分泌因子Fgf21による胸腺の「負の選択」メカニズムの解明とその応用

• 研究課題/領域番号: 22K06591
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分47030:薬系衛生および生物化学関連
• 研究機関: 神戸薬科大学
• 研究代表者: 小西 守周 神戸薬科大学, 薬学部, 教授 (00322165)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 胸腺 / 負の選択 / Fgf21 / 胸腺上皮細胞 / 絶食 / FGF21 / エネルギー代謝 / 分泌因子 / 自己免疫反応

研究開始時の研究の概要

外来の異物を認識し攻撃する免疫においては、一方で自己の分子や細胞を異物として認識しないことが必要である。主要な免疫細胞であるT細胞は、胸腺において成熟する過程で自己を認識するクローンが排除される（負の選択）。負の選択の異常は自己免疫疾患の発症にもつながるため、そのメカニズムの解明は医学薬学的に重要な研究課題である。本研究では、分泌因子FGF21が、この胸腺の負の選択に重要な役割を担うこと、またその際の詳細なメカニズムを明らかにするものである。またFGF21が個体のエネルギー状況に応じて血中濃度が変化することから、個体エネルギー代謝と免疫機能との関係についても検討を試みる。

研究実績の概要

本研究は、Fgf21が胸腺髄質上皮細胞（mTEC)を介したT細胞の負の選択を調節するメカニズムを明らかにしつつ、Fgf21あるいは栄養を通した個体免疫調節の可能性を検討する。2022年度では、Fgf21がmTECの増殖と成熟を促し、結果、mTECによる負の選択を維持する役割を担うことを明らかにした。2023年度では、その作用メカニズムについて解析を実施した。肝細胞ではFgf21が小胞体ストレスで誘導されること、またmTECでは小胞体ストレスが生じることが報告されていることから、mTECからのFgf21発現への小胞体ストレスの影響を検討したところ、同ストレスによりmTECにおいてFgf21の発現誘導が確認された。小胞体ストレスを受けた細胞では、ストレス応答としてタンパク質合成が抑制され、結果アポトーシスが誘導される。Fgf21ノックアウトマウスのmTECにおけるタンパク質合成を評価したところ、野生型マウスに比べ低下していた。すなわち、Fgf21はmTECにおける小胞体ストレスから生じるタンパク質合成、アポトーシスを抑制することで、負の選択を維持する役割を担う可能性が示唆された。一方、Fgf21は絶食で血中濃度が上昇する。そこで、絶食を繰り返すこと（間欠絶食）で生じる胸腺の変化にFgf21が寄与するかどうかについて検討した。しかし、間欠絶食処置を行っても、野生型マウスとFgf21ノックアウトマウスの間にmTECの細胞数などに差は生じなかった。一方、比較として検討した脾臓においては臓器重量が野生型マウスで間欠絶食により減少すること、また間欠絶食後のFgf21ノックアウトマウスでは同条件の野生型マウスに比較して有意に増加することを見出した。したがって、間欠絶食という急激な栄養条件変化においてFgf21が個体免疫に何らかの生理的意義を有する可能性が示唆されたものと考えている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

Fgf21のmTECにおける役割、その生理的意義については、ほぼ予定通り2022年、2023年と明らかになりつつあると考えている。一方で、Fgf21の血中濃度上昇が断続的に生じる間欠絶食を考えた際に、同条件における胸腺変化、mTECの変化についてはFgf21の寄与はほとんど見受けられなかった。したがって、栄養条件の調節による胸腺機能の調節については期待していた進捗があったとは言えない。しかし、一方で二次リンパ器官である脾臓の重量がFgf21の有無で変化することが示された。本知見については栄養状態の変化における脾臓変化とFgf21の関係を示すものであり、今後の発展が期待できるものと思われる。以上、得られた成果を考えると、概ね研究は順調に遂行されているものと考えている。

今後の研究の推進方策

Fgf21が、mTECにおけるタンパク合成の維持に役立つことは明らかとなった。しかし、この作用に至るまでの、細胞内シグナルについては明らかにされていない。mTECへの作用を検討する方法として、これまで主にマウス胎児から採取した胸腺の器官培養を利用してきたが、器官培養では胸腺に含まれるmTEC以外の細胞の影響を除外することが困難である。そこで、2024年度では、1991年に樹立されたmTEC細胞株（TEC3-10）を用い、組換えFgf21の添加実験、あるいはFgf21受容体の阻害実験を行う。それらの実験において、特にタンパク質合成に関与する細胞内シグナル（Akt-mTOR）などを解析する。以上で得られたデータを元に、論文投稿を進める。加えて、2023年度に明らかにした間欠絶食による個体免疫機能の変化、その変化におけるFgf21の意義についても検討を進める。これまで、胸腺に集中してきたため、二次リンパ器官、血中などのT細胞の体内分布は検討していない。そこで、2023年度はT細胞を含む免疫細胞の体内分布がどのように変化するのか、検討を進める。特にFgf21に依存して重量減少が生じる脾臓については、含有免疫細胞の変化に関して検討を進める。また、間欠絶食後したマウスを材料に担がんモデルを作製し、間欠絶食による免疫機能変化を検証したいと考えている。