4 ―― 亜鉛栄養治療

10 巻 1 号

20195特別講演

iPS 細胞を用いた腎疾患と糖尿病に対する再生医療の開発に向けて京都大学 iPS 細胞研究所増殖分化機構研究部門教授

要

長船健二

約

無限の増殖能と全身の臓器の構成細胞への多分化能を有する iPS 細胞（induced pluripotentstem cell；人工多能性幹細胞）から作製した細胞種を移植することによって臓器の機能不全の回復を図る再生医療の開発研究が進捗している．そして，すでに本邦において網膜，角膜，神経変性疾患などの患者に iPS 細胞由来の細胞種の移植を行う臨床試験が開始されている．他の臓器と比べ遅れを取っていたが，近年，iPS 細胞から腎臓と膵臓系譜への分化誘導法開発も著しく進展し，腎臓様組織（オルガノイド）や機能的な膵島様組織が作製可能となっている．著
者らは，iPS 細胞由来のネフロン前駆細胞，エリスロポエチン産生細胞，膵島様組織を用いて，それぞれ急性腎障害（acute kidney injury；AKI），腎性貧血，糖尿病モデルマウスにおいて細胞療法の治療効果を見出した．今後，iPS 細胞由来の腎細胞や膵細胞を用いた細胞療法の実現

図１

iPS 細胞を用いた細胞療法の実現に向けた技術開発（A）エピゾーマルベクターを用いた OCT4, SOX2, KLF4, L-MYC, LIN28, shp53 の 6 因子導入による iPS 細胞樹立法．
（B） HLA-A, HLA-B, HLA-DRB1 遺伝子座がホモの健常人ドナーからの再生医療用ストック iPS 細胞株の樹立．
（C）日本人に最も頻度の高い HLA-A, HLA-B, HLA-DRB1 遺伝子座．文献４）より改変し引用．

によって，腎疾患やその合併症および糖尿病に関わる医学的問題と医療経済的問題の解決が期待される．
れるベクターを用いた初期化因子の導入が行われなる．
また，オリジナルのレトロウイルスベクターていたため，それらのベクターが，がん遺伝子のやレンチウイルスベクターを用いた方法と同等か近傍に組み込まれ活性化することによるがん化のそれ以上の効率で確実に iPS 細胞を樹立できる優れている ．そして，近年，本邦において網膜，危険性が危惧されていた．この課題の克服に向けれた方法である．

角膜，神経変性疾患の患者に対する iPS 細胞由来て，ゲノムを傷つけない，がん化の危険性のないiPS 細胞は，患者本人の体細胞から樹立可能で2008 年に京都大学の山中伸弥教授と米国のトの細胞種の移植がすでに実施され，難治性疾患のiPS 細胞の樹立方法の開発が世界的に競争となあるため自家移植を行うことで拒絶反応の問題をムソン教授がヒト iPS 細胞（人工多能性幹細胞；患者体細胞から樹立された iPS 細胞を用いた疾患

り，初期化因子の mRNA を直接細胞内に導入す回避可能とするが，現時点の技術レベルでは，個々

induced pluripotent stem cell） を 樹 立 し て，10モデルを用いて同定された治療薬候補の治験も開る方法や低分子化合物処理など多く方法が報告さの患者の iPS 細胞を樹立し自家移植を行うとコス始されている．

れたが，どの方法も iPS 細胞の樹立効率と再現性トが高額となり，また移植までに時間がかかるこが低いことが問題であった．とが問題となる．この問題の解決に向けて CiRAKEY WORDSiPS 細胞，再生医療，慢性腎臓病，糖尿病

3）

はじめに1, 2）

年少しが経過した．iPS 細 胞 は， 体 細 胞 に

OCT4, SOX2, KLF4, c-MYC などの初期化因子で本稿においては，本邦における iPS 細胞を用いある転写因子の組み合わせを導入することで樹立た再生医療全般と著者が行っている腎臓，膵臓領

近年，京都大学 iPS 細胞研究所（CiRA）では，では再生医療用の iPS 細胞ストックの整備を進めされ，無限の増殖能と全身の臓器の構成細胞種へ域における iPS 細胞研究の現状と今後の展望につEpstein-Barr（EB）ウイルス由来の配列を用いている．この目的のために拒絶反応に関連の深い分化する多分化能を有する．その 2 つの特長を活いて述べてみたい．

