MESENCHYMAL STROMAL CELL: REGULATOR FOR HAMATOPOIESESThe Journal of Farm Animal in Infectious Disease
Vol.5 No.2 2016

総AND POTENTIAL APPLICATION

説

間葉系ストローマ細胞による造血制御とその応用
後飯塚僚
東京理科大学

生命医科学研究所〒278-0022

発生及び老化研究部門

千葉県野田市山崎2669
TEL：04-7121-4102

FAX：04-7121-4103

E-mail：ryogoi@rs.tus.ac.jp［要約］

幹細胞の生存や機能の維持に関与する特殊な微小環境（ニッチ）を構成する細胞の性状について近年精力的に研究が行われており、造血系においても骨髄では特殊な間葉系ストローマ細胞が造血幹・前駆細胞のニッチとして機能していることが明らかになってきている。本稿では、間葉系ストローマ細胞の再生医療における応用の現状と問題点、さらには造血幹・前駆細胞ニッチとしての骨髄間葉系ストローマ細胞の性状に関する近年の知見を概説し、髄外造血に関与する脾臓の間葉系ストローマ細胞に関する我々の研究に基づき、その臨床応用の可能性について言及する。
キーワード：間葉系ストローマ細胞、髄外造血、脾臓、微小環境、ニッチ

生体における間葉系幹細胞の役割が最も詳細に［はじめに］

明らかになってきている造血制御機能を中心に

近 年、iPS（induced pluripotent stem）細 胞

概説し、その文脈の中で、我々が研究対象としを始めとした胚性幹細胞様の細胞を用いた再生ている脾臓間葉系幹細胞の臨床応用の展望につ医療の臨床応用が現実味を帯びてきつつある一いて紹介する。

方、生体組織の維持や修復に関与する組織幹細［間葉系ストローマ細胞の歴史的概要］

胞のひとつである間葉系幹細胞（Mesenchymalstem cells）も、その取扱いの容易さもあって、間葉系幹細胞或は間葉系ストローマ細胞

免疫制御機能などを中心として様々な疾患への（Mesenchymal stromal cells）と呼称される細応用が試みられている。しかしながら、間葉系

胞は線維芽細胞様の細胞であり、歴史的には、幹細胞の臨床応用とその生体における機能に関Friedenstein らによって開発された in vitro のする基礎的知見には乗り越えなければならない培養系で、プラスチックディッシュに付着しコ乖離、すなわち、明らかになっていない盲点がロニーを形成する細胞（Colony-forming unit-

存 在 す る こ と も 事 実 で あ り、evidence-based

fibroblast: CFU-F）として骨髄において同定さmedicine（科学的根拠に基づく医療）に立脚しれた。その後、このような細胞が間葉由来の 3た治療を行うためには、間葉系幹細胞の実体や系統（脂肪、骨、軟骨）の細胞への分化能を有す生体における役割を明確にしておく必要があることが明らかにされ、間葉系幹細胞という呼り、それに関する知識を臨床に携わる獣医師（或称が用いられるようになっていった［2］。さらは医師）が理解しておく必要がある。ここでは、に CFU-F 形成能を持ち、かつ、間葉由来の 3 系
統細胞への分化能を有する細胞は、脂肪組織、皮膚、筋肉などの様々な組織に存在することが受理：2016年3月10日－ 69 －

