November 2015vol.

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プロフェッショナルに聞く■

再生医療を支える基礎研究 ̶ 膵β細胞を再生させる取り組み■

再生医療最前線 ̶ 多細胞システム研究から再生医療への「橋渡し」̶

■ ASCA スタイル：社員研修 〜ASCA meets MORIUMIUS〜「東北から未来の ASCA を考える」■ ASCA 掲示板：情報を列挙する 〜コンマ、セミコロン、コロンの効果的な使い方〜■ 科学誌サイエンス記事：順遺伝学的スクリーニングにより赤血球の CD55 が熱帯熱マラリア原虫（）の侵入に必須であることが同定された

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プロフェッショナルに聞く
再生医療を支える基礎研究̶ 膵β細胞を再生させる取り組み
くめしょうえん粂 昭苑 先生
東京工業大学 大学院生命理工学研究科

血糖値は膵臓にあるβ細胞でのインスリン分泌によって調節されており、このβ細胞の機能が低下すると血糖値がコントロールできなくなり、糖尿病に至ります。糖尿病を根治するには膵臓の機能自体を回復させるほかありませんが、膵臓移植は治療機会が限られていることから、再生医療による治療に期待がかかっています。今回は、膵臓など内分泌臓器の分化・再生に関して先進的な研究に取り組む東京工業大学 粂 昭苑先生にお話を伺いました。

1

β細胞はなぜ働きを失うのか
糖尿病は、端的に言うと膵臓でインスリンを産生するβ細胞のになってきています。2 型糖尿病でも糖尿病が重篤化して長期働きが弱ってしまう疾患です。日本人に多いのは 2 型糖尿病で、的に大きな負荷がかかると、脱落して失われてしまい、結果的遺伝的な要因と環境的な素因の両方が関わってβ細胞の機能には同じ状況になります。正常なインスリン産生能を持ったβ低下やインスリン感受性の変化が起こり、血糖値が高くなりま細胞を再生することができれば、残存する膵臓のβ細胞からのす。一方で、1 型糖尿病はβ細胞自体が何らかの理由で損傷し再生によって、糖尿病の治療への道が広がることになります。てしまうことが原因で起こります。

私たちの研究室では、膵臓を含む消化器官の in vitro での創1 型糖尿病の原因は自己免疫ですが、正確にはよくわかってい製を目指して研究を行っています。胚性幹細胞（ES 細胞）や人ませんでした。しかし近年、ウィルス感染などが引き金で自己工多能性幹細胞（iPS）細胞を用いて、発生･分化の機序解明

抗体ができてしまい、その攻撃によってβ細胞が失われてしまや、作製技術の向上に努めています。

うために、インスリンを産生できなくなるという病態が明らか

幹細胞から膵β細胞への系譜
私の研究のスタートは発生生物学でした。生物の body plan*するには、特定の物質（マーカー）の発現の有無を観察します。

からどのように細胞運命が決定され、分化誘導されるのかとい

β細胞のマーカーはインスリンなのですが、インスリン産生がうことに関心があり、アフリカツメガエルを使って体の形態形起こるのはかなり後期の段階なので、より初期の膵臓前駆細成や、初期発生の段階で必要なシグナルを研究していました。

胞マーカーであるPdx1* の発現をモニターするようになりまに発表し 1）、発生初期についてのした。その過程で 2008 年に私たちは、Pdx1 陽性細胞に効率研究がある程度一段落したところで、新たな研究分野を開拓よく分化誘導する条件を見つけました。M15という細胞をし、手技を身につけるためにハーバード大学の Doug Melton

フィーダー * として使用することで、約 30% の細胞が膵前駆細教授の研究室に留学することになりました。それが膵臓の研究胞に分化することがわかったのです 3）。当時は膵臓に至る系譜をはじめる転機になりました。に分化誘導すること自体に苦労していましたし、他の内胚葉性当時、膵臓の発生分化にフォーカスを当てた研究は少なかった細胞の分化における誘導の効率化の条件を見つけるヒントにのです。論文や研究書もまだ少なく、例えば膵臓が内胚葉かもなったという意味で、重要な発見だったと思います。

この研究の成果をら発生することについても、諸説が存在した中ようやく決着がついたという段階でした。そんな中、状況を変えたのが 1998

ES/iPS

年のヒトES 細胞の樹立です。Melton 教授がこのニュースに目をつけられ、私たちの研究室でも培養してみようということになりました。世に出たばかりの当時、運用は試行錯誤で、まず外中ES 細胞を増殖させるだけでも一苦労でした。しかしそこから内胚葉