た エ ピ ゾ ー マ ル ベ ク タ ー に よ る OCT4, SOX2,HLA 遺 伝 子 座 で あ る HLA-A, HLA-B, HLA-KLF4, L-MYC, LIN28, shp53 の 6 因子を導入する

DRB1 がホモである健常人ドナーから iPS 細胞ス

用し，iPS 細胞から作製した細胞を用いて，細胞療法（cell therapy，狭義の再生医療），疾患モデル作製（disease modeling），治療薬探索（drug

１．iPS 細胞を用いた再生医療の現状

4, 5）

iPS 細胞の樹立方法が開発された（図 1A） ．本トックが樹立されている（図 1B, C）4, 5）．移植を方法では，エピゾーマルベクターが核内のゲノム受ける患者におけるこの 3 つの遺伝子座の片側がdiscovery），薬剤毒性評価（toxicology）などのiPS 細胞の開発当初，レトロウイルスベクターへの組み込みを必要とせず，細胞質内で初期化因一致しているストック株から分化誘導した細胞を臨床応用と実用化を目指した研究が精力的に行わやレンチウイルスベクターなどゲノムに組み込ま子を発現するため，上述のがん化の危険性がなく使用する．現在，国内の再生医療の臨床試験を検6 ―― 亜鉛栄養治療

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20197

討している研究施設への分配が進められており，らと著者らの 2 グループから報告されている 8, 9）．

すでに 2017 年に神戸の先端医療センターにおいまた，太口らはマウス ES 細胞から分化誘導したてストック iPS 細胞株を用いた他家移植が滲出型ネフロン前駆細胞と尿管芽細胞に加え，マウス胎加齢黄斑変性症の患者に実施された．

仔由来の腎間質前駆細胞を組み合わせることで糸2014 年秋の世界初の iPS 細胞を用いた臨床試

球体，尿細管，集合管を含む 3 次元の腎組織の作験である滲出型加齢黄斑変性症に対する細胞療法製に成功した 8）．今後，ヒト iPS 細胞から糸球体に続き，本邦において 2018 年にパーキンソン病，と尿細管に加え集合管を含む腎組織の作製が期待2019 年には角膜幹細胞疲弊症に対する細胞療法される．の手術が実施された．さらに，脊髄損傷，重症心不全，先天性代謝異常症，軟骨疾患，1 型糖尿病に対する細胞療法や，iPS 細胞由来血小板の輸血

３．腎疾患に対する細胞療法

療法や iPS 細胞由来免疫細胞の輸注によるがん治

著者らは，ヒト iPS 細胞からの 3 次元の腎臓の療などの臨床試験が実施に向けて準備が進められ再構築と並行して，ヒト iPS 細胞由来の腎細胞をている．

用いた急性腎障害（acute kidney injury；AKI）の 症 状 軽 減 や 慢 性 腎 臓 病（chronic kidneydisease；CKD）の進行抑制を図る細胞療法の開２．腎臓の再生発を目指している．著者らは，ヒト iPS 細胞から解剖学的構造や発生過程が複雑であるなどの理

腎前駆細胞マーカーである核内転写因子 OSR1 と由により，他の臓器と比べ遅れをとっていたが，SIX2 両陽性のネフロン前駆細胞を分化誘導する

近年，iPS 細胞を用いた腎臓の再生研究が著しく

独 自 の 方 法 を 開 発 し， 虚 血 再 灌 流 障 害 に よ る

進展している．著者らは，ヒト iPS 細胞から腎臓AKI モデルマウスの腎被膜下に移植することにを派生させる胎生初期の組織である中間中胚葉のよって腎障害が軽減する治療効果があることを見細胞を高効率で分化誘導する方法を確立し，中間出した 10）．ホストマウスの血中尿素窒素（blood

