Official Journal of
The Japan Society
for Biomedical Gerontology

ISSN 0912-8921

46
No.1
2022

基礎老化研究特集企画 「高齢者の感染症リスク理解のための基礎老化研究～糖鎖と免疫システム～」
特集企画
総

説

総

説

総

説

総

説

奨励賞受賞者
研究トピックス ●奨励賞受賞者
研究トピックス ●奨励賞受賞者
研究トピックス ●奨励賞受賞者
研究トピックス ●市民フォーラム・
シンポジウム報告 ●学会見聞録 ●
学会見聞録 ●

「高齢者の感染症リスク理解のための基礎老化研究～糖鎖と免疫システム～」
C型レクチン受容体の多彩なリガンド認識機構の構造基盤
長江 雅倫、山﨑 晶
腸管上皮細胞が発現する糖鎖を介した腸管恒常性制御機構
後藤 義幸
糖鎖と幹細胞システムから紐解く皮膚老化
佐田 亜衣子細胞老化と糖鎖佐々木 紀彦
上喉頭神経への慢性電気刺激は骨粗鬆症モデルラットの骨密度減少を部分的に抑制する
飯村 佳織、渡辺 信博、堀田 晴美
呼吸鎖超複合体形成による骨格筋のミトコンドリア機能調節とその制御因子
小林 天美
加齢に伴う睡眠変容の制御メカニズム解明にむけて
辻 将吾、佐藤 亜希子
老化細胞の空胞形成を司る分子メカニズムと生理的意義
長野 太輝、鎌田 真司
第2回市民フォーラム・第42回シンポジウム開催奮闘記
嶋本 顕
日本基礎老化学会 第２回市民フォーラム・第42回シンポジウム見聞録
佐藤 綾美
第64回日本神経化学会
木村 展之

日本基礎老化学会 ・ Japan Society for Biomedical Gerontology

基礎老化研究46 巻

第 1 号（2022 年）

日本基礎老化学会会誌
編集委員会委員長： 石井

恭正

東海大学

医学部

〒 259-1193
編集委員会委員：

赤木

一考

富山大学

陽子
孝

富山県富山市杉谷 2630

東京都健康長寿医療センター研究所〒 173-0015

伊藤神奈川県伊勢原市下糟屋１４３

未病研究センター〒 930-0194
板倉

理化学研究所展之環境資源科学研究センター

敬典

至学館大学

理尋

東京都千代田区大手町 1-7-1

健康科学部〒 474-8651
橋本

埼玉県和光市広沢 2 番 1 号

日本医療研究開発機構 ゲノム・データ基盤事業部 医療技術研究開発課〒 100-0004

多田

旭川医科大学信博

栄養科学科

先端医科学講座
旭川市緑が丘東 2 条 1 丁目 1 番 1 号

東京都健康長寿医療センター研究所〒 173-0015

読売新聞ビル 22F

愛知県大府市横根町名高山 55〒 078-8510
渡辺老年病態研究チーム

東京都板橋区栄町３５－２〒 351-0198
木村

分子生命科学

老化脳神経科学研究チーム

東京都板橋区栄町３５－２

BIOMEDICAL GERONTOLOGYvol. 46 No.1 2022

Official Journal of The Japan Society for Biomedical Gerontology
Editor-in Chief:

Takamasa Ishii Department of Molecular Life Science Tokai University
School of Medicine
143 Shimokasuya, Isehara, Kanagawa 259-1193, JAPAN

Editors:

Kazutaka

Research Center for Pre- disease Science, University of

Akagi

Toyama2630 Sugitani, Toyama-shi, Toyama 930-0194, JAPANMichihiro

Division of Advanced Medical Science, Asahikawa Medical

Hashimoto

University
1-1-1 Midorigaoka Higashi-2-jyo, Asahikawa, Hokkaido
078-8510, JAPANYoko Itakura

Research Team for Geriatric Medicine Tokyo Metropolitan
Institute of Gerontology
35-2 Sakaecho, Itabashi-ku, Tokyo 173-0015, JAPANTakashi Ito

RIKEN Center for Sustainable Resource Science
2-1, Hirosawa, Wako, Saitama, 351-0198, JAPANNobuyuki

Department of Health and Clinical Data, Division ofKimuraData  Sharing and Medical Art, Japan Agency for Medical
Research and Development
22F Yomiuri Shinbun Bldg. 1-7-1 Otemachi, Chiyoda-ku,
Tokyo 100-0004 JAPANHirobumi

Department of Nutrition, Faculty of Wellness, Shigakkan

Tada

University
55, Nakoyama, Yokonemachi, Obu, Aichi 474-8651, JAPANNobuhiro

Aging Neuroscience Research Team Tokyo Metropolitan

WatanabeInstitute of Gerontology
35-2 Sakaecho, Itabashi-ku, Tokyo 173-0015, JAPAN【日本基礎老化学会賛助会員一覧】
下記の諸団体が賛助会員として本学会を支えています。
賛助会員は随時募集しております。事務局にお問い合わせください。
あなたの会社も老化研究を支えてみませんか？入会をお待ちしています。

賛助会員
ココロカ株式会社
小林製薬株式会社
大正製薬株式会社
東洋レヂン株式会社
日本水産株式会社（株）ファンケル総合研究所（50 音順）

広告掲載のご案内

平素より、賛助会員として本学会の活動を支えていただき、心から感謝申し上げます。
さて、当学会では、学会運営の活性化を図るべく、会誌「基礎老化研究」の充実を進めております。
つきましては、賛助会員の皆様の広告掲載を積極的に行っていきたいと考えております。
ご協力を賜りますようお願い申し上げます。
広告掲載の要領は以下の通りとなります。
『基礎老化研究』（年３回）発行（全号掲載可）
広告原稿は doc. pdf. ppt. jpg. tif. 等のファイルで下記の事務局までメールまたは CD-R 等の媒体でお送り下さいますようお願い申し上げます。
〒 100-0003
東京都千代田区一ツ橋

1-1-1

パレスサイドビル 9F( 株 ) 毎日学術フォーラム内（委託）日本基礎老化学会事務局
TEL：03-6267-4550
FAX：03-6267-4555
E-mail：secretariat@jsbmg.jp
また、何かご質問等ございましたら、メールにてご連絡いただけますよう重ねてお願い申し上げます。
今後ともどうぞよろしくお願い申し上げます。
日本基礎老化学会事務局

この雑誌について（投稿される方へ）「基礎老化研究」（Biomedical Gerontology）は日本基礎老化学会の会誌で、基礎老化研究の振興、ならびに知識創造・統合を目的として、さらに社会一般へのアウトリーチ活動の一環として、年３回：１月（１号）、５月（２号・大会号）、９月（３号）に発行される。内容は、本学会員より投稿された、または、本学会員及び編集委員会より依頼を受けた者からの巻頭言、総説（老化理論を含む）、トピックス、原著論文、随筆、書評、その他で構成される。但し、３号には基礎老化学会シンポジウムの抄録も掲載される。会員は簡易冊子体の配布を受け、かつ無料でオンライン版が学会 HP で閲覧できる。
なお、「学会員に幅広く多くの投稿を促したい」との意向を踏まえ、「自由投稿（総説・トピックス・原著論文・学会報告・海外便り・書評・ニュースコメント等）」欄を設ける。

投

稿

規

定

１．全ての原稿の採用については、編集委員会で決定する。総説、トピックス、および原著論文については、編集委員または編集委員会で依頼した審査委員による査読を行う。
２．著者による校正は、初校時に１回行う。その際に投稿内容の大幅な追加や変更は認めないものとする。
３．本誌に掲載された記事の著作権は、日本基礎老化学会に帰属する。但し、自身の著作を使用する場合には、本学会に断り無く自由に使用できる。
４．目次、総説の要旨、およびトピックスの題目は日本基礎老化学会のホームページに掲載される。発行後２年経過した
総説、トピックス等はインターネット上に無料で公開される。
５．総説、トピックス、および原著論文の著者には、該当 PDF ファイルを無料で進呈する。別刷り希望の場合は有料（実費）となるので、投稿・原稿提出時にその旨連絡すること。
６．原稿の執筆に際して、本誌の執筆要領に従うこと。

執

筆

要

領

原稿は全てワードプロセッサーを使用し、横書きで作成する（原稿はデジタルファイルで提出する）。１）第１頁には、原稿の表題、著者名、所属機関、所在地を和文と英文で、また、電話番号、FAX 番号、E-mail アドレスを記載する。著者が複数の場合は、連絡先の著者を明記する。２）第２頁にも初めに、表題、氏名を書き、その後に本文を書く。３）本文に節を設ける場合、１．、２．、３．、・・・を付けて節を示す。以下の項目は１）、２）、３）・・・、a）、b）、c）・・・とする。また、イタリック体、ギリシャ文字、記号が正しく出力されていることに注意する。原稿はテキストファイルまたは MS ワードファイル等で作成したデジタルファイルで提出する（欧語・数字は半角を用いる）。同時に提出する図・表および写真は、PDF、PPT、TIFF、JPEG 形式等のデジタルファイルで提出する。オンライン版はカラー図も受け付ける。
冊子体への印刷は原則、白黒またはグレースケールで行うが、カラー希望の場合は著者の負担とする。図表の挿入部位は本文中に示す。尚、本誌１ページは約 1,600 字に相当する。図の大きさを考慮して、全体の長さを調節すること。原稿（デジタルファイル）は E-mail に添付して送付するか、USB 記憶媒体等で送ることができる。コンピュータファイルについては、印刷所あるいは編集委員会で対応できない場合は、著者に協力を求めることがある。
１．巻頭言（展望） 刷り上がり１頁に収まるようにする。本文の長さは 1,500 字以内（タイトルと氏名を除く）。
２．総説

一つのテーマについて、専門的知識に基づき、関連する多くの研究論文を総括、解説、評価した、所謂ミニレ

ヴュー。
１）本文の長さ：図、表も含めて刷り上がりで６ページ（9,600 字）程度を基本とする。
２）題名：40 字以内とし、内容を的確に表したもので、且つ、読者の興味を引くよう工夫する。
３）要約およびキーワード：要約およびキーワード（５個以内の英語）を必ず付す。要約は日本語（400 字以内）、
およびその英訳（200 words 以内）とする。
４）用語：本文中の用語はなるべく日本語にする。但し、欧語の方が一般的なもの、解りやすい場合は欧語でよい。
外国の人名は原語、地名はカタカナで表記する。
専門術語：それぞれの専門分野の用語集に従う。動植物の学名、遺伝子名などでイタリック体で印刷されるべきものについては、原稿に下線をつけるなどして区別する。
「である」
略語：初出箇所にフルタームの後に括弧で括った略語を記入する。可能なら日本語を入れる。 文体：調とする。
数字・単位：数字はアラビア数字とし、単位は国際単位系を用いる。
５）引用・参考文献：原稿中で引用された文献は、引用文献 と見出しをつけて、論文中に引用した順に番号をつけて表示する。本文中では該当する位置に［］で括って上付き表示する。１つの事柄に複数の論文を引用する場合には［1,5,7］または［2-6］のように記述する。著者名を引用する場合で３名以上の連名の時は、それ以下を“ら”を用いて省略する。雑誌名は、略称（ISO 4）をもちいる。末尾文献リストは引用した順とし、記載は以下の通りとする。未発表論文、私信は末尾文献リストには加えず、本文中の該当する位置に［］で括って表示する。
１．Shimokawa I, Komatsu T, Hayashi N, et al . The life-extending effect of dietary restriction requires
Foxo3 in mice. Aging Cell 14: 707-709, 2015.
２．Roth GS, Ingram DK and Cutler RG. Primate models for dietary restriction research. In:Biological
Effects of Dietary Restriction, edited by Fishbein L. Berlin: Wiley, 1991, p. 193-204.
３．仲村賢一 , 下村－泉山七生貴 , 田久保海誉 ヒト組織の加齢に伴うテロメア短縮 . 基礎老化研究 24:72-76,
2000.
６）図、表、写真：そのまま印刷できるものに限る（手書きのものは受け付けない）。文献から引用する場合は、引用を明記すると共に、引用の許可が必要な場合には、著者の責任で許可を取っておくこと（許可証のコピーを原稿と共に提出すること）。白黒またはグレースケールが原則だが、オンライン版はカラー図も受け付ける。
７）図、写真にはタイトルと説明文を付ける。
３．トピックス

最近の話題性のある研究（または雑誌記事）の紹介。長さは刷り上がり４頁以内（1,600 - 6,400 字）。

その他は総説に準じる。但し、要旨は不要である。
４．原著論文

基礎老化研究に関連するオリジナル性の高い研究論文。他誌で公表された内容は受け付けない。内容は、要約、目的、方法、結果、考察、引用文献、図表、およびその説明文からなる。その他は総説に準じる。
５．学会報告、海外便り

国内外の学術集会の紹介記事。長さは 1,600 字以内。留学などで滞在しているまたは過去に滞在していた研究室、訪問した研究施設の見聞の紹介記事。
６．書評

最近出版された書籍の紹介。1,600 字以内。

７．原稿の送付およびその他の問い合わせ、下記宛てに E-mail で。
編集委員会：editor@jsbmg.jp

目

次

特集企画「高齢者の感染症リスク理解のための基礎老化研究… ………………………………………………………………………… 1～糖鎖と免疫システム～」
総説
C 型レクチン受容体の多彩なリガンド認識機構の構造基盤
長江

雅倫、山﨑

晶……………………………………………………………………………………… 3-9

総説
腸管上皮細胞が発現する糖鎖を介した腸管恒常性制御機構
後藤 義幸 …………………………………………………………………………………………… 11-15
総説
糖鎖と幹細胞システムから紐解く皮膚老化
佐田 亜衣子 ………………………………………………………………………………………… 17-21
総説
細胞老化と糖鎖佐々木 紀彦 ………………………………………………………………………………………… 23-31
奨励賞受賞者研究トピックス
上喉頭神経への慢性電気刺激は骨粗鬆症モデルラットの骨密度減少を部分的に抑制する
飯村 佳織、渡辺 信博、堀田 晴美 ……………………………………………………………
奨励賞受賞者研究トピックス
呼吸鎖超複合体形成による骨格筋のミトコンドリア機能調節とその制御因子
小林 天美 ……………………………………………………………………………………………
奨励賞受賞者研究トピックス
加齢に伴う睡眠変容の制御メカニズム解明にむけて
辻 将吾、佐藤 亜希子 ……………………………………………………………………………
奨励賞受賞者研究トピックス
老化細胞の空胞形成を司る分子メカニズムと生理的意義
長野 太輝、鎌田 真司 ……………………………………………………………………………

33-36

37-41

43-45

47-49

市民フォーラム・シンポジウム報告
第 2 回市民フォーラム・第 42 回シンポジウム開催奮闘記
嶋本 顕 ……………………………………………………………………………………………… 51-52
学会見聞録
日本基礎老化学会 第２回市民フォーラム・第 42 回シンポジウム見聞録
佐藤 綾美 ………………………………………………………………………………………………… 53
学会見聞録
第 64 回日本神経化学会
木村 展之 ………………………………………………………………………………………………… 55

表紙図の説明：ヒト血管内皮細胞の老化とガングリオシド
ヒト大動脈由来血管内皮細胞では、細胞老化に伴い、ガングリオシドの GM1 が増加する。
増加した GM1 はインスリン受容体に影響を与え、インスリンシグナルの低下を引き起こす。文献 18 より改変して掲載

基礎老化研究 46（1）; 1, 2022

【特集企画】「高齢者の感染症リスク理解のための基礎老化研究～糖鎖と免疫システム～」
高齢者は様々な感染症にかかりやすくなる。例えば、肺炎は高齢者の死亡原因の上位に位置する疾患で、年齢を追うごとに死亡原因に占める割合が増加する（厚生労働省 平成 30 年人口動態統計年報）。
若い世代（青年期～壮年期）においては比較的深刻とならない感染症においても、高齢者にとっては重大な問題を引き起こすことがしばしば報告されている。その要因として、加齢に伴う免疫システムの脆弱化に加え、身体を構築する１つ１つの細胞や細胞表層分子の加齢変化を見過ごすことはできない。昨今の COVID-19 のパンデミックにおいて、高齢者ならびに基礎疾患を有する人で感染症が重篤化しやすい理由にはどのような生物学的変化が考えられるのか、また、どのような治療法が有効となるのかは、多くの人にとって関心のある問題である。その解明に迫るべく、感染の標的となる細胞およびその制御システムについて、基礎研究の視点から理解を深める必要がある。
本特集号では、免疫システムと非常に関わりの深い糖鎖分野に重点を置き、様々な観点から細胞の老化および免疫システムに関する専門家の先生方に最新の知見をご紹介頂いた。
長江 雅倫先生、山﨑 晶先生（大阪大学微生物病研究所）には、免疫受容体の観点から免疫応答に関わる様々な受容体のリガンド（糖鎖など）の認識機構についての構造生物学的な知見を解説して頂いた。後藤 義幸先生（千葉大学真菌医学研究センター）には、腸管上皮細胞に発現する糖鎖と腸内微生物の相互作用により生じる感染防御と感染症リスクについてご紹介頂いた。佐田 亜衣子先生（熊本大学国際先端医学研究機構）には、高齢者も含め誰しもが有する幹細胞について、加齢に伴う糖鎖変化に関する最新の知見を概説頂いた。佐々木 紀彦先生（東京都健康長寿医療センター研究所
老年病態研究チーム）には、血管内皮細胞を始めとする各種細胞の老化や疾患に伴う変化に対する糖鎖の機能的役割に関してご紹介頂いた。
老化研究に携わる多くの方々にとって、本企画を通し、糖鎖という着眼点から高齢者においてます
ます重要性を増す免疫・感染症へのリスクについて考える一助になれば幸いである。
特集企画担当編集委員
板倉 陽子
渡辺 信博

－1－

基礎老化研究 46（1）; 3－9, 2022

【総説】

C 型レクチン受容体の多彩なリガンド認識機構の構造基盤
長江

雅倫、山﨑

晶

大阪大学微生物病研究所、免疫学フロンティア研究センター

要約
生物の細胞表面は種に固有の糖鎖修飾によって覆われており、我々の免疫細胞は外来異物に由来する糖鎖および糖脂質を特異的に認識し免疫応答を惹起する。さらに細胞の損傷などによって生じた自己由来の糖鎖および糖脂質も同様に我々の免疫細胞によって認識され、免疫応答を引き起こす。C 型レクチン受容体は樹状細胞やマクロファージなどの免疫細胞の表面に発現し、免疫系において病原体や損傷自己由来の特徴的な糖鎖および糖脂質を認識し、サイトカイン産生や貪食などの免疫応答を惹起する。C 型レクチン受容体は小さな C 型レク
チンドメインを介して、糖鎖、糖脂質、脂質、蛋白質、結晶性物質などの多種多様なリガンドを特異的に認識する。
本稿は C 型レクチンドメインに関する多様なリガンド認識機構を構造生物学的な知見を踏まえて解説する。

キーワード：Innate immunity, Pattern Recognition Receptor, C-type lectin receptor,
Ligand recognition
１．はじめに側面も期待される。PRR の免疫応答は加齢と共にダイ

私たちの体の中は、外敵からの侵略に絶えず晒され

ナミックレンジが減少する傾向があり、こうした応答能ているのみならず、内部では絶えず恒常性の破綻の危力の低下が老化による感染症リスクの増大に関与する可機が生じている。これらの内憂外患に立ち向かうのが能性がある［2］。

我々の免疫系である。パターン認識受容体（Pattern

CLR の分子量は約 30kDa と四つの PRR の中で最小

Recognition Receptor, PRR）はミエロイド細胞などにであり、同じ細胞表面で働く TLR（90 ～ 100kDa）と発現し、免疫応答の比較的初期に病原体認識分子パター

比べても圧倒的に小さい。しかし CLR は糖鎖から蛋白ンや損傷認識分子パターンを認識してサイトカインの産質、低分子結晶など多種多様なリガンドを認識し、免疫生やマクロファージによる貪食を促す。

応答から生体内の恒常性の維持まで幅広く活躍する受容PRR は、細胞表面および内腔で働く C 型レクチン受体群として重要な働きをしている［3］。本稿は CLR の巧容 体（C-type lectin receptor, CLR） と Toll 様 受 容 体

みなリガンド認識機構について立体構造の観点から概説（Toll-Like Receptor, TLR）、細胞質で働く NOD 様受容する。

体（NOD-like receptor, NLR）と RIG-I 様受容体（RIG-Ilike receptor, RLR）の大きく４つのファミリーに分類

２．C 型レクチン受容体のシグナル伝達機構［1］。PRR のリガンド認識機構を明らかにするこ

CLR は II 型膜蛋白質であり、N 末端側から細胞内のとは、病原体あるいは損傷自己に対する免疫応答の理解

短いシグナルモチーフ、１回膜貫通ヘリックス、細胞外に重要であり、さらに免疫賦活化剤の開発などの応用的のストーク領域を経て、C 末端側の C 型レクチンドメ

される

インへと繋がる（図 1A）。CLR が細胞外の C 型レクチ
連絡先：長江〒 565-0871

雅倫、山﨑

晶

大阪府吹田市山田丘 3-1

TEL：06-6879-8307
FAX：06-6879-8308

ンドメインを介してリガンドと結合すると、その情報は細胞内へと伝わり免疫応答が開始される。CLR の免疫
応答は細胞内のシグナルモチーフによって規定されており、機能的に抑制性受容体と活性化受容体の２種類に大別される［4］。抑制性受容体は細胞内に Immunoreceptor

E-mail：mnagae@biken.osaka-u.ac.jp

tyrosine-based inhibitory motif（ITIM） と 呼 ば れ る

yamasaki@biken.osaka-u.ac.jp

モチーフを介して、SHP-1 などのチロシンフォスファ

－3－

(A)

C型レクチンドメイン(B)

糖鎖リガンド保存された領域（赤い領域）
受容体ごとに
固有の領域

Ca2+

C

β4
β3

ストーク領域

細胞外領域

Ca2+
Ca2+

β2

細胞質側

N

シグナルモチーフ

α2
β1

ITAM共役型
HemITAM

β5
α1
N
C

ITIM

(C)

ガラクトースマンノース

QPDモチーフEPNモチーフ

Q

E
P

P
D

N

図１ C 型レクチン受容体（CLR）と C 型レクチンドメインの構造（A）CLR のドメイン構造の模式図。細胞内のシグナルモチーフは３種類に大別される。
（B）典型的な C 型レクチンドメインの立体構造として、マンノース結合蛋白質（MBP）と糖鎖と複合体の立体構造を示した。蛋白質をリボン図、カルシウムイオンを球状モデル、糖鎖リガンドをスティックモデルで示した。また N 末端（図中 N）および C 末端（図中 C）、二次構造である２つの α ヘリックス（α1, α2）と５つの β ストランド（β1 ～ β5）をラベルで示した（左側）。右側に MBP の分子表面モデルを示し、カルシウムイオンおよび糖鎖リガンドと結合する高度に保存されたモチーフを赤く着色した。C 型レクチンドメインは保存された領域と固有の領域の両方でリガンドと相互作用することで普遍性と特異性を獲得する。
（C）C 型レクチンドメインの単糖認識機構。糖鎖および認識に関わるアミノ酸側鎖をスティックモデルで、カルシウム
イオンを黄色の球状モデルで示した。糖鎖との相互作用に関わる水素結合と配位結合を点線で示した。認識の中心となる単糖は EPN モチーフ（左側）もしくは QPD モチーフ（右側）と相互作用する。２つのモチーフは水素結合のドナーとアクセプターの位置関係が反対になるため特異性に差異が生じる。

ターゼを介して脱リン酸化のシグナルを伝達する。一B 右）。中心となる単糖は水酸基を介してカルシウムイ

方、活性化受容体は膜貫通領域にエフェクター分子でオンと配位結合し、さらに EPN または QPD モチーフある FcRγ や DAP-12 などの Immunoreceptor tyrosine-と呼ばれる周囲のアミノ酸と水素結合を形成する（図１based activation motif（ITAM）受容体との相互作用部

