皮膚老化・美容に関わる生体内ヒアルロン酸代謝機構の解明
東京慈恵会医科大学病理学講座

下田将之

Hyaluronic acid (HA) is a type of extracellular matrix (ECM) composed of linear glycosaminoglycans, which are present
in tissues and body fluids and are actively involved in tissue formation and homeostasis. The mechanism of hyaluronan
metabolism is of great importance in understanding the tissue microenvironment in pathological tissues. However, thelandscape of the in vivo hyaluronan-degradation system has not yet been elucidated. In this study, we investigated the roleof HYBID (HYaluronan-Binding protein Involved in hyaluronan Depolymerization) that plays a central role in hyaluronandegradation in vivo, and to elucidate the role of the HYBID-HA degradation system in skin and intestinal homeostasis,aging, and biological defense using Hybid-deficient mice. The results of this research are significant in that they may provide
new insights into skin and intestinal homeostasis, aging, and biological defense, contributing to the search for new anti-aging
and anti-inflammatory drugs focusing on the HYBID-HA degradation system.

1．緒など問題点も多く、これまで生体内 HA 代謝系の全貌は不言明であった。申請者所属の研究室では、本仮説に代わる生ヒアルロン酸（Hyaluronic acid =HA）は、グリコサミノ

体内 HA 分解に中心的役割を果たす新規糖鎖分解酵素としグリカンからなる細胞外マトリックスの一種で、組織や体て HYaluronan-Binding protein Involved in hyaluronan

液中に存在し、組織形成や恒常性維持に重要な役割を担っDepolymerization（HYBID; 別名 KIAA 1199）を世界に先駆ている。高分子量 HA は皮膚、硝子体、関節滑液、軟骨組けて見出し、皮膚線維芽細胞および変形性関節症の滑膜線織などに高濃度で含まれており、皮膚では老化に伴う HA

維芽細胞で HA 分解に必須であることを実証した 1）。さらの合成低下および分解による低分子化がシワやたるみの形に、代表研究者が中心となって Hybid 遺伝子欠損マウスの成と深く関連していることが報告されている。また、低分開発に成功し、骨端板での高分子 HA 蓄積により VEGF 誘子化した HA は種々のシグナルカスケードを惹起して血管導性血管新生が抑制されることを示すとともに 2）（図 1）、新生や炎症を促進することが知られていることから、皮膚

ヒト変形性関節症での関節軟骨では TNF-α で過剰発現し組織における HA 代謝メカニズムの解明は高齢者の皮膚健た HYBID が関節軟骨 HA 分解に関わることを証明してき康維持・美容・老化防止において必須と考えられるものの、た 3）。Hybid 遺伝子欠損マウスでの実験では、HA が海馬生体内における HA 分解機構の詳細なメカニズムについてにおける神経幹細胞維持に重要であり、HA 代謝異常で記は十分解明されていないのが現状である。

憶障害が出現することも明らかにしており 4 , 5）、これらのデ本研究テーマである HA 代謝研究は歴史が古く、ヒトでータは HYBID が生体内での高分子 HA 分解に深く関与しは こ れ ま で に 6 つ の HA 分 解 酵 素（ 様 ）遺 伝 子（HYAL 1ている可能性を示唆している。また、共同研究者の岡田ら（hyaluronidase 1），HYAL 2 , HYAL 3 , HYAL 4 , HYALP 1 ,SPAM 1）が見出されている。現在までに提唱されている
HA 分解仮説モデルとして，CD 44（HA 受容体）と 2 種類の HA 分解酵素（HYAL 1 および HYAL 2）が共同的に働くという CD 44 /HYAL 1 /HAYL 2 -HA 分解仮説が有力であるが、CD 44 /HYAL 2 /HYAL 1 -HA 分解系は線維芽細胞
では十分機能しないほか、Hyal 1 あるいは Hyal 2 遺伝子欠損マウスでは組織での顕著な HA の蓄積が認められない

Involvement of hyaluronic acid metabolism in skin aging and cosmetics
Masayuki Shimoda
Department of Pathology, The Jikei
University School of Medicine− 115 −

図1

コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023

は光老化皮膚シワ形成に真皮での HYBID 発現亢進によるHA 分解・減少が重要であることを示しているとともに

6 , 7）、③HYBID-HA 分解系を標的とした抗皮膚老化薬の探
索：

早老症の一つである Werner 症候群の患者皮膚線維芽細胞

本項目では、これまで同定した数種の HYBID 阻害候補

は HYBID を高発現し、HA を低分子化し、血中や尿中に物質を用いて、DSS 誘導性腸炎に対する薬効を評価した。

低分子化 HA が高濃度で蓄積することから

8 , 9）、HYBID に

具体的には、DSS 投与中の野生型マウスに HYBID 阻害候よる HA 分解が皮膚を含む生体内での老化機序に深く関わ補物質を持続的に経肛門投与し、体重減少の改善および腸っていることが推測される。

