IMMUNOLOGICAL CROSSTALK WITH GUT ENVIRONMENTAL FACTORSThe Journal of Farm Animal in Infectious Disease
Vol.4 No.2 2015

総FOR THE DEVELOPMENT OF MUCOSAL VACCINE AND IMMUNOTHERAPY説

腸管での多元的免疫ネットワークを介した生体防御と疾患
細見晃司 1） 國澤純 1-4）

1）国立研究開発法人 医薬基盤・健康・栄養研究所 ワクチンマテリアルプロジェクト
2）東京大学 医科学研究所

炎症免疫学分野・国際粘膜ワクチン開発研究センター

3）大阪大学大学院 医学系研究科・薬学研究科・歯学研究科
4）神戸大学大学院 医学研究科
連絡担当者：國澤純（国立研究開発法人 医薬基盤・健康・栄養研究所 ワクチンマテリアルプロジェクト）〒 567-0085 大阪府茨木市彩都あさぎ 7-6-8
Tel：+81-72-641-9871

Fax：+81-72-641-9872

E-mail：kunisawa@nibiohn.go.jp［要約］

体内に存在する免疫細胞のうち半分以上が存在する腸管は、単なる消化・吸収組織としてだけではな
く最大の免疫臓器としても機能している。免疫学的に見ると、腸管は多くの病原体の初発感染部位であると同時に食事や腸内細菌といった有益な異物も存在するユニークな環境にある。この特殊な免疫環境における生体防御と恒常性維持を担うため、腸管免疫システムは多種多様な細胞を備えるのと同時に、生体内や生体外の様々な分子を介し多次元的に制御されている。なかでも最近特に注目されているのが腸内環境因子を介した免疫制御である。代表的な腸内環境因子である腸内細菌叢（腸内フローラ）についてはゲノム解析技術の発展もあり、免疫制御における実体が徐々に明らかになりつつある。また食事や栄養を介した免疫制御についても分子・細胞・個体レベルでのメカニズムが解明されつつある。本稿
では腸内環境を介した免疫制御について著者らが得ている最近の知見も含め紹介したい。
キーワード：アレルギー、腸管免疫、共生細菌、粘膜ワクチン、脂質［生体防御と免疫学的恒常性の維持に働く腸管免疫］

総称される共生細菌も存在する。これら微生物に加え、食事成分の多くも生体にとっては異物

腸管は消化管という名が示す通り食物の消化である。すなわち腸管は生体にとって排除すべと吸収を担う組織である。これらの食物の消化き有害な異物と共生もしくは摂取すべき有益なや吸収に伴う生命活動と共に、病原微生物が侵異物に同時に晒される可能性のある免疫学的に入してくる危険性が生じる。実際にロタウイル

ユニークな環境にある。そのため腸管には、病スやサルモネラといった多くの病原体が腸管を原体を認識・排除することで生体防御を担い、初発感染・病態形成部位としている。さらに腸かつ有益な異物に対しては寛容や無視を示す独管には病原微生物だけではなく腸内フローラと自の免疫システムが備えられている。これらユニークな免疫制御は腸管組織に存在する多種多様な免疫担当細胞が協調的に機能することで確立されている。一方で、腸管免疫系を介した免受理：2015 年 4 月 27 日

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腸管での多元的免疫ネットワークを介した生体防御と疾患

疫学的恒常性の破壊は、炎症性腸疾患や食物アなどに対する点眼・噴霧・飲水投与型ワクチン

レルギーに代表される腸管免疫疾患のリスク因が上市されている（表 1）［12］。粘膜ワクチン子となる。近年の研究から、腸管免疫の発達との特徴としては、①全身免疫・粘膜免疫の双方制御における腸内細菌や食事・栄養成分といっに免疫応答を誘導可能であること、②注射型ワた腸内環境因子の重要性が明らかとなってきクチンと異なり噴霧や経口投与など非侵襲性のた。本稿ではこれら腸内環境因子を介した免疫投与法であること、③注射器、注射針が必要な制御について概説したい。

