腸管粘膜固有層の自然免疫細胞群の解析

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24590582
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 植松 智 東京大学, 医科学研究所, 特任教授 (50379088)
• キーワード: 腸管粘膜固有層 / 樹状細胞 / マクロファージ / Toll-like receptor / 自然免疫

研究概要

1.マウス粘膜固有層の自然免疫細胞群の解析 　IgAは粘膜面を介して侵入してくる病原体に対して重要な感染防御を行う。ワクチン開発において、抗原特異的なIgGだけでなく粘膜面において抗原特異的なIgAを誘導することが重要である。腸管粘膜固有層のCD11chighCD11bhigh樹状細胞は、これまでの解析から、抗原特異的なIgAを産生することが明らかになった。我々は、このCD11chighCD11bhigh樹状細胞を標的として、腸管粘膜において抗原特異的なIgA誘導が出来る新規粘膜ワクチンの開発を行った。経口免疫による抗原の送達や粘膜アジュバントのスクリーニングを行った。2.放射線腸障害におけるTLR3の役割　放射線は、その電離・励起能力によって生体細胞内のDNAを損傷させる。軽度のDNA損傷は修復することができるが、それが不可能である場合にはDNAが損傷したまま分裂するか、もしくは細胞死を誘導する。腸管は非常に放射線感受性の高い臓器で、急性期の症候はgastrointestinal syndro me(GI syndrome)として知られており、 5Gy以上の被曝で腸管上皮が障害され、吸収力低下による下痢や細菌感染のため腸炎を発症し亜急性に死亡する。また、悪性腫瘍の治療目的に広範囲腹部照射をした際に、目的外臓器の腸管が過剰照射されると、晩発性に反復性の出血性腸炎が誘発され、その後、慢性潰瘍や瘢痕化、腸の狭窄、閉塞、穿孔などが起こる。これらの症状は、重篤かつ難治性の副作用として臨床的に解決すべき重大な問題と考えられている。しかしながら、放射線腸障害に関して、これまで自然免疫の観点から十分な解析はなされていない。急性と慢性の放射線腸炎モデルを用いて、放射線腸障害におけるアジュバント受容体であるTLRの役割を検討した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

粘膜固有層のCD11chighCD11bhigh樹状細胞は、レチノイン酸を産生する能力があり、IgAを誘導出来る。CD11chighCD11bhigh樹状細胞では血中の単球が腸管粘膜固有層に入り最終分化を遂げる。最終分化には、GM-CSFが必須のサイトカインであることが明らかになっている。脾臓の一般的な樹状細胞をGM-CSFで刺激をするとIgAの産生に必須のレチノイン酸合成酵素を発現するよになることを見出した。GM-CSFで活性化した樹状細胞では、抗原特異的なIgAが誘導される事が分かった。GM-CSFで一般的な樹状細胞を処理してやることで粘膜型に変換IgA誘導の能力を賦与する事が出来るという知見が得られた。今後GM-CSFをアジュバントとして既存のワクチンに加えてやる事で、IgAを誘導出来るワクチン開発が出来ると考えられる。今後の研究展開が大きく期待出来る。
また、TLR3欠損マウスにおいてγ線誘導性の腸炎に抵抗性を示す事が分かった。γ線照射後，陰窩では顕著な細胞死が起こり、死細胞から漏出したRNAがTLR3を活性化し広範な細胞死を誘導し、上皮構造が破綻する事により致死性になる事が分かった。TLR3の阻害剤は顕著に放射線による腸障害を改善することが出来た。TLR3欠損マウスの解析から、TLR3が急性放射線腸炎の増悪因子であることが明らかになった。本来TLR3はウイルス感染に対して防御作用を発揮するが、今回、内因性RNAが作用することにより放射線腸障害を増悪させる事が分かった。これまで治療法のなかった放射線腸障害の新規治療法を提案できた。また、この知見は論文発表に出来、特許の取得も行っている。今年度形ある成果を出す事が出来た

