このJapanese Scientists in Science Translational Medicine（STM）2020では、2020 年の1 年間にトラ
ンスレーショナルメディシンに論文が掲載された日本人研究者・グループを紹介しています。誌面の都合上、または著者本人のご意向により、すべての日本人著者を紹介しているわけではありませんが、その旨ご了承ください。
所属名、共著者名、本文から図表の選定まで、すべて著者の皆様からご提供いただいたものです。
特に、掲載論文については、日本語で分かりやすくご解説いただいておりますので、
トランスレーショ
ナルメディシンに掲載された図表とは異なるものを使用している場合があります。また、記載の所属先やメールアドレス、URLなど一切の情報は、2021 年 1月時点のものになります。
内容については細心の注意を払っていますが、情報の正確性、専門性について発行者はいかなる責任を負うものではありません。正確な情報は、必ず原文にてご確認ください。

発行元
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Washington, DC 20005
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発行日2021 年 3 月© 2021 American Association for the Advancement of Science (AAAS). All Rights Reserved.

24

Japanese Scientists in Science Translational Medicine 2020

トランスレーショナルメディシンに載った日本人研究者
ご挨拶
米国科学振興協会（AAAS）の公式刊行物であるScience Translational Medicine（STM）
は、
世界的な科学学術誌 Scienceの姉妹誌として、
トランスレーショナル医療に関する先進的な研究成果を毎週発信しています。Translational research（トランスレーショナル・リサーチ）
は日本では「橋渡し研究」とよばれ、基礎研究と応用研究とをつなぐための、実用化を見据えたメカニズム・現象解明の研究を指します。同誌では、疾患に関する研究室ベースの生物学的知見から医薬品などの開発による医療応用を目的とした研究を2009 年の創刊以来取り上げています。
「サイエンス トランスレーショナルメディシンに載った日本人研究者」は、「サイエンス誌に載った
日本人研究者」の姉妹冊子として2016 年に刊行され、本年の冊子は第 6 号にあたります。今回
は、2020 年にScience Translational Medicineで発表された7 件の研究を紹介し、翻訳したアブストラクトと、さらに各論文の著者の方々より寄稿いただき、研究の論点をわかりやすく記した解説文を掲載しています。
トピックは多様ですが、基礎研究からアンメットニーズを抱えた疾患の治療になるべく早く繋げようとするアプローチは、Science Translational Medicineの目指すゴール
でもあります。
本誌は未来の日本の科学界を担う学生・生徒の教育にも活用していただく目的で、大学等研究機関図書館のほか、国内のスーパーサイエンスハイスクールに配布されています。今後もトラン
スレーショナル・リサーチ、そしてScience Translational Medicineにぜひご注目いただければ幸いです。
最後に、本誌の制作にあたり、ご多忙の中、ご協力いただきました日本人研究者の皆様に心より御礼申し上げます。そして、多大なるご支援を賜りましたコスモ・バイオ株式会社様に深く感謝を申し上げます。
2021 年 3月
編集チーム一同1

Japanese Scientists inScience Translational Medicine 2020
トランスレーショナルメディシンに載った日本人研究者
Science Translational Medicine 投稿について… …………………………………………………………………………………………… 3
1月15日号

Research Article

腫瘍溶解性ウイルスによるIL-7および IL-12の腫瘍内発現は免疫チェックポイント阻害薬に対する全身感受性を高める…………………………………………………………… 4
Intratumoral expression of IL-7 and IL-12 using an oncolytic virus increases systemic sensitivity to immune checkpoint blockade
アステラス製薬株式会社 研究本部 キャンディデートディスカバリー研究所 第２研究室 主管研究員
鳥取大学 医学部 医学科 ゲノム再生医学講座 分子医学分野 准教授

4月1日号

Research Article

中尾 慎典

中村 貴史

ティッシュエンジニアリング人工血管における狭窄の自然可逆性… ……………………………………………… 6
Spontaneous reversal of stenosis in tissue-engineered vascular grafts

宮本 真嘉
東京女子医科大学 医学部 心臓血管外科 准教授 松村 剛毅
東京女子医科大学 医学部 心臓血管外科 助教

Professor, Department of Surgery, Ohio State University
Director, Cardiovascular Tissue Engineering Program, Department of Cardiothoracic Surgery,
Nationwide Children’s Hospital

4月22日号

Research Article

新岡 俊治

単一遺伝子糖尿病患者由来ヒト幹細胞から作製した遺伝子改変 β 細胞は、
マウスモデルにおける糖尿病症状を改善する… ………………………………………………………………………… 8
Gene-edited human stem cell–derived β cells from a patient with monogenic diabetes reverse preexisting diabetes in miceSamuel E. Schechter Professor of Medicine, Professor, Departments of Medicine and Pathology & Immunology,
Washington University School of Medicine