管内 HA 蓄積量を比較・検討した。

本研究では、Hybid 遺伝子欠損マウスを用いて、皮膚の３．結恒常性維持・美容や老化現象に関わる HYBID-HA 分解系

果

未だ十分に解明されていない皮膚の恒常性維持・美容・老①Hybid遺伝子欠損マウスを用いた加齢と皮膚表現型およびHA代謝解析：化現象の理解に新知見を提供するとともに、HYBID-HA

生後早期の幼若 Hybid 遺伝子欠損マウスでは、皮膚真皮分解系に着目したこれまでとは異なるアプローチによる新内に高分子 HA 蓄積増加が見られる（図 2）。また、これましい皮膚老化防止医薬の探索、コスメトロジーの進歩・発での実験では、野生型と Hybid 遺伝子欠損マウスの寿命に展、さらには国民の健康維持・増進に貢献する可能性があは大きな差は見られないものの、加齢に伴いマウスの皮膚る点で研究意義があると考えている。

形状や体重に違いが見られ、組織学的に皮下組織内 HAの役割を明らかにすることを目的とする。本研究成果は、

２．方代謝と脂肪生成との関連を見出し、さらに研究を継続して法いる。

損マウスを用いた加齢と皮膚表現型および HA 代謝解析」、②HYBID-HA分解-脂肪細胞分化制御と生体防御作用機序の解析：

Ⅱ「皮膚老化における HYBID-HA 分解系を介した皮下脂野生型および Hybid 遺伝子欠損マウスを用いて、上皮バ肪生成制御の解析」、Ⅲ「HYBID-HA 分解系を標的としたリア破綻をきたす黄色ブドウ球菌表皮感染モデルを用いた皮膚恒常性維持・抗皮膚老化薬の探索」を立てて、計画を解析では、HYBID-HA 分解系が脂肪細胞分化を制御し細遂行している。

菌感染防御に関わることを報告した 10）。一方、ヒト潰瘍①Hybid遺伝子欠損マウスを用いた加齢と皮膚表現型およびHA代謝解析：性大腸炎のマウスモデルである DSS 誘導性大腸炎モデル

本研究では、以下の３主要研究項目 Ⅰ「Hybid 遺伝子欠を用いた解析では、Hybid 遺伝子欠損マウスは野生型マウ

本項目では、幼若・高齢 Hybid 遺伝子欠損マウスの皮膚スと比較して体重減少が軽度であるとともに、生存率の改形状やその組織学的な形態変化を明らかにするとともに、善傾向が認められた。組織学的解析では、Hybid 遺伝子欠皮膚老化に関わる各種遺伝子発現解析を行い、HYBID と損マウスにおいても大腸に潰瘍性病変が見られたものの、皮膚老化との関連を解析した。また、免疫染色法などを用腸管組織内の HA 蓄積量の増加や炎症細胞浸潤数に変化がいて、HYBID 発現細胞の同定や HA 沈着部局在解析を行った。また、老化では皮下組織の菲薄化や皮下脂肪の減少が見られ、たるみが生じることが知られているが、高齢Hybid 遺伝子欠損マウスでの皮下組織内 HA 代謝と脂肪生成との関連について解析を行った。

②HYBID-HA分解-脂肪細胞分化制御と生体防御作
用機序の解析：
本項目では、野生型および Hybid 遺伝子欠損マウスを用いて、上皮バリア破綻をきたす黄色ブドウ球菌表皮感染モデルあるいは DSS 大腸炎モデルを作製し、炎症の重症度、皮下組織あるいは粘膜下層の脂肪組織変化や上皮バリア機能等を比較・検討した。また、炎症組織中の HA 量・分子量を ELISA や HPLC 法を用いて解析するとともに、免疫染色法や real-time PCR 法を用いて、HYBID-HA 分解系による脂肪細胞分化制御と生体防御機序との関連を検討した。
図2− 116 −幼若マウスの皮膚皮膚老化・美容に関わる生体内ヒアルロン酸代謝機構の解明認められた。また、高分子蛍光標識デキストラン（FITC-出すとともに、上皮バリア破綻をきたす黄色ブドウ球菌表Dextran）の腸管から血中へのトランスロケーションを用

