ポリエチレングリコール（PEG）含有化粧品によって誘導された抗 PEG 抗体による
COVID-19-mRNAワクチン投与時のアナフィラキシー反応誘導現象の検証
徳島大学大学院医歯薬学研究部

石田竜弘

Polyethylene glycol (PEG) polymers are generally recognized as biologically inert and non-immunogenic. PEG iscommonly used in bioconjugation and nano-formulations to improve the circulation half-life of the formulations and increase
their stability. In cosmetics, PEG derivatives are also widely used as emulsifiers and skin penetration enhancers. Recently,
the “pre-existing” anti-PEG antibodies have been reported in healthy individuals who have never received treatment withPEGylated formulations. In a murine study, topically applied PEG derivatives could efficiently penetrate the stratum
corneum and reach the systemic circulation. Daily application of cosmetic PEG derivatives primed the immune system,inducing anti-PEG IgM production. Anti-PEG IgM was detected by Day 14 in mice with normal skin, while it was detected
as early as Day 7 in mice with compromised skin. In addition, in mice with pre-induced anti-PEG IgM, topically applied
PEG derivatives appeared to bind to the pre-induced anti-PEG IgM, lowering blood levels. Current results indicate that PEG
derivatives in cosmetic products may be an important contributor to the source of the “pre-existing” anti-PEG antibodies thathave been detected in healthy individuals.

１．緒

PEG に対する抗体の存在は国際的にも注目を集めている。

言

新型コロナウイルスに対するワクチンが開発され、抗ポリエチレングリコール（PEG）抗体のキャリアにPfizer 社および Moderna 社製のワクチンなどが投与されPfizer 社および Moderna 社製のワクチンを接種した場合、た。Pfizer 社ワクチンについて 1 , 782 件（100 万回接種あ重篤なアレルギー反応が誘導される可能性が示唆されてたり 6 . 1 件）
、Moderna 社ワクチンについて 215 件（同 2 . 6いる。申請者らは、免疫原性がなく、香粧品や医薬品の添件）、武田社ワクチン（ノババックス）について 1 件（同 3 . 5加剤などとして汎用されている PEG がタンパク製剤やナ件）の報告があり、頻度は低いものの、重篤なアレルギーノ粒子などに修飾された場合、ハプテン効果によって抗反応が報告されている。発生割合は低いものの、これまで

1）

PEG 抗体が誘導されることを世界で初めて明らかにした 。に承認されたワクチンと比べると頻度が高いため、この過去 50 年にわたり、自然抗体として抗 PEG 抗体を有す原因として抗 PEG 抗体の関与がアメリカ FDA で議論され2）ている。これを受けてワクチンに含まれる PEG による副されており、これは PEG が用いられてきた歴史と重な反応に関する情報の周知が議論されてもいる。あまり知らる。申請者らも、日本赤十字社から得た 200 例の献血血液れていないが、Pfizer 社および Moderna 社製のワクチン中、37 例で抗 PEG 抗体が存在することを確認している（未のいずれにも mRNA の安定性とタンパクの発現誘導のた発表データ）。分子量が大きい PEG は皮膚や腸管から容易めに PEG 修飾脂質ナノ粒子（PEGylated lipid nanoparticleには吸収されないが、香粧品に含まれる比較的低分子量の（PEG-LNP））
が添加されている。

るキャリア（正常人）が徐々に増えてきていることも報告

PEG が日常生活で生じる皮膚のわずかな傷や消化管の潰香粧品に含まれる PEG derivatives によって誘導された瘍部位などから体内に入り、抗体を誘導しているものと考抗 PEG 抗体が、Pfizer 社の COVID- 19 ワクチン（コミナテえられている。しかしながら、動物レベルでこのことを実ィ筋注）に含まれる PEG に反応してアナフィラキシー様反証した例はない。また、アメリカ FDA も抗 PEG 抗体誘導応を誘導しうるか、動物モデルおよびコミナティ筋注を模の危険性を認識し、PEG 修飾タンパク医薬品を開発する倣した mRNA 含有 PEG-LNP を用いて検証した。