C）。このモチーフは単糖に対する特異性を決めており、位を持つか（ITAM 共役型）
、細胞質に HemITAM と

一般に EPN モチーフはマンノースやグルコースと結合呼ばれるモチーフを持つ。どちらも Syk などのチロシン

し、QPD モチーフはガラクトースと結合する。周辺のキナーゼを経由してリン酸化のシグナルを伝達する［4］。

糖鎖の認識は CLR ごとに固有のアミノ酸との相互作用

興味深いことに CLR のみならず Siglec などの多くのによって決定されている。

免疫系受容体が ITAM 受容体を共有しており、共通の糖鎖や糖脂質に特異的な CLR はカルシウムイオン依

エフェクター分子を介して細胞内にシグナルを伝達す

存的にリガンドと結合するが、脂質、蛋白質、低分子結る。

晶、核酸などの糖以外のリガンドに特異的な CLR の多
くはカルシウムイオンに対する結合能を失っており、カ３．C 型レクチンドメインの糖鎖認識機構

ルシウムイオン非依存的にリガンドと結合する。

C 型レクチンドメインは 130 ～ 150 アミノ酸残基の小さなドメインであり、多様なリガンド認識を一手に引き

４． 結核菌糖脂質特異的な３つの CLR のリガンド認識機構受けている（図１B）。ドメインの上側には平らな面があり、この平らな面の中心には高度に保存された領域

結核菌に代表される抗酸菌の表面は種々の多糖および（図１B 右）があり、カルシウムイオンを介して糖鎖お糖脂質で幾重にも覆われており、我々の免疫系にとっよび糖脂質リガンドを認識する。（C 型レクチンドメイては難敵であるが幾つかの CLR はこれを検知できる。

ンの“C”はカルシウムの C である。
）CLR は通常２～

本項目では、結核菌糖脂質に特異的な３つの ITAM 共

４残基の糖を認識するが、この認識は「中心となる単糖役 型 活 性 化 CLR、Macrophage-inducible C-type lectinの認識」と「周囲の糖鎖の認識」に分割できる（図１（Mincle）、DC-associated C-type lectin-2（Dectin-2）、－4－

(A) トレハロースCa

2+

Ca2+

TDM

グルコース２グルコース1

Ca2+

E168

R182

V173
V175
P195

N192
E135

グルコース２

D193

F198

(C)

オリゴ
マンノース糖鎖
Ca2+

F197

E176

N
C

(B)

L172

グルコース1

N170

W182

Ca2+
E168

マンノース２

R198

N190

N170

E174

Ca2+

N190

Ca2+

マンノース
E168
S170
Ca2+

IPM2

マンノース1

D191

D191
E174

V192

AcPIM2
I133

Arabinose
MannoseAc2PIM2CN

NC

図２ 結核菌糖脂質特異的な CLR のリガンド認識機構（A）Mincle とトレハロース（Glc α 1-1Glc）との複合体の結晶構造を左側に示した［9］。Mincle をオレンジ色のリボン図、カルシウムイオンを黄色の球状モデル、
トレハロースをスティックモデルで示した。TDM の化学構造を右側に示し、トレハロー
スを赤枠、糖鎖リガンドから伸びるアシル基の方向を青矢印で示した。Mincle とトレハロースの相互作用の詳細を中央左側に示した。トレハロースの２つのグルコース残基と Mincle との水素結合および配位結合を赤の点線で示した。また Mincleのリガンド結合に関与するアミノ酸をラベルし、特に認識特異性に寄与する２残基（E135, R182）を赤色でラベルした。
Mincle の疎水性の溝を中央右側に示した。Mincle を表面モデルで、カルシウムイオンを黄色の球状モデル、トレハロースを
スティックモデルで示した。トレハロース結合部位近傍の疎水性の溝をシアンに着色し、予想されるアシル基の伸長方向を青矢印で示した。
（B）マンノース付加リポアラビノマンナン（ManLAM）の多糖部分の模式図を左側に示し、Dectin-2 の認識部位（Man α
1-2Man）を赤枠でハイライトした。また Dectin-2 とオリゴマンノース糖鎖との複合体の結晶構造を中央に示した［17］。蛋白質を紫色のリボン図、オリゴマンノース糖鎖をスティックモデル、カルシウムイオンを黄色の球状モデルで示した。さらに
Dectin-2 と認識の中心となる２つのマンノース残基（Man α 1-2Man）との相互作用の詳細を右側に示した。Dectin-2 のリガンド結合に関与するアミノ酸をラベルし、特に認識特異性に寄与するアミノ酸（W182, R198）を赤色でラベルした。
（C）DCAR と AcPIM2 の糖鎖部分である IPM2（Man α 1-2PIns α 1-6Man）との複合体の結晶構造を左側に示した［21］。
蛋白質を青色のリボン図で示し、カルシウムイオンを黄色の球状モデル、糖鎖をスティックモデルで示した。DCAR の IPM2
認識の詳細を中央に示し、結合に関与するアミノ酸をスティックモデルで表示し、ラベルした。また AcPIM2 の化学構造を右側に示し、IPM2 の部分を赤枠で示した。予想されるアシル基との相互作用を右下側に示した。AcPIM2 の認識に関与する
アミノ酸（I133）をシアンで着色し、想定されるアシル基の伸長方向を黒矢印で示した。

Dendritic Cell ImmunoActivation Receptor（DCAR）

中央）。興味深いことに TDM のアシル基が伸長する方に焦点を当ててリガンド認識機構をそれぞれ概説する。

向に疎水性アミノ酸が表面に露出した溝が存在していた

Mincle は 結 核 菌 の 細 胞 壁 糖 鎖 の 一 種 で あ る ト レ（図２A 右）。変異体解析や分子動力学シミュレーション

ハ ロ ー ス ジ ミ コ ー ル 酸（Trehalose 6,6-dimycholate,を用いた計算から［11］、Mincle はこの疎水性の溝を介しTDM）を特異的に認識し、炎症性サイトカインを産生てアシル基を認識している可能性が示唆された。Mincle

し肉芽腫の形成を促進する［5,6］。TDM は強力に免疫賦は TDM 以外にも外因性リガンドとしてピロリ菌の外活化作用を持つことから Mincle を標的とした新規ア膜糖脂質であるコレステロール α-D- グルコシド［12］や、ジュバンド化合物の開発が進められている［7］。

内因性リガンドとして糖脂質の一種である β- グルコシ

Mincle の C 型レクチンドメインの結晶構造は複数報

ルセラミド［13］などを認識する。

［8-10］、TDM の糖鎖部位であるトレハロー

CLR は種差が大きく、遺伝子の構成や配列、リガン

ス（Glcα1-1Glc） や 可 溶 性 の TDM ア ナ ロ グ を 用 い て

ドに対する親和性などが生物種ごとに少しずつ異なっリガンド認識機構の解明が進められている。Mincle とている。ヒトとマウスの Mincle を比較すると、全長のトレハロースとの複合体の結晶構造（図２A 左）から、アミノ酸で 64%、C 型レクチンドメインで 71% の配列

Mincle が強固な水素結合のネットワークを介してトレ一致度がある。ヒト Mincle は外因性リガンドとして抗ハロースを認識していることが明らかになった（図２A

酸菌の脂質成分であるグリセロールモノミコール酸［14］、

告されており－5－

内因性リガンドとしてコレステロール結晶などを認識す

2PInsα1-6Man）との複合体の結晶構造から［21］、
IPM2 のる［15］。しかしマウス Mincle はこれらのリガンドに反応２つあるマンノース残基の片方のみが DCAR と結合し、しない。こうした Mincle の生物種依存的なリガンド認

もう片方のマンノースやリン酸化イノシトールは結合し識は進化を反映した種に固有の生存環境が反映されていていなかった（図２C 中央）。このため IPM2 の結合様るのかもしれない。

式だけでは DCAR の AcPIM に対する特異性が説明でDectin-2 は抗酸菌の糖脂質成分であるマンノース付加きなかった。代わりに疎水性のアミノ酸がアシル基の伸

リポアラビノマンナン（ManLAM）を特異的に認識し、長し得る方向に位置しており（図２C 右）、変異体実験

炎症性サイトカインを産生する［16］。ManLAM は、アシから DCAR はマンノースとアシル基の両方を認識する

ル化ホスファチジルイノシトールマンノース（Acylated

ことで AcPIM を見分けている可能性が提唱された。こPhosphatidylinositol Mannoside, AcPIM）を脂質部分との疎水性の溝の位置は Mincle とは異なっており、このして持ち、そこから伸長したアラビノースとマンノース

違いはアシル基の伸長方向の違いを反映していると考えからなる巨大な糖鎖部分を持つのが特徴である（図２

られる。

B 左）
。Dectin-2 の C 型レクチンドメインとオリゴマン
ノースとの複合体の結晶構造が報告され［17］、その構造

５．C 型レクチンドメインの多様なリガンド認識機構［18］

中で Dectin-2 は ManLAM やカンジダなどのマンナン

糖鎖の認識の“肝”は、リガンドの形を模した“ちょにも含まれるマンノース２糖（Manα1-2Man）を強固にうど良い形状”の窪みの中で形成される糖鎖と蛋白質と認識していることが明らかになった（図２B 中央）。この水素結合である。さらに糖脂質の認識においては、糖の認識の特徴は、マンノース２糖の還元末端および非還鎖の認識に加えてアシル基の認識のための疎水的な溝が元末端の両方が開いており、マンノースが直鎖状に重合必要となる。一方、その他のリガンド認識はどうなってしたような長鎖リガンドに対して末端および内部の両方いるのか。

に結合可能である点にある。こうした柔軟な認識様式は

CLR の中には糖鎖とペプチドの両方を認識し、特定ManLAM やマンナンのような巨大な多価リガンドとのの糖蛋白質をリガンドとするものがある。その代表的相互作用に有利であると考えられる［19］。

な例が C-type lectin-like receptor 2（CLEC-2）である。

DCAR は結核菌の外膜を構成する糖脂質の一種のCLEC-2 は HemITAM を持つ活性化 CLR で血小板に発

AcPIM を 認 識 す る CLR で あ り、MCP-1 を 産 生 し て現し、リガンドの結合により血小板凝集を引き起こす。

［20］。DCAR と AcPIM の 糖 鎖 部

CLEC-2 はリンパ管に発現した糖蛋白質、ポドプラニン分であるホスホイノシチドマンノース（IPM2, Manα1-と初期発生時に糖鎖修飾依存的に相互作用し、血管とリ

Th1 応 答 を 誘 導 す る(A)上の面
ポドプラニン

上の面

CLEC-2
ロドサイチン

糖鎖(B)

アクチンフィラメント

CLEC-2アクチンフィラメント

CLEC9A

CLEC9A

図３ CLR の糖鎖以外のリガンド認識機構（A）CLEC-2 とポドプラニンとの複合体構造（左側）およびロドサイチンとの複合体構造（右側）を示した［23］。
CLEC-2 を青色のリボン図で示し、ポドプラニンの蛋白質部分を赤色の表面モデル、糖鎖部分を球状モデルで示した。
またロドサイチンをシアンの表面モデルで示した。２つの図は CLEC-2 の向きを揃えて表示した。
（B）CLEC9A とアクチンフィラメントとの複合体の溶液構造［24］。CLEC9A を緑色のリボン図で、アクチンフィラメ
ント３分子を赤色の表面モデルで示した。１分子の CLEC9A が３分子のアクチンと同時に相互作用している。相互作
用の模式図を右側に示した。

－6－

ンパ管の分離に重要な役割を果たしている［22］。CLEC-2［23］とポドプラニンとの複合体の結晶構造

C-type lectins in immunity and homeostasis. Nat.
Rev. Immunol. 18, 374-389. 2018から、ポドプラニンは CLEC-2 のドメインの横の面で糖鎖とアミノ酸

4.

Del Fresno, C., Iborra, S., Saz-Leal, P., et al .

の両方を介して結合していた（図３A 左）。このようなFlexible Signaling of Myeloid C-Type Lectin

珍しい相互作用様式を取る理由は、糖鎖のみをリガン

Receptors in Immunity and Inflammation. Front

ドとした場合よりも広い接触面積が必要だからかもし

Immunol 9, 804. 2018れない。蛇毒蛋白質であるロドサイチンも CLEC-2 のリ

5.

Ishikawa, E., Ishikawa, T., Morita, Y. S., et al .

ガンドであるが、驚いたことにロドサイチンは糖鎖非Direct recognition of the mycobacterial glycolipid,

依存的に CLEC-2 と結合していた（図３A 右）。２つのtrehalose dimycolate, by C-type lectin Mincle. J
Exp Med 206, 2879-2888. 2009

CLEC-2 リガンドは微妙に位置がずれた、似て非なる結合様式をしており、CLEC-2 の柔軟な認識様式が明らか

6.

Matsunaga, I., and Moody, D. B. Mincle is a longsought receptor for mycobacterial cord factor. Jになった。

Exp Med 206, 2865-2868. 2009

最 後 に CLR が 巨 大 な 蛋 白 質 を 認 識 す る 例 と し て、
CLEC9A とアクチンフィラメントの相互作用を紹介す

7.

Structure and Function. Front Immunol 8, 1662.

る。CLEC9A は HemITAM を持つ活性化 CLR で損傷

2017した細胞などから放出されたアクチンフィラメントを認識する。クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析［24］から、Williams , S . J. Sensing Lipids with Mincle:

8.

Furukawa, A., Kamishikiryo, J., Mori, D., et al .

１分子の CLEC9A が３分子のアクチンと同時に相互作

Structural analysis for glycolipid recognition by

用していることが明らかになった（図３B）。CLEC9A

the C-type lectins Mincle and MCL. Proc Natlは３つのアクチンの界面に生じた溝にはまり込むように

Acad Sci U S A 110, 17438-17443. 2013

相互作用しており、こうした認識様式は C 型レクチン

9.

ドメインのような小さな蛋白質がフィラメント状の巨大分子を認識するのに適したメカニズムであると考えられる。
６．終わりに10.

本稿は自然免疫受容体である CLR のリガンド認識機
構を立体構造の観点から概説した。一部の CLR は新型
コロナウイルス（SARS-CoV-2）の感染を補助するとの報告もあり、リガンド認識機構の解明の重要性は益々高まっている［25］。また尿酸結晶を認識する CLEC12A［26］や、またデングウイルスや日本脳炎ウイルスなどとの相11.

互作用が報告されている CLEC5A［27］など興味深い事例
が幾つも未解明であり、今後の研究の進展が強く待たれる。最近の遺伝子解析から、CLEC5A および CLEC7A（Dectin-1）の遺伝子多型がクローン病と相関すること12.

が報告されるなど、CLR の個体差と疾患や老化との関連に着目した知見が増えつつある［28］。今後、こうした研究は一層増えてくると期待される。
本稿を通して小さな CLR が小さな C 型レクチンドメ

13.

インを如何に駆使して多様なリガンドを区別しているのか、そのメカニズムの面白さが少しでも伝われば幸甚で
ある。
引用文献
1.

14.

Cao, X. Self-regulation and cross-regulation ofpattern-recognition receptor signalling in healthand disease. Nat Rev Immunol 16, 35-50. 2016

2.

Molony, R.D., Malawista, A., and Montgomery,15.

R.R. Reduced dynamic range of antiviral innate
immune responses in aging. Exp. Gerontol. 107,130-135. 20183.

Brown, G.D., Willment, J.A., and Whitehead, L.

16.

－7－

Feinberg, H., Jegouzo, S. A., Rowntree, T. J., etal . Mechanism for recognition of an unusual
mycobacterial glycolipid by the macrophage
receptor mincle. J Biol Chem 288, 28457-28465.
2013
Feinberg, H., Rambaruth, N. D., Jegouzo, S .
A., et al . Binding Sites for Acylated Trehalose
Analogs of Glycolipid Ligands on an Extended
C a rb ohyd rat e Re cog n it ion D om a i n of t he
Macrophage Receptor Mincle. J Biol Chem 291,
21222-21233. 2016
Soldner, C. A., Horn, A. H. C., and Sticht, H.
Interaction of Glycolipids with the Macrophage
Surface Receptor Mincle - a Systematic Molecular
Dynamics Study. Sci Rep 8, 5374. 2018
Nagata, M., Toyonaga, K., Ishikawa, E., et al .
Helicobacter pylori metabolites exacerbate
gastritis through C-type lectin receptors. J Exp
Med 218. 2021
Nagat a , M . , I zum i , Y. , Ish ikawa , E . , et a l .
Intracellular metabolite beta-glucosylceramide
is an endogenous Mincle ligand possessing
immunostimulatory activity. Proc Natl Acad Sci U
S A 114, E3285-E3294. 2017
Hattori, Y., Morita, D., Fujiwara, N., et al . Glycerol
monomycolate is a novel ligand for the human, but
not mouse macrophage inducible C-type lectin,
Mincle. J Biol Chem 289, 15405-15412. 2014
Kiyotake, R., Oh-Hora, M., Ishikawa, E., et al .
Human Mincle Binds to Cholesterol Crystals and
Triggers Innate Immune Responses. J Biol Chem
290, 25322-25332. 2015
Yonekawa , A . , Sa ijo, S . , Hoshino, Y. , et a l .

17.

Dectin-2 is a direct receptor for mannose-capped

23. Nagae, M., Morita-Matsumoto, K., Kato, M., et al .

lipoarabinomannan of mycobacteria. Immunity 41,

A platform of C-type lectin-like receptor CLEC-

402-413. 2014

2 for binding O -glycosylated podoplanin andFeinberg, H., Jegouzo, S. A. F., Rex, M. J., et al .

nonglycosylated rhodocytin. Structure 22, 1711-

Mechanism of pathogen recognition by human18.

1721. 201424. Hanc, P., Fujii, T., Iborra, S., et al . Structure of

dectin-2. J Biol Chem 292, 13402-13414. 2017
I s h i k aw a , T. , It o h , F. , Yo s h id a , S . , et a l .

the Complex of F-Actin and DNGR-1, a C-Type

Identification of distinct ligands for the C-type

Lectin Receptor Involved in Dendritic Cell Cross-lectin receptors Mincle and Dectin-2 in the

Presentation of Dead Cell-Associated Antigens.

pathogenic fungus Malassezia . Cell Host &19.

25. Lempp, F.A., Soriaga, L.B., Montiel-Ruiz, M., etNagae, M., and Yamaguchi, Y. Three-dimensional

al . Lectins enhance SARS-CoV-2 infection andinfluence neutralizing antibodies. Nature 598, 342347. 2021
26. Neumann, K., Castineiras-Vilarino, M., Hockendorf,U., et al . Clec12a is an inhibitory receptor for
uric acid crystals that regulates inflammation in
response to cell death. Immunity 40, 389-399. 2014
27. Sung, P. S . , Chang, W. C. , and Hsieh , S . L .
CLEC5A: A Promiscuous Pattern Recognition
Receptor to Microbes and Beyond. Adv Exp Med
Biol 1204, 57-73. 2020
28. Elleisy, N., Rohde, S., Huth, A., et al . Genetic
association analysis of CLEC5A and CLEC7A
gene single-nucleotide polymorphisms and Crohn’s disease. World J Gastroenterol 26, 2194-2202.
2020

structural aspects of protein-polysaccharide
interactions. Int J Mol Sci 15, 3768-3783. 2014
20. Toyonaga, K., Torigoe, S., Motomura, Y., et al .
C -Type L ect in Receptor DCA R Recog nizes
Mycobacterial Phosphatidyl-Inositol Mannosides
to Promote a Th1 Response during Infection.
Immunity 45, 1245-1257. 201621.

Immunity 42, 839-849. 2015

Microbe 13, 477-488. 2013

Omahdi, Z . , Horikawa , Y. , Nagae, M . , et al .
St r uct u ra l i nsight i nto t he recog n it ion ofpathogen-derived phosphoglycolipids by C-type
lectin receptor DCAR. J Biol Chem 295, 5807-5817.
2020

22. Bertozzi, C. C., Schmaier, A. A., Mericko, P., et al .
Platelets regulate lymphatic vascular development
through CLEC-2-SLP-76 signaling. Blood 116, 661670. 2010－8－

Structural basis for the versatile ligand recognition mechanisms of
C-type lectin receptors

Masamichi Nagae, Sho Yamasaki
Department of Molecular Immunology, Research Institute for Microbial Diseases, and Laboratoryof Molecular Immunology, Immunology Frontier Research Center, Osaka University

Abstract
Bacterial and eukaryotic cells are covered with species-specific glycans. Thus, ourimmune system recognizes these pathogenic glycans and induces immune responses. Also,
the endogenous glycans and glycolipids released from damaged cells are recognized by
our immune system as danger signals, leading to specific responses. C-type lectin receptors（CLRs）express on the surface of immune cells such as dendritic cells and macrophages.
CLRs work as sensors for these immune-reactive glycans and glycolipids and modulate
innate immune responses by producing various cytokines and promoting phagocytosis.
CLRs accept wide range of ligands including glycans, glycolipids, lipids, proteins, andcrystalline substances via small C-type lectin domains.
In this review, we introduced the versatile ligand recognition mechanisms of CLRs fromstructural points of view.

Keywords：Innate immunity, Pattern Recognition Receptor, C-type lectin receptor,
Ligand recognition－9－基礎老化研究 46（1）; 11－15, 2022

【総説】

腸管上皮細胞が発現する糖鎖を介した腸管恒常性制御機構
後藤1

義幸 1, 2

千葉大学 真菌医学研究センター 感染免疫分野 微生物・免疫制御プロジェクト
東京大学 医科学研究所 国際粘膜ワクチン開発研究センター 粘膜共生学分野

2

要約
腸管上皮細胞は、管腔内に存在する無数の微生物に絶えず曝されており、これら微生物の侵入に対する宿主の第一線の防御バリアとして重要な役割を担っている。腸管上皮細胞は細胞表面に多種多様な糖鎖を発現しており、近年の研究から、糖鎖は宿主と微生物間におけるコミュニケーションツールとして機能することが示されている。例えば α1, 2- フコースは、
腸内細菌叢の組成や細菌・真菌・ウイルス感染に対する感受性に影響することが報告されている。興味深いことに、腸管上皮細胞の α1, 2- フコースは、腸内細菌を含む外因性刺激によって一過性に誘導される。その発現誘導・制御には宿主免疫細胞が深く関与しており、腸内細菌、免疫細胞、上皮細胞の三者間相互作用による糖鎖発現・制御機構を明らかにすることで、感染症や炎症性疾患に対する新たな治療戦略の開発に繋がることが期待されている。

キーワード：腸内細菌、上皮細胞、糖鎖、α1, 2- フコース

はじめに生微生物に恒常的に曝されており、宿主はこれら無数の日本では超高齢社会を迎え、COVID-19 をはじめとす

微生物に対して、極めて精緻な多層構造の防御システム

る病原体感染に対して防御機能が低下している高齢者のを備えている。興味深いことに、宿主と微生物間におけ割合が増加しており、社会的に大きな課題となっている。

るクロストークが腸管恒常性の維持に重要であり、なか

高齢者において感染抵抗性が低下する要因として、免疫でも、腸管を覆う上皮細胞層ならびに免疫システムがク細胞の老化により、病原体の排除機能が低下しているこ

ロストークの根幹を形成している［1］。腸管における上とが主たる原因とされているが、感染の成立過程を考え

皮細胞層は、吸収上皮細胞にくわえ粘液産生細胞である

ると、免疫システムのみで説明できるとは限らない。実

杯細胞、抗菌ペプチドを産生するパネート細胞、寄生虫

際、腸管においては、病原性細菌感染に対する防御機構

感染防御に寄与する Tuft 細胞、抗原取り込みに特化しとして、腸内細菌叢、上皮細胞層、免疫システムというた M 細胞、消化管ホルモン産生を行う腸内分泌細胞な多層のバリア構造が互いに相互作用しながら機能しておど、多岐にわたる細胞で構成されており、それらは陰窩り、感染症に対する宿主の抵抗性を理解するためには、部位に存在する上皮幹細胞から分化する［1］。上皮細胞

防御バリアの構成要素を包括的かつ多面的に理解するこは互いに密着結合により連結され、腸管管腔に存在するとが必要となる［1］。

微生物に対し、第一線の物理的な防御バリアとして機能

腸管は病原性大腸菌やノロウイルスに代表される病原性微生物や、乳酸菌や大腸菌を含む常在性細菌などの共するだけでなく、粘液や抗菌ペプチド、ホルモン産生を介した化学的・免疫学的な役割も担っている。
腸管上皮細胞は、その細胞表面に無数の糖鎖を発現し連絡先：後藤ていることが知られており、特に管腔面に発現している義幸

1〒 260-8673

千葉県千葉市中央区亥鼻 1-8-1

2〒 108-8639

東京都港区白金台 4-6-1

TEL：043-226-2490

FAX：043-226-2486

E-mail： y-gotoh@chiba-u.jp

糖鎖は、管腔内に存在する微生物と直接的に対峙、相互作用する特殊な空間的位置関係にある。これまでに、粘膜上皮細胞上に発現する糖鎖には、様々なウイルスや細菌が結合することが知られているが、糖鎖は病原体の受容体として機能するだけでなく、腸内細菌の資化に利用－ 11 －

されるため、細菌叢の恒常性維持にも重要な役割を果た
［2,3］

している

。近年では、上皮細胞が発現する糖鎖にお腸管上皮細胞が発現する α1, 2- フコースと結合し、宿主への感染を成立させることが報告されている［10］。

ける α1, 2- フコースの発現誘導・制御機構の研究が進み、特定の腸内細菌が宿主免疫細胞を介して、上皮細胞のα1, 2- フコース発現を誘導することも見出されているこ腸管上皮細胞における α1, 2- フコース付加

