かゆみを引き起こす pathogenic code の同定と治療基盤の開発
かずさDNA研究所オミックス医科学研究室

遠藤裕介

Atopic dermatitis is thought to affect more than one million people in Japan. In particular, 80% of patients are under
the age of 44 in the active stage of the disease, and it is a serious problem that chronically impairs quality of life. In clinicalpractice, in addition to existing immunosuppressive agents including steroids and other drugs, anti-IL-4/IL-13 receptor
antibodies are used as biological agents for treatment. However, a major problem with these current treatments is the longterm administration of expensive antibody preparations increases the burden on the medical economy itself. In addition,
existing treatments only suppress symptoms and do not prevent or cure the disease.
On the other hand, recent advances in science and technology have made it possible to perform trans-omics analysis, inwhich RNA, proteins, and metabolites are comprehensively analyzed and their parameters are linked to each other. Thesetools can be very powerful to capture events occurring at the molecular level in disease lesions and identify new therapeutictargets. However, due to the complexity of the system and experimental limitations, trans-omics analysis using immune cells
is still lagging behind, and there is a strong requirement for such efforts in terms of therapeutic applications. Against thisbackground, the applicant was the first to construct a system that combines RNA-seq and proteome analysis using the same
samples and combines each parameter. Furthermore, we have identified pathogenic Th2 cells (Tpath2) that cause allergic
disease. In addition to these achievements, we have recently identified cutaneous T cells that specifically produce IL-3 andIL-31. Therefore, we have conceived this research proposal to identify pathogenic codes that cause atopic dermatitis and itchand to develop new therapeutic targets and platforms by utilizing the applicant's trans-omics analysis system and CRISPR
tools that can be applied in vivo to cutaneous T cells.

１．緒

れており、治療応用の観点からもその取り組みが強く求め言られている。このような背景の下、申請者は同一サンプル

アトピー性皮膚炎患者は本邦では百万人以上にも及ぶとを用いて RNA-seq・プロテオーム解析を行い、各パラメ考えられている。特に 44 歳以下の活動期での患者割合がーターをコンバインするシステムをいちはやく構築した 。

80% を占め、QOL を慢性的に損ねる深刻な問題となってまた、これまでにアレルギー疾患を引き起こす病原性いる。臨床の現場ではステロイドを含む既存の免疫抑制剤

Th2 細胞（Tpath2）を同定し、免疫 - アレルギー研究を世などに加え、生物学的製剤として、抗 IL-4/IL-13 受容体界的にリードしている抗体が治療として使用されている。しかし、このような現は IL-3 や IL-31 を特異的に産生する皮膚 T 細胞を同定し状の治療は、副作用リスクに加え、高額な抗体製剤の長期ている。そこで、皮膚 T 細胞について、申請者が有するト間の投与という医療経済そのものへの負担増を招くことがランスオミクス解析システムや in vivo でも適用可能な大きな問題である。また、既存の治療はあくまで症状を抑CRISPR ツールを活用し、アトピー性皮膚炎やかゆみを引制するに留まり、疾患の予防や治癒を達成するものではなき起こす pathogenic code を同定し、新たな治療標的・治い。

療基盤を開発する本研究案を着想した。本研究ではアトピ1）2-4）。これらの実績に加え、最近我々

一方、近年の科学技術の進歩により、RNA・タンパク・ー性皮膚炎の経時的な病態シークエンスについて、皮膚に代謝物を網羅的に分析し、相互にパラメーターをリンクさ浸潤している免疫細胞の RNA・タンパクのトランスオミせるトランスオミクス解析が可能となってきた。これらのクス解析を行い、病態を制御する pathogenic code の候補

ツールは、疾患の病変部で起きている事象を分子レベルで因子を抽出することを第一目標とする。特に、皮膚炎症を捉え新たな治療標的を同定するための非常に強力な武器と引 き 起 こ す IL-3 や IL-33、 お よ び か ゆ み を 引 き 起 こ すなり得る。しかし、解析システムの複雑さや実験的制約か