く、医療廃棄の問題も少ないこと、などが挙げられる。すなわち、粘膜ワクチンは有効性と安［腸管生体防御因子としての分泌型 IgA 抗体］

全性、実用性の面から理想的なワクチンである

様々な新興・再興感染症が世界規模で問題にといえる［12］。

なっており、その中でワクチン開発の重要性が粘膜ワクチンにおいて重要なエフェクター

再認識されている。畜産ワクチンを含む現行の分 子 は IgA 抗 体 で あ る（ 図 1）［12］。 腸 管ワクチンはそのほとんどが注射による接種であ

粘 膜 固 有 層 に は IgA 抗 体 を 産 生 す る 多 く のる（表 1）。注射型ワクチンは脾臓・血液を中形質細胞が観察される。形質細胞から産生さ心とした全身系免疫により体内に侵入してきたれ た IgA 抗 体 は、 上 皮 細 胞 が 発 現 す る poly

病原体そのものや病原体に感染した細胞を排除

immunoglobulin 受容体（pIgR）により管腔にできるが、多くの病原体の初発感染部位である

分泌された後、病原体に結合し生体内への侵入

粘膜面における免疫誘導能には乏しい。一方、を抑制する。さらに病原体が産生する毒素に対抗原を“吸う、飲む”などの方法でワクチン接しては、毒素に結合することでその活性を中和種を行う粘膜ワクチンは、粘膜面での防御シスし病態形成を阻害する。すなわち分泌型 IgA

テムを構築できるということで注目されておは病原体が生体内に侵入する最初のステップ、り、日本においても小児用にロタウイルスに対もしくは病態形成部位で生体防御することがでする経口ワクチンや、鶏用にニューカッスル病

きる機能を有している。

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も、CD11b 陽性 IgA 細胞は強い増殖活性を示［IgA 抗体高産生サブセットの同定］

す細胞サブセットであることが判明した。さら著者らは腸管 IgA 抗体産生細胞を対象にしに経口ワクチンに対する免疫応答を評価したとた解析から、IgA 抗体を高産生する新しいサ

ころ、CD11b 陽性 IgA 細胞は IgA 抗体の産生ブセットを同定した［3］。腸管固有層に存在す能力の高い細胞であることが明らかとなった。

る IgA 陽性細胞を解析したところ、腸管 IgA

上記の結果から、IgA 抗体の産生能力の高細胞は CD11b 分子の発現により二つに分類さい CD11b 陽性 IgA 細胞を誘導することが経口れることが判明した（図 1）。両細胞は共に均

ワクチンの開発における重要な戦略であると考一な形をしており形質細胞としての形態的特徴

え、その誘導メカニズムを解析した。抗生物を示す。また細胞マーカーも両者とも B220 陰質を投与したマウスや無菌マウスにおいては性、CD19 弱陽性、CD138 陽性の形質細胞とし

CD11b 陽性 IgA 細胞の減少が認められたことての表現型を示した。しかしながらマイクロア

から、CD11b 陽性 IgA 細胞は腸内細菌に依存

レイ解析により両細胞の遺伝子レベルでの違して誘導されることが判明した（図 1）［2］。さいを検討したところ、CD11b 陽性 IgA 細胞はらに腸管リンパ組織であるパイエル板のリンパCD11b 陰性 IgA 細胞に比べ、cdc など細胞周組織構造が必要であることも判明した（図 1）。

期に関わる分子の遺伝子発現が高いことが判明

パイエル板は、マウスでは 10 個程度、ヒトでした。また BrdU の取り込みや増殖細胞を標的は数百個小腸に存在している免疫誘導組織であとするシクロフォスファミドを用いた解析からる。マウスにおいてパイエル板は、胎生 13 日