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間葉系ストローマ細胞による造血制御とその応用明らかにされ［4］、in vitro で培養可能な幹細が最も詳細に解析されているのが、骨髄での造胞として、上述したように、再生医療への応用血システムにおける機能である［12］。骨髄にはを目指した多くの医学研究が行われてきた。し造血幹細胞の維持や分化を支持する特殊な微小かしながら、それらの研究には以下に挙げるよ環境（ニッチ）が存在するが、間葉系ストローうな様々な問題点も残されている［7］。まず、マ細胞がその環境要素として重要であることが第一として、幹細胞を定義する最小限の基準は近年明らかになってきている。以下に、造血幹「自己複製能」と「多分化能」であるにも関わら細胞の維持に関与する代表的な間葉系ストローず、間葉系幹細胞と総称される大部分の細胞は、マ細胞集団を挙げる。

in vitro での間葉由来の 3 系統細胞への分化能と連続した細胞継代が可能であることが示され

1）PαS細胞：骨髄において同定されたin vivoにているだけであり、移植などによるin vivoにおおいて自己複製能と多分化能という“幹細胞”の基ける組織再構築能や自己複製能が示されていな準を満 た す 最 初 の 間 葉 系ストローマ 細 胞 は、い。第二として、異なる組織で同定された間葉Platelet-derived growth factor receptor

系幹細胞はそれぞれ異なった細胞表面抗原や遺（PDGFR）αを発現するPDGFRα Sca-1 （PαS）

伝子を発現し、同じ組織から単離された間葉系細胞である［11］。PαS細胞はPDGFRα、CD105、幹細胞であっても、培養条件や細胞継代の回数

CD51 陽性であり、骨髄の細動脈周囲に局在すの違いによって、その表現型が変化することがるが、造血幹細胞の局在に関与する CXCL12 のあり、研究者・論文毎に結果が食い違うことが発現は認められない。しかしながら、移植する多い。このような問題点も踏まえ、これ以降は、ことによって骨髄の CXCL12 発現細胞に分化す

間葉系幹細胞という用語は用いず、間葉系ストることから、前駆細胞として造血幹細胞ニッチ

ローマ細胞という用語を用いる。の形成に関与している可能性が示唆されてい++る。

［間葉系ストローマ細胞の組織再生ならびに
免疫制御における役割］

2）CAR細胞：CAR（CXCL12-abundant

組織の再生における間葉系ストローマ細胞のreticular）細胞は、その名の通り、造血幹細胞役割についても多くの研究データが発表されての静止期の維持や骨髄への係留に必須のケモカいるが、これらも間葉系ストローマ細胞の静脈インであるCXCL12を高発現する間葉系細胞と投与を用いた研究が殆どであり、実際に生体内して同定された［15］。CAR細胞はSca-1陰性で間葉系ストローマ細胞が組織修復に関わってで、PDGFR α & β、
VCAM-1、CD44、CD51,レプチいることが証明された例は数少ない［6］。また、ン受容体を高発現しており、in vitroの分化誘導系

免疫制御においては、間葉系ストローマ細胞はで骨芽細胞ならびに脂肪細胞への分化すること

T 細胞の活性化、樹状細胞の分化、B 細胞の活から、間葉系前駆細胞と考えられる［14］。さ

性化や増殖、NK細胞の細胞障害活性を抑制し、らに、CAR細胞は造血幹細胞の維持に必須のIL-10 を介した制御性 T 細胞の分化を促すこと

サイトカインであるStem cell factor（SCF）をが報告されている。このような間葉系ストロー高発現することも報告されている［14］。CAR細マ細胞の機能は炎症性サイトカインの発現に影胞は骨髄の洞様血管内皮近傍に局在し［15］、ま響を与えることによって達成されることが明ら

た、ジフテリア毒素でCAR細胞を除去すると骨かになっている［1］。しかしながら、組織再生

髄中の脂肪・骨芽前駆細胞が減少するだけでなと同様、免疫制御機能の研究の殆ども培養した

く造血幹細胞も消失することから［14］、CAR細間葉系ストローマ細胞を移入する実験から導か

胞は骨髄の造血幹細胞ニッチを構成する細胞集れたものであり、生体内の間葉系ストローマ細団と考えられる。

胞が同様な機能を有するかは不明である。
［間葉系ストローマ細胞の骨髄造血における役割］

3）レプチン受容体陽性細胞：レプチン受容体
陽性の血管周囲細胞が、造血幹細胞の静止期の維持に関与する SCF や CXCL12 の骨髄におけ間葉系ストローマ細胞の生体内における機能－ 70 －

