The Journal of Farm Animal in Infectious Disease
Vol.3 No.3 2014

総PREVENTION OF INFECTIOUS DISEASE
FROM MUCOSAL IMMUNE SYSTEM

説

粘膜免疫機構に立脚した家畜感染症予防を考える＝乳房炎の粘膜ワクチンを例にして＝
林（独）
農業・食品産業総合研究機構（〒 062-0045

智人
動物衛生研究所

寒地酪農衛生研究領域

北海道札幌市豊平区羊ヶ丘 4）クチン」の開発に応用されはじめている。今後、［はじめに］

家畜でも各所の粘膜免疫機構が理解されてくれ動物の生命は高度で複雑なシステムで維持さば、粘膜免疫に立脚した家畜それぞれの感染症れている。そのシステムの中でも生体を多種多予防法の開発にもつながるものと期待される。

様な抗原やアレルゲンあるいは病原性微生物な

本稿では、主にヒトで明らかにされてきた「粘どの「異物」から守る中心的な役割を果たして膜免疫機構」を特徴づける概念を解説するとといるのが免疫である。免疫を担当するリンパ関

もに、粘膜免疫から見た「ウシの乳腺を守る乳連組織は、個体の各所の組織・臓器に分布して房炎ワクチン」の考え方についても若干述べた存在し、それぞれの部位においてそれら異物とい。なお本稿は、2008 年 12 月本学会誌（当時常に遭遇し、その異物が生体にとって必要ないは研究会誌）の著者による「粘膜免疫の基礎と判断した場合、まず各所の自然免疫を発動さ＝全身性免疫と粘膜免疫＝」の記述に、ここ 5せて積極的な排除をおこなっている。

年余りで得られた知見を新たに加えて解説したものである。

従来の免疫学の研究には、骨髄や胸腺などの中枢性の一次リンパ組織の機能に関するもの［粘膜免疫による監視と防御］や、免疫担当細胞の特異性や多様性を生み出すしくみに関するものなど、いわゆる「全身免疫動物の体の基本構造は、口腔・鼻腔にはじま系」における研究が多くみられた。しかし実際り肛門まで筒状をなしており、粘膜はその「内には、異物、特に病原性微生物と遭遇する場となる外」を形成している（図 1）。粘膜免疫機なるところは、呼吸器、消化器に代表される外構は、呼吸器、消化器、泌尿生殖器などの粘膜界と直接接触する生体表層部の「粘膜」面であにおいて成立している。さらに、涙腺、唾液線、ることが多く、そこで働く免疫応答の重要性が乳腺などの外分泌系もその守備範囲に含んでい近年になり理解されつつある。ヒトやマウスにる（図 2）。このように内なる外を形成していおいて、全身性に働く全身免疫系とは異なったる粘膜組織は、広大な表面積をもち、恒常的に粘膜部位固有の「粘膜免疫系」が存在すること直接外界に露出している。例えばヒトの消化器が次々と明らかにされてきている。の粘膜は、皮膚の 200 倍に相当する表面積を持

各粘膜部位では、その部位により異なった抗つ。ウシは、反芻動物であることからヒトより原や微生物と接触することから、その部位に特遥かに膨大な比率で粘膜表面を有している。

化した感染防御機能が獲得されている。その固粘膜表面は、粘液層と上皮細胞層で構成され、有の粘膜免疫機構の解明と理解は、既にヒトの常時膨大な量の外来の異物（食餌成分を含め、医療において「その部位を感染から守る粘膜ワ様々な病原体微生物やアレルゲンなど）に暴露されている。したがって粘膜の上皮細胞層は、第一線の監視・防御機構として重要である。例

受理：2014 年 7 月 14 日

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粘膜免疫機構から家畜感染症予防を考える

えば、腸管上皮細胞層を覆う粘液は、まずその有害性を持たない生体にとって有益な異物の取粘着性や腸管蠕動運動による異物の機会的排出り込み口にもなっていることである。たとえばなどの物理的バリアーとして働き、さらにその腸管の場合は膨大な量の食餌性蛋白質を吸収し構成性成分に含まれる多種多様な抗菌ペプチドそれを分解している。それら多種多様な蛋白質、群による病原微生物の分解などでは、化学的バ脂質、ビタミンなどから成る食餌由来物質は、リアーとして大きな役割を果たしている（図 3）。