図1

図 1 Alcaligenes を介した免疫制御と IgA 抗体応答
Alcaligenes はパイエル板の上皮細胞層に存在する M 細胞を介してパイエル板に取り込まれた後、樹状細胞に補足される。Alcaligenes は樹状細胞を活性化し、IL-6, BAFF, TGF- βといった IgA 抗体細胞への分化を誘導するサイ
トカインの産生を増強させる。このような免疫環境で IgA 陽性細胞へと分化した B 細胞は、スフィンゴシン 1 リ
ン酸（S1P）依存的に腸管粘膜固有層へ遊走しそこで IgA 抗体を産生する形質細胞へと分化する。腸管粘膜固有層に存在する IgA 産生形質細胞は CD11b の発現の有無により 2 種類のサブセットに分類される。両者は共に形質細胞としての形態的特徴を示すが、CD11b 陽性サブセットは腸内細菌とパイエル板依存的に誘導され、IgA 抗体の産生能力が高いという免疫学的特徴を有する。

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目頃に IL-7 受容体やリンホトキシンなどの分の活性化などの詳細なメカニズムの解明を通じ子を介し組織形成されるが、これらの経路を阻た粘膜ワクチンへの応用に向けた研究を進めて害することで人為的にパイエル板のみを欠損しいる。

たマウスを作製することが出来る［8］。これら［腸管 IgA 抗体を増強できる脂肪酸の同定］

パイエル板欠損マウスを解析したところ、腸管組織において CD11b 陽性 IgA 細胞の減少が認

腸内細菌と並び食事・栄養成分も免疫の発達められた［3］。

や制御に関わる重要な因子であることが知られている。その中で著者らは食用油を始めとする［腸管リンパ組織の内部に共生する

脂質を介した腸管免疫の制御に着目した研究を

Alcaligenes］

進めている。様々な食用油が市販されているが、現在、免疫制御における腸内細菌の役割が注それぞれ構成している脂肪酸の組成が異なる。

目されている。腸内細菌はそのほとんどが難培

そこで脂肪酸組成の異なる様々な食用油を含む

養性であることから従来の培養法による菌の同特殊餌を作製し、その後の IgA 抗体産生を調定方法ではその実体を語ることは困難であった

べたところ、パーム油に IgA 産生増強作用がが、ゲノム情報をもとにした細菌叢解析技術があることが判明した［5］。パーム油はパルミチ

飛躍的に進展したこともあり、腸内細菌の詳細

ン酸を多く含むことを特徴としていることに着が明らかとなってきた。著者らはパイエル板

目し、コントロール油である大豆油にパルミチ

依存的、腸内細菌依存的な IgA 抗体高産生サン酸を加えた餌で飼育したところ、パーム油とブセットに関連した知見として、パイエル板

同様の IgA 産生促進作用がみられたことから、の組織内部に共生する細菌として Alcaligenes

パルミチン酸が IgA 抗体を産生増強する責任を同定している［10］。腸内細菌のゲノム解析

脂肪酸であることが判明した。

から、パイエル板を覆う表層（粘液・上皮層）

パルミチン酸の IgA 抗体産生増強作用としにはセグメント細菌（Segmented filamentousて少なくとも 2 つの異なる経路が存在すること

bacteria: SFB）が最優勢に検出されるのに対を見いだした（図 2）［11］。一つは抗体産生す

し、組織内部には Alcaligenes が優先的に存在る形質細胞に直接作用し抗体産生を増強させる

することが判明した。Alcaligenes はマウスだ経路であり、in vitro において IgA 産生細胞とけではなくサルやヒトのパイエル板においてもパルミチン酸を共培養すると濃度依存的な IgA

検出されるが、絨毛の吸収上皮細胞層の下層に抗体産生増強作用が認められる。第二の経路にあたる粘膜固有層においては全く認められな関し、セリンパルミトイル転移酵素を介したパ

かった［4］。すなわち Alcaligenes は生物種をルミチン酸からスフィンゴ脂質への代謝経路の越えて普遍的にパイエル板組織の内部に選択的関与を提示した（図 2）［5］。後述するスフィに存在する共生細菌であると言える。