腸管を覆う上皮細胞の糖鎖末端に位置する β ガとにくわえ［4,5］、感染や炎症性疾患など宿主の疾患の発ラ ク ト ー ス は、I 型 お よ び II 型 フ コ ー ス 転 移 酵 素症・制御に深く関係していることが示唆されている［3,6］。

（fucosyltransferase: Fut1 および 2）によって、α1, 2 部

本稿では主として腸管上皮細胞が発現する糖鎖に着目

位にフコース（α1, 2- フコース）が付加される［3］。これし、微生物との相互作用を通した腸管恒常性制御機構にまでに、消化管のみならず泌尿・生殖器の上皮細胞について紹介したい。

も α1, 2- フコースの発現が認められており、特に管腔面における発現が観察される。興味深いことに、腸管腸管上皮細胞が発現する糖鎖と微生物の相互作用

では上皮細胞のサブセットによって、α1, 2- フコースの細胞表面に存在するタンパク質や脂質には、様々な糖付加様式が異なっており、例えば、M 細胞では Fut1、鎖が付加されており、タンパク質や脂質の機能を修飾し円柱上皮細胞や杯細胞は Fut2 を介して、α1, 2- フコーている。糖鎖は、細胞内の分子輸送や排除、細胞接着、スが付加される［11］。また、M 細胞では Fut1 を介して免疫監視、造血、炎症、細胞間および細胞内シグナル伝

α1, 2- フコースが恒常的に発現している一方、円柱上皮

達、受容体活性化、エンドサイトーシスなど極めて多様細胞や杯細胞は、腸内細菌や病原性細菌、デキストラな役割を担っている。そのため糖鎖は、その発現していン硫酸ナトリウムなどの外部環境刺激より、Fut2 を介る組織、細胞、修飾するタンパク質ごとに、特異的な機

して α1, 2- フコースを一過性に発現する［11］。Fut2 を能の修飾に役立っている。

欠損したマウスや Fut2 の不活性型変異多型を有するヒ

腸管上皮細胞は、上述のように種々の糖鎖を発現しており、生化学的、免疫学的に特徴のある機能を有している。また重要なことに、腸管上皮細胞が発現する糖鎖トの腸内細菌叢は変化しており、特に Clostridiales や
Bifidobacterium が減少していることが報告されている（図 1）［12,13］。

は、管腔面に存在する微生物と宿主の重要なコミュニ
ケーションツールとして機能している。例えば、病原性

腸内細菌と免疫細胞による腸管上皮細胞の α1, 2- フ細菌である Salmonella typhimurium は、M 細胞の細胞

コースの発現誘導・制御機構

表面に発現している糖タンパク質である glycoprotein 2

腸管上皮細胞のうち、M 細胞における Fut1 の発現誘（GP2）に I 型繊毛を介して結合する［7］。また、細菌が導機構の詳細は、これまでのところ不明である。一方で、産生する毒素も、上皮細胞が発現する糖脂質に結合し、円柱上皮細胞と杯細胞における Fut2 の発現誘導機構は、宿主に取り込まれる。例えば、Vibrio cholerae が産生

腸内細菌と宿主免疫細胞の観点から、近年研究が進んでするコレラ毒素は、上皮細胞が発現する GM1 ガングリいる。例えば、野生型マウスでは小腸、特に回腸部分にオシドに結合し、出血性病原性大腸菌が産生するベロ毒

おいて α1, 2- フコースおよび Fut2 の発現が恒常的に観素（Stx1, 2）は、Gb3 糖脂質に結合することが報告さ察される一方、無菌マウスや抗生物質処理マウスでは、れている［8,9］。さらに、ノロウイルスやロタウイルスは、

それらの発現が消失している［14］。また、腸内細菌の一B. thetaiotaomicronB. fragilis

S. typhimurium

Bifidobacterium
Clostridiales
1,2-fucose

セグメント細菌

Fut2

Fut2

図１．腸管上皮細胞の α1, 2- フコースと微生物の相互作用
腸内細菌として知られる Bacteroides thetaiotaomicron や Bacteroides fragilis 、セグメント細菌は、腸管上皮細胞の fucosyltransferase 2（Fut2）および α1, 2- フコース（図中、赤三角形）の発現を誘導する。一方、腸管上皮細胞が発現する α1, 2- フコースは、腸内細菌である Clostridiaes や Bifidobacterium の恒常性維持に寄与している。

－ 12 －

種 で あ る Bacteroides thetaiotaomicron や B. fragilis 、獲得免疫細胞によって正または負に制御されていると言セグメント細菌を無菌マウスに定着させると、小腸上皮える。IL-10 による α1, 2- フコースの発現抑制機構の詳細胞の Fut2 ならびに α1, 2- フコースの発現が誘導され細については不明な点が多く、今後の研究の進展が期待る［14,15］。さらに、病原性細菌である S. typhimurium がされる。

腸管に定着すると Fut2 ならびに α1, 2- フコースの発現
感染防御基盤としての上皮細胞糖鎖の役割が誘導される［14］。
腸管上皮細胞における α1, 2- フコースの発現には、腸前述のように、腸内細菌だけでなく S. typhimurium

内細菌だけでなく、宿主腸管免疫細胞が必要であることといった病原性細菌も、腸管上皮細胞における Fut2

が、筆者らの研究により明らかになっている。例えば、および α1, 2- フコースの発現を誘導する［14］。また、S.

腸管における代表的な自然免疫細胞である３型自然リン

typhimurium による α1, 2- フコースの発現誘導には、腸内細菌と同様に ILC3 が必要であることから、腸管上皮細胞が発現する α1, 2- フコースは、これら病原性細菌感
染に対する宿主の生体反応の一種であることが考えられる［14］。実際、Fut2 欠損マウスでは腸内細菌叢が変化しており、C. rodentium の感染によって誘導される炎症反応を重篤化させることが報告されている［16］。また、
Fut2 欠損マウスに S. typhimurium を経口投与すると、野生型マウスよりも多くの細菌が腸管組織内に侵入、感染し、宿主に重篤な炎症を惹起する。このことから、腸管上皮細胞が発現する α1, 2- フコースは S. typhimuriumに対し感染防御効果があり、感染防御を司る因子の一つであることが示唆される［14］。

パ球（group 3 innate lymphoid cells, ILC3）は、腸内細菌からの刺激を受けて IL-22 を産生することで、上皮細胞の α1, 2- フコースの発現を誘導している［14］。これまでに、ILC3 からの IL-22 産生誘導機構としては、細菌構成成分の一つであるリポ多糖（lipopolysaccharide, LPS）
が樹状細胞上の Toll-like receptor 4（TLR4）に認識されて IL-23 の産生を促し、ILC3 からの IL-22 の産生を誘導することが報告されている［16］。しかしながら、このシス
テムでは LPS を有さないグラム陽性細菌であるセグメン
ト細菌による IL-22 産生誘導機構は説明できない。おそらく、種々の細菌構成成分が ILC3 からの IL-22 の産生ならびに腸管上皮細胞の α1, 2- フコースの発現誘導に関与すると考えられているが、現在のところ ILC3 からのFUT2 遺伝子多型とヒト病態の関わりについて

IL-22 産生誘導機構の詳細は不明な点が多い。

腸管上皮細胞における α1, 2- フコースおよび Fut2 の以上の結果から、自然免疫細胞が上皮細胞の α1, 2- フ
コースの発現誘導に必要であることが示されている一方

発現は、マウスのみならずヒトの腸管上皮細胞においてで、獲得免疫細胞である CD4 陽性 T 細胞は、抑制性サも観察される。ヒトでは FUT2 遺伝子において様々な多イトカインである IL-10 を産生し、α1, 2- フコースの発型が存在することが報告されており、特に 428 番目のグ

［17］

。つまり、腸管アニン（G）がアデニン（A）に置換された FUT2 遺伝上皮細胞が発現する α1, 2- フコースは、自然免疫細胞と子の不活性型変異多型が欧米人において多数報告されて現を抑制することが報告されている

腸内細菌

S. typhimurium

C. rodentium
Norwork virus
Rotavirus

H. pylori1,2-fucose

Fut2

Fut2

Fut2

IL22

ILC3

図２．腸管上皮細胞の糖鎖を介した感染症に対する生物学的トレードオフシステム
腸管上皮細胞が発現する α1, 2- フコースは、腸内細菌からの刺激を受けた３型自然リンパ球（group 3 innate
lymphoid cells, ILC3） か ら 産 生 さ れ る IL-22 に よ り 誘 導 さ れ る。α1, 2- フ コ ー ス は、 病 原 性 細 菌 で あ る
Salmonella typhimurium や Citrobacter rodentium の 感 染 防 御 に 寄 与 す る 一 方、Helicobacter pylori やNorwork virus、Rotavirus に結合して感染成立に寄与していることから、生物学的なトレードオフシステムの一種であると考えられている。

－ 13 －

いる［18］。この FUT2 不活性型変異多型をホモ接合にも5.

Pickard JM, Maurice CF, Kinnebrew MA, et al.

つと、唾液や消化管粘液中に分泌される ABO（H）血Rapid fucosylation of intestinal epithelium sustains

液型抗原の合成に必要となる H type2 抗原が欠失するた

host-commensal symbiosis in sickness. Nature. 514:

め、non-secretor（非分泌型体質）と呼ばれている。こ638-641, 2014

れまでに、この FUT2 の不活性型変異多型は、クロー

6.

Miyoshi J, Yajima T, Okamoto S, et al. Ectopic

ン病や原発性硬化性胆管炎、ベーチェット病、I 型糖尿expression of blood type antigens in inflamed

病、乾癬などの炎症性疾患をはじめとする様々なヒト疾mucosa with higher incidence of FUT2 secretor

患との関連が指摘されている［3］。また、この FUT2 のstatus in colonic Crohn's disease. J Gastroenterol

不活性型変異多型は、ヒトにおいて感染症の感受性に

46: 1056-1063, 2011

影響があるとされている。例えば、非分泌型のヒトは、Neisseria meningitidis や Streptococcus pneumoniae 、
Haemophilus influenza 、Candida albicans と い っ た 病
原体の感染に対し感受性を示すことが報告されている一方、Helicobacter pylori や Norwork virus、Rotavirusなどの病原体に対して、感染抵抗性を示す［3］。これは、腸管上皮細胞の α1, 2- フコースがこれらの病原体の受容体として機能しているためである。そのため、FUT2 な
らびに腸管上皮細胞が発現する α1, 2- フコースは、微生物感染という観点においては、生物学的なトレードオフ
システムの一つとして機能していると考えられる（図２）。

7.

Hase K , Kawano K , Nochi T, et al. Uptake
through glycoprotein 2 of FimH（+）
bacteria by M
cells initiates mucosal immune response. Nature.
462: 226-230, 2009

8.

Aigal S, Claudinon J, and Römer W. Plasma
membrane reorganization: A glycolipid gateway
for microbes. Biochim. Biophys. Acta. 1853: 858–
871, 20159.

Jacewicz M, Clausen H , Nudelman E , et al.
Pathogenesis of shigella diarrhea. XI. Isolationof a shigella toxin-binding glycolipid from rabbit
jejunum and HeLa cells and its identification as

おわりにglobotriaosylceramide. J Exp Med. 163: 1391-1404,

腸管には無数の微生物が常在し、極めて複雑な生態系が形成されている。この生態系は、動的な平衡状態にあ

1986
10.

Marionneau S, Ruvoën N, Le Moullac-Vaidye B,

ると考えられるが、この恒常性システムは食餌や病原性

et al. Norwalk virus binds to histo-blood group

微生物といった外部から腸内に取り込まれる因子のみな

antigens present on gas¬troduodenal epithelial

らず、宿主の免疫システム、上皮バリア機構により影響

cells of secretor individuals. Gastroenterology. 122:を受ける。特に、腸管上皮細胞の表面に発現する糖鎖は、

1967–1977, 2002.

腸内微生物と直接的に対峙することから、腸管局所にお11.

Terahara K, Nochi T, Yoshida M, et al. Distinct

いて、宿主と病原性および共生微生物との相互作用を媒

fucosylation of M cells and epithelial cells by Fut1

介する生理学的因子として重要である。実際、腸内細菌

and Fut2, respectively, in response to intestinalの中には、糖鎖の加水分解酵素や糖転移酵素など、糖鎖

environmental stress. Biochem Biophys Resを資化する機能を備えているものもある一方、病原性微生物には、糖鎖に結合することで、宿主への感染を成立

Commun. 404: 822-828, 2011.
12.

Kashyap PC, Marcobal A, Ursell LK , et al.

させるものも存在する。これら腸管上皮細胞における糖G enet ica lly dictated change in host mucus

鎖の発現機構や制御機構を明らかにすることは、感染症

carbohydrate landscape exerts a diet-dependentや炎症性疾患の発症メカニズムの解明のみならず、これ

effect on the gut microbiota. Proc Natl Acad Sci U

らの疾患に対する新たな治療法の開発に繋がることが期待される。

S A. 110: 17059-17064, 2013
13.

Wacklin P, Mäkivuokko H, Alakulppi N, et al.
Secretor genotype（FUT 2 gene）is strongly

引用文献
1.

associated with the composition of Bifidobacteria

Goto Y. Epithelial cells as a transmitter of signals
from commensal bacteria and host immune cells.

2.

14.

lymphoid cells regulate intestinal epithelial cell

Comstock LE and Kasper DL. Bacterial glycans:glycosylation. Science. 345: 1254009, 201415.

Na nt h a k u ma r N N , Meng D, Newbu rg D S .

Cell. 126: 847-850, 2006

Glucocorticoids and microbiota regulate ontogeny

Goto Y, Uematsu S and Kiyono H. Epithelialof intestinal fucosyltransferase 2 requisite for gut

glycosylation in gut homeostasis and inflammation.
Nat Immunol. 17: 1244-1251, 2016
4.

G oto Y, Obata T, Kunisawa J, et al. Innate

Front Immunol. 10: 2057, 2019
key mediators of diverse host immune responses.
3.

in the human intestine. PLoS One. 6: e20113, 2011

homeostasis. Glycobiology. 23: 1131-1141, 201316.

Pickard JM, Maurice CF, Kinnebrew MA, et al.

G oto Y, Obata T, Kunisawa J, et al. Innate

Rapid fucosylation of intestinal epithelium sustains

lymphoid cells regulate intestinal epithelial

host-commensal symbiosis in sickness. Nature. 514:

fucosylation. Science. 345: 1254009, 2014638-641, 2014

－ 14 －

17.

Goto Y, Lamichhane A, Kamioka M, et al. IL-

18.

Hoskins LC. The ABO blood group antigens and10-producing CD4（+）
T cells negatively regulate

their secretion by healthy and diseased gastricfucosylation of epithelial cells in the gut. Sci Rep. 5:

mucosa. Ann. NY Acad. Sci. 140: 848-865, 1967

15918, 2015

Carbohydrate moieties expressed on epithelial cells regulate gut homeostasis

Yoshiyuki Goto 1, 2
1Division of Molecular Immunology, Medical Mycology Research Center, Chiba University
2

Division of Mucosal Symbiosis, International Research and Development Center for
Mucosal Vaccines, Institute of Medical Science, The University of Tokyo

Summary
Intestinal epithelial cells（IECs）are constitutively exposed by countless numbersof microorganisms colonizing in the lumen and play a key role as a first-line defense
against the invasion of these microorganisms. IECs express a variety of carbohydrate
chains on the cell surface. Recent studies have shown that carbohydrate chains function
as a communication tool between the host and microorganisms. It is known that α1,2-fucosylation of carbohydrate chains on IECs are involved in the composition of intestinal
microflora and the susceptibility to bacterial, fungal, and viral infections. Interestingly,
α1, 2-fucose expressed on IECs is transiently induced by exogenous stimuli, including
gut microbiota. Host immune cells are tightly involved in the induction and regulation of
their expression. It is essential to clarify the mechanism of the induction and regulation ofcarbohydrate chain expression by controlling the tripartite interaction between commensal
bacteria, immune cells, and epithelial cells for the development of novel therapeuticstrategies against infectious and inflammatory diseases.

Keywords：Commensal bacteria, Epithelial cells, Glycosylation, α1, 2-fucose－ 15 －

基礎老化研究 46（1）; 17－21, 2022

【総説】

糖鎖と幹細胞システムから紐解く皮膚老化
佐田亜衣子

熊本大学国際先端医学研究機構

要約
世界規模で急速に高齢化が進む中、加齢関連疾患の原因究明と克服は大きな課題となっている。皮膚は、外部刺激や異物の侵入から体内を保護するとともに、生体と外部とのインターフェイスとして機能する。一方、加齢に伴い、皮膚のバリア機能や再生能は低下し、がん発症のリスクは増加する。近年、組織の加齢性機能低下の一因として、分化細胞の供給源である幹細胞の老化（ステムセルエイジング）が提唱されている。しかし、幹細胞老化に関する知見の多くは、個々の遺伝子やゲノム制御に着目したもので、解析の難しいタンパク質の修飾やダイナミクスの視点からの研究が遅れている。本稿では、表皮幹細胞の加齢変化を糖鎖の視点から、最新の知見を交えて概説する。表皮幹細胞の老化メカニズムの解明とその克服
は、生体内における予防医療への寄与のみならず、幹細胞異常を起因とする皮膚疾患や再生医療上の課題を解決する糸口となることが期待される。

キーワード：幹細胞老化、皮膚、レクチン、シアル酸、炎症

１．皮膚老化とステムセルエイジング

水分量の調節や損傷治癒など、生命維持に必須の役割を

組織幹細胞は、生涯にわたって自分自身を維持しなが果たす。皮膚は、光老化などの外的要因と、分裂ストレら、分化細胞を作り出す能力を持つ特別な細胞である。

スなどの内的要因により老化が進行し、外観や組織学的

このような細胞が、私たちの体の中の色々な場所に存在変化として現れることから、優れた老化モデルとして注するので、古い細胞が失われても、日々新しい細胞を作目されている。老化した皮膚では、表皮の厚さの減少、り出すことができる。一方、組織幹細胞は高い増殖能を表皮 - 真皮接合部の平坦化、創傷治癒の遅延、バリア機

持ち、かつ組織の中で最も大元となる細胞なので、これ能の低下、がんのリスク増加など、組織学的および機能に異常が現れると、組織は正常に機能することができな的な変化を示す。しかし、細胞や分子レベルで皮膚老化

くなり、がん化や老化、各種疾患を引き起こす原因ともの決定的な要因が何であるのかは解明されていない。

なる。近年、国内外の研究により、加齢に伴い、組織幹

表皮は、毛包間表皮とその付属物（毛包、皮脂腺、汗細胞の増殖の低下・停止、分化異常、細胞死の増加、が腺）からなり、異なる幹細胞集団によって維持される［3］。

ん化、ニッチへの応答性の変化等が、単独、あるいは複

毛包間表皮では、基底層に位置する表皮幹細胞が増殖・合的に起こり、組織の機能低下や病変の要因となること分化し、組織のターンオーバーや損傷修復に寄与する。

が明らかにされつつある。この現象は、幹細胞老化（ス

毛包幹細胞は、バルジと呼ばれる毛包上部に位置する構

テムセルエイジング）と呼ばれ、造血、筋肉、毛包や色造体に局在し、毛包の周期的な再生を担う。表皮と真皮

素幹細胞などを中心として、関連報告が増えている［1, 2］。

の境界部に位置する基底膜は、細胞外マトリクスに富み、皮膚は、外界から身体を守るバリアとして働くほか、幹細胞の性質や運命に必須の役割を果たす［4］。
毛包間表皮と毛包の幹細胞は、恒常状態では互いに独連絡先：佐田〒 860-0811

亜衣子
熊本県熊本市中央区本荘 2-2-1

TEL：096-373-6890
E-mail：aisada@kumamoto-u.ac.jp

Website: https://www.aikosada.com

立して働くが、傷害やストレスに応答し、異なる系統に分化する可塑性を有している。このような幹細胞の可塑性を担うメカニズムとして、スーパーエンハンサーによる遺伝子発現制御が報告された［5, 6］。通常の遺伝子制御領域であるエンハンサーと比べ、遥かに巨大なクラス
ターを形成するスーパーエンハンサーには、マスター転－ 17 －

写因子と転写メディエーターが集まり、細胞のアイデン遺伝子、タンパク質発現、代謝産物等の情報と合わせ、ティティを決める遺伝子群を活性化する。スーパーエン

より包括的に細胞や分子の状態を捉えることが求められハンサーは、毛包、表皮の異なる幹細胞集団を規定し、ている。

幹細胞の分化段階を制御する機構として提唱され、損傷やがんによって起こる幹細胞の可塑性の発揮や破綻が、

３．レクチンマイクロアレイ技術を用いた糖鎖解析
組織幹細胞は希少であり、質量分析による糖鎖の構造

スーパーエンハンサーの書き換えによって起こる可能性［7］。皮膚老化の過程においても、細解析には大量のサンプルが必要であるため、糖鎖解析は

胞外マトリクスの加齢性欠陥により、毛包幹細胞から表困難であった。我々は最近、糖鎖工学を専門とする舘野皮系譜への異所的分化や、色素や表皮幹細胞の枯渇が起らとの共同研究により、レクチンマイクロアレイ法を用も示唆されている［8-10］。しかし、毛包幹細胞にいることで、糖鎖構造を高感度かつ迅速に検出し、加齢

おいて加齢に伴うエピゲノム変化や異所性の表皮分化がに伴って起こる表皮幹細胞の糖鎖変化を捉えることに成認められないといった報告もあり［11］、依然としてステ功した［20］。レクチンは、様々な糖鎖構造を認識する糖

ムセルエイジングの分子的実体は不明である。また皮膚

鎖結合タンパク質の一種である［21］。レクチンマイクロ

老化で見られる機構がより広く他の組織幹細胞に当てはアレイでは、様々な糖鎖結合特異性を持つ一連のレクチ

まるかについても分かっていない。

ンがスライドガラス上に固定化されている［22, 23］。レク

こることが報告されている

チン - 糖鎖間の相互作用は、レクチンマイクロアレイ内
２．幹細胞と糖鎖の蛍光標識された試料とインキュベートした後、蛍光シ細胞表面の糖鎖は「細胞の顔」とも呼ばれるように、

グナルとして定量的に測定される。この技術を用いるこ

細胞の種類や状態によって変化する。血液型や腫瘍マーとで、様々な生体試料から単離した糖タンパク質を、包カーをはじめ、糖鎖の違いは優れたバイオマーカーとし括的な糖鎖解析に利用することができ、少数細胞の生化ても幅広く利用されてきた。タンパク質のグリコシル化

学的特性を理解する上での技術的な制約を克服した［24］。

は、糖鎖の段階的な付加と除去を伴い、主に糖転移酵素と糖加水分解酵素によって媒介される［12］。糖鎖は、糖４． グライコームシフト：加齢に伴う表皮および毛包幹細胞の糖鎖変化

タンパク質の構造、安定性、局在を決定し、発生、腫瘍
形成、炎症などの多種多様な生物学的プロセスに影響を我々は、様々な糖鎖結合特異性を持つ 96 種類のレ与える［13-15］。糖鎖は、幹細胞の自己複製や分化を司る

クチンからなるレクチンマイクロアレイ［25］ を用いて、Notch, BMP, Wnt, FGF 等のシグナル分子を調節するこ若齢および高齢マウス皮膚から単離した表皮幹細胞とで、多能性幹細胞やショウジョウバエの組織幹細胞の（a6-integrin+/CD34-/Sca1+ の集団）と毛包幹細胞（a6-

制御にも重要な役割を果たすことも報告されている［16］。

integrin+/CD34+/Sca1- の集団）を用いてグライコーム

個体や細胞の老化プロセスにおいても、血清や線維芽細解析を行った（図１）。その結果、表皮幹細胞は加齢に胞、脳や筋肉などの臓器でシアル酸の変化が観察される伴い、高マンノース型からシアル酸に富んだ複合型へと、［5, 17, 18］。さらに近年、ヒト三次元皮膚モデルを用い、糖糖鎖パターンが変化する「グライコームシフト」が起こ

鎖関連遺伝子をゲノム編集法により欠損させ、その生理ることを見出した（図２）［20］。毛包幹細胞においても機能を調べる“Glycoskin”が開発され、皮膚における類似の糖鎖変化が見られた。さらに、シアル酸の付加に［19］。しかし、生体内に働く糖転移酵素（St3gal2、St6gal1）、およびマンノー

おいて、糖鎖の構造―機能―生物学的意義を結びつけたスの分解に働く酵素（Man1a）が、加齢した表皮幹細胞

研究は少なく、未知な部分が多い。複雑な糖鎖構造をハでは有意に発現が上昇すること、また、培養表皮幹細胞

イスループットで解析する技術の発展に伴い、ゲノム、において、老化型糖鎖パターンを誘導すると幹細胞の増糖鎖の重要性が注目されている

図１：レクチンマイクロアレイ技術を用いた糖鎖プロファイリング
若齢・高齢マウスよりセルソーターを用いて表皮・毛包幹細胞を単離し、レクチンマイクロアレイ法を用いた糖鎖解析を行った。糖結合タンパク質であるレクチンをスライドガラス上に固定化し、細胞から抽出、蛍光標識した膜タンパク
質をガラス上のレクチンと相互作用させることで、細胞表面に存在する糖鎖構造を高感度かつ迅速に検出することができる。

－ 18 －

図２：表皮幹細胞の加齢に伴う糖鎖変化に着目した老化の理解と制御
図の中央に示した主成分解析では、レクチンマイクロアレイから得られたグローバルな糖鎖修飾パターンを示している。
若齢と高齢サンプルは、主成分１と２で分離されレクチンパターンの違いが示唆された。GlcNAc：N- アセチルグルコ
サミン、NeuAc：N- アセチルノイラミン酸、Man：マンノース、Gal：ガラクトースを示す。

殖が顕著に低下することから、糖鎖の変化は機能的にも［20］

くつかの免疫細胞が表皮にマンノース結合受容体を持っ。今回同定したレクていることから［31］、今回我々が見出した表皮幹細胞にチンであるマンノース結合型の rHeltuba とシアル酸結おけるマンノースの減少は、老化した皮膚における幹細合型の rGal8N は、老化した表皮幹細胞を可視化、選択、胞と免疫細胞の相互作用の欠陥と関連している可能性が除去するためのプローブとして用いることができ、将来あるが、今後さらなる解析が必要である。

重要である可能性が示唆された

的には再生治療や皮膚老化の診断への応用が期待される。

糖鎖修飾は、細胞間および細胞と細胞外マトリクスの相互作用に重要な役割を果たしており、表皮幹細胞の糖鎖変化は、隣接する幹細胞、他の種類の細胞（例えば、５．考察と今後の展望

線維芽細胞、免疫細胞、血管）、基底膜、シグナル分子

我々の研究では、老化した表皮幹細胞において、α2-3との相互作用に影響を与えるかもしれない。今後、糖鎖および α2-6 シアル酸の増加と、それに対応するシアル

修飾の違いが生じるコアタンパク質を特定し、糖鎖修飾

酸転移酵素（St3gal2 および St6gal1）の発現上昇が見の機能的重要性と生物学的意味を明らかにすることで、られた。今回の結果と一致するように、老化したマウス

糖鎖を基軸とした老化制御へとつながるであろう。糖鎖の筋肉ではシアル酸の亢進が観察される［5］。また、シは、細胞表面に位置し、アクセスしやすいという利点から、アル酸転移酵素の増加は、ヒトにおける老化マーカーと創薬や診断の標的分子として注目が高まっている。糖鎖して示唆されており、80 歳以上の人の血漿中で St6gal1

をツールとして、表皮幹細胞や他の臓器における組織幹の活性が高いことが示されている［18］。α2-6 シアル酸と細胞の老化状態を簡便に検出し、制御することが可能とSt6gal1 は、上皮から間葉への移行や腫瘍形成の際にもなれば、老化を予防し、健康長寿を目指す糸口となると発現上昇する［26, 27］。一方、α2-3、α2-6 シアル酸は、ヒともに、より精度の高い再生医療の実現が期待される。

ト真皮線維芽細胞の細胞老化や加齢の際に減少することが報告されている［17］。ヒトの多能性幹細胞や間葉系幹引用文献

細胞では、シアル酸が高いほど幹細胞能力が高いとされ

1.