際には前臨床試験においてタンパクに対する抗体の誘導だ

２．方けでなく PEG に対する抗体の誘導の有無も評価するように recommendation letter を発出している 3）。このように、

法

2 . 1. 化粧品による抗 PEG 抗体誘導評価
市販の化粧品には、物性や目的の異なる多様な種類

Polyethylene glycol (PEG) derivatives incosmetic products induce anti-PEG IgM
production in mice
Tatsuhiro Ishida
Department of Pharmacokinetics andBiopharmaceutics, Institute of BiomedicalSciences, Tokushima Universityの PEG、例えば比較的高含量であるが親水性で皮膚透過性が低いとされる分子型 PEG や、低含量であるが両親媒性を有し皮膚透過性を亢進させる目的で経皮投与製剤に用いられる界面活性剤型の PEG 誘導体が添加されてい る 4）。PEG 含 有 市 販 乳 液 2 種 類（Polyoxyethylene（14）polyoxypropylene（7）dimethyl ether、polyoxyethylene− 90 −

ポリエチレングリコール（PEG）含有化粧品によって誘導された抗 PEG 抗体による COVID-19-mRNA ワクチン投与時のアナフィラキシー反応誘導現象の検証（17）polyoxypropylene（4）dimethyl etherを含むAquaLabel膚損傷あり）あるいはモデル PEG 修飾リポソームの静脈内Balance Care Lotion（Shiseido Japan Co.） と PEG-1 1-投与（投与 5 日後）によって抗 PEG 抗体を誘導したマウス

methyl-ether-dimethicone と PEG- 4 0 -hydrogenated-を用い、これに調製した mRNA 含有 PEG-LNP を筋肉内castor-oilを含むBioderma Sébium Lotion（Bioderma Co.））投与した。投与後 30 分で採血し、PEG-LNP 投与によるを試料として購入した。これらを毎日剃毛したマウス腹部

補体活性化の有無について特に C 3 のフラグメント状況にに塗布することで抗 PEG-IgM が誘導されるか ELISA で確ついて Western blotting によって評価した。

認した。

３．結2 . 2 . PEG 誘導体の皮膚透過性

果

様々な分 子量の PEG 誘 導 体を含むAquaLabel Balance

蛍光標識 mPEG（FITC-mPEG、分子量 350 Da）水溶液

Care Lotion（Product A）とBioderma Sébium Lotion（Product20 µl（100 µg/ml）を剃毛したマウスの腹部に塗布した。塗B）をそれぞれ毎日マウス腹部に塗布したところ、いずれ布後、1 , 2 , 4 , 6 , 12 , 24 時間後に血液を採取し、血中ののローションでも抗 PEG IgM の誘導が観察された（Fig.

FITC 由来の蛍光強度を測定した。また、24 時間後に塗布

1 A and 1 B）
。興味深いことに、製品に関わらず、正常なした部分の皮膚を採取し、凍結切片を作成し、蛍光顕微鏡皮膚をもつマウスでは、塗布開始後 7 日までは抗体の産生下、皮膚内への FITC-mPEG の浸透を観察した。

は観察されず、2 週間後に顕著な誘導が観察され、3 週間後には抗体はほぼ消失していた。一方、derma roller で皮2 . 3 . 誘導された抗 PEG 抗体によるコミナティ筋注
模倣 mRNA 含有 PEG-LNP 投与によるアナフィラキシー様反応の検証

膚に損傷を与えたマウスでは、塗布開始後 7 日目で既に化粧品（Bioderma Sébium Lotion）の 7 日間連続塗布（皮したところ、製品の塗布時と同様に、抗 PEG IgM の誘導

抗 PEG IgM の産生が確認され、2 週間後ではほぼ消失していた。また、分子量 300 の PEG 溶液（PEG- 300）を塗布

Fig. 1 Induction of anti-PEG IgM and IgG following topicala p plic atio n of c os m etic p ro d u cts c o ntaining P EGderivatives
M ale C 57B L /6 N mice with either intact skin orc o m p ro mise d s kin we re treate d d aily with to pic alapplications of either（A）AquaLabel Balance Care Lotion,（B）Bioderma Sébium Lotion or（C）PEG-300 solution（5%）
for 21 days. Serum samples were collected on Day 7, 14,
and 21. Serum samples collected from non-treated mice
were used as controls Either anti-PEG IgG or anti-PEGIgM were detected with ELISA. Data are expressed as themean ± S.D.（n=5）. *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001. Fig.
is cited from published paper5）with permission.