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MESENCHYMAL STROMAL CELL: REGULATOR FOR HAMATOPOIESESる主要な供給源であることが明らかになってい与する領域は、白脾髄と辺縁帯から構成されるる［3］。レプチン受容体陽性細胞は PαS 細胞同濾胞を取り囲む赤脾髄である［9］。赤脾髄は洞様、in vitro で間葉由来の 3 系統細胞系列への様血管ならびにその周囲の細網細胞に富んだ領分化能を示し、PDGFRα、CD51 陽性の CFU-F域であり、そこにはマクロファージや赤芽球がを多く含む細胞集団である［16］。レプチン受容局在している。定常状態では造血は骨髄で行わ体陽性細胞において SCF を欠損させると静止れているが、慢性的な貧血や骨髄異形成症候群、期の造血幹細胞が消失し、また、CXCL12 を欠白血病、リンパ腫などの造血疾患などで骨髄造損させると造血幹細胞が骨髄から末梢に移動す血障害が起こった場合、赤脾髄領域の増加を伴ることから、骨髄の造血幹細胞ニッチに必須のう脾臓サイズの急激な増加（脾腫）が観察され細胞集団であることが明らかになっている［16］。

る。このストレス造血時には、図１に示すよう

AND POTENTIAL APPLICATION［造血組織としての脾臓と間葉系ストローマ細胞］に、赤血球系前駆細胞や造血幹細胞が骨髄から脾臓に移動し、赤脾髄で赤血球造血や骨髄球造

脾臓は老化赤血球の除去や骨髄障害時の髄外血を伴う髄外造血が起こる［9］。髄外造血は脾造血、免疫応答の場として機能する臓器であり、臓以外に肝臓などの胎仔期に造血の場であった

赤脾髄、白脾髄、辺縁帯という異なる機能をも臓器でも起こるが、生体では脾臓が髄外造血のつ領域から構成されているが［10］、造血に関主要な場となる。生体脾臓の微小環境を構成す

図１ 定常状態における骨髄造血と造血疾患における脾臓での髄外造血
HSC; 造血幹細胞, MPP; 多能性前駆細胞, CLP; リンパ球性共通前駆細胞, CMP; 骨髄球性共通前駆細胞, GMP; 顆粒球・マクロファージ系前駆細胞, MEP; 巨核球・赤芽球系前駆細胞－ 71 －

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間葉系ストローマ細胞による造血制御とその応用る間葉系ストローマ細胞については、白脾髄のら大量に増殖させる培養系は存在しない。近年、

T 細胞領域に局在する線維性細網細胞、B 細胞

生体内で骨・骨髄様構造を形成させ、それをin領域に局在する濾胞樹状細胞、辺縁帯を構成す

vitro で培養することで造血系を再現するシスる辺縁帯細網細胞などの成熟間葉系細胞の免疫テムの開発が行われているが、このシステムで応答における機能についての理解が進んでいる

は量的制限があり、硬組織である骨を用いる観

一方、赤脾髄に局在し造血に関与する間葉系ス点からも現実的ではない。骨内腔に存在する骨トローマ細胞の詳細な性状や機能については未髄間葉系ストローマ細胞を大量に採取・調製す解明なままである。

るのが困難であるのに比べ、脾臓間葉系ストローマ細胞の採取・調製は安易であり、脾臓の［髄外造血への脾臓間葉系ストローマ細胞の関与］髄外造血ニッチの細胞学的性状が明らかになれ