ている［25, 28, 29］。このようなシアル酸の違いは、細胞の種類、動物種、あるいは標的タンパク質の違いによるも2.

のと考えられ、シアル酸の生理機能が多様であることを

Lopez-Otin C, Blasco MA, Partridge L, Serrano
M, Kroemer G. The hallmarks of aging. Cell.

示している。今後、同定した糖転移酵素を条件付きで欠損・過剰発現することで、皮膚や個体の加齢に伴うシア

Ermolaeva M, Neri F, Ori A, et al.. Nat Rev Mol
Cell Biol. 2018;19(9):594-610.

2013;153(6):1194-217.
3.

ル酸の役割が明らかになるだろう。

G o n z a l e s K AU , F u c h s E . S k i n a nd I t sRegenerative Powers: An Alliance between Stem

老化した皮膚は創傷治癒能力の低下を示すが、これはCells and Their Niche. Dev Cell. 2017;43(4):387-

表皮幹細胞と樹状突起上皮 T 細胞の間の相互作用が損
なわれていることが一因である［30］。樹状細胞を含むい

401.
4.

－ 19 －

Chermnykh E, Kalabusheva E, Vorotelyak E.

5.

Extracellular Matrix as a Regulator of Epidermal

Nielsen MI, Adamopoulou M, Romer TB, et al.

Stem Cell Fate. Int J Mol Sci. 2018;19(4).

Essential Functions of Glycans in Human Epithelia

Hanisch F, Weidemann W, Grossmann M, etDissected by a CRISPR-Cas9-Engineered Humanal. Sialylation and muscle performance: sialic

Organotypic Skin Model. Dev Cell. 2020;54(5):669-

acid is a marker of muscle ageing. PLoS One.
2013;8(12):e80520.
6.

84 e7.
20. Oinam L, Changarathil G, Raja E, Ngo YX, Tateno

Adam RC, Yang H, Rockowitz S, et al. Pioneer

H, Sada A, et al. Glycome profiling by lectin

factors govern super- enhancer dynamics inmicroarray reveals dynamic glycan alterations

stem cell plasticity and lineage choice. Nature.

during epidermal stem cell aging. Aging Cell.

2015;521(7552):366-70.
7.

2020;19(8):e13190.

Ge Y, Gomez NC, Adam RC, et al. Stem Cell21.

Lineage Infidelity Drives Wound Repair andglycoproteomics and glycan profiling. Glycoconj J.

Cancer. Cell. 2017;169(4):636-50 e14.
8.

2004;21(1-2):35-40.

Liu N, Matsumura H, Kato T, et al. Stem cell

22. Hirabayashi J, Yamada M , Kuno A , Tateno

competition orchestrates skin homeostasis andH. Lectin microarrays: concept, principle andageing. Nature. 2019;568(7752):344-50.
9.

10.

11.

applications. Chem Soc Rev. 2013;42(10):4443-58.

Matsumura H, Mohri Y, Binh NT, et al. Hair

23. Kuno A, Uchiyama N, Koseki-Kuno S, Ebe Y,

fol l icle ag ing is d r iven by t ra nsepider ma l

Takashima S, Yamada M, et al. Evanescent-elimination of stem cells via COL17A1 proteolysis.

field fluorescence-assisted lectin microarray: a

Science. 2016;351(6273):aad4395.

new strategy for glycan profiling. Nat Methods.

Inomata K, Aoto T, Binh NT, et al. Genotoxic

2005;2(11):851-6.

stress abrogates renewal of melanocyte stem

24. Tateno H, Uchiyama N, Kuno A, Togayachi A,

cells by triggering their differentiation. Cell.

Sato T, Narimatsu H, et al. A novel strategy for

2009;137(6):1088-99.

mammalian cell surface glycome profiling using

Ge Y, Miao Y, Gur-Cohen S, et al. The aging skinlectin microarray. Glycobiology. 2007;17(10):1138-

microenvironment dictates stem cell behavior.

46.
25. Tateno H, Toyota M, Saito S, Onuma Y, Ito Y,

Proc Natl Acad Sci U S A. 2020;117(10):5339-50.
12.

S p i r o R G . P r o t e i n g l yc o s y l a t i o n : n a t u r e ,Hiemori K, et al. Glycome diagnosis of human

distribution, enzymatic formation, and diseaseinduced pluripotent stem cells using lectin

implications of glycopeptide bonds. Glycobiology.
2002;12(4):43R-56R.
13.
14.

microarray. J Biol Chem. 2011;286(23):20345-53.
26. Lu J, Isaji T, Im S, Fukuda T, Hashii N, Takakura

Haltiwanger RS, Lowe JB. Role of glycosylation inD, et al. beta-Galactoside alpha2,6-sialyltranferase

development. Annu Rev Biochem. 2004;73:491-537.

1 promotes transforming growth factor-beta-

Ohtsubo K, Marth JD. Glycosylation in cellular

mediated epithelial-mesenchymal transition. J Biolm e c h a n i s m s o f he a lt h a nd d i s e a s e . C e l l .
2006;126(5):855-67.
15.

16.

17.

Chem. 2014;289(50):34627-41.
27.

Fineberg N, Buchsbaum DJ, Bellis SL. ST6Gal-I

H. Chondroitin 6-sulfate represses keratinocyte

protein expression is upregulated in humanproliferation in mouse skin, which is associatedepithelial tumors and correlates with stem cellwith psoriasis. Commun Biol. 2021;4(1):114.

markers in normal tissues and colon cancer cell

Nishihara S. Glycans in stem cell regulation:lines. Cancer Res. 2013;73(7):2368-78.

from Drosophila tissue stem cells to

28. Hasehira K, Tateno H, Onuma Y, Ito Y, Asashima

mammalian pluripotent stem cells. FEBS Lett.

M, Hirabayashi J. Structural and quantitative

2018;592(23):3773-90.

evidence for dynamic glycome shift on production

Itakura Y, Sasaki N, Kami D, Gojo S, Umezawa A,

of induced pluripotent stem cells . Mol Cell

modifications associated with cellular senescenceProteomics. 2012;11(12):1913-23.
29.

Wang YC, Stein JW, Lynch CL, Tran HT, Lee CY,

and human aging. Cell Biosci. 2016;6:14.

Coleman R, et al. Glycosyltransferase ST6GAL1

Catera M, Borelli V, Malagolini N, Chiricolo M,

contributes to the regulation of pluripotency

Venturi G, Reis CA, et al. Identification of novelin hu ma n plu r ipotent stem cel ls . S ci Rep.
2015;5:13317.

plasma glycosylation-associated markers of aging.

30. Keyes BE, Liu S, Asare A, Naik S, Levorse J,

Oncotarget. 2016;7(7):7455-68.
19.

Swindall AF, Londono -Joshi AI, Schultz MJ,

Kitazawa K, Nadanaka S, Kadomatsu K, Kitagawa

Toyoda M. N- and O-glycan cell surface protein

18.

Hirabayashi J. Lectin-based structural glycomics:

Dabelsteen S , Pallesen EM H , Marinova I N,

－ 20 －Polak L, et al. Impaired Epidermal to Dendritic T

31.

Cell Signaling Slows Wound Repair in Aged Skin.

function of the mannose receptor CD20 6 on

Cell. 2016;167(5):1323-38 e14.

epidermal dendritic cells in inflammatory skin

Wollenberg A, Mommaas M, Oppel T, Schottdorf

diseases. J Invest Dermatol. 2002;118(2):327-34.

EM, Gunther S, Moderer M. Expression andDefining the role of glycans in regulating epidermal stem cell aging
Aiko Sada, Ph.D.
International Research Center for Medical Sciences（IRCMS）, Kumamoto University

Abstract
Aging is the gradual decline of physiological functions over time. With the rapid agingof the population on a global scale, identifying and overcoming the causes of age-relateddiseases has become a significant challenge. The skin protects the body from external
stimuli and foreign substances and interfaces between the body and the outside world. On
the other hand, as we age, the skin's barrier function and regenerative capacity decline,
and the risk of developing cancer increases. Recently, the aging of tissue stem cells（stemcell aging）, which are the source of differentiated cells, has been proposed as one of thecauses of age-related decline in tissue functions. However, most of the knowledge on stem
cell aging has focused on individual genes and genomic regulation, and studies on protein
modification and dynamics have lagged behind. In this article, I review the aging processof epidermal stem cells from the perspective of glycans. Elucidating and overcoming themechanisms of epidermal stem cell aging will provide clues for anti-aging strategies and for
resolving skin diseases caused by stem cell abnormalities.

Keywords： Skin, Stem cell aging, Lectin, Glycans, Inflammation－ 21 －

基礎老化研究 46（1）; 23－31, 2022

【総説】

細胞老化と糖鎖佐々木
東京都健康長寿医療センター研究所

紀彦

老年病態研究チーム 心血管老化再生医学

要約
近年の研究により、加齢性疾患や寿命との関連で老化細胞の重要性が再認識され、疾患の予防や治療のために老化細胞の簡便な検出が必要である。しかしながら、古典的な老化マー
カーは細胞内因子であり、細胞表面の老化マーカーがないのが現状である。細胞表面のタン
パク質や脂質に結合している糖鎖は、細胞表面マーカーとしてだけでなく機能性分子として注目されている。最近の報告では、糖鎖の網羅的解析法であるレクチンマイクロアレイによる皮膚線維芽細胞や心臓系細胞の細胞老化に伴う糖鎖変化、血管内皮細胞の細胞老化で増加する糖脂質糖鎖の機能的関与、組織幹細胞の長期培養に伴う糖鎖変化などが明らかにされている。このように細胞老化研究において、糖鎖の重要性が明らかにされつつある。

キーワード：Senescence, Cell surface marker, Functional molecules, Sugar chains

１．はじめに下の改善、疾患の抑制、寿命延長がみられている［2-5］。

我々の体の中では、組織損傷や臓器ストレスに対して

しかしながら、作用の特異性の解明やヒトへの応用には適応や修復することで機能を維持する機構が働いていまだまだ時間を要すると考えられる。一方、細胞老化をる。しかし、生きている長い間に、さまざまな外的な要捉えることに関しては、老化関連酸性 β- ガラクトシダー因により、徐々に適応、修復機能が低下し、制御機構がゼ（SA-β-Gal）［6］ やサイクリン依存性キナーゼ阻害因

破綻すると、組織の機能不全から、重篤な疾患の発症に子（p16）［7］が古典的な細胞老化マーカーとして知られ至る。生体の恒常性に影響を与える一つとしてあげられている。しかしながら、SA-β-Gal は高密度培養でも活るのが老化である。動物個体における老化の原因はいま

また、性が上がることから細胞老化特異的とはいえず［8］、だはっきりと解明されておらず、プログラム説や活性酸

p16 は細胞内タンパク質であり、細胞老化を簡便に捉え素説など複数の要因が考えられている。培養細胞を用いるのによい細胞表面マーカーがないのが現状である。

た研究から細胞レベルでの老化（細胞老化）が知られ、種々の糖が鎖状に連なった化合物である糖鎖は、膜タがんをはじめとする加齢性疾患や個体老化と深く関わる

ンパク質や脂質に修飾された形で主に細胞表面に発現し現象として老化細胞を対象とした研究が行われている。

ており、細胞の種類や状態などを反映する表面マーカー

近年、老化細胞がさまざまな病態に関わり、寿命と関連として有用なことがよく知られている。さらに細胞表面することがマウスの個体レベルで明らかにされた［1］こ

糖鎖は、多彩な細胞機能に関わることから、第三の生命とから、生体内での細胞老化の検出や抑制が、加齢性疾（図１）。すなわち、細胞機能の鎖とも言われている［9］患の予防や治療に重要であることが再認識された。その低下を伴う老化細胞の検出に糖鎖が役立ち、糖鎖を標的後、細胞老化の抑制や senolytic drug（老化細胞死誘導とした老化細胞の機能回復や特異的除去などにつながる薬）による老化細胞の除去に関する研究が精力的に行わ可能性があり、糖鎖が老化を捉えるのによい細胞表面れている。最近の報告では、加齢マウスや疾患モデルマ

マーカーになると考えられる。しかしながら、老化と関ウスにおいて senolytic drug の使用により、運動機能低連づけた糖鎖研究はあまり進んでいないのが現状である。本稿では、著者らの近年の研究成果を中心に、細胞

連絡先：佐々木〒 173-0015

紀彦

東京都板橋区栄町 35-2

老化研究における糖鎖の有用性について概説する。
2．線維芽細胞の老化と糖鎖

TEL：03-3964-3241
E-mail：sasanori@tmig.or.jp

線維芽細胞は、全身の結合組織を構成する細胞の一つで、創傷治癒や組織の線維化に重要な役割を果たしてお－ 23 －

図１ 細胞表面糖鎖と機能
細胞表面の糖鎖は、分化や癌などのマーカーとして知られるが、ウイルスやバクテリア感染、毒素の結合、細胞間接着、細胞外基質との接着、サイトカインや増殖因子の結合、抗体やレクチンの結合、さらにがん細胞の接着や転移、など重要な生理機能にも関与している。

り、古くから老化研究に用いられてきた。線維芽細胞の老化に伴う細胞内代謝の変化を捉える目的で膜画分と細老化は、肌の老化、創傷治癒の低下や線維化の過形成

胞内親水性画分について糖鎖プロファイル解析を行ったに伴う病態の発症などにつながることが知られている

結果、皮膚由来線維芽細胞では細胞内外の糖鎖分布が老［10,11］。一方、線維芽細胞の老化と糖鎖変化については、化に伴い変化すること、細胞老化が示す分布と個体の老詳細は明らかにされていなかった。著者らは、年齢の異化が示す分布が一致することを明らかにした［13］。一方、なる（胎児および高齢者）ヒト皮膚由来線維芽細胞や、最近の著者らの報告で、ヒト心臓由来線維芽細胞においヒト心臓由来線維芽細胞を用いて、細胞の老化に伴う詳ては、老化に伴う糖鎖プロファイルの変化はほとんどみ

細な糖鎖変化について検討した。糖鎖プロファイル解析られなかった［14］。これら糖鎖プロファイル解析は、細にはレクチンマイクロアレイ法（図２）を使用し、統計

胞表面膜タンパク質上の糖鎖を標的としており、糖鎖が的な解析とともに、細胞増殖能などと比較検討を行った。

結合している膜タンパク質自身の変化が影響している可その結果、皮膚由来線維芽細胞では、増殖能の低下や能性も否定できない。組織の由来によって老化に伴う糖SA-β-Gal 活性の増加よりも早く糖鎖の変化がみられた。

鎖変化に違いがあることがわかり、特に心臓においては胎児および高齢者における糖鎖プロファイルデータを比

心機能の維持のために、機能的に影響を及ぼす可能性の較した結果、個体年齢に応じて特異的な細胞表面糖鎖がある糖鎖の変化が小さいのかもしれない。

存在すること、なかでも胎児由来の細胞では表面に存在

ヒト皮膚由来正常線維芽細胞の老化に伴うシアル酸のするシアル酸の割合が多く、細胞由来年齢により大きな発現低下に関わる分子メカニズムについて、著者らはさ差があることが示唆された。そして、いずれの皮膚由来

らに検討を行った。線維芽細胞は、加齢に伴い増殖能の線維芽細胞においても細胞老化に伴って特定のシアル酸低下、細胞老化の誘導、遊走能の低下、活性化（筋線維（図３）。さらに修飾糖鎖が低下することがわかった［12］芽細胞への分化）の低下がみられる。このような変化に

図２ レクチンマイクロアレイの概略
糖鎖の種類を簡便かつ網羅的に解析する方法である。細胞表面などの糖タンパク質を蛍光標識し、様々なレクチン（糖鎖を認識するタンパク質）が配置されたガラスプレート上で結合させ、スポットパターンとしてシグナルが得られる。

－ 24 －

図３ ヒト皮膚線維芽細胞の老化と糖鎖
レクチンマイクロアレイ解析の結果、細胞老化に伴ってシアル酸修飾の低下が示唆された。左のヒートマップ
では、高齢者由来ヒト皮膚線維芽細胞（TIG-101,TIG-102）における 45 種類のレクチンマイクロアレイの結果、糖鎖プロファイルが継代数で変化することを示す。特に α2,3 シアル酸を認識する MAH レクチンが分
裂回数の増加に伴って低下（シグナル強度が黒から緑に変化）している。右図矢印は細胞老化の指標である老化関連 β ガラクトシダーゼ陽性細胞を示す。文献 12 より改変して掲載。

シアル酸量の低下が関わっているのか検討を行った。シ

わかった。実際に、加齢した線維芽細胞では、NEU1 シ

アル酸の機能を調べるため、シアル酸発現の高い若い細アリダーゼが細胞表面に高発現し、これが細胞表面のシ胞についてシアリダーゼ処理を行い、シアル酸量の低下

アル酸量の低下の一因と考えられることから、NEU1 のに伴う変化を観察した。その結果、増殖能、遊走能、そ阻害薬により検討を行った。その結果、NEU1 シアリダー

して細胞老化誘導には変化がみられなかった。一方、筋ゼによる CD44 のシアル酸含量の低下が阻害され、加齢線維芽細胞への分化を指標とする活性化の低下が観察さした線維芽細胞においても活性化が誘導されることがわ

れ、シアル酸が線維芽細胞の活性化に重要であることがかった。このようにシアル酸含量の変化が、線維芽細胞

示唆された。さらに、線維芽細胞の活性化には、ヒアルの活性化に関与していることを見いだし、高齢者におけロン酸結合性膜タンパク質（CD44）の脂質ラフトへのる創傷治癒の遅延や組織の線維化に影響していることを移行が必要であることが知られていたが［15］、シアル酸

示唆する新たな知見を得た［16］（図４）。

量の低下した CD44 ではラフト移行が抑制されることが

図４ 老化したヒト皮膚線維芽細胞の活性化と糖鎖老化細胞では TGF-β1 刺激に伴う CD44 のラフト局在性が低下する。CD44 上のシアル酸低下がラフトへの移行を低下させ、これによる下流シグナルの低下から、筋線維芽細胞への分化が低下する。文献 16 より改変して掲載。

－ 25 －

３．血管内皮細胞の老化、炎症と糖鎖た。種々のガングリオシドの中で、GM1 の発現が血管

血管内皮細胞は、血管の最内層に存在し、血管運動神

内皮細胞の細胞老化に伴って増加することを明らかにし

経性緊張の制御、血球の輸送、血栓機構、透過性、増殖、た。GM1 の増加は細胞老化の誘導には影響しないこと

生存性および免疫といった多くの生理的機能に重要な役がわかった。一方、細胞老化に伴う内皮機能低下への割を果たしている。これまでに、加齢や老化に伴った血GM1 の関与について検討した結果、GM1 の発現上昇が、管疾患の発症や進展に血管内皮機能の低下が関わると考重要な内皮機能である NO 産生に関わるインスリンシ

えられているが、その分子機構の詳細は、明らかにされグナルの低下をもたらすことを見いだした。また、高齢ていなかった。近年の報告により、血管内皮細胞表面の者由来の HAEC では GM1 の発現が高いこともわかり、糖鎖が血管内皮の生理機能に関わっていることが明らか

細胞老化のみならず個体の加齢に伴う内皮機能の低下に［17］。加齢や老化に伴う糖鎖変化について

GM1 が関与していることも示唆された。これらの結果はある程度知られてきているが、変化した糖鎖の機能的は、加齢や老化に伴う GM1 の増加が、血管内皮細胞の関与についての報告はほとんどされていなかった。そこ

インスリン抵抗性に関わり、内皮機能の低下や血管疾患

で著者らは、加齢や老化に伴う糖鎖変化がヒト血管内皮（図５）。
に関与することを示唆している［18,19］にされてきたさらに、個体老化における種々の疾患の要因となる炎細胞の機能にどのように影響するか明らかにすることを症の影響について検討した。HAEC を用いて、炎症性目的に研究を行った。
ヒト大動脈血管内皮細胞（HAEC）を用いて、継続培

サイトカインの一つである腫瘍壊死因子（TNF-α）の濃養による細胞老化または過酸化水素によるストレス性細度や曝露時間の違いによるガングリオシドの発現量につ胞老化の過程での、糖脂質の一群であるガングリオシド

いて細胞生物学的な検討を行った。ガングリオシドとイの発現について分子および細胞生物学的な検討を行っ

ンスリンシグナルとの関連性についても検討した。その図５ ヒト血管内皮細胞の老化とガングリオシド
ヒト大動脈由来血管内皮細胞では、細胞老化に伴い、ガングリオシドの GM1 が増加する。増加した GM1 はイ
ンスリン受容体に影響を与え、インスリンシグナルの低下を引き起こす。文献 18 より改変して掲載－ 26 －

結果、種々のガングリオシドの中で、GM1 の発現量が細胞種において細胞老化抑制や senescence-associated

TNF-α の濃度依存的に増加することを明らかにし、イsecretory phenotype（SASP）の抑制が報告されていンスリンシグナルの低下に関わることを見いだした。高る［22-24］。内皮細胞では知られていなかったため、著者濃度の TNF-α に曝露した場合には、TNF-α を除いてからは内皮細胞のラパマイシンによる細胞老化抑制効果にらも GM1 の増加が継続することがわかった。GM1 増（図７）。酸化ストレスによる細胞老ついて検討した［25］加のメカニズムを探る目的で、GM1 の合成に関わる一化誘導に対し、処理期間にかかわらずラパマイシンの連の糖転移酵素について検討した結果、GM1 の増加に作用により、SA-β-gal 陽性の老化細胞の抑制効果がみは少なくとも β-1,4 N -acetylgalactosaminyltransferase 1