浦野 文彦

Postdoctoral Research Scholar, Division of Endocrinology, Metabolism, and Lipid Research,
Washington University School of Medicine

浅田 梨絵

Postdoctoral Research Scholar, Division of Endocrinology, Metabolism, and Lipid Research,
Washington University School of Medicine

7月1日号

Research Article

森川 俊太郎大腸杯細胞はLypd8を介して同種造血幹細胞移植後のGVHDを防ぐ… ……………………………… 10
Intestinal goblet cells protect against GVHD after allogeneic stem cell transplantation via Lypd8

荒 隆英
橋本 大吾
北海道大学大学院 医学研究院 内科学系部門 内科学分野 血液内科学教室 教授 豊嶋 崇徳
北海道大学大学院 医学研究院 内科学系部門 内科学分野 血液内科学教室 助教

北海道大学大学院 医学研究院 内科学系部門 内科学分野 血液内科学教室 准教授

7月8日号

Research Article

黄色ブドウ球菌 Agr 病原性は表皮定着において不可欠であり、アトピー性皮膚炎の発症と関連する… ……………………………………………………………………………………… 12
Staphylococcus Agr virulence is critical for epidermal colonization and associates with atopic dermatitis development

松岡 悠美
高橋 弘喜
千葉大学 大学院薬学研究院 准教授 高屋 明子
大阪大学 免疫学フロンティア研究センター 特任准教授
千葉大学 真菌医学研究センター 准教授

10月14日号

Research Article

シヌクレイノパチーのげっ歯類モデルにおいて
LRRK2はNFATc2を介してミクログリア神経毒性を仲介する………………………………………………… 14
LRRK2 mediates microglial neurotoxicity via NFATc2 in rodent models of synucleinopathies
Contractor Scientist, Molecular Neuropathology Section, Laboratory of Neurogenetics,
National Institute on Aging, National Institutes of Health

12月9日号

Research Article

心臓内幹細胞由来の細胞外小胞による小児拡張型心筋症の組織修復………………………………… 16
Cardiosphere-derived exosomal microRNAs for myocardial repair in pediatric dilated cardiomyopathy
岡山大学病院 新医療研究開発センター 教授
岡山大学病院 小児科 医員

2

射場 美智代

平井 健太

王 英正

Science Translational Medicine 投稿について
Science Translational Medicineは、
トランスレーショナル医療

Editorials：トランスレーショナル・リサーチに関する依頼原（Translational Medicine）
を対象とした最先端の研究成果を稿。1,500 語未満。アブストラクトはなしで、References 5 点

取り上げる週刊の科学専門誌です。

以内、図表は掲載不可。

以下に、Science Translational MedicineのInformation for

Focus：Science Translational Medicineやその他のジャー

Authors（投稿規定）の簡易日本語版を掲載します。

ナルで発表された最近の論文に関連した短報。

あくまでこの記事は抜粋版であり、すべての規定を網羅して2,000 語以内で、簡潔なタイトル、1 文のアブストラクト、本文、いるわけではないことをご了承ください。投稿前には、後述のReferences 10 点以内、図表（1 点のみ）
および図表の説明

ウェブサイトで、最新の完全版を必ずご確認ください。

文を含めること。

ポリシー
Science Translational Medicineに論文を投稿する著者は、
著者資格、事前出版、研究デザインなどについて定めた論文の要件を満たすと同時に、資金提供を含む利益相反、著作権の所在、アクセスポリシー、報道解禁など著者の権利とPerspectives：最新のトランスレーショナル・リサーチの進展について第三者の視点から分析する記事。基礎研究、臨床研究の両者からの視点を含める。3,500 語以内で、簡潔なタイトル、アブストラクト50 語以内、本文、References 30
点以内、図表 2 点以内、および図表の説明文を含めること。

責任に関するポリシーに合意する必要があります。詳細を投Science Translational Medicine 投稿規定

稿前にご確認ください。

執筆に関する規程は原稿の種類によって異なります。個別https://stm.sciencemag.org/content/science-translationalmedicine-general-policies

掲載される論文・記事の種類
Research Article：トランスレーショナル・リサーチに関する画期的な研究成果を発表する原著論文。構成はタイトル、
アブストラクト、本文（Introduction、Results、Discussion、Materials and Methods、References、Figures and Figure

