加齢に伴い皮膚での産生量が減少する新規皮膚ステロイドの機能解明
昭和大学医学部生化学講座

原口省吾

The skin, like the gonads and adrenal glands, synthesizes steroid hormones on its own. Steroids synthesized in the gonads and adrenal glands circulate and exert their effects throughout the body. In contrast, those synthesized in the skin arethought to exert their effects locally in the skin. Although there have been many studies on steroid synthesis in the skin, we
have newly identified two new cutaneous steroids synthesized in the human epidermis (let us call them Steroid X and Steroid
Y). In this study, we aimed to reveal the functions of these two newly identified cutaneous hormones. First, transcriptome
analysis was performed to determine what gene expression changes this new cutaneous steroid causes in epidermis-derived
skin cell lines. The results suggest that steroid Y causes expression changes in a group of genes involved in the regulation oftranslation initiation and has a suppressive effect on translation initiation. On the other hand, Steroid X altered the expression of many long noncoding RNAs and transcripts of unknown function, but what kind of cellular functions are involved
remains unknown. Therefore, we focused our analysis on steroid Y. We found that steroid Y repressively regulates translation initiation through the regulation of ribosomal protein small subunits (RPSs) and eukaryotic translation initiation factors(eIFs). Epidermal thickening was observed in mice in which this steroid Y synthase was knocked out in the epidermis. Whenepidermal tissue isolated from human skin was used to analyze the effects of steroid Y, changes in inhibitory regulation oftranslation initiation were observed. These results suggest that steroid Y suppresses excessive cell differentiation and proliferation in the epidermis, and thus helps to form an appropriate epidermal layer and to prevent skin cells from becoming
cancerous.

1．緒

言

性腺や副腎と同様に、皮膚でもコレステロールを材料にして様々なステロイドホルモンが合成されている。皮膚でステロイド合成を行っている細胞は、表皮の角化細胞や真皮の皮脂腺細胞、線維芽細胞などが知られている 1 - 3）。これらの細胞によって、皮膚は独自に男性ホルモン（テストステロンや 5 α- ジヒドロテストステロンなど）や女性ホルモン（エストラジオールなど）を合成し、性腺で合成され循
環して皮膚に到達する性腺由来の性ホルモンと皮膚において協働することで、皮膚機能を精緻に制御している（図 1）。
これらの研究成果を応用した例として、男性型脱毛症（androgenetic alopecia：AGA）の治療で用いられるフィ
ナステリドや、美肌を目指した化粧品などに配合されるイ

図1 性腺と脳・皮膚の性ステロイドが協働し、脳・皮膚の機能を精緻に制御しているが、加齢による性腺機能低下はバランスを崩壊させる

ソフラボン等がある。
しかしながら、性ホルモンはステロイド骨格をベースにした共通性の高い構造を示し、正反対の作用を示す男性ホ
ルモン・テストステロンと女性ホルモン・エストラジオー

ロイドに構造的な違いはないため、皮膚で合成される性ス

ルであっても非常に似通った構造を持つ（図 2）。さらに、

テロイドの生理的意義に関しては不明確な点も多い。そこ

皮膚で合成される性ステロイドと性腺で合成される性ステで性腺において性ステロイド合成量が減少する高齢時のマウスをモデルとして、皮膚ステロイド合成系の生理的意義解明を目的とした研究を行った。その結果、高齢時の皮膚

Functional analysis of a novel epidermal
steroid hormone decreasing in the skinwith advancing age
Shogo Haraguchi
Department of Biochemistry, Showa
University School of Medicine

機能低下を引き起こす要因の一端に、性腺で合成される性ステロイドと皮膚で合成される性ステロイドのバランスが乱れ、皮膚局所におけるホルモンの協調的な働きが崩壊することにあることを明らかにした（図 1、投稿中）。
このように高齢時の皮膚内分泌系を詳細に解析する過程− 143 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023

図2 生理作用は大きな違いを示すテストステロンとエストラジオールだが、代謝経路上で見ると隣り合っている図3 ステロイド合成酵素Zはヒト表皮では主に有棘層から顆粒層に発現が見られたで、ヒトの皮膚には未報告のステロイド合成経路が存在す

対して、ステロイド X あるいはステロイド Y を作用させ、ることを発見した。そこで、研究代表者のこれまでのステ発現変動を示す遺伝子を網羅解析することで作用解明の手