Melton 研ではインスリン産生細胞を多く取得できるプロトコールを開発し、に発表するなどの成果を上げました 2）。

私は 2002 年に留学を終え熊本大学に着任するのですが、その肺肝胆肝膵

腸内分泌腺房細胞βδ

後も引き続きこの分化の研究を進めました。
幹細胞から膵β細胞へ分化する系譜にはいくつかの段階があ導管ります（図）。ヒトの ES 細胞や iPS 細胞を使用するメリットは、β細胞の分化を発生と同じ細胞系譜をたどりながら追跡できるαことであり、それぞれの分化誘導の条件やメカニズムの解明につながってきました。ある細胞に分化しているかどうかを確認

図：幹細胞から膵β細胞への細胞系譜

PP© 東京工業大学* Body plan：生物の体の設計図。完成図としての身体だけでなく、細胞の分化や形態形成などのプロセスも含む概念。
* Pdx1（pancreatic-duodenal homeobox 1）：DNA からRNA への転写を制御する転写因子のひとつ。膵前駆細胞に発現し、内胚葉からの分化に重要な役割を果たしているとされる。
* フィーダー：目的とする細胞の増殖や分化を促すため、培養時に用いる細胞。マウス胚線維芽細胞（MEF）が一般に用いられる。
1）Science. 1997 Dec 12;278(5345):1940-3.

2）Science. 2003 Jan 17;299(5605):363.

3）Stem Cells. 2008 Apr;26(4):874-85.

2β細胞を作るからには、どうしてもインスリンの産生を見たい

では分化の系譜に加えて分化を誘導する因子もかなり明らかものですが、私たちの研究では、急ぎすぎずに1つ1つ地道にになっており、1ヵ月程度かかっていたβ細胞への分化も、効マーカーを確認するという方法で研究を進めてきました。現在率化に従い必要な日数がより短くなっていくと期待されます。

ES 細胞／ iPS 細胞を用いた糖尿病再生医療の現在と展望移植などの臨床応用を考えると、ただインスリンを産生する細iPS 細胞を用いた研究では、すでに移植を見据えたプログラム胞ができればいいというわけではなく、生体内でグルコースも進行しています。東京大学分子細胞生物学研究所 宮島 篤

依存性、すなわち血糖が上昇している場合にインスリンを分教授がリーダーを務める「iPS 細胞を基盤とする次世代型膵島

泌できる細胞を作る必要があります。

移植療法の開発拠点」ネットワークプログラムでは、重症イン

私たちの研究室では、昨年（2014 年）、iPS 細胞からxeno-freeの培養系でグルコース依存性にインスリンを産生するβ細胞の作製に成功しました 4）。xeno-freeというのは異種由来成分

スリン依存性糖尿病に対する膵島移植に用いるための機能的な膵島の作製を目指して、膵島の分化誘導に始まり大量の調製法、免疫隔離膜による移植に至る技術開発を行っています。

を含んでいないという意味で、すなわち細胞だけでなく培養このように隔離膜を使用することにより、安全性に関して重大液や因子を含めすべて動物由来のものを用いずにβ細胞に分な問題が出る懸念を回避できると思われます。先にも述べた化させることができたということです。移植にあたり安全性のように動物実験では in vivo での成熟化は示されていますので、問題をひとつクリアできたのではないかと考えています。

ヒトでも問題なく進む可能性が高いと考えています。ただ、糖ES 細胞や iPS 細胞から、こうした機能性のβ細胞を作る取り組みは世界的に進んでおり、発表が相次いでいます。Melton 研
でもヒトiPS 細胞から成熟β細胞と同様のインスリン産生能を持つβ細胞に分化させ、に論文を発表しています 5）。特徴的なのはイメージングを行い、カルシウムイオンの細胞内への流入までを視覚的に確認していることです。私たちの研究室でも細胞の培養方法に関する論文を発表しているほか 6）、Melton 研のプロトコールについても検証を行っていて、私たち尿病はすぐに命に関わる疾患ではありませんから、患者さんのrisk-beneﬁt の兼ね合いを考えますと、安全性については高い水準で立証されなければ普及は難しいでしょう。また、実際に治療となると、どの程度効果が出るかについては未知数と言わざるを得ません。網膜は臨床研究が始まっていますが、膵臓は網膜よりも治療効果を示すために必要とする細胞の数が多いため、それを用意することの難しさの問題が立ちはだかってくるかもしれません。のプロトコールの改善と並行して比較しているという状況です。