られ、SASP 因子の発現も抑制された。一方、接着分子（β4GALNT1）の増加が関わっていることが示唆された。

の ICAM-1 と GM1 の発現がラパマイシン処理でさらにまた、長期間低濃度の TNF-α に曝露すると、GM1 依増加し、血球細胞の接着性が促進されることがわかっ

存的に内皮型 NO 合成酵素（eNOS）の発現低下につなた。形態観察の結果、細胞老化では扁平・肥大化が見らがることを見いだした。さらに、GM1 が高発現していれるのに対し、ラパマイシン処理では紡錘状の形態をる老化細胞や高齢者由来の細胞では、短期間の TNF-α示した。これらの結果から、ラパマイシン処理によるに曝露するのみで eNOS の発現が低下し、高発現量のICAM-1 と GM1 の増加および接着性の促進は、老化細GM1 によるものと示唆された。このように、TNF-α の胞とは異なる紡錘形細胞への変化と関連することが示唆

刺激による急性および慢性炎症の in vitro 実験モデルをされた。内皮細胞は、血管病の進展にも関わる間葉系細構築し、GM1 が制御するインスリン抵抗性の分子機序

胞に転換すること（内皮間葉転換 , EndMT）が知られ［20］ており、酸化ストレスによる細胞老化誘導においても一マクロライド系化合物であるラパマイシンは、免疫部の細胞で EndMT が誘導される。EndMT マーカーの抑制作用を示すことから臓器移植における拒絶反応を発現を調べた結果、ラパマイシン処理した細胞では、有抑制する薬剤として使用されている一方、2009 年の

意に EndMT マーカーの増加がみられ、ラパマイシン処Harrison らの報告［21］でマウスにおいて寿命延長効果が理により EndMT が促進されていることが示唆された。

みられたことから、老化や加齢性疾患との関連に注目しラパマイシンの使用は、細胞老化や SASP 抑制が期待た研究が行われている。培養細胞レベルでは、様々なされるが、細胞種によってはラパマイシンの使用には注に関わる新たな知見を得た（図６）。

図６ ヒト血管内皮細胞の炎症、老化とガングリオシド
若い内皮細胞や老化内皮細胞に濃度や刺激期間の違いで炎症性サイトカインの TNF-α を作用させた場合のインス
リンシグナルの結果を示す。特に老化細胞では GM1 の影響のためか、低濃度の短期刺激でも eNOS の低下に至る。文献 20 より改変して掲載。

－ 27 －

図７ ヒト血管内皮細胞へのラパマイシンの作用
ヒト血管内皮細胞の酸化ストレス誘導型の細胞老化に対するラパマイシンの作用を検討した結果、ラパマイシンの処理期間（I-IV, 文献 25 に記載）によらず細胞老化と SASP 因子の発現抑制が見られた。一方、接着分子とGM1 の増加が促進し、これはラパマイシンにより EndMT が促進される結果と考えられた。文献 25 より改変して掲載。

のシアル酸修飾の低下がみられる。継代数の若い間葉系

意が必要かもしれない。
最近著者らは、ヒト心臓由来細胞の冠動脈内皮細胞や幹細胞は、３種類（骨、軟骨、脂肪）の細胞に分化でき

微小血管内皮細胞の糖鎖プロファイルと細胞老化に伴うるが、長期培養によりシアル酸の低下した細胞では軟骨

糖鎖変化について報告した［14］。レクチンマイクロアレに分化が規定される［26］。シアル酸の低下が分化能低下

イ法による糖鎖プロファイル解析の結果、他の心臓細胞につながっていると考えられている。また最近の報告でである心筋細胞や線維芽細胞と比べて α1-2 フコースやは、若齢マウスと老齢マウス由来の皮膚幹細胞においてコア α1-6 フコースと呼ばれる糖鎖構造が心臓の内皮細レクチンマイクロアレイ解析で比較すると、若齢マウス

胞で多く発現していることを見出した。一方、細胞老化

由来では高マンノース型と言われる糖鎖が多いのに対に伴う糖鎖変化については心筋細胞や線維芽細胞と同様し、老齢マウス由来ではシアリル化複合型と言われる糖に、ほとんどみられなかった。また、HAEC において鎖が多いことが示された［27］。最近著者らは、マウス皮も細胞老化に伴う糖鎖プロファイルの変化はほとんどみ

質骨由来幹細胞の糖鎖プロファイル解析について報告しられていない（未発表）。上述のように糖脂質糖鎖であた［28］。この幹細胞では、骨髄由来間葉系幹細胞と比べるガングリオシド GM1 は老化で増加している一方、膜て α2-6 型のシアル酸が少なく、ラクトサミン構造 , ポ

タンパク質上の糖鎖プロファイルが変化していないこと

リラクトサミンまたはポリ -N- ラクトサミン構造、α2-3は、コアタンパク質自体の変化が影響している可能があ型シアル酸が多い。特に、ラクトサミン構造、ポリラク

るかもしれない。膜タンパク質上の糖鎖プロファイルがトサミンまたはポリ -N- ラクトサミン構造、α2-3 型シア

変化しない意義については、今後の検討課題である。

ル酸については、長期培養により増加することがわかった（図８）。上述のヒト間葉系幹細胞での報告と同様に、

４．組織幹細胞の老化と糖鎖

この細胞では長期培養で老化形質の一つである増殖停止

組織幹細胞は、我々の体の中の様々な場所に存在し、や SA-β-Gal 活性を示していない段階で糖鎖変化がみら

生涯にわたって増殖しながら分化細胞を生み出す能力をれている。マウス皮質骨由来幹細胞での糖鎖変化の機能持った細胞である。最近の研究では、身体の加齢変化の的意義については不明であるが、いわゆる細胞老化の形一因として、分化細胞の供給源である組織幹細胞の老化質を示す前に糖鎖が変化することは、細胞老化の手前のが提唱されるようになった。幹細胞の老化と糖鎖につい段階で早期に老化を予測するのに糖鎖が良いマーカーとていくつか報告されている。ヒト間葉系幹細胞では、長なりうることが期待される。

期間培養（in vitro cellular aging）することで α2-6 型－ 28 －

図８ 皮質骨由来幹細胞と糖鎖
マウス骨髄由来間葉系幹細胞（MSC）とマウス皮質骨由来幹細胞（CBSC）の継代の若い細胞（EP）と継代の進んだ細胞（LP）で、レクチンマイクロアレイ解析により糖鎖比較を行なった（黒色：MSC、白色 :CBSC-EP、
灰色：CBSC-LP）。赤枠で示す、SNA（α2-6 型シアル酸）、RCA120（ラクトサミン構造）、LEL（ポリラク
トサミンまたはポリ -N- ラクトサミン構造）、WGA（α2-3 型シアル酸）について、さらにフローサイトメトリー
解析を行なった（下段）。文献 28 より改変して掲載。

５．最後に役立つことが期待される。今後さらに老化と糖鎖の研究

細胞表面の糖鎖は、ウイルス感染との関連も知らが進めば、老化細胞由来の分泌型糖鎖、ガングリオシド、

れ、特にインフルエンザ 、MERS、SARS-CoV および

エキソソーム上の糖鎖、などを血中で検出することによ

HCoV-OC43 といったウイルスの細胞への結合にはシア

り、加齢性疾患の兆候としての細胞老化を早期に発見でル酸が関わっている［29, 30］。新型コロナウイルス SARS-

きるかもしれない。さらに、今後の開発が必要ではある

CoV-2 の最近の報告では、シアル酸修飾された糖タンパ

が、老化細胞特異的糖鎖抗体による抗体医薬、糖鎖合成［31］

阻害剤、老化細胞死誘導薬など老化細胞を標的とした新ク質やガングリオシドに結合を示すことが示された。

SARS-CoV-2 ウイルスの標的細胞は、主に神経細胞、血たな老化関連疾患の治療も可能になるかもしれない。

管の内皮細胞、呼吸器系や消化管内の上皮細胞であると報告されている［32］。ガングリオシドを多く発現する神

引用文献

経細胞への感染には、ガングリオシドが関与しているか

1． Baker DJ, Childs BG, Durik M, et al . Naturally

もしれない。また、上述のように老化した血管内皮細胞

occurring p16（Ink4a）-positive cells shorten

や高齢者由来の内皮細胞、さらに炎症刺激された内皮細healthy lifespan. Nature 530: 184-189, 2016.

胞でガングリオシドの GM1 が高発現することは［18,20］、

2． Jeon OH , Kim C, Laberge R M , et al . L ocal

高齢者における感染リスクの増加と関連している可能性

clearance of senescent cells attenuates theもある。SARS-CoV-2 ウイルスの感染予防のために、シdevelopment of post-traumatic osteoarthritis

アル酸やガングリオシドといった糖鎖を標的とした新規

and creates a pro-regenerative environment. Nat

治療戦略の開発が期待される。

Med.23: 775-781, 2017.

老化については、生物学、医学、そして社会学的観点

3． Ovadya Y and K rizhanovsky V. Strateg ies

から世界的に研究が行われているが、研究対象として取targeting cellular senescence. J Clin Invest. 128:

り扱いが難しく、未解明な点が多いのが現状である。今1247-1254, 2018.

後、ますます高齢化が進み、健康寿命の延伸が求められ

4． Xu M, Pirtskhalava T, Farr JN, et al . Senolyticsている現代社会において、老化と病態との関わりから疾improve physical function and increase lifespan in
old age. Nat Med. 24:1246-1256, 2018.

患発症に至るメカニズムについて明らかにしていく必要がある。特に、今回紹介したように糖鎖の変化という視5． Johmura Y, Yamanaka T, Omori S, et al . Senolysis

点からの老化研究は、老化に伴うさまざまな現象の検出

by glutaminolysis inhibition ameliorates various

のみでなく、加齢性疾患の発症メカニズムの解明につな

age-associated disorders. Science 371:265 -270,

がる可能性があり、これらの疾患の予防から治療にまで

2021.

－ 29 －

6． Dimri GP, Lee XH, Basile G, et al . A biomarker

Senescent Human Arterial Endothelial Cells. J
Biol Chem. 290: 25475-25486, 2015.

that identifies senescent human cells in culture
and in aging skin in vivo. Proc Natl Acad Sci U S

19． Sasaki N, Itakura Y, Toyoda M. Gangliosides
Contribute to Vascular Insulin Resistance. Int J

A. 92:9363-9367, 1995.
7． Alcorta DA, Xiong Y, Phelps D, et al . Involvement

Mol Sci. 20:1819, 2019.

of the cyclin-dependent kinase inhibitor p16

20． Sasaki N, Itakura Y, Toyoda M. Ganglioside GM1（INK4a）in replicative senescence of normal

contributes to extracellular/intracellular regulation

human fibroblasts. Proc Natl Acad Sci U Sof insulin resistance, impairment of insulin

A.93:13742-13747, 1996.

signaling and down-stream eNOS activation, in

8． Ya ng NC a nd Hu M L . The limitat ions a nd

human aortic endothelial cells after short- or long-v a l id it i e s o f s e ne s c e nc e a s s o c i at e d - b et a -term exposure to TNFα. Oncotarget 9: 5562-5577,

ga lactosidase act ivity as a n ag ing ma rker

2017.

for human foreskin fibroblast Hs68 cells. Exp

21． H a r r is on DE , St rong R , S h a r p Z D, et a l .
Rapamycin fed late in life extends lifespan in

Gerontol.40: 813-819, 2005.
9． Varki A, Cummings RD, Esko JD, et al . Essentials

genetically heterogeneous mice. Nature 460:392-5,

of Glycobiology, 3rd ed., Cold Spring Harbor2009.
22． Demidenko ZN, Zubova SG, Bukreeva EI, et al .

Laboratory Press, 2017.
10． Demaria M, Desprez PY, Campisi J, et al . Cell

Rapamycin decelerates cellular senescence. Cell

Autonomous and Non-Autonomous Effects ofSenescent Cells in the Skin. J Invest Dermatol.135:

Cycle 8:1888-95, 2009.
23． Zhuo L , Cai G, Liu F, et al . Expression andmechanism of mammalian target of rapamycin in

1722-1726, 2015.
11． Schafer MJ, White TA, Iijima K, et a l. Cellular

age-related renal cell senescence and organ aging.

senescence mediates fibrotic pulmonary disease.

Mech Ageing Dev. 130:700-8, 2009.
24． Laberge RM, Sun Y, Orjalo AV, et al . MTORNat Commun.8: 14532, 2017.
12． Itakura Y, Sasaki N, Kami D, et al . N- andreg u lates t he pro -tumor igenic senescence -O -glycan cell surface protein modifications

associated secretory phenotype by promoting

associated with cellular senescence and humanaging. Cell Biosci.6: 14, 2016.

IL1A translation. Nat Cell Biol. 17:1049-61, 2015.
25． Sasaki N, Itakura Y, Toyoda M. Rapamycin

13． Itakura Y, Sasaki N, Toyoda M. Qualitative

promotes endothelial-mesenchymal transitionand quantitative alterations in intracellular andduring stress-induced premature senescencemembrane glycoproteins maintain the balancethrough the activation of autophagy. Cell Commun

between cellular senescence and human aging.

Signal. 18:43, 2020.
26． Tateno H, Saito S, Hiemori K, et al . α2-6 sialylation

Aging（Albany NY）．10:2190-2208, 2018.
14． I t a k u r a Y, S a s a k i N , To y o d a M . G l y c a n

is a marker of the differentiation potential ofcha racteristics of human hea rt constituent

human mesenchymal stem cells. Glycobiology

cells maintaining organ function: relatively

26:1328-1337, 2016.

stable glycan profiles in cellular senescence.

27． Oinam L, Changarathil G, Raja E, et al . Glycome
profiling by lectin microarray reveals dynamic

Biogerontology. 22:623-637, 2021.

glycan alterations during epidermal stem cell

15． M i d g l e y A C , R o g e r s M , H a l l e t t M B ,e t a l . Tr a n s f o r m i n g g r o w t h f a c t o r - β 1

aging. Aging Cell 19:e13190, 2020.

（TGF-β1）-stimulated fibroblast to myofibroblast

28． Sasaki N, Itakura Y, Mohsin S, et al . Cell surface

differentiation is mediated by hyaluronan（HA）

and functional features of Cortical Bone StemCells. Int J Mol Sci. 22:11849, 2021.

-facilitated epidermal growth factor receptor（EGFR）and CD44 co-localization in lipid rafts. J

29． Yang W, Punyadarsaniya D, Lambertz RLO, et al .
Mutations during the Adaptation of H9N2 Avian

Biol Chem. 288:14824-38, 2013.
16． Sasaki N, Itakura Y, Toyoda M . Sialylation

Influenza Virus to the Respiratory Epithelium of

regulates myofibroblast differentiation of human

Pigs Enhance Sialic Acid Binding Activity andskin fibroblasts. Stem Cell Res Ther. 8: 81, 2017.

Virulence in Mice. J Virol. 91:e02125-16, 2017.

17． Sasaki N and Toyoda M. Glycoconjugates and

30． Devaux CA, Rolain JM, Colson P, et al . New

related molecules in human vascular endothelial

insights on the antiviral effects of chloroquine

cells. Int J Vasc Med. 2013: 963596, 2013.

aga i nst coronav i r us : what to ex pect for

18． Sasaki N, Itakura Y, Toyoda M. Ganglioside GM1
Contributes to the State of Insulin Resistance in－ 30 －

COVID-19? Int J Antimicrob Agents. 55:105938,
2020.

31． Fantini J, Scala CD, Chahinian H, et al . Structural

32． Zhang Y, Geng X, Tan Y, et al . New understanding

a nd mole cu l a r mo del l i ng st ud ie s reve a l aof the damage of SARS-CoV-2 infection outside

new mechanism of action of chloroquine andthe respiratory system. Biomed Pharmacother.

hydroxychloroquine against SARS-CoV-2 infection.

127:110195, 2020.

Int J Antimicrob Agents. 55:105960, 2020.

Cellular senescence and sugar chains

Norihiko Sasaki
Research Team for Geriatric Medicine, Tokyo Metropolitan Institute of Gerontology

Abstract
Recent studies have reaffirmed the importance of senescent cells in relation to agerelated diseases and longevity, and simple detection of senescent cells is required for theprevention and treatment of age-related diseases. However, the classical senescent marker
is an intracellular factor, and the current situation is that there is no cell surface marker for
detection of senescent cells. Sugar chains bound to proteins and lipids on the cell surface
are attracting attention not only as cell surface markers but also as functional molecules. In
recent reports, sugar chain changes associated with cellular senescence of skin fibroblasts
and cardiac system cells by the lectin array method, which is a comprehensive analysis
method of sugar chains, the function of glycolipid sugar chains increased by cellularsenescence in vascular endothelial cells, and changes in sugar chains associated with longterm culture of tissue stem cells have been clarified. Thus, the importance of sugar chains isbeing clarified in studies of cellular senescence.

Keywords：Senescence, Cell surface marker, Functional molecules, Sugar chains－ 31 －

基礎老化研究 46（1）; 33－36, 2022

【奨励賞受賞者研究トピックス】

上喉頭神経への慢性電気刺激は骨粗鬆症モデルラットの骨密度減少を部分的に抑制する
飯村

佳織、渡辺

東京都健康長寿医療センター研究所

信博、堀田

晴美

老化脳神経科学研究チーム

自律神経機能研究

キーワード：骨粗鬆症、カルシトニン、上喉頭神経、骨密度、ニューロモデュレーション

１．はじめに迷走神経から分岐する上喉頭神経（superior laryngeal

ヒトでは、骨粗鬆症は加齢とともに増加し、特に閉経

nerve; SLN）を電気刺激すると、甲状腺からのカルシ

後の女性に頻発する。通常、骨はリモデリングにより骨トニン（内因性カルシトニン）分泌が増加することを見

吸収と骨形成を繰り返すことで、骨組織の劣化が修復さ出した [9]。もし、意識下の動物においても SLN への電れ骨密度が維持される。しかし、閉経によるエストロゲ

気刺激が安全、かつ効果的にカルシトニン分泌を増加さ

ンの減少などにより、骨吸収と骨形成がアンバランスにせることが実験的に示されれば、骨粗鬆症に対する新たなると、破骨細胞による骨吸収が異常に高まり、それになカルシトニン治療法として発展する可能性が期待で骨芽細胞による骨形成が追い付かないことで、骨密度がきる。本稿では、英国 Galvani Bioelectronics 社と米国低下し骨粗鬆症を招く [1]。骨粗鬆症の治療薬の一つとしCase Western Reserve University との共同研究によりてカルシトニンが挙げられる。カルシトニンは甲状腺か実施した、意識下における上喉頭神経への電気刺激がカら分泌されるホルモンで、破骨細胞の表面に発現するカ

ルシトニン分泌や骨密度に与える影響についての研究成

ルシトニン受容体に結合すると、破骨細胞によるアクチ

果 [10] を、筆者らが共同研究先（米国）で学んだ神経慢

ンリングの形成を阻害し、骨吸収を急速に抑制する［2］。

性電気刺激の手法の紹介を交え報告する。

アクチンリングは破骨細胞の細胞骨格の一つであるアク
チンフィラメントがリング状に集合したものであり、破２． 意識下における上喉頭神経電気刺激のカルシトニ
ン分泌への影響（健常動物での検討）

骨細胞が骨基質表面に密着して骨吸収を行う時に形成される。アクチンリングの内側では骨基質の融解および分SLN を電気刺激するために、麻酔下でラット（雄、解が行われ、骨基質表面にハウシップ窩と呼ばれるくぼ

11-16 週齢）の前頸部から両側 SLN に約 2㎜の小さなカんだ形状が見られるのが特徴である。カルシトニンは破フ電極を埋め込み、さらに、血中のカルシトニン濃度を骨細胞に作用し骨吸収を停止させることで、相対的に骨測定するために採血用のカテーテルを上大静脈（右心房形成を促進するホルモンといえる。治療には、サケカルの手前）に留置した（図１a）。手術後から２週間の回

シトニンやウナギカルシトニンの誘導体製剤等が用いら

復期間中、術後管理のために抗生剤を２日間、抗炎症鎮

れており、骨密度の増加効果 [3,4] のほか、鎮痛作用 [5,6] が痛剤を５日間投与し、餌は通常のペレットに加えて、ペ基礎および臨床研究において認められている。しかしな

レットをふやかしたものやゼリー状飼料などの軟らかいがら、一定量以上のカルシトニン製剤の投与はカルシト

餌も与えた。また、４日に１度のペースでカテーテル内ニン受容体のダウンレギュレーションを誘発し、破骨細の充填物（ヘパリングリセロール）を新しいものに置き胞に対する抑制効果を減弱させる[7]

ため、カルシトニ

換えることでカテーテルが詰まらないよう管理した。

ン製剤治療では効果が見られる最小量の製剤を断続的に上喉頭神経は咽頭筋や輪状甲状筋、甲状腺に分布する投与する必要があり [8]、通院が患者の負担となってコン

ほか、咽頭や喉頭の知覚を中枢に伝えて嚥下反射を引き

プライアンスが保たれにくいという課題も抱えている。

起すことや [11-14]、ラットでは呼吸の抑制に関与すること

一方、我々は最近、麻酔下ラットを用いた研究で、も示唆されている [15]。そのため、まずは、意識下における上喉頭神経刺激が安全に行えるかを明らかにするた

連絡先：飯村〒 173-0015

佳織
東京都板橋区栄町 35-2

TEL：03-3964-3241
E-mail： kiimura@tmig.or.jp

めの探索を行った。動物用プレスチモグラフを用いて、SLN 刺激中（刺激幅 0.5ms, 頻度 40Hz, 刺激強度 15 〜
120μA）の一回換気量や呼吸頻度をモニターしながら、忌避行動がおこらないかを注意深く観察した結果、30秒間または５分間の刺激中、いずれの刺激強度でも一回－ 33 －

a

カテーテル（上大静脈に留置し、背部に固定）cb

iCT濃度の変化量(⊿pg/ml)

電極リード線（SLNに埋め込み、頭に固定）

p = 0.038

SLN刺激 採血

Control
n=9(3)

アクリル
ケース

SLN刺激
n=7(7)

図１ 意識下 SLN 刺激の方法と末梢血中 iCT 濃度への影響
a：SLN に埋め込んだ電極のリード線と上大静脈に留置したカテーテルは、皮下を通しラットの口が届かない
頭頂部と背部に固定した。b：SLN 刺激（0.5ms, 40Hz, 90 μ A）および採血（各 500 μ l）は、アクリルケー
ス内でラットの動きを制限することなく行われた。c：刺激前に対する刺激中の iCT 濃度の変化量を示す。平
均値±標準偏差、●は各例の値を示す．unpaired t-test（one-tailed）。文献 10 より一部改変して引用。

換気量や呼吸頻度が抑制されることはなく、刺激を嫌が骨密度の経時的変化を観察した。すると、術後２週目にる行動も見られなかった。一方、90μA 以上の強度では、は卵巣を摘出していない偽手術ラットに比べて顕著な骨刺激中にラットが嚥下様の動きをしているのが見て取れ

密度の低下が認められた。術後８週目に解剖し、大腿骨た。

と脛骨の骨密度を DXA 法により厳密に調べると、大腿次に、安全性が確認できた刺激強度（90μA）で SLN

骨では遠位骨幹端、脛骨では近位骨幹端の骨密度が偽手

刺激を 8 分間おこない、刺激前と刺激中に、カテーテル術ラットに比べて約 30％も減少していた。この結果は、を介して末梢血を採取した（図１b）。ELISA 法にて血11 週齢で卵巣摘出されたラットにおいて、脛骨近位部

漿中の免疫反応性カルシトニン（iCT）の濃度を計測し、と大腿部遠位部で局所性の骨量減少が見られた先行研究

刺激による変化を調べた結果、刺激中の iCT 濃度の増[16]の結果と一致した。

加はコントロール群（埋め込み手術をしたが刺激をしな

次に、上記モデルを用いて SLN を慢性的に刺激した

い群 , ３匹９例）に比べて刺激群（７匹７例）で有意に場合の骨密度への影響を調べた。11 匹のラットに埋め

大きく、SLN 刺激群では刺激前よりも刺激中に約 13.3

込み手術を行ったが、そのうち５匹は、ラット自身がpg/mL 増加していた（図１c）。これまでの麻酔下ラッ電極接続部分を破壊してしまったため SLN 刺激が不可トにおける研究 [9] では SLN 刺激による甲状腺静脈血中能となってしまった。そのため、本研究における慢性での iCT の増加が明らかになっていたが、本研究によSLN 刺激モデル作成の成功率は約５割であった。２週り初めて意識下で末梢血レベルでの iCT 濃度の増加を

