●アレルギー・アトピー性疾患――［ I ］アレルギー・アトピー性疾患と遺伝子

3．気道のリモデリングと遺伝子多型
大田健＊

気道リモデリングは，気道の傷害に対する修復の過程として位置づけられる．気道上皮の傷害に伴い誘導される基底膜部の線維化，粘膜下腺の過形成および平滑筋の肥大からなり，気道壁の肥厚に結びつく．基底膜部の線維化は，細胞外マトリックス（ECM）が沈着したものである．喘息では ECM を分解するプロテアーゼ（MMP）とそのインヒビター（TIMP）のバランスが TIMP 優位になっている．また，PDGF やTGF-β が線維化と平滑筋の肥大に重要な役割を演じていると考えられている．そこでわれわれは，気道リモデリングで重要な役割を演じている TGF-β について，プロモーター領域（-509）の遺伝子多型，すなわち SNP（Single Nucleotide Polymorphism）
を成人喘息群（成人発症および小児喘息成人持ち越し例），小児喘息寛解群，健常群とで検討した．その結果，小児喘息寛解群では TGF-β の産生が少ない SNP の頻度が多く，喘息群では TGF-β の産生が多い SNP の頻度が多いことが明らかとなった．また喘息と高い関連性を示唆する第 20 番染色体にある ADAM33 は，機能的には気道リモデリングに関与し注目されている．
今後気道リモデリングについて，遺伝子レベルでの研究が進めば，喘息の難治化を防止する治療戦略の開発が期待される．

Gene polymorphism in airway remodeling of asthma
KEN OHTA Department of Medicine, Teikyo University School of Medicine
おおた・けん：帝京大学医学部内科学講座呼吸器・アレルギー学教授．昭和50年東京大学医学部卒
業．平成元年聖マリアンナ医科大学臨床検査学講師．平成４年帝京大学医学部第二内科助教授．平成９年現職．
主研究領域／呼吸器・アレルギー学（特 に 喘 息，COPD および肺線維病症の病因・病態，治療に関する研究．肺癌の臨床研究）．
＊20 第 126 回日本医学会シンポジウム

Key words

気道リモデリング
基底膜部の線維化腫瘍化成長因子（TGFβ）
遺伝子多型

道過敏性が強調されてきたが，最近になってはじめに慢性の気道炎症の存在が認識され，重視され本来，リモデリング（remodeling）とは，組ている．この慢性の気道炎症こそが，気道の織が傷害（injury）され，壊されたことに対し傷害を惹起する大きな原因であり，組織への

1）て 起 き る 組 織 の 再 構 築 で あ る ．し た が っリモデリングの誘導につながるわけである．て，リモデリングの先にあるのは修復（re-気道壁における炎症とリモデリングがどのよpair）であり，生体は病気を発症するためにリうな形で起こっているかとを示したのが図 1

モデリングを惹起するわけではない．喘息のである2）．炎症により気道を覆う線毛上皮細基本的な病態においては，慢性の気道炎症が胞は!離するが，欠落した部分を線毛細胞へ重要な役割を演じており，その結果として惹の分化能をもつ基底細胞，杯細胞，クララ細起される気道の傷害により気道リモデリング胞などが代わりに覆うようになる．そして，が誘導される．気道リモデリングは，傷害さ上皮細胞の底部に相当する基底膜の直下にはれた気道組織を修復するための反応である

コラーゲン線維の沈着が起こり，基底膜部のが，その過程において，喘息に不利な影響を及線維化による肥厚をもたらす．さらに粘膜下ぼすことが明らかになってきた．
本稿では，
喘

では，粘膜下腺の過形成および平滑筋の肥大息の気道リモデリングについて，分子メカニが誘導され，気道壁の肥厚に結びつく．

ズムと機能的な検討結果から，われわれが重2）気道リモデリングの臨床への関与要だと考える TGF-β のプロモーター領域ででは気道リモデリングでみられる一連の変の遺伝子多型に関する検討結果を概説する．

化は，喘息の病態にどのように関与するのであろうか．粘膜下の線維化による気道壁の肥1．喘息の気道にみられるリモデリング厚は，気道の弾性を低下させ，気道抵抗（Raw）
3）の変化率を上昇させる（図 2）．気道過敏性