ロイド研究の経験に基づき質量分析やメタボローム解析を掛かりとすることにした。

4 - 6）、ヒト表皮で合成される 2 つの新HaCaT 細胞、線維芽細胞、B 16 F 10 細胞を培養し、そ規ヒト皮膚ホルモン（便宜的に新規皮膚ステロイド X と新

れぞれの細胞に対して溶媒添加（コントロール群）あるいは

規皮膚ステロイド Y とする）を同定した。この 2 つのステステロイド X 添加（実験群 1）、ステロイド Y 添加（実験群 2）

ロイドは、同一のステロイド合成酵素（便宜的にステロイを行った。3 種類の細胞はステロイド処理後 3 時間で細胞ド合成酵素 Z とする）により産生され、ステロイド合成酵の回収を行った。回収した細胞から total RNA を抽出し、

素 Z はヒト表皮の有棘層・顆粒層に発現していた（図 3）。

トランスクリプトーム解析（受託解析）とバイオインフォマ

また、ステロイド合成酵素 Z の発現量と表皮で合成される

ティクス解析（サントリー生命科学財団・佐竹炎主幹研究ステロイド X とステロイド Y の量は加齢に伴い減少した。

員らの支援を受けた）を行った。バイオインフォマティク

従って、この 2 つの新規皮膚ステロイドは表皮において、

ス解析では、Gene Ontology（GO）解析、GO エンリッチ

何らかの生理機能を持ち、その減少が高齢者の皮膚疾患やメント解析を行うことで、新規皮膚ステロイドがどのよう皮膚症状の発症や悪化に関わる可能性が考えられた。そこ

な皮膚機能に関与しているのか予測を行った。

駆使した解析を行いで、本研究は 2 つの新規皮膚ステロイドの機能解明を行う
ことで、老人性皮膚疾患に対する新たな治療法開発や、高齢者の皮膚の健康維持に関わる化粧品の開発を行うことを

2. 2. ステロイドYによる翻訳活性制御、細胞代謝活性の解析目的とした。

2 . 1 . の解析より、ステロイド Y はタンパク質の翻訳開２．方始制御に関わる遺伝子群を大きく変動させ、さらにバイオ法

インフォマティクス解析により翻訳開始を抑制する向きの2. 1. 皮膚由来細胞株に対する新規皮膚ステロイドの作用を持つことが示唆された。そこで、HaCaT 細胞を用

作用解析

いてステロイド Y により発現が抑制されることが示唆されステロイド X とステロイド Y の皮膚に対する作用は未知

たタンパク質に実際に発現変化が生じるのかをウエスタン

であり、受容体も未同定であり、どのような細胞に対して、

ブロッティングにより解析した。細胞の調製は 2 . 1 . に従どのような作用を働きかけるのかは推測が困難であった。

ったが、タンパク質レベルでの変化を検出するためステロ

しかし、組織局所で合成されるステロイドは一般的に循環

イド処理の時間は 48 時間とした。ウエスタンブロッティ

しないため

7 , 8）、ステロイド X とステロイド Y は合成部位である表皮、またはその近傍で機能しているであろうと考

ングは定法に従った（抗体は、Proteintech、Cell Signaling
Technology、Abcam などから購入した）。

えられた。そこで、ヒト角化細胞株 HaCaT 細胞、ヒト皮

加えて、タンパク質の翻訳が抑制され、細胞の代謝活性

膚線維芽細胞、マウスメラノーマ由来の B 16 F 10 細胞にに変化が生じることが予測されたため、細胞の増殖（同仁− 144 −

加齢に伴い皮膚での産生量が減少する新規皮膚ステロイドの機能解明

化学研究所）、グルコースと乳酸（同仁化学研究所）、ATPん だ 組 織 を 4 ℃、 オ ー バ ー ナ イ ト で 酵 素 処 理（Miltenyi

産生（同仁化学研究所）、ADP/ATP 比（同仁化学研究所）、

Biotec）し、表皮層のみを回収し培養した。無血清培地でNADP/NADPH 比（同仁化学研究所）などを解析した。

培養したヒト表皮は 2 つに切り分け、溶媒群とステロイド
Y 添加群を作製した。表皮に発現する mRNA やタンパク2. 3. ステロイドYの受容体探索

質の発現変化は、48 時間のステロイド Y 処理後に解析した。

2 . 1 . の解析から、ステロイド Y はタンパク質の翻訳開始制御に関わることが示唆された。この結果は HaCaT 細さらに 1 週間ステロイド Y 処理を行った表皮を用いて形態学的な解析も行った。