中胚葉細胞を経由してヒト iPS 細胞から初めて腎urea nitrogen；BUN）値や血清クレアチニン値

6）

図２

iPS 細胞を用いた腎疾患に対する細胞療法の開発（A）虚血再灌流による急性腎障害（acute kidney injury；AKI）モデルマウスに移植を行い腎機能の推移を評価した．左のグラフは血中尿素窒素（blood urea nitrogen；BUN）値，右は血清クレアチニン（Creatinine；Cre）値．●：生理食塩水を投与したマウス群，■：未分化 iPS 細胞を移植したマウス群，▲：iPS 細胞由来ネフロン前駆細胞を移植したマウス群．***p<0.001, ++p<0.01, +++p<0.001．
（B）ホストマウスの腎組織像．生理食塩水投与群（上段）に比べ，ヒト iPS 細胞由来ネフロン前駆細胞移植群（下段）では，尿細管壊死（Hematoxylin Eosin〈HE〉染色），円柱形成（Periodic Acid Schiff〈PAS〉染色）などの AKI の組織所見，および，慢性化の指標である間質線維化（Masson trichrome〈MT〉染色）が有意に軽減されていた．スケール
バーは 20mm．文献 10）より改変し引用．

細胞と腎組織を作製することに成功した ．著者などの血液腎機能検査値の上昇が有意に抑えられらの報告に続いて，ヒト iPS 細胞とヒト ES 細胞（図 2A），さらに組織学的にも尿細管壊死や円柱（embryonic stem cell；胚性幹細胞）から中間中形成などの AKI の典型的な腎組織障害の所見や胚葉を経て，糸球体と尿細管を派生させる胎生期慢性化の指標である間質線維化が有意に軽減してのネフロン前駆細胞を選択的に分化誘導する報告いることを明らかにした（図 2B）．腎被膜下に移細胞療法の治療効果を検証している．今後，これ的コントロールが困難であり，EPO 製剤の医療が続いた．太口らは，マウスを用いた系譜解析に植したネフロン前駆細胞は，ホスト腎実質に移動らの研究を進め，CKD の進行を抑制する細胞療費も高額となっている．

より中間中胚葉が前方と後方の 2 つのドメインにすることなく AKI に対する治療効果を発揮した法の実現を目指している．

分かれており，前方中間中胚葉より集合管から膀ため，治療効果の主な機序として，腎栄養因子を胱の一部までの下部尿路上皮を派生させる前駆細分泌することによるパラクライン効果が考えられ胞である尿管芽が発生し，後方中間中胚葉よりネた．そして，実際にヒト iPS 細胞由来のネフロン

7）

この問題の解決に向けて，著者らはヒト iPS 細胞から EPO 産生細胞の作製を行った．EPO は成４．腎性貧血に対する細胞療法

体では腎臓で産生されるが，胎児期や成体でも重症の貧血時や腎不全患者では肝臓でも産生されるフロン前駆細胞が分化することを示した ．さら前駆細胞が，HGF（hepatocyte growth factor；肝著者らは，iPS 細胞技術を用いて腎疾患に加えことに着目した．そして，ヒト iPS 細胞から肝細に太口らは，マウスの ES 細胞とヒト iPS 細胞の細胞増殖因子），ANG-1（angiopoietin-1），VEGFて そ の 合 併 症 の 問 題 の 解 決 も 目 指 し て い る．

胞への分化誘導法を改良し，EPO 産生細胞を作

両者から後方中間中胚葉を経て選択的にネフロン（vascular endothelial growth factor；血管内皮細CKD が進行すると腎臓からの造血ホルモンであ11）
製することに成功した（図 3A）．

前駆細胞を分化誘導し，その誘導されたネフロン胞増殖因子）などの代表的な腎栄養因子を分泌するエリスロポエチン（erythropoietin；EPO）のヒト iPS 細胞から作製された EPO 産生細胞は，10）前駆細胞から糸球体と尿細管を含む腎組織を初めることを確認した ．現在，著者らは，この治療産生と分泌が低下するため腎性貧血が合併する．

生体内のものと同様に低酸素に反応し EPO の産て作製することに成功した．

効果の主体となっている因子の同定と治療効果のヒト遺伝子組換え EPO 製剤の治療が効果を発揮生と分泌を増加させた（図 3B）．加えて，低酸素機序解明，さらに CKD マウスモデルに対する本しているが，間欠的な EPO 投与では貧血の生理誘導因子（hypoxia inducible factor；HIF）の分