1）喘息の病態と気道リモデリングの測定は，気道収縮作用のあるアセチルコリ

喘息では，これまで可逆性の気道閉塞や気ン（Ach ; acetylcholine），メサコリン，ヒスタ

上皮下線維増生

毛細血管拡張粘液および粘膜下浮腫

弾力線維の断裂，融解
粘膜下腺過形成

粘液栓形成

平滑筋肥大

好酸球，T細胞好中球浸潤

気道壁肥厚

上皮内における肥満細胞数増加
上皮細胞糎離図1

喘息の気道断面図―炎症とリモデリングによる変化2）

アレルギー・アトピー性疾患 21bDifference in WA（mm）
Relative to Control

1.50
1.251.00

Asthma0.75
0.50
0.25

Obstructed0.00−0.250481216Internal Perimeter

図2Resistance（cmH2O/L/s）

a20（mm）

2016Obstructed

Asthma12Control8400123Log45（Dose）

気道リモデリングと気道過敏性8）

喘息の気道では，気道壁の肥厚が末梢から中枢まで認められ（a），気道抵抗の変化率を上昇させる（b）．

ミンなどを用いて行われ，たとえば 1 秒量がにより線毛上皮細胞が$離すると，!$離し20％ 低下するときの Ach 濃度（PC20）によりた部位に向かって分化能のある気道上皮細胞評価されている．したがって，気道過敏性の（基底細胞，杯細胞，クララ細胞など）が遊走測定のように気道収縮の変化率に依存する検し，"遊走した気道上皮細胞の分裂増殖がお査では，気道壁の肥厚によりみられる Raw

こり，#増殖した気道上皮細胞の線毛上皮細の変化率の上昇が，気道過敏性をより高く評胞への分化が誘導されて気道の傷害に対する価する方向に作用する．基底膜直下の線維化修復が完成する．!の気道上皮細胞の遊走には，炎症の比較的早期からみられる変化であは，フィブロネクチン（fibronectin）やインスり，気道過敏性の発現に寄与することがそれリン様成長因子 I（IGF-I ; insulin-like growthほど稀ではないと考えられる．さらに，炎症factor-I）が関与すると考えられている4）．こが長期化し傷害が重症化すれば，気道リモデ

れらの因子は，いずれも活性化されたマクロリングにより気道内腔の狭小化が誘導され，ファージや線維芽細胞，さらに気道上皮細胞不可逆性の気道狭窄をきたすことになる．

自身からも産生される．そしてこの場合の刺気道リモデリングが気道過敏性の亢進と不激としては，腫瘍化成長因子 β（TGF-β ; trans-

可逆性の気道狭窄の原因になることを踏まえ

forming growth factor-β）が autocrine およ びて，気道リモデリングは喘息の難治化をもたparacrine の形式で関与している．"の分裂・らす重要な因子として位置づけられている．

増殖は，IGF-I，ケラチン細胞成長因子（KGF ;
keratinocyte growth factor），TGF-α が主に関

2．気道リモデリングの分子機構与しており，TGF-β は抑制する方向に作用する．KGF は主として線維芽細胞により産生さ

1）気道上皮の傷害と修復

れ，TGF-α は活性化されたマクロファージと気道上皮の傷害に焦点を絞ると，以下のよ

ともに気道上皮細胞自身からも産生遊離されうな分子機構により気道リモデリングが誘導る．#線毛上皮細胞への分化の過程には，されると考えられる（図 3）．気道上皮の傷害

TGF-β やレチノイド（retinoids）が重要な役割

22 第 126 回日本医学会シンポジウム

気道上皮細胞亢進傷害

TGF-β遊走IGF-¿
fibronectin

増殖IGF-¿，KGF
TGF-α，TGF-β修復

TGF-βretinoid

図3

抑制

TGF-β

気道の傷害とその修復のためのリモデリングの過程を演じている5,6）．そして，同時に気流への曝

platelet-derived growth factor）とフィブロネ

露という生理的な環境も関与して，線毛上皮クチンであり，後者の代表が IGF-I である．ま細胞への分化が完成すると考えられている．

た，TGF-β も強力な線維芽細胞の刺激因子と2）基底膜部の線維化して位置づけられている．

喘息の気道リモデリングでみられる基底膜部の線維化は，基底膜（basal lamina）直下のlamina reticularis とその下層に I 型，III 型，V

3．実験的な検証

型のコラーゲンとフィブロネクチンなどからわれわれはマウスの喘息モデルを確立し，なる細胞外マトリックス（ECM ; extracellular

気道リモデリングに関与すると考えられるサmatrix）が沈着したものである．そして ECM

イトカインが実際に in vivo で機能しているの 沈 着 は，ECM を 分 解 す る プ ロ テ ア ー ゼ

ことを検討してきた．卵白アルブミン（OVA ;（MMP ; matrix metalloproteinase）とそのインovalubumin）で感作したマウスに OVA を曝露

ヒ ビ タ ー（TIMP ; tissue inhibitor of metallo-

して気道に抗原特異的な刺激を与えると，ヒproteinase）のバランスにより調節されていトのアトピー型喘息のモデルができる．この

る．
喘息では，
MMP-9 と TIMP-1 が増加しておモデルに各種サイトカインに対する中和抗体り，しかも MMP-9 より TIMP-1 が相対的に増を加えて検討すると，気道のアレルギー性炎加した状態にあることで線維化が促進された症には GM-CSF が必須であり8），気道のリモ状態にあると考えられている7）．