間の回復期間後、前述の実験で末梢血中の iCT 濃度を確認することができた。ヒトでは末梢血中カルシトニン増加させた刺激パラメーターを用いて、SLN 刺激を断が 1pg/ml 増加すると骨吸収率が 1.27％減少することか

続的（１時間ごとに１回８分間の刺激を１日７回、これら [8]、意識下 SLN 刺激の骨密度低下に対する効果が大を週に４日間）に３- ４週間実施した（図２a）。なお、

いに期待できる結果が得られた。

OVX ラットに対するカルシトニン製剤投与は暗期よりも明期が効果的であった報告 [17] から SLN 刺激は明期の３． 骨密度低下に対する上喉頭神経の慢性電気刺激の効果（骨粗鬆症モデルでの検討）み実施した。刺激期間終了後ラットを安楽殺し、カフ電極内に SLN が収まっているか、周囲組織に炎症がない

本実験には、閉経後骨粗鬆症モデルである卵巣摘出かを確認した。SLN 刺激を実施した６匹中１匹では電（OVX）ラットを用いた。12 週齢で卵巣摘出した３週後極を埋め込んだ部分の周囲に炎症が見られたため、このに、麻酔下で両側 SLN にカフ電極を埋め込み、前述し例を除いた５匹を SLN 刺激群として解析した。コント

た方法で術後管理をした。餌は標準的な量のカルシウム

ロール群（卵巣摘出と埋め込み手術は行ったが SLN 刺を含有する（約１％）ペレットを主に与えた。まず、筆激は受けなかった群 , n=5）では炎症は確認されなかっ者らの飼育環境下で骨粗鬆症モデルが作成できるのかをた。続いて、これら刺激群とコントロール群から大腿骨確認するために、in vivo で X 線像を撮影して大腿骨のと脛骨を取り出し、DXA 法にて骨密度を計測した。卵－ 34 －

b
慢性SLN刺激
1回8分間、1日7回、
週4日、3～4週間実施

電極ケーブル

飼育
ケージ

ペレット
や水

大腿骨-遠位骨幹端

脛骨-近位骨幹端p = 0.032

p = 0.051

DXA-骨密度(mg/cm2)aエ ン リ ッチ
メント
control SLN刺激(n=5) (n=5)

control SLN刺激(n=5) (n=5)

図２ 卵巣摘出ラットへの慢性 SLN 刺激の方法と骨密度低下に対する効果
a：慢性 SLN 刺激はラットが生活している飼育ケージ内で実施した。電極ケーブルはラットがケージ内を行
動するために十分な長さ（約 40㎝）であり、自由給餌および給水が可能であった。b：慢性 SLN 刺激後における大腿骨（遠位骨幹端）および脛骨（近位骨幹端）の骨密度を示す。SLN 刺激群の骨密度は control 群に比べて大腿骨では高い傾向があり、脛骨では有意に高かった．平均値±標準偏差、●および■は各例の値を示す。Unpaired t-teat（one-tailed)。文献 10 より一部改変して引用。

巣摘出により最も影響を受ける部位（大腿骨の遠位骨幹治療とは異なる制御メカニズムを介して骨に対して機能端部、脛骨の近位骨幹端部）を、SLN 刺激群とコントロー

することも考えられるが [21]、より長期間の SLN 刺激でル群とで比較したところ、刺激群ではコントロール群には骨密度低下に対し、より明確な効果が見られる可能性

比べて、いずれの部位でも 4-5％骨密度が高かった。こもある。本研究では、神経に埋め込んだ電極から刺激装れらのことから、意識下における３- ４週間の間歇的な置の間で断線するトラブルから、埋め込み手術をした約SLN 刺激は、卵巣摘出による骨密度低下を部分的に抑半数のラットで刺激を行えなくなってしまった。
今後は、制することが示唆された。

無線による SLN 刺激などの長期間の検討に耐えうるデ前述の SLN 刺激時に末梢血中カルシトニン濃度が増

バイスへの変更も視野に入れ、より長い期間の SLN 電

加した結果と本結果を合わせると、慢性的な SLN 刺激

気刺激による骨密度への影響を追求していく必要があ

により、おそらくカルシトニン放出が促進したことで、る。

卵巣摘出における骨密度低下を部分的に抑制したと予想された。一方で、カルシトニンとは別の骨密度の制御メ

引用文献

カニズムが相互的に働いていた可能性もある。例えば、

1． Seeman E, Delmas PD. Bone quality — The

SLN の電気刺激は交感神経を介して反射的に麻酔動物

material and structural basis of bone strength andの下肢の血管拡張を誘導することが報告されており
19]

[18,

、この反応は大腿骨や脛骨の骨密度の増加にも寄与しfragility. N Engl J Med 354(21): 2250-2261, 2006.
2． Kuroda H, Nakamura M, Kamiyama K. Effectsているかもしれない。

of calcitonin and parathyroid hormone on the
distribution of F-actin in the clear zone of

４．おわりにosteoclasts in vivo. Bone 19(2): 115-120, 1996.

これらの結果は、SLN 刺激によるカルシトニン分泌

3． Hsiao CY, Chen TH, Chu TH, et al . Calcitoninの促進が、骨粗鬆症に対する新たな治療法として発展すinduces bone formation by increasing expression

る可能性を示した。しかしながら、SLN 刺激群の骨密of Wnt10b in osteoclasts in ovariectomy-induced

osteoporotic rats. Front Endocrinol (Lausanne) 11:

度は卵巣摘出をしていないラットに比べると著しく低く

613, 2020.

（約 - 40㎎ /㎠）、３- ４週間の SLN 刺激による効果は卵巣摘出による骨密度低下を部分的に改善するに留まっ

4． Orimo H, Hirotoshi M, Tetsuo I, et al . Effect ofた。また、骨密度以外の組織学的指標（破骨細胞数など）

elcatonin on involutional osteoporosis. J Bone
Miner Metab 14: 73-78, 1996.

には明確な差を見ることはできなかった。OVX ラット
への約２か月間のカルシトニン製剤の投与は、大腿骨の5． Shibata K, Takeda M, Ito A, et al . Ovariectomy-

約 15％の骨密度増加 [20] や、破骨細胞数の有意な減少 [3]induced hyperalgesia and antinociceptive effect

を起こすことが報告されている。神経性調節による内因

of elcatonin, a synthetic eel calcitonin. Pharmacol

性カルシトニン分泌増加は、従来の外因性カルシトニン

Biochem Behav 60(2): 371-376, 1998.

－ 35 －

6． Knopp JA. Diner BM, Blitz M, et al . Calcitonin

42(2): 369-387, 1974.

for treating acute pain of osteoporotic vertebral

14． K itagawa J, Shinga i T, Taka hashi Y, et al .

compression fractures: a systematic review ofPharyngeal branch of the glossopharyngeal nerve

randomized, controlled trials. Osteoporos Int

plays a major role in reflex swallowing from16(10): 1281-1290, 2005.

the pharynx. Am J Physiol Regul Integr Comp
Physiol 282(5): R1342-R1347, 2002.

7． I kega me M , Eji r i S , Ozawa H . Ca lciton ininduced change in serum calcium levels and its

15． Sun QJ, Bautista TG, Berkowitz RG, et al . The

relationship to osteoclast morphology and number

temporal relationship between non-respiratoryof calcitonin receptors. Bone 35(1): 27-33, 2004.

burst activity of expiratory laryngeal motoneurons

8． Yamauchi H, Suzuki H, Orimo H. Calcitonin forand phrenic apnoea during stimulation of thethe treatment of osteoporosis: dosage and dosing

superior laryngeal nerve in rat. J Physiol 589(Ptinterval in Japan. J Bone Miner Metab 21: 198-204,7): 1819-1830, 2011.
16． Nakamuta H , Sasaki M , Ichikawa M , et al .

2003.
9． Hotta H, Onda A, Suzuki H, et al . Modulation

An acute and focal osteopenia model usingof calcitonin, parathyroid hormone, and thyroid

ovariectomized rats: a rapid detection of thehormone secretion by electrical stimulation ofprotective effect of salmon calcitonin. Biol Pharm

sympathetic and parasympathetic nerves in

Bull 16(3): 325-327, 1993.
17． Simmons DJ, Yang C, Gundberg CM , et al .

anesthetized rats. Front Neurosci 11: 375, 2017.
10． Iimura K, Watanabe N, Milliken P, et al . Chronic

Calcitonin: chronotherapeutic effect on osteopenia

electrical stimulation of the superior laryngeal

in the ovariectomized rat. Prog Clin Biol Res

nerve in the rat: A potential therapeutic approachfor postmenopausal osteoporosis. Biomedicines

341A: 517-527, 1990.
18． Faber J E , Brody MJ. Ref lex hemodyna mic

8(9): 369, 2020.

response to superior laryngeal nerve stimulation

11． A nd rew BL . A f u nct iona l a na lys is of t hemyelinated fibres of the superior laryngeal nervein the rat. J Auton Nerv Syst 9(4): 607-622, 1983.
19． Possas OS , Lewis SJ. NO - containing factorsof the rat. J Physiol 133(2): 420-432, 1956.

mediate hindlimb vasodilation produced by

12． Furusawa K, Yasuda K, Okuda D, et al . Central

superior laryngeal nerve stimulation. Am J

distribution and peripheral functional properties

Physiol 273(1 Pt 2): H234-H243, 1997.

of a f ferent and ef ferent components of the

20． Rico H, Valencia MJ, Villa LF, et al . Calcitoninsuperior laryngeal nerve: morphological andver sus clo d ronat e i n t he prevent ion ofelectrophysiological studies in the rat. J Compovariectomy-induced osteopenia in rats. Clin
Rheumatol 19(1): 47-50, 2000.

Neurol 375(1): 147-156, 1996.
13． Miller AJ, Loizzi RF. Anatomical and functional

21． Davey RA, Findlay DM. Calcitonin: Physiology ordifferentiation of superior laryngeal nerve fibers
affecting swallowing and respiration. Exp Neurol－ 36 －

Fantasy? J Bone Miner Res 28(5): 973-979, 2013.

基礎老化研究 46（1）; 37－41, 2022

【奨励賞受賞者研究トピックス】

呼吸鎖超複合体形成による骨格筋のミトコンドリア機能調節とその制御因子
小林1

天美 1, 2ハーバード大学附属ブリガム・アンド・ウィメンズ病院脳神経内科
東京都健康長寿医療センター研究所システム加齢医学研究チーム

2

キーワード：mitochondria, respiratory chain supercomplex, FRET, skeletal muscle

１．はじめに因子を遺伝子導入にて過剰発現させたマウスにおいては、骨格筋は、筋タンパク質の合成と分解が繰り返し行わトレッドミルにおける運動持続時間が延長していた［12］。

れることによって維持されている組織であり、骨格筋量

このことより、呼吸鎖超複合体形成がエネルギー産生率と筋力は老化と共に減少する［1］。骨格筋の老化メカニズを上昇させる働きを有し、筋持久力に関わることを示唆

ムとして、性ホルモン濃度の減少、筋組織におけるアポしている。その他、加齢ラットの骨格筋においては、若トーシスの誘発などが加齢と共に生じることが要因と齢ラットと比較して呼吸鎖超複合体の形成が減少するこなっている。その背景として、筋肉の質を維持するミトとが報告されている［13］。ヒトの骨格筋においては、高

［2-9］

、骨格筋量

齢になるにつれて OPA1（optic atrophy 1）というミトの低下に先行してミトコンドリア機能障害が生じること

コンドリア内膜の構造維持とともに呼吸鎖超複合体形成も報告されている［10］。また、骨格筋は収縮速度の観点にもかかわるタンパク質の発現の低下がみられた 4。以

から速筋及び遅筋に分類されるが、ミトコンドリアは遅上から、骨格筋の老化メカニズムにミトコンドリア呼吸

筋に多く分布しており、ミトコンドリアタンパク質の変鎖超複合体の形成変化が関与していることが示唆されて化に伴うミトコンドリア機能低下は姿勢維持及び歩行ないる。

コンドリアの機能低下が指摘されており

どの低強度運動を支える遅筋に大きな影響を与えると考えられている。

ミトコンドリア呼吸鎖超複合体に着目し、老化と関連する疾患のメカニズム解明・治療薬開発には、呼吸鎖超ミトコンドリアは、ほぼ全ての真核生物の細胞に存複合体の構造変化を生体内に近い状態で簡便に検出する

在する細胞内小器官で、酸化的リン酸化により生命手法が必要とされる。本稿では、我々が確立したライブ活動に必要なエネルギーであるアデノシン三リン酸

セル内で呼吸鎖超複合体の形成を可視化・定量化する手（Adenosine Triphosphate; ATP）産生を主に行ってい法と、それを応用させた著者の最新の研究成果を紹介する。外膜と内膜という２枚の脂質膜を有しており、真核る。

生物では内膜に酸化的リン酸化を担う呼吸鎖複合体が配列している。この呼吸鎖複合体は複合体 I, II, III, IV と

２．ミトコンドリア呼吸鎖超複合体の可視化

いう４つの異なる複合体により構成され、ATP 合成酵

従来のミトコンドリア呼吸鎖超複合体の検出方法

素が働くためのプロトン（H+）濃度勾配をつくり出し

は、細胞・組織から単離したミトコンドリア分画を用ている。呼吸鎖複合体のうち、複合体 I, III, IV は複合

いたタンパク質電気泳動法の一つである Blue Native-

体同士が結合しさらに高次の超複合体を形成することがPolyacrylamide Gel Electrophoresis（BN-PAGE）やクラ報告されている［2］。我々が過去に報告した研究では、呼イオ電子顕微鏡法によるタンパク質構造解析が主に用い

吸鎖超複合体の形成が減少したマウスの胎児より樹立しられている。これらの手法は呼吸鎖超複合体の抽出効率

た胎仔線維芽細胞では ATP 産生が低下した［12］。また、や存在状態が容易に変化することが知られており、高度同様の成体マウスにおいては、トレッドミルにおける運動な技術の習熟を要する他、特殊な電子顕微鏡を要する

持続時間が短縮した一方で、呼吸鎖超複合体の形成促進

ことから汎用性に欠ける。そこで、呼吸鎖超複合体の検出法にあたって、我々は Förster 共鳴エネルギー移動

連絡先：小林天美

60 Fenwood Rd, Boston, Massachusetts, USA, 02115
TEL：617-732-5500
E-mail： mikirespect@gmail.com
akobayashi1@bwh.harvard.edu（Förster Resonance Energy Transfer; FRET）の原理に着目した。FRET 現象は、２つの蛍光分子が近接して存在する時に、一方の蛍光タンパク質の蛍光スペクトル
ともう一方の蛍光タンパク質の励起スペクトルに重なりがあり、両蛍光タンパク質の相対的向きが適切な方向関係にあると、一つの蛍光分子（donor）からもう一つの蛍－ 37 －

光分子（acceptor）へエネルギーが移行する現象である。

質間で FRET 現象が起きていたことが確認された。次

その結果、acceptor が励起され蛍光（FRET シグナル）に、これら２種の融合タンパク質を安定的に発現するを発生する。会合状態を調べたい２分子それぞれを、励C2C12 細胞（マウスの筋衛星細胞由来の筋芽細胞）株

起スペクトルと蛍光スペクトルの重なりがある donor、の樹立を行い、また陰性コントロールとして呼吸鎖複

acceptor 用の蛍光タンパク質との融合タンパク質として合体同士が会合しない呼吸鎖複合体 III のサブユニット

細胞内に発現させ、両蛍光タンパク質の方向関係が適切と ATP 合成酵素のサブユニットの、蛍光融合タンパクな条件下で、両分子が近接した時のみ FRET シグナル質を共発現する細胞株も樹立した。固定細胞、生細胞［15］。本研究では、呼吸鎖複合体同士が会のいずれの場合も、呼吸鎖複合体 I のサブユニットと呼合し、超複合体形成時に近接する呼吸鎖複合体のサブユ

吸鎖複合体 IV のサブユニットの組み合わせで donor のニットにそれぞれ別々の donor および acceptor として励起時に acceptor の蛍光波長のシグナルが検出された

使用可能な蛍光タンパク質 AcGFP と DsRed monomer（未発表データ）。一方で、呼吸鎖複合体Ⅲのサブユニッを融合させた（図１）。共焦点レーザー顕微鏡で観察をトと ATP 合成酵素のサブユニットの組み合わせでは、行い、まずヒト胚性腎臓細胞である HEK293 細胞におdonor の励起時に acceptor の蛍光波長のシグナルが検いて呼吸鎖複合体Ⅰのサブユニットを標識した AcGFP

出されなかった（未発表データ）。このことより、呼吸の励起波長により呼吸鎖複合体Ⅳのサブユニットを標鎖複合体 I と呼吸鎖複合体 IV のサブユニットの蛍光標

識した DsRed monomer の蛍光が検出された。顕微鏡識により検出された FRET シグナルがミトコンドリアに付随する FRET 解析用ソフトウェアを使用して補正

呼吸鎖超複合体形成を反映していることが示唆された。

が観察されるを行い、FRET 効率を擬似カラーとして示すことができ（未発表データ）、上記の呼吸鎖複合体同士の近接

３． ミトコンドリア呼吸鎖超複合体形成変化の検出と定量化が FRET シグナルとして検出されている可能性が示唆された。ここで、検出された蛍光シグナルが FRET 現

我々の研究チーム並びに他の複数の研究室は、ミ象を反映しているかを検証するために我々は Acceptor

ト コ ン ド リ ア タ ン パ ク 質 の COX7RP（Cytochrome

Photobleaching を行った。Acceptor Photobleaching とc oxidase subunit 7a related polypeptide）/SCAF1/

は、acceptor の蛍光タンパク質である DsRed monomer

COX7A2L が、 呼 吸 鎖 超 複 合 体 形 成 を 促 進 す るを退色させ、donor の蛍光タンパク質から acceptor のassembly factor であり、その L 字型構造により複合体

蛍光タンパク質へのエネルギー移動を打ち消すことをいIII と複合体 IV および複合体 I と複合体 IV の結合に寄う。画像内に９ヶ所の ROI（Region of interest）を設定し、与していることを見出した［12, 16-18］。これを踏まえ本研究

蛍光強度を記録した後にこれらの ROI に対して DsRed

では、siRNA を用いて COX7RP の発現を抑制し、そのmonomer の励起波長において最大出力で照射すること際の FRET シグナルが呼吸鎖超複合体形成の変化を反により Photobleaching を行った。Photobleaching の前映しているか検証した。まず、siRNA を用いて Cox7rp

後で ROI における DsRed monomer の蛍光強度は著明の発現を抑制した C2C12 細胞より抽出したミトコンドに低下し、AcGFP の蛍光強度は有意に上昇した（未リア分画を用いて BN-PAGE による呼吸鎖超複合体形

発表データ）。この結果から、上記の蛍光融合タンパク成の比較を行った。Control と比較して siCox7rp 処理

図１． Förster 共鳴エネルギー移動（Förster Resonance Energy Transfer; FRET）のメカニズム
本研究で利用した、FRET のメカニズムを示す。Donor と acceptor となる蛍光タンパク質同士が近接したときに FRET 現象が起き、donor を励起させると acceptor の蛍光が見られる。本研究では、AcGFP と
DsRedmonomer の２種類の蛍光標識を異なる呼吸鎖複合体サブユニットに融合したタンパク質をそれぞれdonor、acceptor として使用した。

－ 38 －

時では呼吸鎖超複合体の形成が低下した（未発表デー（Tabebuia avellanedea ）の樹皮から抽出された化合物でタ）。次に、共焦点レーザー顕微鏡を用いて、呼吸鎖複ある Beta-lapachone を添加した条件下での C2C12 の生合体Ⅰのサブユニットと AcGFP、呼吸鎖複合体Ⅳのサ細胞において呼吸鎖複合体ⅠとⅣのサブユニット蛍光

ブユニットと DsRed monomer の蛍光融合タンパク質

融合タンパク質間の FRET 効率を表す cFRET/Donor

を安定的に発現する C2C12 細胞内における COX7RP 発

ratio が有意に上昇していた（図３）。共焦点レーザー

現抑制時の FRET シグナルを定性的に評価したところ、顕微鏡を用いた FRET シグナルの定性評価でも同様の

siCox7rp 処理時では Control と比較して FRET 効率が結果が得られ、Beta-lapachone を添加した C2C12 細胞減少した（未発表データ）。さらに、同様の安定発現細より抽出したミトコンドリア分画を用いて行った BN-

胞を用いて、siCox7rp 処理後 48 時間経過してからこのPAGE では呼吸鎖超複合体の形成促進が確認された（未細胞を IN Cell Analyzer 6000（GE Healthcare, Chicago,

発表データ）。また、XFp Extracellular Flux Analyzer

USA）で 撮 像 し、 補 正 し た corrected FRET（cFRET）

を用いて C2C12 細胞に Beta-lapachone を添加した際のの値を求めた。Control と比較して siCox7rp 処理時では酸素消費量を計測したところ、溶媒の DMSO のみの添

Donor 1 分子あたりの FRET 効率を表す cFRET/Donor

加条件下のコントロールと比較して Beta-lapachone 1

ratio は有意に減少した（図２）。なお、同時に測定した

μM 添加下の細胞のミトコンドリアでは、基礎呼吸およDonor である AcGFP の蛍光シグナル値と Acceptor でび最大呼吸において有意な上昇を認め、ATP 産生量もある DsRed monomer の蛍光シグナル値は siControl と増加傾向を示した（未発表データ）。Beta-lapachone に

siCox7rp 処理時では差は認められなかった。これらのついては、過去の論文で加齢マウスの骨格筋におけるミ結果より、COX7RP の発現抑制に伴う呼吸鎖超複合体

トコンドリアの構造異常、ミトコンドリアの数の減少をの形成変化を FRET シグナルが反映することが強く示

緩和し、ミトコンドリアタンパク質の発現量を増加させ、唆され、超複合体形成を FRET シグナルとして定量化

マウスの筋力・運動耐用能の上昇とエネルギー代謝量をすることを可能にした。

増加させる化合物として報告されているが［19］、呼吸鎖超複合体に直接影響を与えるという報告はない。本研究*において、新規に Beta-lapachone のミトコンドリア呼吸鎖超複合体形成促進作用を明らかにし、筋肉細胞にお0.6

けるミトコンドリアの機能を亢進させることを示した。

0.4

0.8

0.3
0.2

c FRET / Donorc FRET / Donor

0.5

0.1
0

#1

#2

siControl#1#2

siCox7rp( * : P < 0.05)
図２．呼吸鎖超複合体形成阻害時の FRET シグナ
ル値
呼 吸 鎖 複 合 体 Ⅰ -AcGFP お よ び 呼 吸 鎖 複 合 体 Ⅳ-DsRed monomer を共に安定発現する C2C12細胞を２種類（#1 と #2）の siCox7rp および２
種類（#1 と #2）の siControl（10 nM）にて処
理 し、 生 細 胞 の 蛍 光 を IN Cell Analyzer 6000
を 用 い て 測 定 し た（N = 12）。 補 正 値 cFRET/
Donor の比を示す。Error Bars: 平均値 ± 標準誤差。* P < 0.05（Two-way ANOVA）。

***

0.6
0.4
0.2
0

DMSO BetaLapachone
図３．Beta-lapachone 添加時の FRET シグナル値
呼 吸 鎖 複 合 体 Ⅰ -AcGFP お よ び 呼 吸 鎖 複 合 体 Ⅳ-DsRed monomer を共に安定発現する C2C12
細 胞 を Beta-lapachone（1 μM） も し く は 溶 媒（DMSO） に て 処 理 し、 生 細 胞 の 蛍 光 を IN Cell
Analyzer 6000 を 用 い て 測 定 し た（N = 12）。
Beta-lapachone もしくは溶媒（DMSO）を添加し、24 時間後に観察した。補正値 cFRET/Donorを示す。Error Bars: 平均値 ± 標準誤差。*** P <0.001（t-test）

４． Beta-lapachone のミトコンドリア呼吸鎖超複合体形成促進作用FRET シグナルによるミトコンドリア呼吸鎖超複合体の可視化・定量化をきっかけとして、我々はこの手法を応用したハイスループットスクリーニングを 1200 以

５．おわりに上の種類の薬理活性化合物ライブラリーを用いて行っミトコンドリア呼吸鎖超複合体を FRET の原理を利た。その結果、ノウゼンカズラ科植物パウダルコの木用して可視化・定量化する手法を確立した。簡便に効率－ 39 －

よく、ミトコンドリア呼吸鎖超複合体をライブセル内で測定することが可能であり、汎用性が高いと考える。本6.

2624 (2002).

Short, K. R. et al . Decline in skeletal muscle

研究では、筋管化させた C2C12 細胞では呼吸鎖超複合

mitochondrial function with aging in humans.