β細胞の生理学の解明
このように臨床応用に向けた取り組みも進んでいるのですが、かってきています 8）。今後、私たちは栄養・代謝状態によってβ細胞についてはまだまだわかっていないことも多いです。

分化の方向や成熟度に影響があるかどうかも調べていく予定

近年では解析技術の進歩を受けて分化促進化合物のスクリーです。

ニングの手法も取り入れているのですが、その結果、興味深また、失われたβ細胞は死滅するものと考えられてきたのです

いことにモノアミン * が膵臓の分化に関係していることがわかが、最近の研究では「脱分化（dediﬀerentiation）」という現りました。モノアミン輸送体であるVMAT2 の発現を阻害する象が起こっていることが示されています 9）。高ストレス下でイと、膵前駆細胞から内分泌前駆細胞への分化が促進されたのンスリンを発現しなくなったβ細胞の一部は脱分化してインス

7）です 。神経伝達物質として知られるモノアミンが、発生期のリン産生能を失っているだけなのではないかと考えられていま細胞分化に深く関与していることは意外な発見でした。β細胞す。すなわち、脱分化した細胞をもう一度分化させることで機への分化には複雑な分子機構が存在しており、引き続き様々能を回復できる可能性があるということです。これらのメカニな角度からの検討が必要です。他には、栄養学あるいは細胞ズムが解明されれば、薬剤によって再生を促すことも可能になの代謝制御という観点からの研究が重要であることが最近わるかもしれません。

* モノアミン：セロトニン、ノルアドレナリン、ドーパミンなど単一のアミノ基を持つ神経伝達物質の総称。
モノアミンの濃度低下がうつ病などの精神疾患に関連すると考えられている（モノアミン仮説）。

34）J Mol Cell Biol. 2014 Oct;6(5):394-408.

6）J Biol Chem. 2014 Apr 4;289(14):9623-38.

8）Cell Metab. 2014 May 6;19(5):780-94.

5）Cell. 2014 Oct 9;159(2):428-39.

7）Nat Chem Biol. 2014 Feb;10(2):141-8.

9）Cell. 2012 Sep 14; 150(6): 1223‒1234.

ES 細胞や iPS 細胞から作り出したβ細胞には、直接的な再生医的な機能を細かく見ることができるような系を確立しなければ療に用いられるだけでなく、創薬研究や病態の解明に使うたなりません。より効率的に質の高い細胞を作るために、今後もめの試験モデルとしての用途もあります。そのためには、生理プロトコールや技術の改善が欠かせないと考えています。

基礎研究の貢献のあり方
私が師事していた Melton 教授も発生生物学の研究者だった

再生医療は大変期待の大きい分野ですので、早くポジティブのですが、ご子息が 1 型糖尿病と診断されたのをきっかけにな結果がほしいという考えはよく理解できます。しかし、現状糖尿病治療の研究に取り組まれるようになりました。私もこのでは未知なことも多く、技術的な進歩も見込めることを考えるエピソードに感銘を受けて、膵臓の研究をするようになったのと、一歩ずつ進めていくのが患者さんの利益になると信じてです。今でも 1 型糖尿病の患者さんと話をする機会をもっています。

おり、自分の研究が人々の健康につながることを常に意識しています。
一方で、基礎研究者としての立ち位置もおろそかにはできないと考えています。私たちが研究の中で大事にしていることは、ばらつきをいかに抑えるかということです。基礎研究での実験は長期間にわたることもあり、細胞など生き物を相手にする場合、データを安定させることがなかなか難しいものです。特に、分化誘導の研究ではプロセスが多段階になるため、それぞれの効率に誤差が出ると最終的には大きな差になってしまいます。
そのためには、一見時間がかかるように見えるかもしれませんが、再現性のことを考慮してアッセイ系とプロトコールをきっちりと決めていくことが結果的には早道ではないかと思います。

くめ しょうえん粂 昭苑 先生
東京大学薬学部、同大学院薬学系研究科卒。
帝人株式会社での勤務後、大阪大学大学院理学研究科博士課程を修了。米国ハーバード大学への留学、熊本大学発生医学研究所教授を経て、現在は東京工業大学大学院生命理工学研究科教授。
専門は in vitro 分化誘導系を用いた消化器官の発生・分化。

インタビューを終えてインタビューの中で、粂先生が一貫して強調しておられたのが「確かなプロトコールを作る」こと、そのために「地道に」「一歩一歩」取り組むことでした。私たちが報道で見る華々しい研究成果のニュースの裏にはこのような努力があり、そしてそれが強い信念に支えられていることに改めて感銘を受けました。

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