2021 年 10 ⽉ 7 ⽇
報道関係者各位
国⽴⼤学法⼈筑波⼤学

⾻修復において幹細胞が働くメカニズムを解明
間葉系幹細胞（MSCs）は、⾻髄、脂肪細胞、⻭髄などに存在しており、⾻、軟⾻、脂肪組織などの細胞に分化する組織幹細胞の⼀つです。その多分化能や組織再⽣能から、再⽣医療のツールとして注⽬されていますが、MSCs の⽣体内での動態や分化能については未だ不明な点が多く、治療の有効性や作⽤機序が不明確なまま、臨床応⽤が先⾏しているケースもあります。より安全で効果的な再⽣医療の実現のためには、組織修復・再⽣における⽣体内での MSCs の動態の解明が望まれています。
本研究グループは、これまでに、MSCs に強く発現する酵素分⼦ CD73 に着⽬し、CD73 発現細胞を蛍光標識したマウスを作製しています。今回さらに、⾻髄中で幹細胞を維持する微⼩環境（ニッチ）が再構築される際のメカニズムを明らかにしました。
このマウスから CD73 陽性 MSCs と CD73 陰性 MSCs を単離し、性質を⽐較したところ、CD73 陽性 MSCs は、⽣体外において⾼い増殖能と⾻・軟⾻細胞への分化能を持つことが分かりました。また、
マウス⼤腿部に⾻折を作製し、⾻修復における CD73 陽性 MSCs の動態解析より、CD73 陽性 MSCsは⾻折部位に遊⾛し、⾻芽細胞や軟⾻細胞に分化し、積極的に組織修復に関わっていることが判明しました。⼀⽅、CD73 陽性⾎管内⽪細胞は、⾻修復中期に⾻折部位に観察され、周囲には造⾎幹前駆細胞が集積し、ニッチの再構築に働いていました。以上のことから、CD73 発現細胞はニッチの再構築に重要な役割を⽰すことが明らかとなりました。
本研究成果は、CD73 陽性 MSCs を標的とした⾻疾患への新たな治療法の開発につながると期待されます。

研究代表者
筑波⼤学⽣存ダイナミクス研究センター
⽊村 健⼀ 助教!
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研究の背景間葉系幹細胞（MSCs）は、⾻髄、脂肪細胞、⻭髄などに存在しており、⾻、軟⾻、脂肪組織などの細胞に分化することができる組織幹細胞の⼀つです。近年、MSCs は、その多分化能や組織再⽣能から再⽣医療のツールとして注⽬され、虚⾎性疾患、脊髄損傷、⾻疾患治療への実⽤化に向けて研究が進んでいます。しかし、組織修復・再⽣における MSCs の動態や分化能については未だ不明な点が多く、治療の有効性や作⽤機序が不明確なまま、臨床応⽤が先⾏しているケースも少なくありません。そのため、より安全で効果的な再⽣医療の実現のため、MSCs の⽣体内での動態の解明が望まれています。
MSCs は⽣体内で特殊な微⼩環境（ニッチ）によって保持されています。その⼀つとして知られる⾻髄ニッチは、類洞⾎管内⽪細胞、造⾎細胞、周⽪細胞などにより形成され、さまざまな液性因⼦、サイトカイン、細胞間接着により緻密に制御されています。本研究チームはこれまでに、MSCs に強く発現する酵素分⼦ CD73 に着⽬し、CD73 発現細胞を蛍光標識したマウスを作製しました。このマウスは、⾻髄ニッチにおいて MSCs のみならず、ニッチの中⼼を成す類洞⾎管内⽪細胞を選択的に標識しますが、これらの CD73 発現細胞がどのように組織障害に応答し、ニッチの再構築に関わるかは明らかになっていませんでした。
研究内容と成果
本研究では、まず、このマウスから CD73 陽性 MSCs と CD73 陰性 MSCs を単離し、性質を⽐較しました。細胞表⾯マーカーの発現を調べると、これらはいずれも MSCs に特徴的なマーカーを発現しており、⼤きな差は⾒られませんでした。⼀⽅、細胞増殖や分化能を解析すると、CD73 陽性 MSCs は CD73
陰性 MSCs と⽐較して、⽣体外における⾼い増殖能と⾻・軟⾻細胞への分化能を持つことが分かりました（図１）。次に、このマウスの⼤腿部に⾻折を作製し、⾻修復における CD73 陽性 MSCs の動態を解析しました。術後 4 ⽇⽬には、⾻折部位に遊⾛した CD73 陽性 MSCs が多数観察され、その後、この細胞は⾻芽細胞や軟⾻細胞に分化し、積極的に組織修復に関わっていました（図２左）。また、CD73 陽性⾎管内⽪細胞は、⾻修復中期になると⾻折部位において観察され、周囲には造⾎幹前駆細胞が集積し、ニッチの再構築に働いていました（図２右）。さらに、CD73 陽性 MSCs と CD73 陰性 MSCs を野⽣型マウスの⾻折部位に移植し、組織再⽣能を評価したところ、移植された CD73 陽性 MSCs は⾻折部位で⾻・軟⾻へと分化し、⾻修復を促進することが分かりました（図３）。以上のことから、CD73 発現細胞は、⾻損傷時のニッチの再構築に重要な役割を果たすことが明らかとなりました。
今後の展開
今回の研究成果に基づき、今後は、MSCs や類洞⾎管内⽪細胞において、どのような機序で CD73 発現が細胞の⽣理機能に影響を与えているかについて調べていく予定です。また、CD73 はヒト MSCs にも発現しており、今後、ヒト CD73 陽性 MSCs を⽤いた⾻疾患への新たな治療法の開発が期待されます。

