腸内細菌が産生する酪酸による関節リウマチ抑制メカニズムの解明

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K15734
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 高橋 大輔 慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 助教 (40612130)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 濾胞制御性T細胞 / 胚中心反応 / 自己免疫疾患

研究実績の概要

濾胞制御性T細胞 (follicular regulatory T cells: TFR細胞)は、制御性T細胞 (regulatory T cells: TREG細胞)がB細胞濾胞へ移行する能力を獲得し分化した細胞集団である。機能として、胚中心反応におけるTFH細胞を介した免疫応答を抑制し、自己抗体やIgE抗体の産生を抑制する。従って、TFR細胞は自己免疫疾患やアレルギー疾患の発症を防ぐ上で重要な役割を持つと考えられている。
申請者はこれまでの研究から、腸内細菌が食物繊維を資化して産生する短鎖脂肪酸の１つである酪酸が、マウスの自己免疫性関節リウマチモデルの発症を抑制する事を見出している。さらに、この酪酸による間接リウマチモデルの発症抑制には、TFR細胞を増加が関与している事が示唆された。
マウスの自己免疫性関節リウマチモデルの発症には、自己抗原による免疫が必要となる。本年度の研究から、この自己抗原の免疫後直ちに腸内の酪酸の濃度が顕著に減少する事を見出した。加えて、自己抗原の免疫後直ちに腸内最近叢の構成が大きく変動する事が判明した。腸内最近叢の構成の変動により、酪酸産生菌が顕著に減少した事から、自己抗原の免疫による腸内の酪酸の濃度の減少は、酪酸産生菌の減少が原因であると示唆された。また、自己抗原の免疫による腸内の酪酸の濃度の減少が、マウスの自己免疫性関節リウマチモデルの症状に繋がる可能性がある。
さらに、申請者が前年度までに新規に開発したin vitroのTFR細胞培養システムを用いる事で、酪酸がTFR細胞の分化を誘導するメカニズムを検証した。その結果、酪酸をTFR細胞培養の初期のみに添加するよりも、後期のみに追加する事により、TFR細胞の分化を効果的に誘導できる可能性を見出した。これは、酪酸がTFR細胞の分化の後期に働きかける事で、その分化誘導を促進している事が示唆された。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

本年度の課題研究の遂行において、申請時の想定以上に時間を要した。これにより、学術誌へ投稿した論文の査読時に指摘された実験を実施する為に研究計画を一年間延長した。本課題研究の目的をより精緻に達成し完成度を高める為に必要な措置であると考えている。

今後の研究の推進方策

申請者が開発したマウスのTFR細胞分化誘導系はナイーブT細胞を数種類のサイトカインと中和抗体等を組み合わせて刺激し、生体内に存在するTFR細胞と類似した表現型を示す細胞を作成できる。さらに、ヒト末梢血単核球由来のT細胞を利用したTFR細胞分化誘導系も開発している。このマウス/ヒトのin vitro誘導型のTFR細胞様の細胞をinduced TFR細胞 (iTFR細胞)と呼称している (特許出願中)。具体的には、転写因子のFoxp3、Bcl-6、TCF-1、また細胞表面マーカーのCXCR5やPD-1といったタンパク質の発現である。さらに、トランスクリプトーム解析から遺伝子レベルでも生体内に存在するTFR細胞とiTFR細胞には多くの類似点が存在することに加え、機能的にも、生体内に存在するTFR細胞と類似した性質を示す。
今後は、このiTFR細胞誘導系と、既知活性化合物やoff patent医薬品で構成される化合物ライブラリー (Validated Compound Library: 約3,400化合物 (東京大学創薬機構)、標準阻害剤キット1-4: 約400化合物 (文部科学省 新学術領域研究 先端モデル動物支援プラットフォーム・分子プロファイリング支援活動班)などを組み合わせる事で、ケミカルバイロジーの手法を用いて、酪酸がどのようにTFR細胞の分化を誘導するのか、という分子メカニズムの同定を行う。
さらにこれまでの研究から、自己抗原の免疫による腸内の酪酸の濃度の減少が、酪酸産生菌の減少が原因であると示唆された事から、このメカニズムの解析に取り組む。

次年度使用額が生じた理由

本年度の課題研究の遂行において、申請時の想定以上に時間を要した。また、学術誌の査読に対応する為に多数の追加実験が求められている。そこで、本課題研究の目的をより精緻に達成し完成度を高める為に次年度に研究を継続する必要性が生じた。酪酸がTFR細胞の分化を促進する分子機序の大部分は不明である。分子機序の解明を阻む原因として、TFR細胞分化の分子機序自体にまだ不明な点がかなり多いことが理由である。これは、in vitroのTFR細胞分化培養系が存在しなかったことがその一因として挙げられる。そこで次年度は、申請者が新規に開発したTFR細胞分化培養系を使用し、既知活性化合物やoff patent医薬品で構成される化合物ライブラリーのTFR細胞分化導能を評価する。標的分子が既知の情報として蓄積されている利点を生かし、ケミカルバイロジーの手法を用いて、TFR細胞の分化に関与する分子を多数同定する。また酪酸がその分子の発現誘導にどのように関わっているかを検証する。加えて、CRISPR/Cas9システムでTFR細胞の分化に関与する分子を欠損させる事で、TFR細胞の分化へ与える影響を、フローサイトメトリーやトランスクリプトーム解析を用いて評価する。

研究成果

• [雑誌論文] Commensal-bacteria-derived butyrate promotes the T-cell-independent IgA response in the colon. (2020)
  • 著者名/発表者名: Junya Isobe, Shintarou Maeda, Yuuki Obata, Keito Iizuka, Yutaka Nakamura, Yumiko Fujimura, Tatsuki Kimizuka, Kouya Hattori, Yun-Gi Kim, Tatsuya Morita, Ikuo Kimura, Stefan Offermanns, Takahiro Adachi, Atsuhito Nakao, Hiroshi Kiyono, Daisuke Takahashi, Koji Hase
  • 雑誌名: International Immunology 巻: 32 ページ: 243～258
  • DOI: 10.1093/intimm/dxz078
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Roles of Peyer's Patches and Microfold Cells in the Gut Immune System: Relevance to Autoimmune Diseases (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuhide Kobayashi, Daisuke Takahashi, Shunsuke Takano, Shunsuke Kimura and Koji Hase
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 10 ページ: Article2345
  • DOI: 10.3389/fimmu.2019.02345
  • 査読あり / オープンアクセス
• [産業財産権] 濾胞性制御性T細胞の製造方法 (2019)
  • 発明者名: 長谷耕二、高橋大輔
  • 権利者名: 学校法人慶應義塾
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-185826