ヒト iPS 細胞から尿管芽組織の分化誘導も太口

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図３20199

iPS 細胞を用いた腎性貧血に対する細胞療法の開発（A）ヒト iPS 細胞由来のエリスロポエチン（erythropoietin；EPO）産生細胞．EPO に対する免疫染色像．
（B）ヒト iPS 細胞由来 EPO 産生細胞は低酸素培養条件（1%）に反応して EPO 分泌量を増加した．
（C）CD34 陽性ヒト臍帯血造血前駆細胞を用いたコロニーアッセイ法において，遺伝子組換えヒト EPO 製剤（rhEPO；上図）およびヒト iPS 細胞由来 EPO 細胞が産生した EPO 蛋白質（下図）によって誘導された赤芽球系コロニー．
（D）アデニン投与により腎性貧血を惹起させた免疫不全マウスの腎被膜下にヒト iPS 細胞由来 EPO 産生細胞を移植し，移植後 28 週までホストマウスのヘマトクリット値の推移を評価した．灰色は，ホストマウスのヘマトクリット値正常域．
*P<0.05．スケールバーは（A）40mm，（C）200mm．文献 11）より改変して引用．

図４

iPS 細胞を用いた糖尿病に対する細胞療法の開発（A）ヒト iPS 細胞由来の膵前駆細胞の PDX1（緑）と NXK6.1（赤）に対する免疫染色像．
（B，C）ヒト iPS 細胞由来の膵島様組織における C- ペプチド（緑）とグルカゴン（赤）に対する免疫染色像（B）と PDX1と C-peptide に対するフローサイトメトリー解析（C）．スケールバーは 100mm．
（D）多孔性半透膜から作製された免疫隔離デバイスを用いたヒト iPS 細胞由来の膵島様組織の移植の模式図．
（A）は文献 12），（B，C）は文献 15），（D）は文献 17）より改変し引用．

数年前までヒト iPS/ES 細胞から in vitro にお12）（図 4A）．

いてグルコース応答性インスリン分泌能を有する

近年，国外の 2 グループを皮切りに in vitro に

解 を 阻 害 す る プ ロ リ ン 水 酸 化 酵 素（prolylEPO 産生細胞を用いて，EPO の産生を制御する機能的な膵β細胞を作製することは困難であっ

おいてヒト iPS/ES 細胞からグルコース応答性イhydroxylase domain；PHD）阻害剤に反応して薬剤の同定や腎性貧血を生理的にコントロールすた．しかし，ヒト iPS/ES 細胞から分化誘導されンスリン分泌能を有する機能的なβ細胞を含む膵

EPO 産生を亢進させることも確認した．また，る細胞療法の開発が期待される．

た胎児期の膵前駆細胞をマウス体内に移植するこ島様組織の作製が報告されるようになった 13, 14）．とで，体内環境を用いて膵前駆細胞からグルコー著者らも，独自の分化誘導法を開発し，ヒト iPS

ス応答性インスリン分泌能を有するβ細胞を含む細胞から 55% 以上の割合でβ細胞を含む膵島様

膵組織に分化と成熟することが示されていた．す組織を作製することに成功した（図 4B, C）15）．ま

本細胞が産生する EPO 蛋白質は代表的な造血細胞のアッセイであるコロニーアッセイによって，赤血球系の造血を促進する機能を有することも示

５．糖尿病に対する細胞療法された（図 3C）．さらに，本細胞をアデニンの経近年，複数種の新薬の登場により 2 型糖尿病のなわち，ヒト iPS/ES 細胞から生体内のものと同た，これらのヒト iPS/ES 細胞由来の膵島様組織口投与により薬剤性に慢性腎不全と腎性貧血を惹診療成績は向上しているが，より重症の 1 型糖尿等の膵前駆細胞を作製することは技術的に可能では糖尿病モデルマウスに移植後，少なくとも 4 カ起させた免疫不全マウスに移植したところ，1 回病に関しては，深刻なドナー不足の問題を抱えるあった．著者らも独自のヒト iPS 細胞から膵前駆

月以上，血糖値を低下させる治療効果を維持するの移植によって，本腎性貧血マウスの寿命にほぼ膵移植と膵島移植しか根治療法が存在せず，ヒト細胞への高効率の分化誘導法を確立し，その膵前ことが報告されている16）．