我々は、脾臓の器官形成に必須の転写因子でば、それを用いて骨髄に代わる造血幹細胞の大あるTlx1の発現を指標にして、脾臓間葉系細胞量培養システムが構築できる可能性がある。さの発生、分化ならびに機能について研究を行っらに、このようなシステムが確立されれば、造ている。現在までに、1）Tlx1 発現細胞は脾臓血ニッチも含んだ形での薬物の造血系に対するの中心動脈周囲の血管周皮細胞ならびに濾胞周毒性や効能を評価するシステムとして有望であ囲の赤脾髄領域に局在し、線維性細網細胞、濾るだけでなく、新規造血剤のハイスループット

胞樹状細胞、辺縁帯細網細胞などの成熟間葉系スクリーニングシステムとしても応用できる可細胞とは異なった細胞集団であること［13］、2）能性がある。今後、造血幹細胞の維持や機能に成体Tlx1発現細胞は、線維性細網細胞、濾胞樹関わる間葉系ストローマ細胞の骨髄と脾臓にお状細胞、辺縁帯細網細胞などの成熟間葉系細胞ける共通性と特殊性を明確にし、造血ニッチとに分化する能力を有すること、3）PDGFRα、して機能しえる微小環境構成要素の共通原理をCD105、Sca-1 などの骨髄間葉系ストローマ細解明していくことで、上述したような応用展開胞と類似した表面マーカーを発現し、脂肪細胞、に繋げていきたいと考えている。

骨芽細胞ならびに軟骨芽細胞への分化能を有す
ること、などから、Tlx1発現細胞は脾臓間葉系ストローマ細胞であることを明らかにしてきた。脾臓の傍瀘胞領域には少ないながらも造血幹細胞が局在することが報告されていることから［8］、脾臓における造血ニッチとTlx1発現細胞の関連について検討したところ、Tlx1 発現細胞は造血幹細胞の局在ならびに維持に関与するCXCL12およびSCFを高発現しており、それら細胞にTlx1 を過剰発現させると、骨髄および末梢血では血液細胞の変化は認められなかったが、脾臓において造血幹・前駆細胞の増加を伴う赤血球ならびに骨髄球形造血の亢進が観察され、Tlx1発現細胞は、ストレス造血時の脾臓における髄外造血ニッチとして機能する可能性が強く示唆される。
［今後の展望］
骨髄異形成症候群、免疫不全ならびに凝固異常などの造血系疾患の治療には、造血幹細胞の移植が必要であるが、現状では造血幹細胞をその機能（自己複製能、多分化能）を維持しなが［引用文献］［1］ B e r n a r d o , M . E . a n d F i b b e , W . E . 2 0 1 3 .
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５巻２号 2016

間葉系ストローマ細胞による造血制御とその応用

Mesenchymal stromal cells:a regulator for hematopoiesis and its potential application
Ryo Goitsuka
Division of Development and Aging, Research Institute for Biomedical Sciences, Tokyo University of Science,
2669 Yamazaki, Noda, Chiba 278-0022
TEL：+81-4-7121-4102 FAX：+81-4-7121-4103
E-mail：ryogoi@rs.tus.ac.jp

Abstract
Extramedullary hematopoiesis refers to the differentiation of hematopoietic stem/progenitor
cells（HSPCs）outside the bone marrow, which occurs in the spleen as well as in the liver, usually inassociation with pathophysiological conditions, such as myelofibrosis, hemolytic anemia and bacterial
infections. Compared to the accumulating knowledge on the mesenchymal stromal cells（MSCs）
constituting the niche for intramedullary hematopoiesis, almost nothing is known about MSCs in theextramedullary niche for hematopoiesis. We have demonstrated that perifollicular MSCs
phenotypically resembling mesenchymal progenitors in the postnatal spleen express a transcription
factor Tlx1 that is essential for spleen organogenesis. Here we summarize the properties andfunctions of MSCs supporting the maintenance of the HSPCs in the bone marrow and spleen, andfurther discuss the potential application of MSCs derived from the postnatal spleen to the therapy ofhematological diseases.
Key words: Mesenchymal stromal cells, extramedullary hematopoiesis, spleen, Microenvironment,niche－ 74 －