皮感染モデルを用いて、HYBID-HA 分解系が脂肪細胞分いた腸管透過性評価では、Hybid 遺伝子欠損マウスでは化を制御し細菌感染防御に関わることを明らかにした。ま

DSS投与後も上皮細胞障害および腸管バリア破綻が抑制さた、ヒト潰瘍性大腸炎のマウスモデルである DSS 誘導性れていることが示された。さらに、DSS 誘導性大腸炎組織大腸炎モデルおよびヒト潰瘍性大腸炎手術検体を用いて、およびヒト潰瘍性大腸炎手術検体を用いた組織学的な検討

HYBID-HA 分解系が大腸炎進展に寄与することを見出しから、HYBID は主に間質細胞に発現していることを見出た。腸管内脂肪組織代謝変化が大腸炎の進展や腸内細菌叢した。Hybid 遺伝子欠損マウスおよび野生型マウスより間変化に影響を与えている可能性も考えられる。一部の質細胞を単離・培養し、ゲル濾過カラムを用いて培養上清HYBID阻害候補物質が DSS 誘導性大腸炎マウスモデルに中の HA 蓄積量・分子量を解析すると、Hybid 遺伝子欠損おける体重減少の改善および腸管内 HA 蓄積量の増加傾向

間質細胞ではより高分子量 HA が培養上清中に蓄積してを誘導することから、本物質は抗炎症性作用を有しているいる傾向が認められた。以上の結果から、HYBID-HA 代可能性が考えられる。今後さらに詳細な解析を進めていく

謝系が大腸炎の進展に寄与している可能性が示唆された。

予定である。

③HYBID-HA分解系を標的とした抗皮膚老化薬の探索：

現在高分子 HA は変形性関節症治療薬剤、皮膚シワ改善

本項目では、HYBID 阻害候補物質の DSS 誘導性腸炎に用注射剤などとして実用化されており、細胞外マトリック対する薬効を評価した。DSS 投与中の野生型マウスに数種ス成分の中では実用化に成功した分野である。従って、生の HYBID 阻害候補物質を持続的に経肛門投与し比較・検理的・病的状態において多岐にわたる作用を発揮すること討したところ、一部の植物抽出物に関して、コントロールが示唆される HYBID-HA 分解系機構の解明は、生理的現マウスと比べて、体重減少の改善および腸管内 HA 蓄積量

象のみならず、炎症や癌を含めた様々な疾患の治療や予防の増加傾向が認められた。今後、さらに HYBID 阻害候補に役立つ可能性があると考えられる。今回見出した in物質を野生型マウス皮膚に定期的に塗布後皮膚形状やそのvivo における HYBID 阻害候補物質に関しても、HA 分解

組織学的な形態変化などを解析し、皮膚のシワ・たるみ形が関わる炎症や老化などに対する新規創薬となりうる可能成を抑制する予防的な抗皮膚老化医薬としての可能性を検性がある。生理的・病的組織での HYBID-HA 分解機序の討する予定である。

解明は、今後様々な分野の疾患の理解にインパクトを与え、４．考HA 代謝制御に基づく治療法開発の基礎的データとなりう察る可能性があると考えている。

HA は、グリコサミノグリカンからなる ECM の一種で、５．総組織や体液中に存在し、組織形成や恒常性維持に深く関わ括っている。近年 ECM の分解産物が腫瘍進展などに関わる皮膚真皮の主要な細胞外マトリックス成分である HA は、分子として注目されており、低分子 HA はその代表的分子

その優れた保水性・粘弾性・膨潤性や生体適合性（安全性）として知られている。ハダカデバネズミにおいて高分子の高さが注目され，化粧品だけでなく，変形性膝関節症やHA は発がん抑制に関与する一方で、低分子化した HA は肩関節周囲炎の治療を目的とした関節内注射薬、内視鏡的種々のシグナルカスケードを惹起して血管新生や炎症を促

粘膜下組織切除術時の粘膜隆起剤、白内障手術補助剤にも進することが知られており、生体内における HA 産生・分応用されている。また、シワの改善やリフトアップを目的

解は組織内微小環境を理解する上で非常に重要と考えられとした HA 注入が美容医療分野でも広く実施されているこる。近年研究代表者所属の研究室では HA 分解に中心的役とから，近年その知名度は老若男女を問わず高まっており、