胞の解析結果から得られたが、一方で、B 16 F 10 細胞では

３．結タンパク質の翻訳開始制御に関わる遺伝子に発現変動は見ら れ な か っ た。 こ の こ と は、 ス テ ロ イ ド Y の 受 容 体 は
HaCaT 細胞に高発現し、B 16 F 10 細胞では発現量が低い

果

3. 1. 皮膚由来細胞株に対する新規皮膚ステロイドの作用解析ことを示唆する。どのようなタイプの受容体がステロイド

コントロール群とステロイド X 添加群、あるいはコント

Y 受容体として機能しているのか不明であったが、従来かロール群とステロイド Y 添加群で解析を行ったところ、スらステロイド受容体として知られている核内受容体と、新テロイド X のみ、あるいはステロイド Y のみで変動する遺たなステロイド受容体として報告が相次いでいる G タンパ

伝子群が見つかったが、一方で、ステロイド X でもステロ

ク質共役型受容体（G protein-coupled receptor：GPCR）を

イド Y でも同様の発現変動を示す遺伝子群も見つかった。

候補として考えた 9 - 11）。

これは当初から想定していた結果であり、ステロイドはそ

そこで GPCR がステロイド Y の受容体として機能するのの高い構造的類似性から受容体への結合において、ほかのか明らかにするために、HaCaT 細胞にステロイド Y を作

ホルモンほど厳密な特異性は示さない 12）。また、本実験用させ、1 細胞イメージングにより細胞のカルシウム変化を行う時点においては、ヒトやマウスの皮膚組織におけると cAMP 変化を解析した。本解析では東京大学総合文化ステロイド X やステロイド Y の生理的濃度に関しても断片

研究科・坪井貴司教授らの協力を得た。

的な知見しかなく、ほかのステロイドホルモンに関する研また、2 . 1 . のトランスクリプトーム解析のデータから、究例を参考にしている段階であった。そこで、ステロイド

HaCaT 細胞で高発現する核内受容体かつ B 16 F 10 細胞でX とステロイド Y で同様の増減を示した遺伝子群は、ステは発現量が低い核内受容体のリストアップを行った。

ロイド合成酵素 Z 依存的な部分構造による非特異的変化だと想定して解析を進めた。

2. 4. ステロイド合成酵素Zの表皮特異的ノックアウト
マウスの表現型解析に作用させた場合、多くの長鎖ノンコーディング RNA

ステロイド X とステロイド Y の合成に関わるステロイド（long non-coding RNA：lncRNA）や機能未知の転写産物合成酵素 Z のコンディショナルノックアウトマウスを作製（transcripts of unknown function：TUFs）13）を増加させするために、ステロイド合成酵素 Z の flox マウスを作製した。何かしら転写制御に関わるような機能がステロイド X

た（Flox マウスの作製は先端モデル動物支援プラットフォにあるのかもしれないが、ステロイド X の機能解明に関しームによる支援を受けた）。 こ の flox マ ウ ス を Ivl-ては行き詰まった。

CreERT 2 マウス（The Jackson laboratory）あるいは K 14 -

その結果、ステロイド X は HaCaT 細胞や B 16 F 10 細胞

一方で、ステロイド Y は HaCaT 細胞に作用させた場合、Cre マウス（The Jackson laboratory）と掛け合わせて、表

リボソームタンパク質小サブユニット（ribosomal protein

皮特異的ステロイド合成酵素 Z のノックアウトマウスを作

small subunit：RPS）や真核生物翻訳開始因子（eukaryotic

出した。このマウスを用いて、皮膚の形態学的解析を行っtranslation initiation factor：eIF）に顕著な発現変動が見た。

られ、GO エンリッチメント解析でも翻訳開始制御をネガ
ティブに制御することが示唆された。一方で、B 16 F 10 細2. 5. ヒト皮膚組織を用いたステロイドYの作用解析

胞にステロイド Y を添加しても、このような翻訳開始に関

上記の 2 . 1 . ～ 2 . 4 . は、ヒトやマウスの細胞株やマウス個体を用いた解析であるため、実際にヒトの皮膚でもステ連する因子群に変動は見られず、B 16 F 10 細胞はステロイ
ド Y 受容体の発現が極めて低いことを示唆した。