相当する 7 カ月間にわたり貧血を生理的にコント

iPS 細胞やヒト ES 細胞由来の移植用膵組織を用

駆細胞を免疫不全マウス体内に移植することに膵細胞の分化誘導技術に加え，移植方法の開発ロールすることを明らかにした（図 3D） ．将来いてドナー不足の問題を解決することが期待されよって，成熟した膵組織を作製し，糖尿病モデルも世界的に盛んに行われている．現行のドナー由的には，本研究で開発されたヒト iPS 細胞由来のている．

マウスの血糖値を低下させることにも成功した

来膵島の移植では，カテーテルを用いて門脈内に

11）

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11投与が行われるが，ヒト iPS/ES 細胞由来の膵組織の移植では安全性を担保した移植方法が検討さおわりに◆文

献 ― ――――――――

１）Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M, et al：れている．その 1 つとして，多孔性半透膜で作製発生過程が複雑であるなどの理由によって，他されたカプセルに移植用の iPS/ES 細胞由来の膵の臓器の構成細胞種と比べ分化誘導研究が遅れを組織を内包し，患者の皮下などに移植するデバイ取っていたが，近年，ヒト iPS 細胞から腎組織やスの作製が進められている（図 4D）17）．この多孔機能的な膵島様組織が作製可能となっている．ヒ

２）Yu J, Vodyanik MA, Smuga-Otto K, et al：性膜の穴の大きさを調節することによって，酸素ト iPS 細胞から完全な 3 次元の臓器としての腎臓

Induced pluripotent stem cell lines derived fromや栄養素，インスリンとグルコースは通り抜けらと膵臓を再構築して，腎移植や膵移植のドナー不れ，カプセル内の膵組織は生存し，カプセル外の足の問題を解決するまでには，まだまだ技術的なグルコース濃度に反応してインスリンをカプセル課題が多く時間がかかることが予想される．しか外に分泌できる．一方，抗体や補体などの液性免し，現時点で作製可能となっている腎組織や膵島疫因子や免疫細胞は，この穴を通り抜けることが様組織を用いた細胞療法や疾患モデル作製，治療できないため，カプセル内の膵組織を拒絶反応や薬探索などによって，腎疾患と糖尿病の患者の自己免疫などの免疫反応から隔離可能となること

QOL 向上と医学的および医療経済的問題の一日が想定されている．本デバイスが完成すると，移も早い解決が期待される．

植を受けた患者が免疫抑制剤を服用する必要性がなくなるため患者にとってメリットが大きい．また，万が一カプセル内の iPS/ES 細胞由来細胞が謝辞

Commun 495：954-961, 2018

Induction of pluripotent stem cells from adult10）Toyohara T, Mae S, Sueta S, et al：Cell Therapy

human fibroblasts by defined factors. Cell 131：

Using Human Induced Pluripotent Stem Cell-861-872, 2007

Derived Renal Progenitors Ameliorates Acute
Kidney Injury in Mice. Stem Cells Transl Med 4：980-992, 2015

human somatic cells. Science 318：1917-1920, 200711）Hitomi H, Kasahara T, Katagiri N, et al：Human３）Karagiannis P, Takahashi K, Saito M, et al：pluripotent stem cell-derived erythropoietin-Induced Pluripotent Stem Cells and Their Use inproducing cells ameliorate renal anemia in mice.

Human Models of Disease and Development.
Physiol Rev 99：79-114, 2019

Sci Transl Med 9 (409), 2017. pii：eaaj 2300.
12）Toyoda T, Mae S, Tanaka H, et al：Cell４）Okita K, Matsumura Y, Sato Y, et al：A moreaggregation optimizes the differentiation of humanefficient method to generate integration-freeESCs and iPSCs into pancreatic bud-like progenitor

human iPS cells. Nat Methods 8：409-412, 2011

cells. Stem Cell Res 14：185-197, 2015５）Okita K, Yamakawa T, Matsumura Y, et al：An13）Rezania A, Bruin JE, Arora P, et al：Reversal of

efficient nonviral method to generate integration-diabetes with insulin-producing cells derived infree human-induced pluripotent stem cells fromvitro from human pluripotent stem cells. Nat

cord blood and peripheral blood cells. Stem Cells
31：458-466, 2013６）Mae S, Shono A, Shiota F, et al：Monitoring andBiotechnol 32：1121-1133, 201414）Pagliuca FW, Millman JR, Gurtler M, et al：
Generation of Functional Human Pancreatic β