生体への栄養供給およびエネルギー供給になる粘膜面での監視・防御機能を免疫生物学的にという観点だけでなく、異物であるということ考える上で次に重要な点は、粘膜面が病原性やで当然腸管粘膜免疫系の制御対象になっている。腸管には、ヒトでは少なくとも 300 種類以上とも言われている宿主との共生関係にある共生細菌叢が形成されている。普通に考えれば、共生細菌叢は生体にとって異物ではある。したがって腸管の免疫学的な監視・防御機能では、これら有益な共生細菌と病原性細菌を見分ける仕組みが必要になる。
生体はこのような無害またはプロバイオティクスとして有益な共生細菌や物質に対して積極的に排除を促すような防御反応はとらない。そ

図 1

れらの有益な抗原に対して、過剰な反応をしな内なる外を形成する粘膜いように無視・無応答にする消極的応答、いわゆる「寛容」状態をつくりだす抑制系制御機能を粘膜免疫のシステムに組入れてきた（図 4）。
特に経口抗原に対するその代表的な現象を経口免疫寛容、呼吸抗原によって誘導される寛容は経鼻免疫寛容と呼ばれている。
ヒトの消化器でこれらの無害な外来性の抗原に対して「寛容」が起こらず、不適切な免疫応答が起こってしまうと、食物アレルギー、セリアック病（小麦に含まれているグルテン蛋白に対する免疫応答）や、炎症性腸疾患であるクローン病（腸内細菌に対する免疫応答）などに代表
図 2

される共生細菌叢の崩壊で生じる疾患の原因に粘膜部位固有の粘膜リンパ組織

図 3

腸管上皮層の防御機構－ 70 －

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図 4 粘膜面における寛容と免疫応答なるとも考えられている。
［粘膜関連リンパ組織］
粘膜免疫システムを司る各組織・臓器の免疫担当細胞と組織は、一部の特殊性を除いて共通性が認められる。その共通性を支える細胞群には、リンパ球、マクロファージ、樹状細胞といった全身免疫系でも活躍する免疫担当細胞であり、解剖学的にそれらが集積して組織化された

図 5

腸管関連リンパ組織

場所を粘膜関連リンパ組織（mucosa-associatedlymphoid tissue：MALT） と 総 称 し て い る。
腸管の場合は腸管関連リンパ組織（gut-associated lymphoid tissue：GALT）と呼ばれ（図 5）、特に解析が進んでいる粘膜関連リンパ組織であるが、ヒトではパイエル板、クリプトパッチ、孤立リンパ濾胞、虫垂などが知られている。
腸管壁に観察される GALT の二次リンパ濾胞群の中で、最も解析が進んでいるものがパイ

図 6

微小襞細胞（microfold（M））細胞エル板であり、経口投与された抗原に対する腸管での免疫応答の誘導相において重要な役割をを分泌しない。そのため M 細胞の先端部は、担っている。パイエル板は組織学的にリンパ球

腸管管腔内の微生物や粒子状抗原と直接的に遭をはじめとする免疫担当細胞群の集合体であ遇でき、それらをパイエル板内に取り込むいわり、腸管管腔に隆起したドーム様の特殊な形態

ゆる管腔側からの抗原を取り込み専門の細胞とをしている。ドーム状に被覆している上皮細胞しての役割をもつ。M 細胞が存在している上皮層は濾胞関連上皮層（follicle-associated epithe-下ドーム領域（subepithelial dome：SED）には、lium：FAE）と呼ばれ、この中には通常の微高頻度で樹状細胞が存在し、取り込まれた抗原絨毛で覆われている円柱上皮細胞（または吸収を捕捉し、抗原を処理してパイエル板内の T上皮細胞）とは異なる微絨毛の発達が未発達な細胞あるいは B 細胞にその抗原の情報を提示微小襞細胞（microfold（M））細胞が存在してする。パイエル板の胚中心内には多くの B 細いる（図 6）。M 細胞は他の上皮細胞群が持っ胞濾胞が形成されており、その周囲には T 細ている厚い糖衣をもたず、かつ消化酵素や粘液胞領域が存在し、抗原特異的な IgA＋B 細胞が－ 71 －