ロイド Y が翻訳活性制御に関わるような作用を発揮するのかを明らかにするために昭和大学整形外科と連携し、ヒト皮膚組織で解析を行った。

3. 2. ステロイドYによる翻訳開始関連因子の発現抑制作用

昭和大学病院より手術直後にでた余剰検体組織から、皮前述のようにステロイド X は TUFs を変化させたが、そ下組織を可能な限り目視で取り除き、表皮層と真皮層を含の意義を解析するには更に十分な検討と予備的な解析など− 145 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023が必要となると考えられた。そこで、これ以降はステロイ
ド Y の解析を主として進めた。ステロイド Y の翻訳活性制御に関わる因子群に対する発現抑制作用がタンパク質レベルでも再現できるのかをウエスタンブロッティングにより解析を行い、ステロイド Y 処理後 48 時間で RPSs や eIFsの 低 下 が 検 出 さ れ た。 さ ら に、 同 様 の 処 理 を 行 っ た
HaCaT 細胞では 48 時間後に、細胞数に有意な差は認められなかったが、細胞中のグルコース消費量が 40 % 以上減
少し（図 4）、ATP 産生量が有意に減少していた。一方で乳酸に変化は認められなかった。

3. 3. ステロイドY受容体探索
詳細な機序は不明だが、ステロイド Y は HaCaT 細胞に対して作用すると翻訳開始関連因子の抑制と、グルコース

図4 ステロイドY処理を48時間行った細胞では、細胞中のグルコース消費量が顕著に減少していた

消費量、ATP 産生量の減少を引き起こしたため、何かしらのシグナルを介して HaCaT 細胞に意味のある変化を引き起こしていると考えられた。そこで、次に受容体の探索に取り組んだ。解析では、ステロイドの作用標的として知られている核内受容体と GPCR を主たる解析対象とした。
トランスクリプトーム解析の結果から、ステロイド Y 処理により 3 時間で mRNA 発現量が有意に変化するため、3時間以内に何らかの変化を細胞に引き起こすはずである。
そこで GPCR を標的とした解析では、ステロイド Y によって HaCaT 細胞内の cAMP やカルシウムが 3 時間以内に変動を示すのかを 1 細胞イメージングにより解析を行った。
その結果、1 時間以内では HaCaT 細胞において cAMP とカルシウムに変動は見られなかった。現在、ステロイド処

図5 ステロイド合成酵素Zの表皮特異的ノックアウトマウスでは、表皮が乾癬様に肥厚した

理後 3 時間までの解析を進めている。
核内受容体に関しては、3 . 1 . の結果からステロイド Y
処理後 3 時間で発現量が 3 倍以上に増加する遺伝子が見つ性周期を考慮する必要があり、データの解釈が複雑になるかっていたため、この遺伝子を核内受容体のスクリーニン

ため、現時点では解析を見送った。その後、6 週齢になっグを行う際の指標として用いることにした。HaCaT 細胞たマウスの皮膚を形態学的に解析した。その結果、タモキと B 16 F 10 細胞に発現している核内受容体をすべてリス

シフェン投与により表皮でステロイド合成酵素 Z をノックトアップし、その中から mRNA 発現量の比が HaCaT 細胞アウトしたマウスでは、表皮が乾癬様に肥厚していた（図/B 16 F 10 細胞で 10 以上の遺伝子をスクリーニング対象と5）。