がん化などの有害事象を起こした際もカプセル外著 者 ら の 研 究 は， 日 本 医 療 研 究 開 発 機 構にがん細胞が出ることはなく，このカプセルごと（AMED）の再生医療実現拠点ネットワークプロ切除可能であるため，安全性が担保される．著者

グラム「iPS 細胞研究中核拠点」，「技術開発個別らもこのようなデバイスを完成させ，数年内に 1課題」，
「疾患特異的 iPS 細胞の利活用促進・難病

７）Taguchi A, Kaku Y, Ohmori T, et al：Redefining

pancreatic progenitor cells derived from human型糖尿病患者へヒト iPS 細胞由来膵島様組織を移研究加速プログラム」および難治性疾患実用化研

the in vivo origin of metanephric nephronpluripotent stem cells. Stem Cell Res 24：61-68,

究事業により，助成を受けたものである．

progenitors enables generation of complex kidney

植する細胞療法の臨床試験開始に向けて準備を進めている．

robust induction of nephrogenic intermediate
mesoderm from human pluripotent stem cells. Nat
Commun 4：1367, 2013

structures from pluripotent stem cells. Cell Stem
Cell 14：53-67, 2014８）Taguchi A, Nishinakamura R：Higher-Order
Kidney Organogenesis from Pluripotent StemCells. Cell Stem Cell 21：730-746, 2017９）Mae SI, Ryosaka M, Toyoda T, et al：Generationof branching ureteric bud tissues from humanpluripotent stem cells. Biochem Biophys Res◆長船健二略歴1996 年

京都大学医学部卒業（京都大学医学部附属病院老年科入局，北 徹教授）

2003 年

東京大学大学院理学系研究科博士課程修了（理学博士取得，浅島 誠教授）

2005 年2008 年〜

ハーバード幹細胞研究所客員研究員（Douglas A. Melton 教授）
京都大学 iPS 細胞研究センター（現京都大学 iPS 細胞研究所）に所属

2014 年

同研究所教授，現在に至る．

Cells In Vitro. Cell 159：428-439, 201415）Kimura A, Toyoda T, Nishi Y, et al：Small
molecule AT7867 proliferates PDX1-expressing

201716）Vegas AJ, Veiseh O, Gurtler M, et al：Longterm glycemic control using polymer-encapsulated
human stem cell–derived beta cells in immunecompetent mice. Nat Med 22：306-311, 201617）Kondo Y, Toyoda T, Inagaki N, et al：iPSC
technology-based regenerative therapy fordiabetes. J Diabetes Investig 9：234-243, 2017

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Towards iPS cell technology-based regenerative medicine for kidney diseases and diabetes
Kenji Osafune
Professor, Department of Cell Growth and Differentiation, Center for iPS Cell Research andApplication (CiRA), Kyoto University

Recent progress in regenerative medicine researches using human iPS cells, which have thepotential to expand forever and differentiate into any cell type in our body, is noteworthy. Clinical
trials of cell therapy using human iPS cell-derived somatic cell types against retinal, corneal andneurodegenerative disorders have already been started in Japan. Until recently, the methods todifferentiate human iPS cells into kidney and pancreas lineage cells had not been established. However,the directed differentiation researches to induce these lineages has also substantially advanced, whichenable to generate the kidney-like tissues (kidney organoids) containing glomeruli and renal tubules
and functional pancreatic islet-like tissues with glucose-responsive insulin secretion potential fromhuman iPS cells. Our research group demonstrated that cell therapies using kidney progenitor cells,
erythropoietin (EPO)-producing cells and pancreatic tissues differentiated from human iPS cells
ameliorate acute kidney injury (AKI), renal anemia and diabetes in mice, respectively. Further studies
to realize these regenerative medicine strategies will contribute to solving the medical andmedicoeconomical problems associated with kidney diseases and diabetes.

Keyword：iPS cell, regenerative medicine, chronic kidney disease, diabetes

Address for correspondence
53 Shogoin Kawahara-cho, Sakyo-ku, Kyoto 606-8507, Japan
Phone：075-366-7058
Fax：075-366-7077

E-mail address
osafu@cira.kyoto-u.ac.jp