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粘膜免疫機構から家畜感染症予防を考えるや各種 T 細胞サブセットを誘導できる免疫学的な微小組織構造をとっている（図 5）。
呼吸器系の場合は、鼻腔底に鼻咽頭関連リンパ組織（nasopharynx-associated lymphoid tissue：NALT）と呼ばれる存在が明らかになっている。ヒトの場合、口蓋扁桃、アデノイド、舌扁桃は、重層上皮に覆われている巨大な二次リンパ濾胞の集合体からに成り立っており、これらは気道や腸管の入り口である口腔に最奥部から咽頭が始まる部位に存在し、Waldeyer 扁桃輪として知られる輪状のリンパ組織群を形成

図 7

Waldeyer 扁桃輪と扁桃組織している（図 7）。興味深いことに口蓋扁桃や（図 6）。

アデノイドは、ヒト幼児期の場合に感染を繰り返すと巨大化することから、以前は外科的な摘腸管上皮細胞層下部を構成している粘膜固有出が行われていたが、最近になりそれらを摘出層には、抗原提示細胞である樹状細胞が多く存した人のなかでしばしば経口ポリオワクチンに在しており、この中には M 細胞を介して樹状対するワクチン抗原特異的 IgA 抗体の低下が細胞に抗原を提示する機構や上細胞間隙から上観察された。このことから、この部位における皮細胞の間に入り込む機構、さらには上細胞間NALT または Waldeyer 扁桃輪を介した粘膜免隙に樹状突起を伸ばして抗原を認識する機構が疫の重要性が改めて明らかにされた。

存在していることも明らかにされている（図GALT が消化器系、NALT が呼吸器系の粘8）。上細胞間隙に樹状突起を伸ばして抗原を直膜免疫システムにおけるそれぞれの特徴的な免接認識できる機構は、M 細胞に依存的しない

疫誘導組織として知られてきたが、最近では眼で抗原が取り込まれるルートがあることを示し窩と鼻腔を結んでいる涙腺（または涙管）にもており、パイエル板非依存的に抗原特異的粘膜粘膜免疫を司る二次リンパ組織が存在している免疫の誘導ができる粘膜免疫システムがあるこことが明らかにされた（図 2）。この組織は涙道とが明らかになってきている。

関連リンパ組織と（tear duct- associated lym-［粘膜免疫を担当する細胞］

phoid tissue：TALT）と呼ばれており、眼領パイエル板や NALT に代表される抗原刺激域から侵入した抗原に対しての免疫誘導の場とを受ける組織としての MALT に加えて、粘膜して重要な役割を果たしている。

表面には数多くのリンパ球や白血球が存在する［粘膜部位固有の抗原認識機構の独自性］部位があり、これらの部位は実際に抗原特異的経口・経鼻投与による粘膜面での抗原提示をな液性免疫や細胞性免疫を発動させる場という介した粘膜免疫システムの活性化には、まず抗ことで「実行組織」とも呼ばれている（図 9）。

原が上皮細胞層を通過することが重要である。

これらのリンパ球は粘膜を介して恒常的に多様パイエル板や NALT の濾胞関連上皮層に存在な外来抗原に暴露されているが、病原微生物やしている M 細胞は、抗原にとって生体内に入有害物質または過度な抗原刺激に遭遇しない限る玄関のような役割をしており、管腔側から来り過剰な応答をすることがない、いわゆる「寛た抗原をエンドサイトーシスなどにより積極的容」状態を保つことができる。これらは無菌状に細胞内取り込み、反対側の基底膜側から細胞態に等しい全身免疫システムとは大きく異なる外に輸送する。M 細胞はポケット様の形態を環境におかれている粘膜システムならではの独有しており、その中に樹状細胞などの免疫細胞自性を反映しているものと考えられている。

が入り込んでいる。そのため M 細胞から運搬上皮細胞層と粘膜固有層は、薄い基底膜で隔されてきた抗原は、そのポケット直下に存在すてられているだけであるが、この 2 つの領域はる樹状細胞によって、捕捉・処理・提示される解剖学的に異なる特徴を有している。上皮層に－ 72 －