体の評価を行なっていないが、今後は速筋型と遅筋型へ

Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A . 102, 5618–5623(2005).
Ikeda, K., Horie-Inoue, K., Inoue, S. Functionsof estrogen and estrogen receptor signaling onskeletal muscle. J. Steroid Biochem. Mol. Biol . 191,
105375 (2019).
Azuma , K . , Ikeda , K . , Inoue, S . Functiona l
Mechanisms of Mitochondrial Respiratory Chain
Supercomplex Assembly Factors and Their
Involvement in Muscle Quality. Int. J. Mol. Sci . 21,3182 (2020).
Kobayashi, A., Azuma, K., Ikeda, K., Inoue,
S. Mechanisms Underlying the Regulation of
Mitochondrial Respiratory Chain Complexes by
Nuclear Steroid Receptors. Int J Mol Sci . 21, 6683
(2020).
Kadoguchi, T. et al . Angiotensin II can directly
induce mitochondrial dysfunction, decreaseoxidative fibre number and induce atrophy inmouse hindlimb skeletal muscle. Exp. Physiol . 100,
312–322 (2015).
Schägger, H. & Pfeiffer, K. Supercomplexes in
the respiratory chains of yeast and mammalian
mitochondria. EMBO J . 19, 1777–1783 (2000).
Ikeda, K., Shiba, S., Horie-Inoue, K., Shimokata, K.
& Inoue, S. A stabilizing factor for mitochondrial
respiratory supercomplex assembly regulates
energy metabolism in muscle. Nat. Commun . 4,
1–9 (2013).
Lombardi, A. et al . Defining the transcriptomic
and proteomic profiles of rat ageing skeletal
muscle by the use of a cDNA array, 2D- and Bluenative-PAGE approach. J. Proteomics 72, 708–721(2009).
Tezze, C. et al . Age-Associated Loss of OPA1
in Muscle Impacts Muscle Mass , Metabolic
Home o st a s is , System ic I n f la m mat ion , a nd
Epithelial Senescence. Cell Metab . 25, 1374–1389(2017).
M itra , R . D. , Silva , C . M . & Youva n, D. C .
F lu o r e s c e n c e r e s o n a n c e e n e rg y t r a n s f e r
between blue-emitting and red-shifted excitation
derivatives of the green fluorescent protein. Gene
173, 13–17 (1996).
Letts, J. A., Fiedorczuk, K. & Sazanov, L. A.
The architecture of respiratory supercomplexes.
Nature 537, 644–648 (2016).
Williams, E. G. et al . Systems proteomics of liver
mitochondria function. Science 352, aad0189(2016).

分化させた場合の呼吸鎖超複合体形成の違いについても本手法を利用して検証することが期待される。若齢と老7.

齢マウスでの速筋と遅筋における各呼吸鎖複合体の呼吸能、呼吸効率や発現量を比較する報告［20, 21］や、ヒトの若齢者と高齢者から採取した Type Ⅰ繊維（遅筋繊維）と Type Ⅱ a 繊維（速筋繊維）における各呼吸鎖複合体

8.

と OPA1 の発現量の違い［22］からは、呼吸鎖超複合体形
成も筋繊維のタイプによって異なることが予想される。
特に骨格筋の老化メカニズムの解明という観点ではこれらの筋繊維の違いが重要となるであろう。
また、本手法を利用したアッセイ系を構築し、新規に

9.

特定の化合物のミトコンドリア呼吸鎖超複合体形成促進作用を明らかにした。今後は、本手法を呼吸鎖超複合体
形成ならびにミトコンドリア機能を促進させる各種因子・刺激の特定に活用し、加齢性変化を伴う細胞・組織の機能を向上させるメカニズムの基礎研究から加齢性疾10.

患応用研究まで幅広く適用されることが期待される。
６．謝辞
本研究は、東京都健康長寿医療センター研究所システ
ム加齢医学研究チーム研究部長の井上聡先生、同研究員

11.

の竹岩俊彦先生、東京大学医学部附属病院老年病科の東浩太郎先生、埼玉医科大学医学部ゲノム応用医学の池田和博先生のご指導のもと行われました。東京大学大学院

12.

医学系研究科加齢医学講座の先生方にも多大な御助言をいただきました。実験材料の提供・先行実験において多大なるご尽力を賜わりました、東京都健康長寿医療センター研究所生体調節機能研究副部長の大澤郁朗先生、理化学研究所生命医科学研究センターの北見俊守先生に深13.

く感謝申し上げます。
引用文献
1.

Burr, D. B. Muscle strength, bone mass, and agerelated bone loss. J. Bone Miner. Res . 12, 1547–

2.

1551 (1997).

14.

Calvani, R. et al . Mitochondrial pathways insarcopenia of aging and disuse muscle atrophy.

3.

4.

5.

Biol. Chem . 394, 393–414 (2013).
Rygiel, K. A., Picard, M. & Turnbull, D. M. The
ageing neuromuscular system and sarcopenia: a
mitochondrial perspective. J. Physiol . 594, 4499–
4512 (2016).
Alway, S. E., Mohamed, J. S. & Myers, M. J.
Mitochondria initiate and regulate sarcopenia.
Exerc. Sport Sci. Rev . 45, 58–69 (2017).
Bua , E . A . , McK iernan, S . H . , Wanagat , J. ,McKenzie, D. & Aiken, J. M. Mitochondrial
abnormalities are more frequent in muscles
undergoing sarcopenia. J. Appl. Physiol . 92, 2617–

15.

16.

17.

－ 40 －

18.

Milenkovic, D., Blaza, J. N., Larsson, N. G. &Hirst, J. The Enigma of the Respiratory Chain

19.

Supercomplex. Cell Metab . 25, 765–776 (2017).

21.

type-specific manner. Aging Cell 15, (2016).

Fukunaga, T. et al . Muscle fiber type specificalterations of mitochondrial respiratory function

Lee, J. S. et al . Beta-Lapachone, a modulator ofand morphology in aged female mice. Biochem.

NAD metabolism, prevents health declines in aged
mice. PLoS One 7, e47122 (2012).

Biophys. Res. Commun . 540, 116–122 (2021).

22. Murgia, M. et al . Single Muscle Fiber Proteomics

20. Kruse, S. E . et al . Age modifies respiratorycomplex I and protein homeostasis in a muscle－ 41 －

Reveals Fiber-Type-Specific Features of Human
Muscle Aging. Cell Rep. 19, (2017).

基礎老化研究 46（1）; 43－45, 2022

【奨励賞受賞者研究トピックス】

加齢に伴う睡眠変容の制御メカニズム解明にむけて
辻 将吾 1、佐藤 亜希子 1,2
国立研究開発法人長寿医療研究センター
ジェロサイエンス研究センター 統合生理学研究部
2東北大学 加齢医学研究所 脳科学研究部門 統合生理学研究分野
1

キーワード：sleep, brain, hypothalamus, Sirtuin, Prdm13

１．はじめに呼ばれる。徐波睡眠の量は睡眠恒常性維持機構（日中のヒトやマウスでは、加齢に伴い睡眠時間や睡眠構築（覚覚醒時間依存的に睡眠圧が増加し、その後の睡眠の量や醒、レム睡眠、ノンレム睡眠の量やレベル）は変化する。

質を高める機構）と関連しており、長期間の覚醒後の睡加えて高齢者では不眠症などの睡眠障害が生じやすくな

眠では徐波睡眠の量が増大する [3]。徐波睡眠の量は睡眠る。また、睡眠障害がアルツハイマー型認知症の初期段

後、最初のノンレム睡眠において最大になり、それに続階に認められ、慢性的な睡眠の質的、量的な低下が認知くノンレム睡眠では指数関数的に減少していく [4,5]。こ症、糖尿病、心血管疾患といった加齢性疾患のリスクをれは睡眠圧の解消を反映していると考えられる [4,5]。こ上昇させることも報告されている。さらに、睡眠の質がのため徐波睡眠の量が多いほど睡眠の質が高いと考えら

余命と正相関するとの報告もある。これらの事実は睡眠れている。加齢に伴い、徐波睡眠の量は徐々に減少すると老化との間に深い関連があることを示唆している。こ( 睡眠の質が低下する )。また加齢に伴い、覚醒時間依存のような加齢性の睡眠変容を介した老化制御メカニズム的な徐波睡眠の増加度合いは鈍化し、夜間睡眠中の徐波に興味が持たれるところである。これに関連して我々は睡眠の減少速度はゆるやかになる [1,4-6]。これらのことは、睡眠、老化を制御する脳部位として視床下部背内側部

加齢に伴い睡眠恒常性維持機構が低下することを示唆し（Dorsomedial hypothalamic nucleus, DMH）を同定し、ている [7,8]。加えて、高齢者では、夜間の中途覚醒の頻特にそこでの哺乳類サーチュイン Sirt1 の働きが重要で度が増加し、覚醒後に再入眠するまでにかかる時間は長あるとの知見を得ている。現在我々は、DMH に高発現くなる。結果として睡眠効率（就床時間あたりの睡眠時しており Sirt1 の下流で働く遺伝子である PR-domain間）が低下する [1]。

containing factor 13（Prdm13） に着目して、睡眠、老化制御への関与を検証している。本項では、まずヒトにおける加齢に伴う睡眠の変化をまとめ、次に、睡眠変容
が生理機能にもたらす影響について述べる。最後に、睡眠、老化制御における DMH の働きについての我々の最近の研究を紹介する。

ヒトでは概日リズムも加齢による影響を受ける。概日
リズムは約 24 時間の生理的周期であり、睡眠を含め様々な生命現象の調節に関与する。まず加齢に伴い、概日リズム位相の前進がおこる [9]。結果として高齢者では早朝覚醒や夜間早期の就寝がおきやすくなる。日中の覚醒も位相の前進の影響を受けるため、高齢者は午前中はシャキッとしている一方、午後にはうとうとしがちになり、

２．加齢に伴う睡眠の変化

昼寝が多くなる [9]。また加齢に伴い、概日リズムの振幅。ヒトは小さくなる [9]。この睡眠覚醒リズムの振幅低下が、徐の睡眠はレム睡眠とノンレム睡眠に大別され、ノンレム

波睡眠の減少、途中覚醒の増加の一因であると考えられ睡眠はさらに睡眠の深さによって４段階に分けられる。

ている [8]。

ヒトでは加齢に伴い総睡眠時間は減少する[1-2]

一般に、段階１と２は浅い睡眠、段階３と４は深い睡眠とされる。段階３と４では、低周波数の脳波（デルタ波）

３．睡眠の変化は生理機能にどう影響するのか
加齢に伴う睡眠変化は生理機能にどのような影響をもが占める割合が高く、徐波睡眠（Slow-wave sleep）とたらすのだろうか。これまで述べた加齢による睡眠変化
連絡先：辻

将吾

〒 474-8511

愛知県大府市森岡町 7 丁目 430 番地

は通常の老化過程でおこるものであるが、加えて高齢者
では不眠症など睡眠障害が若齢者と比較して高頻度でTEL：0562-44-5651 ext. 7855（オフィス），5555（研究室）
E-mail： stsuji@ncgg.go.jp

発生する。高齢者の睡眠的特徴である、徐波睡眠の減少や、途中覚醒の増加といった変化により、睡眠が質的、量的に不足しやすくなる結果、睡眠障害をおこしや－ 43 －

developing normative sleep values across the

すくなるためと考えられている。また、睡眠と様々な加

human lifespan. Sleep 27: 1255-1273, 2004.

齢性疾患との関連が報告されている。アルツハイマー病（Alzheimer's disease, AD）患者では高確率で、徐波2.

が認められる [10,11]。睡眠不足が、AD 発症の原因と考えられているアミロイドベータやタウタンパク質の蓄積に

of aging. J Am Geriatr Soc 15: 405–414, 1967.
3.

Borbely, AA. A two process model of sleep

4.

Landolt HP and Borbely AA. Age-dependent

寄与することも報告されている [12-14]。加えて、睡眠不足
は、代謝やホルモン分泌にも異常をきたし、食欲増進、

regulation. Hum Neurobiol 1: 195–204, 1982.

インスリン抵抗性の増大、血圧の上昇などが起こる [15-17]。

c h a n g e s i n s l e e p E E G t o p o g r a p hy. C l i n

結果として慢性的な睡眠不足は、２型糖尿病や、心血管疾患のリスクを増大させる [16,18,19]。さらには、睡眠効率

Neurophysiol 112: 369-377, 2001.
5.

の低下によって死亡リスクが増大するとの報告や、徐波
睡眠の割合とヒトの余命が相関するとの報告もある

Landolt HP, Dijk DJ, Achermann P, et al . Effectof age on the sleep EEG: slow-wave activity and

[20]

。

spindle frequency activity in young and middle-

これらの報告は、睡眠の変化と、加齢に伴う生理機能低下が密接な関係にあることを示唆している。加齢性の睡Kales A, Wilson T, Kales JD, et al . Measurementsof all-night sleep in normal elderly persons: effects

睡眠の減少、途中覚醒の増加といった加齢様の睡眠変化

aged men. Brain Res 738: 205–212, 1996.
6.

Carrier J, Viens I, Poirier G, et al . Sleep slow wave

眠変容と、それに起因する生理機能低下とを制御する詳

changes during the middle years of life. Eur J

細な分子メカニズムを解明することで、個体老化のメカ

Neurosci 33: 758–766, 2011.
7.

ニズムを明らかにできるかもしれない。

Dijk DJ, Duffy JF, Riel E, et al . Ageing and thecircadian and homeostatic regulation of human

４．視床下部による睡眠と老化制御

sleep during forced desynchrony of rest, melatonin
and temperature rhythms. J Physiol 516: 611–627,

視床下部は、脳基底部に位置する脳領域で、睡眠、概1999.

日リズム、性行動、体温、摂食など、様々な生理的機能の調節に関与する。視床下部が老化・寿命制御に関与するという知見が複数報告されている

8.

[21-24]。我々もこれま

でにサーチュイン遺伝子 Sirt1 を脳特異的に高発現させGeriatr Med 24: 1-14, 2008.
9.

たマウス（BRASTO マウス）において、個体寿命が有どの睡眠変容が起きるがBiol Rhythms 20: 366–374, 2005.
10.

[14,25]、BRASTO マウスでは加disease. Sleep Med 6: 347e52, 2005.
11.

には、脳の中でも特に、DMH における Sirt1 の活性がPrdm13 が Sirt1 シグナル系下流で活性化されることがわかった [26]。現在我々は、DMH 特異的な Prdm13 ノッ
クアウトマウスを作製し、睡眠、老化への影響を検証している。また、Prdm13 に制御される下流シグナル経路
や、Prdm13 陽性神経細胞の投射経路などを調べること
で、視床下部が睡眠、老化を制御する分子機序を解明す
ることを目指している。

McCurry SM, Reynolds CF, Ancoli-Israel S, et al .
Treatmentof sleep disturbance in Alzheimer’s

重要であることがわかった [24]。そこで、DMH で Sirt1の下流で働く遺伝子の探索を行ったところ、転写因子

Moran M , Lynch CA, Walsh C, et al . Sleep
disturbance in mild to moderate Alzheimer’s

齢した際にも睡眠の質が高く維持されることがわかった [24]。また、BRASTO マウスにおけるこれらの表現型

Monk TH. Aging human circadian rhythms:
conventional wisdom may not always be right. J

意に延伸することを報告している [24]。またヒトと同様に、マウスにおいても、加齢に伴って、睡眠の断片化な

Espiritu JR. Aging-related sleep changes. Clin

disease. Sleep Med Rev 4: 603e28, 2000.
12.

Shokri-Kojori E, Wang GJ, Wiers CE, et al . β-Amyloid accumulation in the human brain after onenight of sleep deprivation. Proc Natl Acad Sci
USA 115: 4483-4488, 2018.

13.

Lucey BP, Hicks TJ, McLeland, JS, et al . Effect of
sleep on overnight cerebrospinal fluid amyloid β
kinetics. Ann Neurol 83: 197-204, 2018.

14.

Holth JK, Fritschi SK, Wang C, et al . The sleepwake cycle regulates brain interstitial fluid tau in

５．おわりにmice and CSF tau in humans. Science 363: 880884, 2019.

これまでの研究の蓄積により睡眠と老化とのつながりは疑いようがないものになってきた。今後、DMH 神経

15.

Knutson KL and Cauter EV. Associations between

細胞の働きも含め、睡眠と老化とを制御する分子メカニ

sleep loss and increased risk of obesity andズムの詳細が明らかになれば、老化・寿命制御機構の一diabetes. Ann N Y Acad Sci 1129: 287-304, 2008.
16.

層の理解が進むものと期待される。

Morselli L, Leproult R, Balbo M, et al .

Roleof sleep duration in the regulation of glucose
引用文献
1.

metabolism and appetite. Best Pract Res Clin

Ohayon MM, Carskadon MA, Guilleminault C, etal . Meta-analysis of quantitative sleep parametersfrom childhood to old age in healthy individuals:

Endocrinol Metab 24: 687-702, 2010.
17.

－ 44 －

Ogawa Y, Kanbayashi T, Saito Y, et al . Total Sleep
Deprivation Elevates Blood Pressure Throughneuropeptide Y transgenic rats. Hypertension 41:

Arterial Baroref lex Resetting: a Study with

1056-1062, 2003.

Microneurographic Technique. Sleep 26: 986-989,

22. Zhang Y, Kim MS, Jia B, et al . Hypothalamic

2003.
18.

Tasali E, Leproult R, Ehrmann DA, et al . Slow-stem cells control ageing speed partly throughwave sleep and the risk of type 2 diabetes in

exosomal miRNAs. Nature 548: 52-57, 2017.

humans. Proc Natl Acad Sci USA 105: 1044-1049,

23. Mander BA, Winer JR and Walker MP. Sleep and

2008.
19.

Human Aging. Neuron 94: 19-36, 2017.

Garde AH, Hansen AM, Holtermann A, et al .

24. Satoh A, Brace CS, Rensing N, et al . Sirt1 extends

Sleep duration and ischemic heart disease andlife span and delays aging in mice through the

all-cause mortality: prospective cohort study on

regulation of Nk2 homeobox 1 in the DMH andeffects of tranquilizers/hypnotics and perceived
stress. Scand J Work Environ Health. 39: 550-558,

LH. Cell Metab 18: 416-430, 2013.
25. Wimmer ME, Rising J, Galante RJ, et al . Agingin mice reduces the ability to sustain sleep/wake2013.
20. Dew MA, Hoch CC, Buysse DJ, et al . Healthy

21.

states. PLoS One 8: e81880, 2013.

older adults' sleep predicts all-cause mortality at 4

26. Satoh A, Brace CS, Rensing N, et al . Deficiency

to 19 years of follow-up. Psychosom Med 65: 63-73,

of Prdm13, a dorsomedial hypothalamus-enriched

2003.

gene, mimics age-associated changes in sleep

Michalkiewicz M, Knestaut KM, Bytchkova EY,
et al . Hypotension and reduced catecholamines inquality and adiposity. Aging Cell 14: 209-218, 2015.

－ 45 －

基礎老化研究 46（1）; 47－49, 2022

【奨励賞受賞者研究トピックス】

老化細胞の空胞形成を司る分子メカニズムと生理的意義
長野

太輝、鎌田

真司

神戸大学バイオシグナル総合研究センター

１．はじめに野生型で持つ HepG2 細胞に DNA 損傷剤であるエトポ

超高齢社会へと向かう先進諸国において抗加齢医療のシドを異なる濃度で処理した際に、低濃度（10 μM）で発展は重要な課題である。近年、老化関連疾患の治療標

は細胞老化、高濃度（100 μM）ではアポトーシスが選的として細胞老化が注目されている［1］。細胞老化は加択的に誘導されることを利用し、細胞老化とアポトーシ

齢に伴うテロメアの短縮や DNA 損傷などのストレスにスでの遺伝子発現変化を DNA マイクロアレイによってより細胞分裂が不可逆的に停止する細胞応答を指す。細

解析した。その結果、正常細胞に比べて老化細胞で３倍胞老化を起こした細胞（老化細胞）は、炎症性サイトカ以上の発現上昇を示した遺伝子が 126 種得られた。このインなどの生理活性物質を分泌することにより、周囲の中には細胞老化とは無関係に DNA 損傷に応答して副次細胞や組織に慢性的な炎症や機能低下を引き起こすこと的に発現した遺伝子も含まれると考えられるため、さらで老化関連疾患の発症や増悪の原因となると考えられてにアポトーシスとの発現比較を行った。その結果、25いる。マウスで老化細胞を体内から除去する遺伝子改変

種の遺伝子がアポトーシスよりも細胞老化で２倍以上のにより心血管疾患や認知症といった様々な老化関連症状発現を示したため、これらを DNA 損傷による副次的なの改善や寿命の延長が見られたという研究を端緒に、老影響の除外された老化細胞特異的な遺伝子候補とした化細胞の蓄積を抑えることが老化関連疾患の有効な治療［5］法となりうることが実証されてきている［2］。これらの存していた 6 遺伝子に絞って機能解析を行い、現在まで知見を抗加齢医療に活かすべく、ヒト体内の老化細胞ににプロリン脱水素酵素（PRODH）及び D アミノ酸酸化

細胞死を誘導することで除去する薬剤が盛んに開発され酵素（DAO）が活性酸素の産生を介して細胞老化を促ているが、正常細胞にも非特異的に細胞死を誘導してし進すること［6, 7］ や、リボフラビン（ビタミン B2）トラ

まう副作用が課題となっている［3］。老化細胞に特異的ンスポーターである SLC52A1 がミトコンドリア活性化

な生存メカニズムを標的とすれば安全性の高い老化細胞を介して細胞老化の抑制に働くことを見出している［8］。

。最終的にこれら遺伝子の中から発現上昇が p53 に依除去薬が実現できると考えられるが、そのような生存メ
カニズムは未発見であった。本稿では老化細胞で発現変

３． LY6D 誘導性マクロピノサイトーシスによる老化
細胞の空胞形成化する遺伝子の網羅的探索から、老化細胞の特徴的な形

上記で得られた p53 依存的に老化細胞で発現上昇する態変化である空胞形成の責任因子の同定、さらに老化細胞の生存における意義について筆者らの研究成果を紹介

遺伝子のうち、lymphocyte antigen 6 complex, locus Dする。

（LY6D）は LY6/uPAR ファミリー *1 に属する GPI アン
カー型 *2 の膜局在タンパク質であり、その生理的機能は

２．老化細胞特異的に発現変化する遺伝子の同定不明であった。クロマチン免疫沈降実験の結果、LY6D

細胞老化に伴って発現変化する遺伝子の網羅的解析は［4］遺伝子領域への p53 の有意な結合は検出されなかったたが、いずれも複数の細胞種や細胞老

め、細胞老化時の LY6D 発現誘導は p53 の下流で働く化誘導法を組み合わせて解析を行うことで、特定の細胞因子により制御されている可能性が考えられるが、詳細

種や老化誘導法に限らない発現変化の検出を試みていな機構は依然不明である。LY6D と細胞老化との関連をる。これらとは対照的に、筆者らは単一のストレスによ探究するため、LY6D を細胞に過剰発現させた結果、細り誘導された老化細胞とアポトーシス細胞とで遺伝子発

胞質に多数の空胞様の膜構造が形成されることが観察さ現を比較することにより細胞老化特異的な遺伝子の同定れた。空胞形成は細胞老化が報告された最初期から観察を試みた。具体的には細胞老化に重要な p53 遺伝子をされていた老化細胞の形態的特徴である［9］が、その分多数報告がある子メカニズム及び老化細胞に与える生理的意義は明らか
連絡先：長野〒 657-8501

太輝
兵庫県神戸市灘区六甲台町 1-1

TEL：078-803-5952
FAX：078-803-5951

でなかった。そこで老化細胞の空胞形成における LY6Dの役割を明らかにするためノックダウン実験を行った結果、LY6D ノックダウンにより老化細胞の空胞形成が抑制されたことから、LY6D は老化細胞の空胞形成の責任因子である可能性が示唆された。

E-mail：tnagano@amethyst.kobe-u.ac.jp

次に、この空胞がどのような細胞機能によって形成さ－ 47 －

れるかを探究するため膜構造の大規模な変化を伴うマク*1 LY6/uPARファミリー：リンパ球の表面抗原となるLY6群

ロピノサイトーシスに着目した。マクロピノサイトーシやプラスミノーゲン活性化因子受容体であるuPARを含*3*4

スはクラスリン やダイナミン に依存しない型のエンむタンパク質スーパーファミリーであり、三つ指構造を取

ドサイトーシスであり、細胞膜同士の融合によりその間るLY6/uPAR（LU）ドメインを持つことを共通の特徴とする。

隙に存在する細胞外液を含んだ膜が細胞内に取り込まれ空胞となる過程である［10］。マクロピノサイトーシスの*2 GPIアンカー型：糖脂質であるGPI（グリコシルホスファ

誘導には原がん遺伝子の Ras が重要な役割を担っておチジルイノシトール）によって細胞膜外葉に係留されるこり、成長因子などの刺激によって活性化した Ras がアとで細胞外に露出した状態で存在するタンパク質を指クチン重合を促進し、葉状仮足や波打ち膜が形成され、す。

膜同士の融合によりマクロピノサイトーシスが誘導され*3 クラスリン：細胞膜から出芽した小胞により細胞外物質る。LY6D 誘導性の空胞形成が Ras 阻害により抑制されや細胞膜タンパク質を細胞内に取り込む経路であるエン

たことに加え、マクロピノサイトーシスの特徴である高ドサイトーシスは、小胞の形成機構に応じて様々に分類

分子量デキストランの取り込みやマクロピノサイトーシされている。最も一般的とされているのは重合したクラスス阻害剤である EIPA 処理による空胞の消失が見られた

リンタンパク質によって小胞が形成されるクラスリン介在ことからも、LY6D はマクロピノサイトーシスを誘導す性エンドサイトーシスである。

ることにより老化細胞の空胞を形成することが明らかと*4 ダイナミン：ダイナミンはエンドサイトーシスの際に形成なった。

される小胞を細胞膜から切り離す際に働くGTP加水分

では LY6D はどのような機構でマクロピノサイトー解酵素である。小胞の切り離しがダイナミンに依存する

シスを誘導するのか。LY6D のような GPI アンカー型

か否かもエンドサイトーシスの分類基準として用いられタンパク質は、細胞内へのシグナル伝達に重要なタンパる。

ク質が集積する脂質ラフト（マイクロドメイン）に集積することがよく知られている。脂質ラフトへの LY6D

４． 老化細胞の生存維持機構としてのマクロピノサイ
トーシスの集積の有無を密度勾配遠心法による分画実験により調べた結果、LY6D は細胞老化誘導刺激に応答して老化細空胞形成は老化細胞で広く見られる形態的変化である胞のラフト画分に集積することが明らかとなった。さらが、その生理的意義は明らかではなかった。筆者らは老に、ラフト画分にはマクロピノサイトーシス誘導に重化細胞における空胞がマクロピノサイトーシス由来であ要な Ras 及び Ras 活性化に関与する Src family kinase

るという結果を得たが、マクロピノサイトーシスは Ras（SFK）の集積も見られた。SFK の活性阻害剤により

変異によりがん化した細胞において細胞外の物質を取り

LY6D による空胞形成が抑制されたことから、LY6D は込んで栄養源として供給することで低栄養状態での生存

ラフトに集積し、細胞内のシグナル伝達因子を活性化す維持に働いているという報告がある［11］。老化細胞とがることでマクロピノサイトーシスを誘導することが明らん細胞は生存に多量のエネルギーを必要とするという共かとなった（図１）。

通点に注目し、老化細胞においてもマクロピノサイトー
シスが低栄養時の生存維持に寄与しているかを調べた。
老化細胞は低グルタミン培地での培養により生存率が低

図１ LY6D 誘導性のマクロピノサイトーシスが老化細胞の生存維持に寄与する
DNA 損傷などの細胞老化誘導ストレスに応答して LY6D は p53 依存的に発現誘導される。発現上昇した
LY6D は脂質ラフトに集積し、細胞内の SFK-Ras 経路を活性化する。これがアクチン重合を促進し、マクロピノサイトーシスが誘導されて細胞内に空胞が形成される。マクロピノサイトーシスは細胞外液に含まれる栄養分を取り込むことで、低栄養下における老化細胞の生存維持に寄与している。

－ 48 －

omics database for aging biology. Nucleic Acids

下するが、これが培地へのアルブミン添加で回復するこRes 49: D825-D830, 2021.