今後の研究の推進方策

今後はまず、GM-CSFをアジュバントとして用いて、IgAを誘導出来るワクチン開発の研究をさらに進めていく。また、IgA誘導したワクチンが腸管の細菌、ウイルスの感染防御に必要不可欠であるかどうか、ネズミチフス菌、腸管型マウス肝炎ウイルスに対する感染実験を行う予定である。
急性放射線腸症候群に関して、TLR3の阻害剤がマウスにおいて有効であることが明らかになった。現在、国際特許の出願を行っている。ヒトにおいては原子力発電所の事故、テロ等で被曝をした患者のための治療法として重要と考えられる。また、卵巣癌などで腹膜播種をした患者さんに放射線腹部照射をすることがあるが、その際の副作用として急性放射線腸症候群が認められる。放射線治療の副作用の軽減においても有効であると考えられる。現在、カナダのベンチャー企業とともにヒトTLR3阻害剤のスクリーニングを行っており、将来的に製剤化、臨床応用を目指していく予定である。

次年度の研究費の使用計画

今年度は実験計画が順調に進み、GM-CSFが新しいアジュバントとして用いる事が出来る事が分かった。次年度は、GM-CSFをアジュバントとして用いて、IgAを誘導出来るワクチン開発の研究を進めるために、ワクチン効果に対する感染防御実験や有効性の試験を多数行う必要がある。そのために、今年度の予算を来年度に持ち越すことにした。
GM-CSFを用いたワクチン効果を検討するために、主に試薬、培養のための培養液、マウス購入、飼育代として使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Blockade of TLR3 protects mice from lethal radiation-induced gastrointestinal syndrome. (2014)
  • 著者名/発表者名: Takemura N, Kawasaki T, Kunisawa J, Sato S, Lamichhane A, Kobiyama K, Aoshi T, Ito J, Mizuguchi K, Karuppuchamy T, Matsunaga K, Miyatake S, Mori N, Tsujimura T, Satoh T, Kumagai Y, Kawai T, Standley DM, Ishii KJ, Kiyono H, Akira S, Uematsu S.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 5 ページ: 3492.
  • DOI: 10.1038/ncomms4492.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prevention of intestinal allergy in mice by rflaA:Ova is associated with enforced antigen processing and TLR5-dependent IL-10 secretion by mDC. (2014)
  • 著者名/発表者名: Schülke S, Wolfheimer S, Gadermaier G, Wangorsch A, Siebeneicher S, Briza P, Spreitzer I, Schiller D, Loeschner B, Uematsu S, Ryffel B, Akira S, Waibler Z, Vieths S, Toda M, Scheurer S.
  • 雑誌名: PLoS One. 巻: 9(2) ページ: e87822.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0087822. eCollection 2014.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prostaglandin E₂ is critical for the development of niacin-deficiency-induced photosensitivity via ROS production. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugita K, Ikenouchi-Sugita A, Nakayama Y, Yoshioka H, Nomura T, Sakabe J, Nakahigashi K, Kuroda E, Uematsu S, Nakamura J, Akira S, Nakamura M, Narumiya S, Miyachi Y, Tokura Y, Kabashima K.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 3 ページ: 2973.
  • DOI: 10.1038/srep02973.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased Th17-inducing activity of CD14+ CD163 low myeloid cells in intestinal lamina propria of patients with Crohn's disease. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ogino T, Nishimura J, Barman S, Kayama H, Uematsu S, Okuzaki D, Osawa H, Haraguchi N, Uemura M, Hata T, Takemasa I, Mizushima T, Yamamoto H, Takeda K, Doki Y, Mori M.
  • 雑誌名: Gastroenterology. 巻: 145(6) ページ: 1380-91.
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2013.08.049.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flagellin enhances tumor-specific CD8⁺ T cell immune responses through TLR5 stimulation in a therapeutic cancer vaccine model. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nguyen CT, Hong SH, Sin JI, Vu HV, Jeong K, Cho KO, Uematsu S, Akira S, Lee SE, Rhee JH.
  • 雑誌名: Vaccine. 巻: 31(37) ページ: 3879-87
  • DOI: 10.1016/j.vaccine.2013.06.054.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Double-stranded RNA of intestinal commensal but not pathogenic bacteria triggers production of protective interferon-β. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kawashima T, Kosaka A, Yan H, Guo Z, Uchiyama R, Fukui R, Kaneko D, Kumagai Y, You DJ, Carreras J, Uematsu S, Jang MH, Takeuchi O, Kaisho T, Akira S, Miyake K, Tsutsui H, Saito T, Nishimura I, Tsuji NM.