デリングには TGF-β が関与していることがECM の産生には線維芽細胞（fibroblast）と明らかになった9）．すなわち，TGF-β の機能筋線維芽細胞（myelofibroblast）が重要な役割を中和する抗体を投与することにより，OVAを演じている．線維芽細胞の増殖因子は，細曝露による基底膜部の線維化が抑制され，気胞周期を G0 期から G1 早期まで動かす com-道壁の厚さも正常化することを観察した．まpetence factor と，G1 早期から S 期へと動かた気道過敏性を測定すると，低濃度のアセチ

す progression factor に分類される．そして前ルコリンに対する反応性が抑制され，気道の者 の 代 表 が 血 小 板 由 来 成 長 因 子（PDGF ;弾性が正常化していることを示唆する結果がアレルギー・アトピー性疾患 23ム遺伝子解析研究に関する倫理指針」（3 省共通指針）に基づいて血液提供者から同意書を300＊

とり，分離した DNA を適切な管理のもとで% Raw250研究に用いた．SNP（-509 C!
T）の解析結果は＊非常に興味深いもので，喘息の小児寛解群で200＊150p＜0.05

は TGF-β の産生が低値となるワイルドタイ

OA
a-TGF-βcont

プ（C，C）の頻度が喘息群よりも有意に高く，喘息群では TGF-β の産生が高値となるホモ変異タイプ（T，T）の頻度が健常群よりも有

100
01.25

2.5Ach5.0（mg/ml）

意に高いことが明らかとなった．すなわち，喘息で寛解する群は TGF-β の産生が少なく，喘息発症後の気道リモデリングが軽度であ

図4

気道リモデリングにおける TGF-β の機能的な関与り，喘息が寛解しやすくなっているという可能性が考えられた．一方，成人で喘息の状態にある群は TGF-β の産生が多く，気道リモデ得られた（図 4）．

リングが強く誘導され，喘息が寛解し難くなっているという可能性が考えられた．また4．気道リモデリングと遺伝子多型寛解群も健常者に近く，喘息群よりホモタイプが少ない傾向を示し，われわれの解釈に矛

1）TGF-β プロモーター領域の遺伝子多型盾しない結果であった．結論を出すにはさら気道リモデリングに関与するサイトカインに検討を要するが，示唆に富む結果であった．

として TGF-β が重要であることが示唆され

2）喘息関連遺伝子たことから，TGF-β のプロモーター領域での喘息に関連する遺伝子の研究は，表現型と遺伝子多型と喘息の表現型について検討を加の連鎖解析により多くの候補遺伝子が報告さえた．喘息は小児発症例の 60〜70％ は寛解れてきた．
とくに第 5 染色体は，Th2 サイトカ（outgrow）するといわれている．そこで，喘インや GM-CSF の遺伝子があり注目されて息の小児寛解例では気道リモデリングが成人いる．最近とくに注目されているのは，第 20発症喘息例あるいは小児喘息成人持ち越し例

染 色 体 に あ る ADAM33（a disintegrin andに比べて軽度である可能性を仮説とし，健常metalloprotease）遺伝子で，英国と米国の白人者とともに解析した．まず TGF-β のプロモー460 家族について，喘息の診断と気道過敏性ター領域の SNP（-509 C!
T）と血漿中の TGF-の両方を満たす表現型と高い関連性を示しβ 蛋白の量との関係を検討した．その結果，

た10）．機能的には，線維芽細胞，筋線維芽細SNP（-509 C!
T）がワイルドタイプ（C，C）の胞，平滑筋などの増殖，分化，遊走に関連しものは，ホモの変異（T，T）のものよりも有た遺伝子群が存在し，気道リモデリングとの意に血漿中 TGF-β が低値であることが明ら関連性が想定されている．現在他のグループかとなった．そこで-509 の SNP を喘息，喘息により追試が試みられており，今後の展開に寛解，健常者の 3 つの表現型について解析し興味が持たれる．