IL-31 をクラスタリング解析の指標とする。また、最近我々ら免疫細胞を用いたトランスオミクス解析は依然として遅は脂質代謝がアレルギー炎症病態を増悪化させる病原性 T5）細胞の誘導 に深く関与していることを発見しているため、脂質の関与についてはリピドミクス解析を用いて検証する。
Identification of pathogenic code causing itch and development of therapeuticbasis
Yusuke Endo
Laboratory of Medical Omics Research,Kazusa DNA Research Institute

抽出された因子については、生体内 CRISPR ツールを用いて さ ら に 絞 り 込 む。 最 終 的 に、 同 定 さ れ た pathogeniccode に対する分子標的薬や関連ノックアウトマウスを用いることで、アトピー性皮膚炎の治療への有効性を評価する。

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コスメトロジー研究報告 Vol. 32, 2024

２．方している。

法

次に、これらの病態タイムコースサンプルを用いて、トアトピー性皮膚炎の炎症早期から病態収束に到る経時ランスオミクス解析を行った。各フェーズにおいて、T 細的な免疫応答シークエンスについて、疾患を引き起こす胞サブセットを回収し、RNA-seq/ プロテオーム解析を実Tpath2 細胞および病態を抑制する免疫制御細胞の RNA・施した。解析データについては、これまでの研究で得られタンパク・代謝物のトランスオミックス解析を行い、病態ている統合解析手法を用いてそれぞれのデータをコンバイを制御する pathogenic code の同定を目指し研究を推進しンして解析を行った。得られたデータセットについては未た。また、in vitro、in vivo の解析から pathogenic code を処置のコントロール群をサブトラクトする形式で各因子やコントロールし、新規アレルギー分子標的としての有効性パスウェイを抽出した。Gene Ontology 解析で特定のパスについて検証を進めた。

ウェイの濃縮が認められるか検討したところ、Tpath2 サア ト ピ ー 性 皮 膚 炎 に つ い て は、 ビ タ ミ ン D3 誘 導 体

ブセットがより多く認められた Late phase において、サMC903 を用いて再現性よく病態が誘導される。このマウ

イトカインシグナルやサイトカイン受容体に加え、脂質スモデルを用いて、病態進行に伴う Tpath2 サブセットの代謝や糖タンパクといった経路が上昇していることが認

キネティクスについてはじめに検討を行った。また、そのめられた（図 1 下段 左）。これらについてより詳細に検証際の一連の病態スコア、組織病理像についても解析を行するべく Gene Set Enrichment 解析（GSEA）を行ったとこった。さらに、Tpath2 サブセットがもっとも機能的であろ、脂質代謝経路の中でも特に脂肪酸代謝に関わる因子るタイミングを中心に組織や Tpath2 サブセットを回収し、が Late phase でより多く集積していることがわかった（図RNA・タンパク・代謝物を高精度に測定できるオミック

1 下段 左）。実際に、定量的 PCR を用いて、脂肪酸代謝にス解析を行った。病態スコアや組織病理像との相関解析を関わる遺伝・酵素の発現を解析したところ、今回解析した行い、各病態における pathogenic code の同定を目指して脂肪酸代謝やステロール代謝に重要な全ての因子がコント研究を推進した。

ロール -Early-Late と進行するに従い、発現の亢進が認め

３．結られた（図 1 下段 右）。

果

3 . 1 . イムノオミクス解析によるアトピー性皮膚炎病態を誘導する pathogenic code の同定

3 . 2 . 皮膚病原性 T 細胞における脂肪酸代謝の重要性検証

これまでの研究から、アトピー性皮膚炎の重症化には、次に、上記の結果を受けて脂質代謝や脂肪酸代謝が皮膚アレルゲンを記憶し、かゆみや炎症を誘導する病原性記憶のかゆみや炎症を誘導する T 細胞の機能分化に重要な役T 細胞が関わることがわかっている。中でも 2 型の病原性割を果たしているのではないかと考え、その影響につい記憶 T 細胞が、炎症を起こした組織で増えており、これがて検証を行った。はじめに in vitro で炎症皮膚病変の Late