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図 8

粘膜における抗原取り込みの方法

図 9 粘膜免疫における誘導組織と実行組織

は主として CD8＋T 細胞が多く存在しており、腸管膜リンパ節を通って胸管へと移行し、さらその中でも自然免疫に強く関与しているとされに血遊を介して全身を循環した後に腸管免疫固るγδ 鎖 の T 細 胞 受 容 体（T cell receptor；有層の小静脈を介して腸管の粘膜免疫の実行組TCR）を発現しているγδT 細胞の頻度が高織へと帰巣（ホーミング）する。しかし、腸管いという特徴がある。それに対して粘膜固有層指向性を獲得したパイエル板由来の抗原特異的にはαβ鎖を発現している CD4 と CD8 T 細リンパ球が帰巣する部位は必ずしも腸管の血管胞、形質細胞、マクロファージ、樹状細胞、好内皮細胞に限られるものではなく、ほかの粘膜酸球、肥満（マスト）細胞が混在している。中

表 面 に 帰 巣 す る こ と が で き る。 そ の た め、でも、抗体産生細胞である形質細胞のほとんど

GALT で感作を受けたリンパ球の一部は、呼は IgA 抗体を産生している。粘膜関連リンパ吸器、泌尿器、乳腺といった他の粘膜免疫担当組織にこの細胞が多く存在することも粘膜免疫組織へも遊走することができる。これは他の免システムの大きな特徴である。ヘルパー T 細疫システムでは見られない、粘膜免疫システム胞（helper T cell：Th）に関しても、Th1 型、がもつ統制のとれたリンパ球循環経路であり、Th2 型にはじまり、抑制性 T 細胞（regulatory

共通粘膜免疫システム（common mucosal im-T cell：Treg）、Th17 型など多彩な T 細胞サ

mune system：CMIS）と称される（図 11）。こ

ブセットが存在して積極的あるいは消極的の両れはヒトにおける経口ワクチンに代表される粘方の免疫応答を誘導・制御している（図 10）。

膜ワクチン開発の重要な理論的背景になってい口腔免疫により投与された抗原（例えばワクる。これは将来の家畜における粘膜ワクチンをチン）は、腸管のパイエル板に存在する M 細想定した場合においても、ワクチン抗原をどの胞により取り込まれ、パイエル板樹状細胞によ

粘膜を介して投与するか、あるいはワクチンをり捕捉・処理・提示され、それにより抗原に特投与する際の保定のしやすさなどと直結させて異的に分化したリンパ球は腸管指向性（腸管リ考えることができ、実際的な面においても粘膜ンパ節で働くことを指示され、腸管に向う特性）

免疫の作用機序は感染防御上有利に働く可能性を獲得する。これらのリンパ球は、リンパ管、がある。

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図 10

粘膜免疫を担当する細胞

免疫応答機能の発達レベルは異なってきたものと思われる。本来の泌乳の目的である子牛への授乳における乳房内の環境では、産生された乳は“乳腺内→乳頭口外”への一方通行の流れである。したがって、免疫応答機能を強力にするために乳腺に固有のリンパ組織を発達させる必要はあまりなかったものと考えられる。事実、
図 11

ヒトやマウスの乳腺においても誘導組織として共通粘膜免疫システムとリンパ球循環帰巣経路機能は、今のところ明らかにはされていない。
しかし近代の酪農産業の発展にともない、搾［粘膜免疫機構からみた感染症予防の考え方］

乳牛の乳房のおかれる環境は大きく変化する。

＝特に乳房炎の粘膜ワクチンを例にして＝

すなわち搾乳作業が機械の時代になってきてい生体は、基本的に外来の異物が入り込みやする。この機械搾乳の動作の中で乳房は、子牛へい部位から免疫応答機能を強化させてきと思わの自然授乳では起きなかったドロップレッツ現れる。これまで述べてきたようにその最たる部象を経験する。ドロップレッツ現象とは、ミル位は、異物が常に粘膜面に存在している消化器カーのライナースリップにより一旦搾られた乳であり呼吸器である。一方乳房（乳腺）は、感の一部が、乳頭口から乳房の中に逆流する現象

染防御のための免疫応答機能の発達レベルはどのことである。この現象により、乳房内の乳のうであろうか。
これについては、同じ粘膜であっ流が“乳腺内→乳頭口外”に加え、“乳頭口外ても常時に異物が存在している消化器や呼吸器→乳腺内”にも起こることになった。このミルなどの粘膜と、基本的に異物がない状態の外分カーによる乳の逆流現象によって、他の牛から泌型の膀胱粘膜や乳腺粘膜とは、分けて考えるの菌の持込みを人為的に起こしてしまう結果に必要がある。つまり進化の過程において乳腺がなったことは否めない。

