2021 Fiscal Year Research-status Report
Mechanism of immune response by a novel pneumococcal vaccine with ion oxide nanoparticles as adjuvant
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20K08836
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
石井 恵子 東北大学, 医学系研究科, 非常勤講師 (00291253)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 新規肺炎球菌ワクチン / 酸化鉄ナノ粒子 / 粘膜免疫 / sIgA / pIgR |
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| Outline of Annual Research Achievements |
市中肺炎や髄膜炎の原因となる肺炎球菌は菌体表面に莢膜多糖を有し、その多様性から90 種以上の血清型に分類される。現行の肺炎球菌ワクチンは一部の血清型の莢膜多糖を抗原としており、それらの血清型に対する感染予防効果が認められている。その一方で、ワクチンに含まれない血清型が増加する「血清型置換」が問題となっている。我々は2017-2019 年度の科研費基盤（C）「酸化鉄ナノ粒子を用いた粘膜免疫を標的とする新規肺炎球菌ワクチンの開発」において、血清型にかかわらず全ての肺炎球菌に存在するタンパク質pneumococcal surface protein A（PspA）を抗原とし、それを酸化鉄ナノ粒子（iron oxide magnetic nanoparticle: IONP）に結合させた新規肺炎球菌ワクチンPspA-IONP を作製した。酸化鉄ナノ粒子はMRIの造影剤に用いられ、人体に対する安全性が知られており、貪食細胞へ取り込まれやすい性質をもつ。肺炎球菌感染では気道への定着が発症要因となるため、粘膜免疫の誘導を目的として、PspA-IONPをマウスに気道経由で投与した。PspA-IONPはPspA単独では誘導されなかった分泌型IgA（sIgA）を誘導したことから、IONPが担体およびアジュバントとして機能し、効果的に粘膜免疫を誘導することが示唆された。免疫マウスに肺炎球菌を感染させたところ、PspA-IONPは肺や脳での菌の増殖をPspA単独よりも強く抑制したことから、PspA-IONPが気道投与ワクチンとしての有用性が示唆された。本研究はPspA-IONPによる粘膜免疫誘導機序を詳細に解析することを目的とする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度はPspA-IONPの気道投与によって誘導されるIgGについて、より詳細な解析を行った。PspA-IONP免疫マウスの気管支肺胞洗浄液（BALF）および血清中に誘導されたPspA特異的IgGのサブクラスを比較したところ、免疫細胞を活性化するTh1型抗体のIgG2cよりもTh2型抗体のIgG1が多かった。しかしながら、この血清を経静脈的に投与したナイーブマウスに肺炎球菌を感染させたところ、肺炎球菌の増殖が完全に抑制された。PspA-IONPによって誘導される全身免疫も感染防御に機能することが示された。さらに病理学的手法を用いて、PspA-IONPの気道投与により粘膜免疫の発現に重要な気管支関連リンパ組織（inducible bronchus-associated lymphoid tissue: iBALT）が形成されることを確認した。2021年度はiBALTの形成およびiBALTにおけるIgAの産生と分泌機序について解析した。PspA-IONPの気道投与によるiBALTの形成は気管支分岐部の約40%に見られた。iBALTに集積したリンパ球でIgAの発現が認められ、気管支上皮ではIgAおよびIgAの粘膜面への輸送に関わる高分子免疫グロブリン受容体（Polymeric Ig receptor: pIgR）を発現する気管支上皮細胞数が増加した。また、B細胞におけるIgMからIgAへのクラススイッチやB細胞から形質細胞への分化、およびpIgRの発現に関与するとされるサイトカイン、IL-4やIL-5は増加傾向を示した。これらのサイトカインの産生機序は現時点で不明であり、その解明は気道投与ワクチンの作用を理解するために重要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
PspA-IONPの気道投与によりiBALTが形成され、その中でB細胞がクラススイッチを起こしてIgAを産生する形質細胞へと分化する。その過程に関与すると考えられるIL-4やIL-5の産生機序を明らかにする。ヒトinvariant natural killer T（iNKT）細胞がサブセットごとに異なる抗体産生に関与することや、マウスノロウイルス感染でのIgAの産生にNKT細胞が関与することが示されている（Zeng SG, et al., J Immunol. 2013; Ishikawa H, et al., Biochem Biophys Rep. 2020）ことから、iNKT細胞がIgA産生形質細胞の分化に関わるサイトカインの産生細胞の候補として考えられる。そこで、iNKTを産生しないJα18ノックアウトマウスを用いて、関与するiNKT細胞サブセットや産生されるサイトカインを明らかにしたい。
PspA-IONPは気道投与で有用性が示唆されたことから、上記と並行して、粉末化により「吸う」ワクチンの製剤化を目指す。PspA-IONPはタンパク質と酸化鉄の結合体であるため、乾燥・粉末化が可能である。乾燥粉末ワクチンは温度管理が容易であり、接種前に溶解する必要もない。また、注射器を使わないため接種時の苦痛も回避でき、有用性が格段に高まると考えられる。PspA-IONPの粉末化は、技術をもつ国内企業と連携することで実現できると考えている。粉末化PspA-IONPをマウス気道に投与し、これまでに行ってきた抗体産生や感染防御能などについて解析を行う予定である。「吸う」粉末化酸化鉄ナノ粒子ワクチンは他の呼吸器感染症にも応用できることから、呼吸器感染症ワクチンにパラダイムシフトが起こることを期待している。
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| Causes of Carryover |
必要物品等の購入に使用した後に少額が残ったもので、次年度助成金と合わせて試薬等の購入に使用する。
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