とが観察された。しかし LY6D ノックダウンによりア
ルブミン添加による生存率の回復が消失したことから、

5.

Nagano T, Nakano M , Nakashima A , et a l .

老化細胞において LY6D 誘導性のマクロピノサイトー

Identification of cellular senescence-specific genes

シスが細胞外栄養の取込みに働くことで生存維持に寄与

by comparative transcriptomics. Sci Rep 6: 31758,

していることが明らかとなった（図１）［12］。

2016.
6.

５．おわりにNagano T, Nakashima A, Onishi K, et al. Proline
dehydrogenase promotes senescence through the

本研究により、老化細胞の発見から 50 年以上不明でgeneration of reactive oxygen species. J Cell Sci

あった空胞形成のメカニズムが明らかとなった。また老化細胞における空胞形成の意義として細胞外物質の供給

130: 1413-1420, 2017.
7.

Nagano T, Yamao S, Terachi A, et al. d-aminoによる生存促進機能が示された。LY6D は老化細胞特異acid oxidase promotes cellular senescence via the

的に発現する因子であることから、本経路は老化細胞に

production of reactive oxygen species. Life Sci

特異的な生存システムである可能性が考えられる。今

Alliance 2: e201800045, 2019.

後、細胞外に存在する LY6D がどのような因子を介し

8.

Nagano T, Awai Y, Kuwaba S, et al. Riboflavinて細胞内にシグナルを伝達するのかを明らかにすること

transporter SLC52A1, a target of p53, suppresses

で LY6D による老化細胞のマクロピノサイトーシス誘

cellular senescence by activating mitochondrial

導メカニズムの全容を解明するとともに老化細胞特異的な生存システムを標的とした老化治療法開発の一助としcomplex II. Mol Biol Cell 32: br10, 2021.
9.

たい。

Lipetz J, Cristofalo VJ. Ultrastructural changes
accompanying the aging of human diploid cells in
culture. J Ultrastruct Res 39: 43-56, 1972.

引用文献
1.

10.

Di Micco R, Krizhanovsky V, Baker D, et al.

mechanisms of macropinosome formation andCellular senescence in ageing: from mechanisms
to therapeutic opportunities. Nat Rev Mol Cell Biol
2.
3.

4.

Buck ley CM , K ing JS . Dr ink ing problems :maturation. FEBS J 284: 3778-3790, 2017.

11.

Commisso C, Davidson SM, Soydaner-Azeloglu

22: 75-95, 2021.

RG, et al. Macropinocytosis of protein is an amino

van Deursen JM. Senolytic therapies for healthyacid supply route in Ras-transformed cells. Nature

longevity. Science 364: 636-637, 2019.

497: 633-637, 2013.

Justice JN, Nambiar AM, Tchkonia T, et al.

12.

Nagano T, Iwasaki T, Onishi K, et al. LY6D-

Senolytics in idiopathic pulmonary fibrosis: Resultsi n du c e d m a c r o p i n o c y t o s i s a s a s u r v i v a lfrom a first-in-human, open-label, pilot study.

mechanism of senescent cells. J Biol Chem 296:

EBioMedicine 40: 554-563, 2019.

100049, 2021.

Aging Atlas Consortium. Aging Atlas: a multi-－ 49 －

基礎老化研究 46（1）; 51－52, 2022

【市民フォーラム・シンポジウム報告】

第２回市民フォーラム・第 42 回シンポジウム開催奮闘記
嶋本 顕
山陽小野田市立山口東京理科大学
薬学部 再生医療学分野
この度は第 2 回市民フォーラム・第 42 回シンポジウ

啓発メッセージを送る。

ムの世話人として，学会誌である基礎老化研究に開催終・ 山口県から西日本の基礎老化研究を発信する。

了後の報告記を執筆する機会をいただきました。報告記

・ 西日本の基礎老化研究者と日本基礎老化学会の交流を図る。

としてはやや場違いな内容ではありますが，開催に至るまでの経緯を備忘録の意味も込めてここに記したいと思山口に戻ってからは第２回市民フォーラムと第 42 回

います。
シンポジウム開催のお話をいただいたのは 2020 年２

シンポジウムを山陽小野田市で一挙に開催することを念

月末のことで，2021 年 11 月の開催まで１年半以上の準頭に，11 月の開催に向けて 2021 年の年明けから山陽小

備期間があり，その頃は新型コロナウイルスが世界中で野田市と協議を開始しました。山陽小野田市は「心身のパンデミックを引き起こすことなど想像もしていません

健康」を保ち笑顔で年を重ることを目標とする「スマイでした。本州西の端にある山口県での開催ということで，ルエイジング」を施策として掲げ，2018 年から毎年「健遠方，とくに関東方面から来てもらえるかどうかの見極康で長生きのまちづくりフォーラム」を開催しており，めと，ホテルが少なく公共交通機関が貧弱な山陽小野田

同年に薬学部が開設された山口東京理科大学も，共催と市開催では，懇親会の会場に合わせて宿泊地を選定する

して企画から講師の選定まで運営に参加していました。

こと，この２つが重要なポイントで，おおよそ学術的な

そのような経緯から極自然の流れで第 2 回市民フォーラ

話とは掛け離れたことから開催に向けた準備が始まりまムが山陽小野田市の健康で長生きのまちづくりフォーラ

した。

ム 2021 と共同開催となり，「人生 100 年時代の健康意識

新型コロナウイルスの感染拡大が国内で顕在化し，第in 山陽小野田」をテーマとして，「スマイルエイジング」

１波の訪れとともに全国各地の大学ではオンラインによへ向けた４つの取組みである“知守”，
“食事”
“運動”
，
“交
，

る 2020 年度前期の授業が始まる中，多くの学会が中止

流”を盛り込んだ第 2 回市民フォーラムが企画されましを余儀なくされ，第 43 回日本基礎老化学会大会も誌上た。

開催となりました。そして 2020 年度後半には学術大会

一方，第 42 回シンポジウムでは，学部と研究科の垣をオンラインで開催する学会が出始め，とくに地方大学根を超えて健康長寿研究拠点を展開する広島大学と，健から見るとオンラインによる開催は大都市圏への移動の

康長寿代謝制御研究センターを大学院生命科学研究部に煩わしさから開放され，気軽に参加できるというメリッもつ熊本大学，そして 2020 年当時研究推進機構に老化トから多くの研究者に歓迎され一定の役割を担っている研究拠点を構えていた本学から，学会員であるかに関係ように思われます。そのような状況において山口でのシなく講師の先生方を選出しました。そして，昆虫からマ

ンポジウムの開催形態を模索する中で，第３波の始まり

ウス・ヒト，そして基礎から臨床に至るまで幅広く老化にあたる 2020 年 11 月に松本市で開催された記念すべき研究に触れることができる機会となるよう，本学の共催，

第 1 回市民フォーラムで講演する機会をいただきましそして広島大学と熊本大学の後援として第 42 回シンポた。人数制限がかかる中 50 名以上の参加者が集まってジウムが企画されました。

議論し，準備された懇親会で多くの学会員が活き活きと

１年延期された東京オリンピックの開催とともに，新老化研究の話に花を咲かせ，近況を語り合う姿を目の当型コロナウイルスの変異株による感染拡大の第５波が押たりにして，山口でのシンポジウムでは次の３つの目標

し寄せた８月は，この山陽小野田の地に講師の先生方をを掲げて開催することを心に決めました。

招いた現地開催を目論み，オンライン開催では意味がな

・ 日本基礎老化学会から山陽小野田市民に向けて健康いと考えていた私にとっては実に受け入れがたい現実でした。しかし周りを見渡せば，８月，９月に開催された

連絡先：嶋本〒 756-0884

顕山口県山陽小野田市大学通 1-1-1

TEL：0836-39-9178
E-mail：shim@rs.socu.ac.jp
URL：http://www.socu.ac.jp

学会はどこもオンラインと現地のハイブリッド開催とは言え，発表演者のほとんどがオンラインで講演するという，実質的にはオンライン開催でした。そしてコロナ禍
で市民フォーラムも中止にならざるを得ないような状況
では，当初掲げていた３つのうち「山口県から西日本の基礎老化研究を発信する」ことだけがオンラインで辛う－ 51 －

じて実現できる目標でしたので，講師の先生方と学会員の皆様には現地に来ることなく気軽に参加してもらうよう，
現地参加も可能なオンライン開催に切り替えました。
その後，ワクチン接種の普及がすすんだこともあってなのか，９月の半ば頃から奇跡的に感染者数が減少し，11
月 27 日（土）と 28 日（日）の２日間に渡って第２回市
民フォーラムと第 42 回シンポジウムを開催することができました。
27 日の第２回市民フォーラムでは山陽小野田市の広報活動の尽力もあり，山陽小野田市民館で実に 200 人以
上の参加者を数えました。山陽小野田市の藤田市長と日本基礎老化学会の石神理事長の挨拶の後，国立長寿医療研究センターの清水孝彦先生から『知っておきたい老化

画像 2：パネルディスカッションの風景（第２回市民フォーラム）の仕組み』，山口大学精神科神経科の中川伸先生から『健康長寿社会におけるメンタルヘルス』，順天堂大学スポー
ツ健康科学研究科の町田修一先生から『筋力アップで延果的には日本基礎老化学会から山陽小野田市民に向けてばす健康寿命 ~ 今からでも遅くない筋肉づくり ~』，そし健康啓発メッセージを送り，山口県から西日本の基礎老て国立長寿医療研究センターの丸山光生先生から『知っ化研究を発信することはできました。終わってみればいておきたい高齢者の免疫と栄養の関係、健康長寿への

くつかの幸運に恵まれ，周囲から賛同と協力を得られた道』と題してお話しいただき，山陽小野田市民の中に人ことが今回の開催につながったと思っています。とくに

生 100 年時代に必要な健康意識が高まったところで，盛山陽小野田市のご理解と健康増進課の職員のご協力がな

況のうちに閉会することができました。

ければ，第２回市民フォーラムを開催することはできませんでした。また第 42 回シンポジウムでは，山口東京
理科大学の地域連携研究推進課の職員の方々のご尽力で，当日の運営とオンライン開催を円滑に進めることができました。この場を借りて関係各所の方々に心より感謝を申し上げます。また，この日のためにスケジュールを調整し興味深い研究の成果をご披露いただきました講師の先生方，遠方から山陽小野田まで足をお運びいただ
きました現地参加の先生方，休日の朝からオンラインでご参加いただきました先生方に厚く御礼を申し上げます。末筆ではございますが，学会員の皆様の益々のご活躍をお祈り申し上げますとともに，このような一般市民を対象とした日本基礎老化学会の取組みが継続することを願って止みません。

画像 1：休憩時間に SOS おきよう体操をする山陽小野田
市民の皆さん（第２回市民フォーラム）翌 28 日の第 42 回シンポジウムでは現地開催が本学の学生を含めて 30 名程度，そしてオンラインで 30 名程度の参加者を数え，熊本大学から３名と広島大学から１名の講師の先生方にはオンラインで，広島大学と山口大学からそれぞれ１名と本学から３名の講師の先生方には現地で，最先端の興味深い基礎老化研究成果についてご講演いただきました。質疑応答ではオンラインの Q&A 機
能も駆使して現地とオンラインを結んでの議論が活発に交わされ，これまでと同様に質が高く内容の濃いシンポ
ジウムとなりました。
「西日本の基礎老化研究者と日本基礎老化学会の交流を図る」ことはやや叶わなかった部分もありますが，結－ 52 －

画像 3：現地とオンラインを結んだ質疑応答の様子（第 42 回シンポジウム）

基礎老化研究 46（1）; 53, 2022

【学会見聞録】日本基礎老化学会

第２回市民フォーラム・第 42 回シンポジウム見聞録
佐藤綾美

東京都健康長寿医療センター研究所

新型コロナウイルスの流行第５波が収束した頃、2021
年 11 月 27 日に日本基礎老化学会 第２回市民フォーラムが山陽小野田市民館で開催された。私は、上司である石神先生に同行して参加した。約２年ぶりに飛行機に乗り、再び遠出できるようになったウィズコロナ時代の変化に喜びを感じた。開始前、今回の世話人である嶋本先生から、定員を超える参加の応募があったと聞いて驚いた。
市の“ス
マイルエイジング”企画への取り組みの熱心さと市民の健
康意識の高さが上手く一致している。共催の市立山口東
京理科大学の貢献も大きいのだろう。
市民フォーラムは、「人生 100 年時代の健康意識」をテーマに４名の先生方がご講演され、栄養・精神・運動・免疫の分野から健康長寿へ向けたお話をされた。休憩時間には、山陽小野田市民体操の動画が流され、市民の皆様がとても生き生きと体操をしていたのが印象的だった。会
場の一体感を乱さないよう、私も羞恥心を捨ててぎこちない動きで加わった。また、「With コロナ時代の笑顔で年を重ねる秘訣を教えます」をテーマにしたパネルディスカッションが盛況に終わった（写真 1）。

老化制御研究チーム

だき、親交を持てた。一方、アクリル板の仕切りで声が聞
き取りづらく、目上の先生に何度も聞き返してしまったことは、この場を借りてお詫びしたい。
翌日 28 日に、日本基礎老化学会 第 42 回シンポジウムが山口東京理科大学で開催された。会場に向かう朝の宇部新川駅では、車両が１つだけの小野田線ワンマン電車に
10 名の学会員が乗り込んだ（その電車を逃すと次は３時間以上ない）。私にとっては、著名な先生方と一緒に田舎で電車に揺られるという貴重な時間を過ごすことができて嬉しかった。電車での石井先生との会話から、この寄稿文の執筆に至っている。
本シンポジウムでは、「大学が推進する基礎老化研究 in
西日本」とテーマを掲げ、広島大学、熊本大学、山口大学、
山口東京理科大学の９名の先生方がご発表された。オンラインとのハイブリッド開催だった。動物学から細胞生
物学、分子病態学、免疫学等、多面的な分野からの基礎
老化研究の進展を拝聴できた。どのお話も大変興味深く、老化研究初心者の私にとっては勉強になることばかりだった。そして、
先生方の研究への姿勢にとても刺激を受けた。
その熱気を肌で感じることができるのも、オンサイト参加の利点だろう。東日本も負けてはいられない。
正直、特に役割のない私は今回オンライン参加でも良いだろうと考えていた。しかし、現地に行って、
楽しい思い出、知識と経験、そして人脈が増えた。行って良かった！と心から思っている。このような有意義なイベントを開催いた
だいた嶋本先生を始め、スタッフ他関係者の皆様に深く感謝したい。

写真１．パネルディスカッションの様子
司会：嶋本先生
登壇者：（左から）清水先生、中川先生、
町田先生、丸山先生

夕方、学会懇親会に参加した。今年学会員になったば
かりの私は、挨拶も兼ねて多くの先生方とお話させていた

連絡先：佐藤 綾美〒 173-0015 東京都板橋区栄町 35-2
TEL：03-3964-3241
E-mail：ayamis@tmig.or.jp

写真２．山口東京理科大学内にて澁谷先生と（石神先生撮影）－ 53 －

基礎老化研究 46（1）; 55, 2022

【学会見聞録】第 64 回日本神経化学会
木村展之

国立研究開発法人日本医療研究開発機構
ゲノム ･ データ基盤事業部

医療技術研究開発課

折悪しく台風 16 号が日本に上陸した９月 30 日と 10 月などについてもフィードバックを行います。また、日本

１日の２日間、第 64 回神経化学会大会が開催されました。

神経化学会では基本的に口頭発表は英語で行いますので、残念ながら、コロナ禍のため今年度もオンライン開催と

英語でのディスカッション技術を磨くという点でも、ぜなってしまい、個人的には非常にがっかりした気分で大ひ多くの若手研究者に参加して欲しい学会でもあります。

会初日を迎えました。といいますのも、日本神経化学会

さて、学会自体の紹介はこの辺で切り上げて本題の見は参加者間の議論を非常に大切にしている学会でして、聞録に移りたいと思いますが、今回の学会で最も印象深

口頭発表のセッションでは発表時間と同じ質疑応答時間

かったのは、多くの研究者が超解像顕微鏡を用いたライを設けるなど（例：発表 10 分であれば質疑応答も 10 分）、

ブイメージング画像を発表していたことです。数年前ま双方向性を意識したプログラムになっています。ポスター

で一部の研究者を除けば高嶺の花だった（私にとっては発表も長めにコアタイムが設定されており、毎回非常に今もそうですが・・・）この実験系を当たり前のように充実した議論が行える貴重な場所でもあります。

駆使して、シナプス局所における神経細胞とグリア細胞

日本神経化学会の歴史を少し紹介しますと、基礎系のとの新たな相互作用が次々と発見されておりました。特

神経関連学会では日本で最も古い学会の１つでして、神に、アストロサイトとミクログリアが協働して不要な神

経伝達物質や受容体の機能解明に向けた生化学的研究が経細胞スパインの除去と貪食を行う様子を空間と時間の当初の重要なテーマでした。もちろん、これらの研究は双方から解析した結果などは、従来の解析手法ではとう

現在も主要テーマの１つですが、日本神経化学会では古てい不可能なレベルのものであり非常に興味深いものでくからグリア細胞の研究発表が盛んに行われてきたことした。何より、学生時代を病理系の研究室で過ごしたも大きな特長の 1 つです。近年、アルツハイマー病など

私にとりましては、「目で見える」というのはそれだけの神経変性疾患においてミクログリアやアストロサイト

でハートを鷲づかみにされます。その他に興味深かったを主体とするグリア細胞の機能異常が大きな注目を集め発表としては、エクソサイトーシスがミトコンドリア品るようになりましたが、神経伝達を研究する上ではオリ質管理に関与するというものがありました。無論、これゴデンドロサイトが形成するミエリンは避けて通れないは細胞レベルでの研究成果ですので実際の生体内でも同テーマでもあり、グリア細胞研究が必然的に大きなテー様の機構が働いていることを検証しなければなりません

マとなった歴史があります。そして神経伝達やグリア細が、神経細胞は ROS 等によってダメージを受けたミト胞の機能異常は精神・神経疾患に直結することから、疾コンドリアを細胞外へ吐き出し、正常なミトコンドリア

患研究（もちろん老年性疾患も含みます）もまた当学会をアストロサイトから受け取ることで細胞内のミトコンの大きなテーマとして毎回シンポジウム企画が組まれてドリア品質管理を行うというものです。神経細胞は自らいます。私自身も過去にシンポジストとして声をかけての糖代謝を最低限に留め、ほとんどのエネルギーはアス

いただき、大変白熱した議論を楽しむことが出来ました。

トロサイトから供与される乳酸から生み出されています

また、日本神経化学会では若手育成のため「若手道場」

ので、細胞内に溜まったゴミも自分で処理せずに周囲のというセッションを設けています。これは単に若手研究

グリア細胞に頼っているという構図は非常にしっくりき

者に発表機会を与えるのみならず、座長も体験させるとます。アルツハイマー病をはじめ、神経変性疾患の多くいう独特の取り組みです。例年、若手研究者（学生含む）

は神経細胞の細胞内に病変蛋白質が蓄積しますが、この３～４人で１つのグループを作り、交替で座長を行わせ蓄積の原因も神経細胞の代謝機能低下ではなく、細胞外て会議進行や質疑応答の捌きを経験させるのですが、各排出機構低下の方がより効いているのかもしれないな

会場には覆面審査員（笑）として 40 代前後の中堅研究者と、メンブレントラフィックの障害に注目してアルツハが送り込まれて採点を行い、良かった点・向上すべき点

イマー病の病態研究を行っている私にとりましては新たな刺激となりました。ただ、やはり実際に発表者と顔を連絡先：木村 展之〒 100-0004 東京都千代田区大手町 1-7-1 読売ビル 22F
電話：070-6641-2438（直通）TEL：03-6870-2221
FAX：03-6870-2244
E-mail：nobuyuki-kimura@amed.go.jp
gobarichov44@gmail.com

つきあわせて、もっとディスカッションしたかったなぁというストレスが溜まる学会であったことも事実です。
ワクチン接種も随分と進み、治療薬の承認も前進しているとのことですので、来年は是非ともオンサイトでの学会開催を期待いたします（開催予定地も沖縄ですし）。

－ 55 －

複写される方へ
本誌に掲載された著作物を複写されたい方は、日本複写権センターと包括複写許諾契約を締結されている企業の従業員
以外は、著作権者から複写権等の委託を受けている次の団体から許諾を受けて下さい。
尚、著作物の転載・翻訳のような複写以外許諾は、直接本会へご連絡ください。
107-0052 東京都港区赤坂 9-6-41 乃木坂ビル 9F 学術著作権協会
TEL：03-3475-5618；FAX：03-3475-5619；E-mail：itaku@jaacc.jp
Notice about photocopying（In the USA）
In order to photocopying any work from this publication, you or your organization must obtain permission
from the following organization which has been delegated for copyright for clearance by the copyright ownerof this publication.
Copyright Clearance Center. Inc.
222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923 USA
TEL：978-750-8400；FAX：978-750-4744；URL：https://www.copyright.com

基礎老化研究第46巻第１号

令和４年（2022）１月28日
発行者

日本基礎老化学会〒100-0003 東京都千代田区一ツ橋 1-1-1
パレスサイドビル９F（株）毎日学術フォーラム内（委託）日本基礎老化学会事務局
TEL：03-6267-4550 FAX：03-6267-4555
E-mail：secretariat@jsbmg.jp

編

集

印刷所

編集委員会
コロニー印刷日本基礎老化学会
Japan Society for Biomedical Gerontology