どれほどの危険（特に乳房炎原因菌の感染）に乳房炎原因菌に対するワクチン開発は、これ遭遇してきたかで乳腺粘膜の感染防御におけるまでの多大な努力とは裏腹に、概して成功して－ 74 －

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図 12 乳房炎原因菌の定着部位と分泌型 IgA 効果部位能性が見いだせるものと考えている。

いない。日本においては、これまでに乳房炎ワクチン製剤の開発の事例はなく、かつ諸外国の乳房炎の場合、感染する原因菌の多くが乳頭ワクチン製剤の国内販売の承認例もない。しか口を介し乳房内に侵入した後、乳腺粘膜に定着し乳房炎がもたらす経済的な損害が依然としてし増殖することから、その局所で防除効果が発ある以上、引き続き乳房炎ワクチンの開発がい揮されるワクチンの開発が有効であると考えらそがれている。

れる。今後は、乳房炎原因菌が感染初期に乳腺粘膜免疫のユニークな特性は、第一に全身免組織の粘膜面での定着・増殖に関与する細胞菌

疫系では産生することができない初期感染の防表層蛋白や毒素分泌を制御する蛋白などをター

御を担う抗原特異的分泌型 IgA 抗体を粘膜面ゲットとしたワクチンの候補抗原を探索し、そに分泌できることである。第二に粘膜免疫の機れらの働きを阻止する抗体を乳腺粘膜上に分泌

構は、抗原感作を受けた部位（誘導組織）からさせることを想定した粘膜免疫誘導型のワクチ

離れた部位で免疫応答を惹起することのできるン開発が必要になると考えている（図 12）。現

CMIS の機能を持つことである（図 11）。乳房在筆者が所属している（独）農研機構、動物衛炎を対象としたワクチンで考えると、本来感染生研究所においても、粘膜免疫の機構の存在を局所となる乳房以外の部位、例えば鼻腔でワク想定し乳房炎ワクチン開発に着手している。粘チンを投与することで IgA メモリ B 細胞を乳膜免疫機構に立脚した家畜感染症予防の考え方

腺へホーミングさせられる可能性が CMIS のが「乳房炎粘膜ワクチン」として実を結ぶこと存在があることによって示唆できる。現在のとを信じている。

＋

ころ乳腺には誘導組織としての機能があること［参考文献］

は明らかにはされていないが、この CMIS の粘膜免疫についてさらに知りたい場合は、以機能の理論がウシでもあてはまるなら、乳房炎原因菌の定着や増殖を阻止する IgA 抗体を乳下の書籍、文献を参考にされたい。

腺に誘導するワクチンはできる可能性がある。

1． 林 智人．2008．粘膜免疫の基礎 ─全身性免疫と粘膜性免疫─．日本家畜臨床感染症研究会誌．3（3）：105-109
2． 林 智人（編）．2010．大切な乳牛を守る免疫のお話 第 1 版．デーリィ・ジャパン社．東京
3． 林 智人．2013．乳房炎ワクチンの現状と今後の展望．家畜診療．60（4）：201-208
4． 林 智人．2013．粘膜免疫機構とそれを応用した乳房炎ワクチンの開発の試み．臨床獣医．
365：32-36

また、正常な乳の中にも自然免疫系の主役となる貪食能をもつ好中球やマクロファージ、さらには獲得免疫系につながる T 細胞や B 細胞が実際含まれている。乳房炎の発症があるとさらにそれらの細胞の割合は増加する。
少なくとも、乳（＝乳腺）に免疫を担当する細胞や組織が存在することは、その場において異物を排除しようとする抗原特異的な抗体産生の可能性を含め、乳腺での免疫応答を人為的に制御できる可－ 75 －

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粘膜免疫機構から家畜感染症予防を考える

5． 清野 宏（編）．2010．臨床粘膜免疫学 第 1版．シナジー．東京
6． 清野 宏（監修）．2011．特集粘膜免疫システ

ム．細胞工学．30：342-412
7． 吉開泰信（編）．20102．粘膜免疫学の最前線
第 1 版．医学ジャーナル社．大阪

Thinking about the prevention of animal infectious diseases
from mucosal immune system= An example of mucosal vaccine for the bovine mastitis =Tomohito Hayashi

Dairy Hygiene Research Division, National Institute of Animal Health,National Agriculture and Food Research Organization(Sapporo, Hokkaido 062-0045, Japan)－ 76 －