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参考図

図１ CD73 陽性・陰性 MSCs の分化能の⽐較
CD73 陽性 MSCs（上段）は CD73 陰性 MSCs（下段）に⽐べ、脂肪細胞への分化能に差異は⾒られないが（中列）、⾻分化能（左列、⾚⾊が⾻芽細胞）および軟⾻分化能（右列、⻘⾊が軟⾻細胞）が⾼い。
（スケールバー：100 μm）

図２ マウス⾻折モデルを⽤いた CD73 発現細胞の⾻修復への寄与の評価
術後 7 ⽇⽬の⾻折部位の様⼦（左図）。CD73 陽性 MSCs は⾻折部位の新⽣軟⾻（Ca）周囲に遊⾛し（左図、⽮頭）、⼀部の細胞は軟⾻細胞へと分化し、新⽣軟⾻形成に寄与している（左図、⽮印）。術後 14⽇⽬の⾻折部位の様⼦（中図）。CD73 陽性 MSCs は⾻修復中期に⾒られる海綿⾻（BT）の形成に寄与している（中図、⽮頭）。⼀⽅、術後 14 ⽇⽬の仮⾻の⼀部には新⽣⾻髄が形成されており（右図）、新⽣⾻髄内には CD73 を発現する⾎管が観察され（右図、緑⾊）、周囲には造⾎幹前駆細胞が集積し（右図、⾚⾊）、⾻髄ニッチの再構築が⾏われている。
（スケールバー：25 μm、拡⼤図：10 μm）

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図３ 移植された CD73 陽性 MSCs の⾻修復能の評価
細胞移植後 28 ⽇⽬の⾻折部位（点線に挟まれた部分）の様⼦。⾻折部位に移植された CD73 陽性 MSCs群（右図）は CD73 陰性 MSCs 群（左図）に⽐べ、⾻折部位における新⽣⾻の形成が進んでいる（⿊⾊部分）。
（スケールバー：100 μm）
研究資⾦
本研究は、The German Research Foundation、上原記念⽣命科学財団、先進医薬研究振興財団、テルモ⽣命科学振興財団、他の研究プロジェクトの⼀環として実施されました。
掲載論⽂【題 名】 Bone marrow CD73+ mesenchymal stem cells display increased stemness in vitro andpromote fracture healing in vivo
（⾻髄由来 CD73 陽性間葉系幹細胞は⾼い幹細胞性を有し、⾻修復に寄与する）【著者名】 Kenichi Kimura, Martin Breitbach, Frank A. Schildberg, Michael Hesse, Bernd K.
Fleischmann【掲載誌】 Bone Reports【掲載⽇】 2021 年 9 ⽉ 29 ⽇
【DOI】

10.1016/j.bonr.2021.101133

問合わせ先【研究に関すること】
⽊村 健⼀（きむら けんいち）
筑波⼤学⽣存ダイナミクス研究センター 助教
URL: https://www.saggymousehkytsukuba.com/【取材・報道に関すること】
筑波⼤学広報室
TEL: 029-853-2040
E-mail: kohositu@un.tsukuba.ac.jp

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