  • 雑誌名: Immunity. 巻: 38(6) ページ: 1187-97.
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2013.02.024.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Critical role of AZI2 in GM-CSF-induced dendritic cell differentiation. (2013)
  • 著者名/発表者名: Fukasaka M, Ori D, Kawagoe T, Uematsu S, Maruyama K, Okazaki T, Kozaki T, Imamura T, Tartey S, Mino T, Satoh T, Akira S, Takeuchi O.
  • 雑誌名: J Immunol. 巻: 190(11) ページ: 5702-11.
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1203155.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Toll-like receptor 7 gene deficiency and early-life Pneumovirus infection interact to predispose toward the development of asthma-like pathology in mice. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kaiko GE, Loh Z, Spann K, Lynch JP, Lalwani A, Zheng Z, Davidson S, Uematsu S, Akira S, Hayball J, Diener KR, Baines KJ, Simpson JL, Foster PS, Phipps S.
  • 雑誌名: J Allergy Clin Immunol. 巻: 131(5) ページ: 1331-9
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2013.02.041.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microsomal prostaglandin E synthase-1 is induced in alzheimer's disease and its deletion mitigates alzheimer's disease-like pathology in a mouse model. (2013)
  • 著者名/発表者名: Akitake Y, Nakatani Y, Kamei D, Hosokawa M, Akatsu H, Uematsu S, Akira S, Kudo I, Hara S, Takahashi M.
  • 雑誌名: J Neurosci Res. 巻: 91(7) ページ: 909-19.
  • DOI: 10.1002/jnr.23217.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bacterial sphingophospholipids containing non-hydroxy fatty acid activate murine macrophages via Toll-like receptor 4 and stimulate bacterial clearance. (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara N, Porcelli SA, Naka T, Yano I, Maeda S, Kuwata H, Akira S, Uematsu S, Takii T, Ogura H, Kobayashi K.
  • 雑誌名: iochim Biophys Acta. 巻: 1831(6) ページ: 1177-84.
  • DOI: 0.1016/j.bbalip.2013.03.008.
  • 査読あり
• [学会発表] Blockade of TLR3 protects mice from lethal radiation-induced gastrointestinal syndrome. (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uematsu.
  • 学会等名: Annual meeting of French Society for Immunology 2013.
  • 発表場所: Paris, France.
  • 年月日: 20131104-20131106
  • 招待講演
• [学会発表] TLR3 /dsRNA complex inhibitor protects mice from lethal radiation-induced gastrointestinal syndrome. (2013)
  • 著者名/発表者名: 植松 智, 武村直紀, 審良静男.
  • 学会等名: 第12回淡路島 感染症免疫フォーラム
  • 発表場所: 淡路夢舞台国 際会議場
  • 年月日: 20130910-20130913
  • 招待講演
• [学会発表] TLR3 as an Exacerbating Factor for Radiation-induced Gastrointestinal Syndrome. (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uematsu.
  • 学会等名: 15th INTERNATIONAL CONGRESS OF IMMUNOLOGY.
  • 発表場所: Milan, Italy.
  • 年月日: 20130822-20130827
• [学会発表] 粘膜アジュバント標的細胞. (2013)
  • 著者名/発表者名: 植松 智
  • 学会等名: 第２３回感染研シンポジウム
  • 発表場所: 国立感染症研究所 共用第一会議室
  • 年月日: 20130521-20130521
  • 招待講演
• [備考] TLR3の阻害が致死的な放射線誘導性腸炎を著しく改善させる
  • URL: http://www.ims.u-tokyo.ac.jp/imsut/jp/research/papers/tlr3.php
• [産業財産権] PHARMACEUTICAL COMPOSITION FOR PREVENTING OR TREATING RADIATION-INDUCED GASTROINTENSTINAL SYNDOROME (2013)
  • 発明者名: 植松智、武村直紀、審良静男
  • 権利者名: 植松智、武村直紀、審良静男
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: U.S. Patent Number： 61/859,814
  • 出願年月日: 2013-07-30
  • 外国