Legends、Tables and Table Legends、Supplementary
Materials）。
10,000 語以内、図表は8 点まで。論文の理解に不可欠ではない場合のみSupplementary Materialとして別途添付可。
Editor の采配により図表の数を減らした短い Research
ArticleをReportsとして投稿可能。
Research Resources：新しい評価手法や技術、データ
ベース、またはトランスレーショナル医療に直接関連するデー
タセット等を提示する仮説駆動型ではない研究。

のInformation for Authorsのページを必ずご覧ください。
Information for Authors

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Research Article（初回投稿）：
https://stm.sciencemag.org/content/instructions-authorsnew-research-articles
Research Article（査読後修正原稿）：
https://stm.sciencemag.org/content/instructions-authorsrevised-research-articles

オンライン投稿システム
https://cts.sciencemag.org

論文投稿に関する問い合わせ先
E-mail: scitranslmededitors@aaas.org
https://stm.sciencemag.org/feedback

Research ResourcesのフォーマットはResearch Articlesのものと同じです。
Technical Comments：Science Translational Medicineに掲載された記事に関する新しい情報や洞察を提供するもの。1,500 語未満、References 10 点以内、図表 2 点以内。
Reviews：トランスレーショナル・リサーチの仮説や知見についての総説。8,000 語以内で、簡潔なタイトル、アブストラクト
100 語以内、 本文、References 100 点以内、 図表 4 点以
内、および図表の説明文を含めること。

3

1月15日号

Research Article

Science Translational Medicine 15 Jan 2020: Vol. 12, Issue 526, eaax7992
DOI: 10.1126/scitranslmed.aax7992

腫瘍溶解性ウイルスによるIL-7およびIL-12の腫瘍内発現は免疫チェックポイント阻害薬
に対する全身感受性を高める
Intratumoral expression of IL-7 and IL-12 using an oncolytic virus increases systemic sensitivity to
immune checkpoint blockade
Shinsuke Nakao1 Yukinori Arai1 Mamoru Tasaki1 Midori Yamashita1 Ryuji Murakami1 Tatsuya Kawase1
Nobuaki Amino1 Motomu Nakatake2 Hajime Kurosaki2 Masamichi Mori1 Masahiro Takeuchi1 Takafumi Nakamura2
1
2

Drug Discovery Research, Astellas Pharma Inc.
Department of Biomedical Science, Graduate School of Medical Sciences, Tottori University

全著者リスト：https://stm.sciencemag.org/content/12/526/eaax7992.full

中尾 慎典 Shinsuke Nakao

アステラス製薬株式会社 研究本部 キャンディデートディスカバリー研究所 第２研究室 主管研究員

中村 貴史 Takafumi Nakamura

鳥取大学 医学部 医学科 ゲノム再生医学講座 分子医学分野 准教授

左から中尾 慎典、中村 貴史

Contact

中尾 慎典 E-mail：shinsuke.nakao@astellas.com
所在地：305-8585 茨城県つくば市御幸が丘 21
中村 貴史 E-mail：taka@tottori-u.ac.jp
所在地：683-8503 鳥取県米子市西町 86

Abstract
腫瘍微小環境の免疫状態は、がん免疫療法の効果を評価するための重要な指標である。腫瘍浸潤リンパ球（TIL）の活性化および増殖が、固形腫瘍患者において免疫療法の効果を高める役割を果たすことが示されている。われわれは、インター
ロイキン-7（IL-7）および IL-12をコードする遺伝子を搭載した腫瘍選択的腫瘍溶解性ワクシニアウイルスを担がんマウスに腫瘍内投与することで、最初は免疫原性が低かった腫瘍の炎症免疫状態が活性化され、結果として遠隔残存腫瘍にまで完全腫瘍退縮が得られた。完全腫瘍退縮を達成したマウスでは、同じ腫瘍細胞の再注射に対して抵抗性が認められ、このことから長期にわたる腫瘍特異的免疫記憶が確立されたことが示唆される。抗 PD-1 抗体または抗 CTLA4 抗体のいずれによっても効果が認められなかった腫瘍モデルにおいて、これらの免疫チェックポイント阻害薬にこのウイルス療法を併用したところ、単独の場合と比較して抗腫瘍効果が高まった。これらの結果から、IL-7および IL-12をコードする遺伝子を搭載した腫瘍
溶解性ワクシニアウイルスの投与は、直接注射された腫瘍と注射を受けていない遠隔腫瘍の両方で免疫状態の変化を引き起こし、免疫チェックポイント阻害薬に対する感受性が腫瘍に付与された。IL-7および IL-12の腫瘍内発現による抗腫瘍効果
は、ヒト腫瘍細胞を有するヒト化マウスでも認められた。これらのデータは、免疫原性の低い固形腫瘍患者におけるさらなる研究の実施を支持している。
Figure and Note4