− 91 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023が観察された（Fig. 1 C）。この抗体の誘導は、正常の皮膚マウスでは、mPEG の血中への移行は緩やかに生じ、おをもつマウスでは 2 週間後に顕著であり、3 週間後には抗よそ 12 時間かけて増加した後、約 90 ng/ml に達した後体はほぼ消失していた。一方、derma roller で皮膚に損傷に 24 時間まで一定であった。一方、derma roller で損傷を与えたマウスでは、塗布開始後 7 日目で顕著であり、2を与えた皮膚をもつマウスでは、塗布後 2 時間で多量の週間後にはほぼ消失していた。本検討を通して、抗 PEG

mPEG が血中に移行しており、4 時間でピーク（約 370 ng/IgG は検出されなかった。

ml）に達し、その後漸次減少した。12 時間後には正常な皮次いで、高分子の PEG が血中に移行しているかを蛍光膚をもつマウスで観察されたのと同様に、約 90 ng/ml の標識した mPEG（分子量 350）をマウスに塗布し、経時的濃度で 24 時間まで一定であった。次いで、FITC-mPEGに血液を採取して評価した（Fig. 2）。正常な皮膚をもつ

塗布後 24 時間での皮膚中での mPEG の分布を蛍光顕微鏡下で観察した（Fig. 3）。正常な皮膚では、FITC 由来の強い蛍光が角質層および表皮で観察され、表面からおよそ30 . 0 ± 5 . 2 μm まで浸透していた。一方、興味深いことに、
derma roller で損傷を与えた皮膚では、FITC 由来の蛍光は観察されたものの、正常な皮膚よりその強度は低かった。
しかしながら、表面からおよび 120 . 0 ± 10 . 7 μm まで浸透しており、より皮膚中を拡散していることが示唆された。
Fig. 2 において、損傷皮膚では mPEG の速やかな吸収が観察されており、損傷皮膚で mPEG があまり観察されなかったのは、多量の mPEG が速やかに角質層および表皮を通過し、血中に移行したからであると考えられた。以上の結果から、化粧品に含まれる PEG 誘導体も、皮膚を透過し、血中に移行することで免疫系を活性化し、抗 PEG IgM を誘導している可能性が高いことが示唆された。

Fig. 2 Rate of percutaneous penetration of mPEG-FITC inmice with either intact skin or compromised skin
C57BL/6N mice were treated topically with mPEG-FITC
solution on either intact skin or compromised dorsal skin.
Blood samples were collected from the marginal tail vein at
1, 2, 4, 6, 12 and 24 h after topical applications. The
fluorescence intensity in the serum was measured. Data
are expressed as mean ± S.D.（n=5）．Fig. is cited frompublished paper5）with permission.

補体系は 40 種類以上のタンパク群からなり、侵入してきた病原体に対する最初の生体防御機構を担っている。これらの病原体に対して補体系タンパクが結合（補体活性化）することでオプソニン化を生じ、マクロファージなどによる貪食作用を受けやすくすることが知られている。さらに、活性化の途中で産生される C 3 a、C 4 b、C 5 a はアナフィラトキシンと呼ばれ、特に C 5 a はマスト細胞や好塩基球

Fig. 3 Percutaneous penetration of mPEG-FITC inmice with either intact skin or compromised skin
C57BL/6N mice were treated topically withmPEG-FITC solution on either intact skin orcompromised dorsal skin. At 24 h after thetreatment, skin frozen sections were prepared andexamined under a fluorescence microscope. A
typical picture from skin obtained 4 individual
animals in each group is presented. Scale bar
indicates 50µm. Fig. is cited from publishedpaper5） with permission.