た．採血にあたっては，帝京大学の遺伝子研

今後気道リモデリングについて，遺伝子レ究倫理委員会の承認を得たうえで，「ヒトゲノベルでの研究が進めば，喘息の難治化を防止

24 第 126 回日本医学会シンポジウム

する治療戦略の開発が期待される．そして，

質さらに動脈硬化を初めとする組織・臓器の線疑応

答維化に対する新しい治療法の確立にもつながるものであり，今後の発展が強く望まれる．

座長（奥村） どうもありがとうございまし
た．

〔文献〕
1）大田 健：II 病態・生理 2．リモデリング．in Medical Topics Series 喘息 94．メディカルレビュー社，東京，1994 ; 34―41.
2）厚生省免疫・アレルギー研究班：喘息予防・管理ガ
イドライン 2003 JGL 1998 改訂第 2 版．協和企画，東京，2003 ; 37.
3）Wiggs BR, Bosken C, Pare PD, et al : A model of airway thickening in asthma and in chronic obstructive
pulmonary disease. Am Rev Respir Dis 1992 ; 145 :1251―1258.
4）Shoji S, Ertl RF, Linder J, et al : Bronchial epithelial
cells respond to insulin and insulin-like growth factor-I
as a chemoattractant . Am J Respir Cell Mol Biol
1990 ; 2 : 553―557.
5）Masui T, Wakefield LM, Lechner JF, et al : Type βtransforming growth factor is the primary differentiation inducing serum factor for normal human bronchial epithelial cells. Proc Natl Acad Sci USA 1986 ;
83 : 2438―2442.
6）Jetten AM : Multi-step process of squamous differentiation of tracheobronchial epithelial cells in vitro .
Analogy with epidermal differentiation . Environ
Health Perspect 1989 ; 80 : 149―160.
7）Vignola AM, Riccobono L, Mirabella A, et al : Sputum
MP-9 !tissue IMP-1 ratio correlates with airflow obstruction in asthma and chronic bronchitis . Am J
Respir Crit Care Med 1998 ; 158 : 1945―1950.
8）Yamashita N, Tashimo H, Ishida H, et al : Attenuationof airway hyperresponsiveness in a murine asthma
model by neutralization of granulocyte-macrophagecolony-stimulating factor（GM-CSF）. Cellular Immunol 2002 ; 219 : 92―97.
9）Ohta K et al : Allergy Clin Immunol Int 2003（inpress）.
10）Van Eerdewegh P, Little RD, Dupuis J, et al : Association of the ADAM33 gene with asthma and bronchial
hyperresponsiveness. Nature 2002 ; 418 : 426―430.

斎藤博久（国立成育医療セ研） 大変興味深
いご発表をありがとうございました．特にTGF-β のお話が面白かったのですが，TGF-βが IgE の産生に関しては抑制的に働く，ところがリモデリングに対しては促進的に働くというお話についてもう少しご説明いただけますでしょうか．
大田

IgE の産生とリモデリングを結びつけて考えるのは非常に難しいと思います．ご承知のように TGF-β 自体は，さまざまな細胞に対する活性，あるいは増殖をみますと，試験管内では非常に強い抑制効果を持ったサイトカインとして位置づけられますから，炎症に対して抑制的に働くという点も，中には期待できることもあります．しかしながら，特にリモデリングをパラメーターとしてみますと今日お示ししたようになりますので，炎症という部分では，TGF-β より重要なものがさまざまに関与している，すなわち TGF-β だけで IgE の regelation が行われているわけではない，あるいは炎症細胞の活性化，炎症そのものの増幅，抑制といったものが関係しているだけではなく，これはトータルでみるということです．それからリモデリングに関しては，
TGF-β は非常に critical な可能性があるので，重みづけの違いをわれわれは認識する必要があろうかと考えます．
斎藤

たとえば TGF-β の産生の低い geno-type の，子供のころの喘息の phenotype としては高 IgE であるかなどは実際には観察されていないわけですね．
大田

残念ながらそこまでの解析結果は出ておりません．
磯辺善成（いそべクリニック） 私は遺伝子アレルギー・アトピー性疾患 25はまったく研究していませんから，遺伝子多確認するという点で，コラーゲンの沈着が粘型の話はなかなか理解できませんが，histo-膜下にあること，それから筋原線維を中心とlogy のことで一言申し上げさせていただきした筋肉の要素がどのあたりから出現するかます．ホルマリン固定の組織はかなり崩れまも含めて実際に観察しています．いま先生のすが，グルタールアルデハイドで固定します

いわれたペルオキシダーゼに関しては，今後と，非常に固定のよい組織ができます．それ検討してみたいと思います．

から光学顕微鏡および電子顕微鏡の試料がで座長

先生はマウスを使われて，さまざまきますので，それでご覧になるとよいと思いなノックアウトマウス等々で，関与する分子ます．また，好酸球や多核白血球，赤血球はの解析を非常に精力的に行っておられます

ペルオキシダーゼ活性を持っていますので，し，またヒトの方からも研究を進めておられペルオキシダーゼ反応を行っておき，光学顕ますが，そこで TGF-β のレセプターの poly-微鏡用の切片を作製して，パラゴン染色を行

morphism についてご覧になったことはおあいますと多染色の標本ができますので，ご参りでしょうか．

考になるのではと思い，申し上げさせていただきました．
大田

われわれも，少なくとも電顕はみておりまして，光学顕微鏡下で観察したことを

26 第 126 回日本医学会シンポジウム

大田

まだみておりませんが，そちらも非常に大事で，間違いなくそちらからもアプローチしなければいけないと思っています．
座長

ありがとうございました．