した。その結果、リガンド既知の受容体が 4 つ、リガンド
未同定のオーファン受容体が 3 つ候補として浮かび上がっ

3. 5. ヒト皮膚組織におけるステロイドYの作用解析た。そこで、これらの受容体とステロイド Y の結合試験、

3 . 1 . ～ 3 . 4 . の解析からステロイド Y は、翻訳開始関

受容体のノックダウン、質量分析を用いたノンターゲット

連因子の発現を抑制し、その結果として表皮の肥厚を引きな受容体探索など、複数の手法を組み合わせてステロイド

起こすことが示唆された。この結果が、ヒト表皮でも同様

Y 受容体の同定を目指して解析を進めている。

に起きるのかをヒト皮膚組織を用いて解析を行った。その結果、ヒト表皮においてもステロイド Y 処理 48 時間後に

3. 4. ステロイド合成酵素Z表皮特異的ノックアウトマ
ウス皮膚の形態学的解析

翻訳開始制御に関わる因子群の発現低下が見られた。一方

ステロイド合成酵素 Z の flox マウスと Ivl-CreERT 2 マリンにより染色される細胞核の数の減少が見られた（図 6）。

で、ステロイド Y 処理を 1 週間行った表皮ではヘマトキシ

ウスを掛け合わせ、出生後 4 週目の雄マウスへ 1 日おきに
1 週間タモキシフェンの腹腔内投与を行った。雌マウスは− 146 −

加齢に伴い皮膚での産生量が減少する新規皮膚ステロイドの機能解明

図6 単離したヒト表皮をステロイドY添加下で1週間培養し、形態学的変化
を解析した

４．考

察

に関わる因子の間にどのようなシグナルが介在しているの本研究はヒト表皮には未報告のステロイド代謝経路が存かは不明である。受容体が同定できていない現状では、ス

在することを発見し、その発見に基づいて新規皮膚ステロ

テロイド Y の表皮における標的細胞の同定や、詳細なシグ

イド 2 つを同定した研究結果に基づいて研究を行った。本

ナル伝達経路の解析は困難であり、現在、共同研究者らの解析からステロイド X が皮膚で何をしているのかは依然と知見や技術的な協力を得ながら解析を進めている。ステロ

して不明ながら（何かしらの生理的に意味のある作用を持

イ ド 受 容 体 の 研 究 に 関 し て は、 テ キ サ ス 大 学 の Peter

つのかも現時点では不明である）、ステロイド Y に関してThomas 教授らが最も実績があるがコロナ禍において共同

は RPSs や eIFs といった翻訳開始制御に関わる因子の抑制、研究には限界があった。幸いにも今後は受容体同定に向けステロイド合成酵素 Z をノックアウトすると表皮に肥厚がた共同研究を実施しやすくなると期待でき、受容体を同定見られ、ステロイド Y を添加した培養液で 1 週間培養したすることでステロイド Y と翻訳開始制御因子間に介在する

ヒト表皮では細胞数の減少が見られた。

謎の解明に迫りたい。

ステロイド Y に関してはリボソームタンパク質の減少を

翻訳開始を抑制的に制御するステロイド Y が欠落した場引き起こすため、新たなタンパク質の合成を低下させる作

合に、ノックアウトマウスでなぜ皮膚の肥厚が起きたの用があると考えられる。ステロイド Y は RPSs や eIFs であか？であるが、表皮基底層の幹細胞の過剰な分化・増殖はれば何でも減少させるわけではなく、特定の RPSs や eIFs

表皮の肥厚やがん化を引き起こす。従って、ステロイド Yの減少を引き起こす。そのため、ステロイド Y により合成

は 有 棘 層・ 顆 粒 層 で 合 成 さ れ る と 傍 分 泌（paracrine

量が減少するタンパク質は、特定の RPS が合成に関わる

signaling）により表皮幹細胞に作用し、表皮幹細胞が適切タンパク質群であることが推測される。従って、今後、こなスピードで分化・増殖することを助け、適切な表皮層形の特定の RPS をノックダウンしトランスクリプトーム解成やがん化抑制に関わるホルモンなのかもしれない。最初析を行うことや、リボソームプロファイリング法による解に述べたようにステロイド Y は高齢者で減少するため、高析を行うことで、ステロイド Y が RPSs や eIFs を介して細齢者に好発する表皮のバリア機能低下に起因した掻痒症や胞内のどのような機能を制御しているのか、より明快にで乾癬、あるいは基底細胞癌の治療に有効であるかもしれな

きるのではないかと考えている。

い。また、リボソーム機能の異常に起因した疾患であるリ

また、核内受容体がステロイド Y の受容体の可能性が高ボソーム病（ribosomopathy）への関与も考えられる。現在、

いと現時点では考えているが、核内受容体と翻訳開始制御

リボソーム病としての病態が明らかになっている疾患はダ− 147 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023

イアモンド・ブラックファン貧血（指定難病 284）など一部

G, Chowdhury VS, Lei XF, Miyazaki T, Kim-Kaneyamaに限られているが、リボソームの生合成機序は未だ研究がJR, Nakamachi T, Matsuda K, Ohtaki H, Tokumoto T,

始まったばかりであり、表皮には未知のリボソーム病が潜Tachibana T, Miyazaki A, Tsutsui K. Light-at-night

んでおり、それが皮膚の難治性疾患とされる様々な病気のexposure affects brain development through pineal

発症や悪化に関わっていることも考えられる。現在は、こallopregnanolone-dependent mechanisms. eLife. 8,のような視点から、翻訳開始制御因子の抑制がどのような

e45306（2019）．

皮膚機能に関わる可能性があるのか検討を進めている。

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