ンゴシン 1 リン酸（S1P）を始めとするスフィ

Alcaligenes のパイエル板への取り込みに関

ンゴ脂質は様々な生理機能を持つことが知られして検討を行ったところ、Alcaligenes はパイているが、パルミチン酸増加餌を摂取したマウ

エル板の上皮細胞層に存在する M 細胞と呼スにおいては、大腸における IgA 産生細胞のばれる抗原取り込みに特化した細胞に結合し増加が認められた。セリンパルミトイル転移酵た後、パイエル板に取り込まれ、上皮細胞層素阻害剤を投与したマウスでは IgA 産生細胞の直下に存在する樹状細胞に取り込まれていの増加は認められなかったことから、パルミチ

た（図 1）［11］。そこで Alcaligenes による樹ン酸→スフィンゴ脂質への経路が重要であるこ状細胞への影響を調べたところ、Alcaligenesとが分かる。

は樹状細胞からの IL-6 や TGF-β、BAFF など［腸管 IgA 抗体応答おけるといった IgA 抗体の産生を増強するサイトカ

スフィンゴシン 1 リン酸の役割］

インの産生を促進していた（図 1）。現在、著者らは CD11b 陽性 IgA 細胞との関連も含め、ス フ ィ ン ゴ 脂 質 の 一 つ で あ る S1P は、 ス

Alcaligenes による M 細胞への結合や樹状細胞

フィンゴミエリン→セラミド→スフィンゴシン

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FOR THE DEVELOPMENT OF MUCOSAL VACCINE AND IMMUNOTHERAPY

図2

図 2 食事性パルミチン酸を介した腸管 IgA 抗体の増加
腸管組織に取り込まれたパルミチン酸は IgA 抗体産生細胞に直接的に作用し、IgA 抗体の先生増加を誘導する。
さらにパルミチン酸は大腸においてセリンパルミトイル転移酵素の働きによりスフィンゴ脂質へと代謝・変換されIgA 抗体産生細胞の増殖を誘導する。これら二つの作用によりパルミチン酸を増加させた餌を摂取させたマウスでは腸管 IgA 抗体の増加が認められる。

→ S1P という経路で産生される［6］。また産FTY720 を投与したマウスにおいては、経口ワ生された S1P は、ホスファターゼの作用を受クチンにより誘導されるワクチン抗原特異的分けてスフィンゴシンに戻るか、S1P リアーゼに泌型 IgA 抗体の産生が低下する［1,4,7］。

より不可逆的に分解される。これら産生と分解、代謝のバランスが巧みに制御されることで、生［腸管アレルギーの治療標的としての脂質］

体内には S1P の濃度勾配が形成され、成熟胸S1P は腸管での生体防御に関わる IgA 抗体

腺細胞の胸腺から血中への移行やリンパ球の二の産生だけではなく、腸管でのアレルギー応答

次リンパ組織からの移出を制御している。

にも関わることを見いだした。著者らはニワト

著者らはパイエル板内における B 細胞の分リ卵白アルブミンの投与によりアレルギー性下化過程において、S1P 受容体の発現が変化する

痢を示す食物アレルギーモデルマウスを用い、ことで IgA 陽性細胞のパイエル板内での滞留

アレルギー応答を引き起こす活性化 T 細胞やと移出が制御されていることを見いだした［1］。

マスト細胞が S1P を用いていることを発見しパイエル板組織において、活性化され IgA 陽た。そのため FTY720 を投与したマウスにお性細胞へと分化した B 細胞は S1P 受容体の発いては、病態性 T 細胞とマスト細胞の S1P 依

現を低下させ、リンパ組織内に滞留する。その存的遊走の抑制により、アレルギー性下痢の発後、IgA 陽性形質芽細胞へと分化が進むと S1P症が抑制される［9］。すなわち S1P は腸管ア受容体の発現は回復し、S1P 依存的にパイエル

レルギーの治療標的として有用であると考えら

板から移出し、腸管固有層へ遊走する（図 1）。

れる。

またその他の主要腸管 IgA 産生細胞となる腹さらに著者らは食用油と腸管アレルギーとの腔 B 細胞の腸管への遊走にも S1P が関わって関連に着目し、亜麻仁油に抗アレルギー効果がいる［4,7］。そのため、S1P 受容体のダウンレあることを見いだした［2］。コントロール油でギュレーションを誘導する免疫抑制剤であるある大豆油の代わりに亜麻仁油を含む餌で飼育－ 25 －

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腸管での多元的免疫ネットワークを介した生体防御と疾患したマウスでは、食物アレルギーによる下痢の［引用論文］

発症抑制が認められた。亜麻仁油はω 3 脂肪酸

1.