IL-3 や IL-31 といったサイトカインを放出して、炎症性phase で浸潤してくるような IL-3 IL-31 IL-13 Tpath2 細白血球である好塩基球が組織に浸潤するのを誘導する。2胞の誘導条件について検討を行った。いくつかのサイト型病原性記憶 T 細胞 Tpath2 による顆粒球の誘導は、喘カイン条件（Th0/Th1/Th2/Th9/Th17）、およびタイムコ

息など他の慢性アレルギー疾患でもみられることがわかースを追って検討をしたところ Th2 細胞分化条件（IL-2/っている6, 7）+++。そこで本研究ではアトピー病態進行に伴うIL-4/anti-IFNg）で通常の培養期間よりも長く培養した条Tpath2 サブセットのキネティクスについてはじめに検討

件でより多くの IL-3 IL-31 IL-13 Tpath2 細胞を得るこを行った。とができた。

+++

炎症皮膚病変に浸潤する細胞を単離して、フローサイト

次にこの分化条件において、脂質代謝酵素 X および脂メトリー解析を行い、各種免疫細胞について調べたところ、質トランスポーター Y を用いた CD4 T 細胞や脂質フリー炎症誘導の早期（Early）と比較して、慢性期（Late）の方がの培養下で IL-3 IL-31 IL-13 Tpath2 細胞の分化誘導能より多くの炎症細胞が浸潤していることが示された。特に、を検証した。脂質代謝酵素 X 欠損細胞では IL-3 は 1/5 程++++++CD4 CD44 の活性化 T 細胞が顕著に Late phase で増加し度に、IL-31 は 1/2 程度に、IL-13 は 2/3 程度にそれぞれていることを見出している。また、その際のサイトカイン低下することが示された。また、脂質トランスポーター産生についても同様にフローサイトメトリーを用いて解析

Y 欠損細胞では、IL-3 は 1/3 程度に、IL-31 は 1/3 程度に、したところ、IL-3 IL-31 IL-13 Tpath2 細胞は炎症が悪IL-13 は 1/2 程度にそれぞれ低下することが示された。さ化するに従い増加することが認められた（図 1 上段）。そのらに、脂質フリーの培養条件下では、IL-3 は 1/10 程度に、他にも、IL-5 などの Th2 サイトカインも病態がより悪化

IL-31 は 1/5 程度に、IL-13 は 1/2 程度にそれぞれ低下すした Late phase において多く産生されていることを確認ることが示された。これらの結果は、IL-3_IL-31/IL-13+++− 94 −

かゆみを引き起こす pathogenic code の同定と治療基盤の開発

図 1 炎症皮膚病変に浸潤する病原性 Th2 細胞のマルチオミクス解析を共産生する皮膚病原性 T 細胞は細胞内と細胞外の脂質代的な治療法開発につながると考えている。事実、これまで謝に非常に強く依存していることを示唆している（図 2）。のアレルギー疾患に対する治療法は、主に免疫応答を広範に制御するステロイド・免疫抑制剤に関するものが中心で、４．考察および総括疾患を誘導する細胞だけにアプローチすることは難しいと

本研究は、アトピーの炎症早期から病態重症化に到る経考えられてきた。しかし、最新の知見によって、脂質合成時的な免疫応答シークエンスについて、疾患を引き起こすの亢進と T 細胞の病原性がリンクすることが示唆されてお

