cell に掲載された。タイトルは「LGR5 expressing skin fibroblasts define a major cellular hub perturbed in scleroderma （ LGR5発現線維芽細胞は強皮症で傷害される主要な細胞のハブだ）」。

要するに患者さんの皮膚バイオプシーから細胞を取り出し、single cell RNAseq(scRNAseq )で、存在する細胞を徹底的に分画し、性状と比べた研究で、詳しい解析は出来ているのだが、細胞レベルの現象論で止まっているため、メカニズムには切り込めていない。ただ見えてきた現象から、線維化の起こり方に関して、ユニークな面白いアイデアが示されている。

まず皮膚に存在する免疫細胞だが、正常皮膚と比べるとインターフェロン γ 分泌Ｔ細胞が上昇、NK細胞が上昇などが観察でき、また抗 RNA ポリメラーゼ自己抗体の量などとも相関している。ただ、この研究では免疫炎症反応のさらに下流、線維芽細胞に焦点を当てて解析を行い、免疫系の引き金については解析していない。

これまで線維化組織を見る場合、線維芽細胞については myofibroblast と呼ばれる活性化型の増加がもっぱら注目されてきた。確かに相対的に myofibroblast の増加が観察されているのだが、この研究が着目したのは、この研究で初めて存在が認識された LGR5 陽性の線維芽細胞集団だ。

LGR5は、幹細胞領域では最も有名な分子で、腸管を始め上皮臓器の幹細胞特異的に発現し、Wntシグナルを高めている。この意味で、LGR5が線維芽細胞に発現していること自体が驚きだが、この研究のハイライトは強皮症皮膚でこのLGR5細胞の数が著しく低下しているという発見だ。

線維化というと、我々は線維芽細胞増殖とすぐに結びつけるのだが、逆に数が減っている細胞に注目したのがこの研究のミソだ。そして、遺伝子発現、エピジェネティックスなど様々な方法を重ね合わせて、このLGR5陽性細胞が強皮症では、形態的には周りに伸ばした細胞突起が減少し、さらに遺伝子発現でも細胞外マトリックスの合成が上昇し、それを分解する酵素の低下がおこる、リプログラミングが進行していることを明らかにしている。

詳細を省いて紹介したが、要するにLGR5陽性細胞は、多くの皮膚細胞と相互作用して正常皮膚を健康に保つための調節細胞として機能し、異常な線維化を防いでいるが、この細胞が自己免疫反応の結果、急速に減少し、線維化を抑えられなくなるのが強皮症ということになる。

Regulatory fibroblastとも言える面白いアイデアだが、これが正しいかどうかは、実験的に確かめる必要がある。ただ、正しいとすると、新しい介入方法が生まれると期待できる。

昨年ScienceやNature Medicineが選んだ2021年10大ニュースの中に、違法ドラッグである幻覚剤がPTSDやうつ病に高い効果を示すことを示した臨床治験論文が選ばれていたのをみて驚いた人は多いと思う（https://aasj.jp/news/seminar/18575）。　PTSDにはセロトニン放出刺激剤で、エクスタシーという名で知られる MDMA 、うつ病にはシビレタケなどから抽出されるシロシビンが用いられた治験だが、いずれもこれまでの治療法では到達できなかった高い効果を示しており、患者さんの数を考えると１０大ニュースに選ばれて当然と納得する。

今日紹介する英国インペリアルカレッジからの論文は、重症うつ病に対するシロシビン治験の機会を捉えて、安静時機能的 MRI 検査を行い、安静時に活動しているネットワークを調べることで、シロシビンの効果の、脳科学的メカニズムを明らかにしようとした研究で、４月１１日 Nature Medicine にオンライン掲載された。タイトルは「Increased global integration in the brain after psilocybin therapy for depression（うつ病のシロシビン治療後に見られる脳全体の統合性の増加）」だ。

この論文を理解するためには、安静時 fMRI で調べることが出来るいくつかの脳内ネットワークについて知っておく必要がある。fMRI は脳血流を指標に、脳の活動を調べる検査だが、通常は何かの課題を行っているときの脳活動が対象となる。これに対し、安静時により神経活動が上昇している領域の存在が明らかにされ、さらに活動している領域の同調性から、安静時に活動している複数の神経ネットワークが特定された。

最初に発見されたのが default mode network(DMN) で、その後の研究で外界から切り離されぼんやりと自己に向いている精神活動に関わっていると考えられるようになった。

これに対し、行動のプランニングの思考作用に関わる executive network(EN) や、DMN と EN のスイッチに関わる salience network(SN) が知られている。

個人的な印象になるが、この研究領域の面白さは、自己に向いたネットワークとか、自己と外界のバランスのスイッチなどと言った、なんとなくフロイト時代の力動研究を彷彿とさせる点にある。当然、自分と未来について深く考え込む、うつ病患者さんの脳内の力動を説明する可能性があるとして研究を惹きつけてきた。しかも、うつ病患者さんでは DMN 活動が高まっていることが発見され、まさにフロイトの力動が研究対象になった気がするほどだ。

この研究の目的はシロシビンの効果を調べることではなく、治験を利用して、シロシビンが DMN の活動を変化させ、自己に向かう力動を抑えることが、うつ病症状の軽減につながることを証明することだ。このため、シロシビンの無作為化二重盲験を受ける前後で、患者さんの fMRI を測定し、DMN とEN、SN を測定している。

さらに、DMN の活動を数値化するために、DMN が脳全体から切り離されてモジュール化している程度を表す Brain modularity という指標を開発している。基本的には DMN が高いと、brain modularity も高いと考えればいい。

結果は期待通りで、

1）これまでの治験結果と同じで、シロシビンは従来使われてきたセロトニン再吸収阻害剤と比べて、効果がすぐに現れ、しかも長期間持続する。

2）治療前と治療終了１日後の fMRI を比べると、brain modularity が低下している。すなわち、DMN の活動が低下している。

3）一方で、EN や SN の活動は高まっており、シロシビンにより力動が外界に向けられたことがわかる。

4）brain modularity 指標は、うつ病の重症度指標と強い相関を示し、検査に用いることが出来る。

この結論には私の勝手な脚色が入っているが、それでも著者の言いたいことは伝えていると思う。ようするに、シロシビンにより、セロトニン受容体を強く発現している DNM が強く刺激されることで、他の脳領域との結合が再回復して、脳全体に統合し直されることが、シロシビンの長期効果につながるという解釈だ。

幻覚剤から見ると、外界から遮断された安静時でも、幻覚剤は自己に向く回路を外界へとつなぐため、幻覚や気分高揚が得られるのだろう。

このように安静時 fMRI の研究は、フロイトが生きていたら大喜びすること間違いない面白い領域だと思っている。