として知られている α リノレン酸を多く含むことを特徴とするが、食用油中の脂肪酸組成と相関し、亜麻仁油を含む餌で飼育したマウスの腸管組織では α リノレン酸やその代謝物である
EPA、DHA が増加していた。さらにリピドミ
クス技術を用いた脂質代謝物の網羅的な解析か

2.

ら、亜麻仁油を含む餌で飼育したマウスの腸管組織において増加している脂質代謝物として、
EPA の代謝物の一つである 17,18-EpETE を同定した。合成 17,18-EpETE を投与したマウス
でも亜麻仁油を含む餌で飼育した場合と同様のアレルギー性下痢の発症抑制が認められたことから、17,18-EpETE が抗アレルギー活性を担3.

う脂質であると考え、現在、創薬や機能性食品の開発に向けた研究を遂行している［2］。
［おわりに］
近年、様々な解析技術が発達したことにより、今まで曖昧模糊としていた腸内細菌や食事
成分を介した免疫制御の実体が明らかになりつ4.

つある。これら腸内環境因子は腸管に存在する
免疫システムに直接働きかけ、生体防御や恒常性維持に関わっている。またここ数 10 年で患者数が爆発的に増加している免疫疾患における腸内環境因子の関与も確実に存在すると考えら5.

れる。今後は新たに開発・発展してきた技術を免疫学と融合させ、そこから新たな学術的知見を得ると共に、新たな創薬や機能性食品の開発につなげると共に、家畜などに応用し家畜用ワ
クチンや高品質のプレミアム化家畜へと応用す

6.

ることが可能になると期待される。
［謝辞］

7.

本総説中で紹介した内容は、多くの先生方のご指導を受けながら国立研究開発法人

医薬基盤・健康・栄養研究所と東京大学医科学研究所で主に行った研究内容です。本研究に参画して下さっている多くの先生方やスタッフ、学生の8.

皆様、さらに本研究を対象とした支援事業に深謝いたします。

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Vol.4 No.2 2015

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11.

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腸管での多元的免疫ネットワークを介した生体防御と疾患

Immunological crosstalk with gut environmental factors
for the development of mucosal vaccine and immunotherapy
Koji Hosomi1）, Jun Kunisawa1-4）
1）Laboratory of Vaccine Materials, National Institute of Biomedical Innovation, Health and Nutrition
2）Division of Mucosal Immunology International Research and Development Center for Mucosal Vaccines,
The Institute of Medical Science, The University of Tokyo
3）Graduate School of Medicine, Graduate School of Pharmaceutical Sciences, and Graduate School of Dentistry,
Osaka University4）Graduate School of Medicine, Kobe University［Abstract］
Intestinal immune system plays an important role in the maintenance of immunosurveillance
and immunological homeostasis, which is mediated by both endogenous and exogenous factors. As
exogenous factors, accumulating evidence has demonstrated that gut environmental factors suchas commensal bacteria and nutritional materials are critical for the control of intestinal immunity.
Advanced technologies in the genetic analysis of commensal bacteria allow us to understand hostmicrobe interaction in detail in the development and regulation of host immunity. In addition,
molecular and cellular network between host immune system and nutritional molecules（e.g., lipids
and vitamins）is revealed. In this review, we describe the current findings on the unique immune
network in the intestine.
Key words: allergy, commensal bacteria, lipid, Intestinal immunity, mucosal vaccine－ 28 －