− 92 −

ポリエチレングリコール（PEG）含有化粧品によって誘導された抗 PEG 抗体による COVID-19-mRNA ワクチン投与時のアナフィラキシー反応誘導現象の検証からのヒスタミン遊離を促進する。さらに、C 5 a は単球、れた抗 PEG IgM の誘導が、タンパク製剤やナノ粒子など好中球、好酸球などの走化性をも亢進することが知られてに修飾された PEG と同じメカニズムで誘導されているかいる。COVID- 19 mRNA 投与時に、抗 PEG IgM を介したは不明であり、今後より詳細な検討が必要であると考えて補体活性化が起これば、アナフィラキシーが誘導される可いる。

能性があることを明確に示すことができる。そこで、化粧COVID- 19 mRNA ワクチンの投与による副反応に関し品（Bioderma Sébium Lotion）の塗布あるいはモデル PEGて、添加されている PEG が原因である可能性が取り沙汰

修飾リポソームの静脈内投与によって抗 PEG 抗体を誘導されているが直接的な証拠は未だ示されていない。アナフしたマウスを用い、これに調製した mRNA 含有 PEG-LNP

ィラキシー誘導における抗 PEG 抗体の寄与、香粧品によを筋肉内投与し、投与後 30 分での血中での補体活性化のって誘導される抗 PEG 抗体の寄与に関する情報は皆無で有無について評価した（Fig. 4）
。抗 PEG IgM を保持するマあり、アナフィラキシー誘導メカニズムの解明が課題とな

ウスに mRNA 含有 PEG-LNP を筋肉内投与した場合にのっている。本検討で、筋肉内投与後の mRNA 含有 PEG-み、補体活性化の指標である補体第三成分（C 3）の分解がLNP（mRNA ワクチン）の一部が血液循環に筋肉内から漏観察された。この結果から、筋肉内投与後の mRNA 含有れ出し、この表面の PEG が抗 PEG IgM が結合することでPEG-LNP の一部が血液循環に移行し、これが異物として補体系を活性化し、この過程でアナフィラトキシンの産生補体成分によってオプソニン化される過程でアナフィラトが誘導され、結果としてアナフィラキシーが誘導されてキシンの産生が誘導され、結果としてアナフィラキシーがいる可能性が高いことが示唆された。実際の症状の発現に誘導される可能性が高いことが示唆された。

はアナフィラトキシンへの感受性における個体差も大き４．考く影響するものと考えられるが、これまで不明であった察mRNA ワクチン投与時のアレルギー反応誘導機構の一端

PEG は香粧品や医薬品の添加剤・修飾剤としても汎用されている。本検討では、化粧品中の PEG 誘導体が皮膚をを明確に示すものであり、大変意義深い成果であると考えている。

透過し、血中に移行し、抗 PEG IgM を誘導することを世界

従来、化粧品の安全性は、皮膚への刺激性や臓器毒性、で初めて示した。我々はすでに PEG がタンパク製剤やナノ発がん性などといった直接的な毒性を指標に評価されてお粒子などに修飾された場合、ハプテン効果によって抗 PEGり、免疫反応についても、かぶれ、かゆみなどといった、1）抗体が誘導されることを明らかにし 、この場合脾臓辺縁帯皮膚に直接的に症状が現れるものを中心として評価されてＢ細胞が重要な役割を果たすことを示している 。しかし、きた。しかしながら、本検討で示されたように、化粧品中分子量の比較的小さな PEG 誘導体は、速やかに腎臓の子の PEG 誘導体によって抗 PEG IgM が誘導されたという事