病原性 Th2 細胞 Tpath2 の RNA・タンパクのトランスオ

り、病原性 T 細胞集団の脂質代謝を標的として病態を制御ミクス解析を行い、病態を制御する pathogenic code の同できる可能性が見えてきている。こうした研究により疾患定を目指し研究を推進した。その成果として、免疫細胞のの原因となる細胞を標的とすることは、副反応を極力抑え脂質代謝がこれらの細胞集団やアレルギー病態に極めて重つつより効果の高い治療へとつながる非常に意義深い課題要な役割を果たすことが明らかとなった。現状ではいったであると考えている。今後、免疫細胞自身の De novo 脂質

いどの特性を持った脂質が皮膚 Tpath2 細胞の誘導に必須代謝の作用と、生体環境から免疫細胞へと働きかける脂質であるかは不明なため、今後高精度リピドミクス解析を代謝物の生理作用を双方向から精査していくことが疾患治駆使することで明らかにしたい。また、これらの脂質代謝療を評価する上で重要であると考える。どの代謝物、どの経路を標的とすることで、これまで有効な治療法が見つか代謝経路を制御すれば、より効率的に疾患治療へと応用でっていないアレルギー疾患に対して、従来とは異なる革新きるのか、疾患ごとの代謝物・免疫細胞のリンクについて− 95 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 32, 2024

図 2 アトピー性皮膚炎における病原性 Th2 細胞と脂質代謝研究を進め、「代謝で免疫を制御する」
ことを目指していき

H, Okamoto Y, and Nakayama T. The Interleukin-たい。

3 3-p3 8 kinase axis confers memory T helper 2 cell
pathogenicity in the airway. Immunity 4 2:2 9 4-3 0 8

謝辞（2015）．

本研究を遂行するにあたり、多大なご支援を賜りました

4） Yamamoto T, Endo Y, Onodera A, Hirahara K,

コーセーコスメトロジー研究財団に心より深く感謝申し上

Asou HK, Nakajima T, Kanno T, Ouchi Y, Uematsu

げます。

S, Nishimasu H, Nureki O, Damon DJ, Shimojo N,and Nakayama T. DUSP1 0 constrains innate IL-3 3-（引用文献）

mediated cytokine production in ST2hi memory-type1） Kanno T., Nakajima T., Kawashima Y., Yokoyama S.,

pathogenic Th2 cells. Nat. Commun. 9:4231（2018）．

Asou HK., Sasamoto S., Hayashizaki K., Kinjo Y., Ohara

5） Nakajima T., Kanno T., Yokoyama S., Sasamoto S.,

O., Nakayama T., and Endo Y.* Acsbg1 dependent

Asou HK., Damon J. T., Ohara O., Nakayama T., andmitochondrial fitness is a metabolic checkpoint forEndo Y.* ACC1-expressing pathogenic T helper 2 celltissue Treg cell homeostasis. Cell Rep. 3 7（6）:1 0 9 9 2 1

populations facilitate lung and skin inflammation. J.

（2021）．

Exp. Med. 218（12）: e20210639（2021）．

2） Endo Y, Iwamura C, Kuwahara M, Suzuki A, Sugaya

6） Endo Y, Hirahara K, Yagi R, Tumes DJ, andK, Tumes DJ, Tokoyoda K, Hosokawa H, Yamashita M,Nakayama T. Pathogenic memory type Th2 cells

and Nakayama T. Eomesodermin controls interleukin-5

in allergic inflammation. Trends Immunol. 3 5: 6 9-7 8production in memory T helper 2 cells through（2014）．

inhibition of activity of the transcription factor GATA3.

7） Nakayama T, Hirahara K, Onodera A, Endo Y,Hosokawa H, Shinoda K, Tumes DJ, Okamoto Y. Th2Immunity. 35:733-745（2011）．
3） Endo Y, Hirahara K, Iinuma T, Shinoda K, TumesDJ, Asou HK, Matsugae N, Obata-Ninomiya K,
Yamamoto H, Motohashi S, Oboki K, Nakae S, Saito− 96 −

cells in health and disease. Annu Rev Immunol. 35: 5384（2017）．