1）割を果たす新規糖鎖分解酵素として HYBID を同定し 、細胞外マトリックス成分の中でも大きく実用化に成功した研究代表者が中心となって Hybid 遺伝子欠損マウスの作製分野といえる。しかしながら，HA の生体内での代謝機構に成功した。Hybid 遺伝子欠損マウスは外見上の大きな異は今なお神秘のベールに包まれており，基本的な HA の分常は示さないものの、長管骨の骨端板肥大軟骨層延長や記解を担う分子実体すら十分に明らかにされていないのが現憶障害をきたし、そのメカニズムとして、HYBID が生体状である。近年申請者らが明らかにした HYBID が司る新内での HA 代謝において中心的な役割を果たしている可能規の生体内ヒアルロン酸分解機構はこれまで立ち遅れてい2）性を見出している 。さらに、近年 Hybid 遺伝子欠損マウ

た HA 分解研究の急展開を引き起こす可能性が十分に考えスを用いて、マウス変形性関節症モデルの作製・検討を行られる。従って、我々が独自に解析を進めている HYBID-い、HYBID が関節軟骨破壊における HA 分解に関わるこ

HA 分解機構解明は HA 研究分野で注目されているきわめ11）。本研究では、高齢 Hybid 遺伝子欠て重要な課題であり、阻害剤探索・開発研究はなお挑戦的

損マウスでの皮下組織内 HA 代謝と脂肪生成との関連を見研究ではあるが、成功すれば基礎・臨床医学研究に留まらとを証明してきた− 117 −コスメトロジー研究報告 Vol. 31, 2023

ず、コスメトロジーへのインパクトも大きいと考えられる。

5） Yoshino Y., Shimazawa M., Nakamura S., Inoue S.,

また、生理的・病的状態において多岐にわたる作用を発揮

Yoshida H., Shimoda M., Okada Y., Hara H. Targeted

することが示唆される HYBID-HA 分解系機構の解明は、deletion of HYBID（hyaluronan binding protein in-

皮膚の健康維持・老化防止のみならず、生活習慣に関連しvolved in hyaluronan depolymerization/KIAA1199/

た癌、関節疾患、神経疾患などの様々な疾患の治療や予防

CEMIP）decreases dendritic spine density in the den-に役立つ可能性があると考えられる。今回の研究において、tate gyrus through hyaluronan accumulation. Biochem一部の植物抽出物が腸炎における HA 代謝を制御する可能Biophys Res Commun 503: 1934-1940, 2018.

性を見出したことから、今後皮膚老化を予防する新規医薬

6） Yoshida H, Nagaoka A, Komiya A, Aoki M, Nakamu-となりうるかについても検証を行い、皮膚のシワ・たるみ

ra S, Morikawa T, Ohtsuki R, Sayo T, Okada Y, Taka-

形成を抑制しうる新たな抗皮膚老化薬・化粧品としての可hashi Y. Reduction of hyaluronan and increased ex-

能性を検討したいと考えている。

pression of HYBID（alias CEMIP and KIAA1199）
correlate with clinical symptoms in photoaged skin. Br（引用文献）J Dermatol 179: 136-144, 2018.

1） Yoshida H, Nagaoka A, Kusaka-Kikushima A, et al.

7） Yoshida H., Komiya A., Ohtsuki R., Kusaka-Kikushi-

KIAA1199, a deafness gene of unknown function, is ama A., Sakai S., Kawabata K., Kobayashi M., Nakamura

new hyaluronan binding protein involved in hyaluro-S., Nagaoka A., Sayo T., et al. Relationship of hyaluro-nan depolymerization. Proc Natl Acad Sci USA 110:nan and HYBID（KIAA1199）expression with rough-612-5617, 2013.

ness parameters of photoaged skin in Caucasian wom-2） Shimoda M, Yoshida H, Mizuno S, et al. Hyaluronanen. Skin Res Technol 24: 562-569, 2018.

binding protein involved in hyaluronan depolymeriza-8） Michishita E, Garcés G, Barrett JC, Horikawa I. Up-tion controls endochondral ossification through hyal-regulation of the KIAA1199 gene is associated withuronan metabolism. Am J Pathol 187:1162-1176, 2017.

cellular mortality. Cancer Lett 239: 71-77, 2006.

3） Shimizu H, Shimoda M, Mochizuki S, et al. Hyaluro-9） T Nakamura, et al., Hyaluronate synthesized by cul-nan-binding protein involved in hyaluronan depolymer-

tured skin fibroblasts derived from patients with Wer-ization is up-regulated and involved in hyaluronan deg-ner’s syndrome. Biochim Biophys Acta 1139, 84-90,

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10）Dokoshi T, Zhang LJ, Li F, Nakatsuji T, et al. Hyal-

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4） Yoshino Y, Ishisaka M, Tsuruma K, Shimazawa M,

uronan degradation by cemip regulates host defense

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