宮体でろ過され、尿中に排泄されると考えられ、脾臓を通実は、がんや肝炎などの難治性疾患に対する有効な治療薬

過するもののその半減期の短さから脾臓辺縁帯Ｂ細胞とはである PEG 修飾医薬品の効果減弱につながる可能性が極接触しがたいものと考えられる。したがって、今回観察さめて高く、PEG 誘導体を含む香粧品の新たな安全性評価

6）

Fig. 4 Complement activation（C3 fragmentation）in
pre-induced anti-PEG IgM bearing mice after i.m.
administration with COVID-19 mRNA mimicked
PEGylated LNP
C57BL/6N mice with compromised dorsal skinwere treated topically with Bioderma Sébium Lotion
for 7 days . C 5 7 B L /6 N mice were injected
intravenously with PEGylated liposomes（0.001µmolphospholipids/kg）to induce anti-PEG IgM. On Day
7 for topical treatment or Day 5 for i.v. injection,
mRNA-PEGylated LNP were i.m .injected. At 30
mins after the injection, sera were collected andWestern blotting for detecting C3 fragmentation
was carried out. A typical picture is presented.

− 93 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023

本研究により得られた成果項目の一つとすべきポイントになるものと考えられる。
一方、未曽有の COVID- 19 パンデミックに際して、世Ibrahim, M., Shimizu, T., Ando, H., Ishima, Y., Elgarhy,

界的に Pfizer 社や Moderna 社が開発した mRNA ワクチン

H., Sarhan, H., Hussein, A., Ishida, T., Investigation ofが投与された。このワクチンには PEG で修飾した LNP がanti-PEG antibody response to PEG-containing cosmeticmRNA 保護剤として添加されており、この投与によってproducts in mice. J. Control. Release, 354 , 260 - 267（2023）．

も抗PEG抗体が誘導されている可能性が高い。これらの“抗PEG 抗体を保有する一般人” がこれまで通りに PEG 含有化（引用文献）

粧品を汎用することで、想定外の皮膚症状が現れる可能性

1） Ishida, T. et al. Injection of PEGylated liposomes

も大いに考えられる。With あるいは after コロナにおいて、

in rats elicits PEG-specific IgM, which is responsible

嗜好品である化粧品を安全・安心に使用および開発する上for rapid elimination of a second dose of PEGylated

で、抗 PEG 抗体との共存が必要になろう。

liposomes. J. Control. Release, 112, 15-25（2006）．

５．総2） Chen, B. et al. Measurement of Pre-Existing IgG and括IgM Antibodies against Polyethylene Glycol in Healthy

すでに多くのヒトが抗 PEG 抗体を保持していることがIndividuals. Anal. Chem., 88, 10661-10666（2016）．

知られている。本研究からその原因の一つが、嗜好品であ

3） Parenky, A. et al. New FDA draft guidance on
immunogenicity. AAPS J., 16, 499-503（2014）．

る香粧品の使用であることが示唆された。抗 PEG 抗体を保持しているヒトに PEG 修飾製剤を投与すれば、抗体が4） Casiraghi, A. et al. The influence of the polar head

PEG 修飾製剤と免疫複合体をつくり、補体系を強力に活and the hydrophobic chain on the skin penetration

性化して C 3 a や C 5 a などのアナフィラトキシンを大量にenhancement effect of poly（ethylene glycol）放出させ、アナフィラキシーを誘導することは想像に難く

derivatives. AAPS PharmSciTech., 13, 247-253（2012）．

ない。しかしながら、香粧品中の PEG 誘導体が皮膚から

5） Ibrahim, M. et al. Investigation of anti-PEG antibody

吸収されたのち、どのように抗 PEG 抗体を誘導している

response to PEG-containing cosmetic products in mice.
J. Control. Release, 354, 260-267（2023）．のか、そのメカニズムは不明であり、今後その解明が必要

6） Isihda, T. et al. Spleen plays an important role in theである。

induction of accelerated blood clearance of PEGylated謝

辞liposomes. J. Control. Release, 115, 243-50（2006）．

本研究の遂行にあたり、ご支援を賜りました公益財団法人コーセーコスメトロジー研究財団に心より感謝申し上げます。

− 94 −