図 1：IL-7 搭載ウイルスとIL-12 搭載ウイルスとの組み合わせによる腫瘍退縮作用

図 2：IL-7および IL-12 搭載ウイルスの作用メカニズム

免疫チェックポイント阻害薬に抵抗性の腫瘍（Lewis lungcarcinoma）にIL-7 搭載ウイルスとIL-12 搭載ウイルスを注射したところ、7 匹中 4 匹で腫瘍が消失した。

IL-7および IL-12 搭載ウイルスは、直接注射された腫瘍と注射を受けていない遠隔腫瘍の両方で免疫状態の変化を引き起こし、免疫チェックポイント阻害薬に対して感受性にする。

IL-7 および IL-12 搭載腫瘍溶解性ワクシニアウイルスの発明
2010 年代前半に免疫チェックポイント阻害薬が承認されて以降、がん治療体系は大いに変遷を遂げつつあります。免疫チェックポイント阻害薬は標準療法では治癒できないような難治性の進行がんに対しても優れた効果を示し、完全寛解をも達成することができますが、その恩恵を受けることができる患者さんはごく限られています。複雑ながん微小環境の免疫抑制においては単一の免疫チェックポイント阻害だけでは十分に効果的な腫瘍内環境の改善が難しく、異なる薬剤の組み合わせ治療、例えば抗 PD-1 抗体と抗 CTLA-4 抗体との組み合わせは、高い奏効率が期待されるものの全身性の過度な自己免疫反応が課題となることが知られています。そこでわれわれは、腫瘍局所において限定的に免疫活性化させることでより安全かつ効果的な治療方法の確立を目指し、遺伝
子組換え腫瘍溶解性ウイルスの創薬研究を進めてきました。腫瘍溶解性ウイルスはがん細胞を直接殺傷するだけでなく、その結果放出されるがん抗原と自然免疫の活性化によって生体内ワクチン効果を生じさせることができます。さらに、ウイルスゲノムに免疫制御分子をコードする遺伝子を挿入すれば、腫瘍内でがん免疫をより活性化させることができます。例えば 2015 年に米国で上市された「T-VEC」は顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM-CSF）を搭載したヒトヘルペスウイルスです。われわれはウイルスに搭載する分子を工夫することでより効果的な免疫活性化と薬効向上が期待できると考え、試行錯誤の末、IL-7とIL-12の組み合わせが有望であることを見出しました。IL-7はT 細胞のホメオスタシス（恒常性維持）に重要な分子です。IL-12は自然免疫と獲得免疫との両方の活性化に寄与します。
本研究においてわれわれはIL-7および IL-12 搭載ウイルス（以下、本ウイルス）について次の知見を得ました。1）
免疫チェックポイント阻害薬に抵抗性の腫瘍（Lewis lung carcinoma, LLC）
を完全退縮させる。GM-CSF 単独
搭載ウイルス、IL-7 単独搭載ウイルス、GM-CSF および IL-12 搭載ウイルスでは完全退縮しない。2）
LLC 腫瘍において、IL-7あるいはIL-12 単独搭載ウイルスよりも多くの腫瘍内リンパ球浸潤を示す。3）左右の横腹に担がんしたモデルマウスにおいて、本ウイルスを片側の腫瘍にのみ注射すると、処置した腫瘍と処置していない腫瘍の両方にリンパ球浸潤が認められ、両方の腫瘍で退縮が得られる。4）本ウイルスの投与により腫瘍内免疫環境が改善
し、免疫チェックポイント阻害薬抵抗性の腫瘍が応答性に変化する。本ウイルスと免疫チェックポイント阻害薬の併用は腫瘍を完全退縮させる。5）本ウイルスはヒトがん細胞を担がんさせたヒト化マウスにおいても腫瘍退縮効果を示す。
今後われわれはIL-7および IL-12による腫瘍内免疫環境変化についてさらに深く追究するとともに、本ウイルスのト
ランスレーショナルリサーチを進めていきます。

基礎研究からの産学連携の成果
独創性の高いワクシニアウイルス研究を進めていた鳥取大学とアステラス製薬とで、研究のご
く初期段階からタッグを組み、互いの英知を集結させ、このような大きな研究成果に発展させることができました。免疫賦活遺伝子搭載腫瘍溶解性ウイルスは革新的ながん免疫治療につながることが期待されます。われわれは世界の人びとの健康に貢献するため、これからも研究を進めていきます。

5

4月1日号

Research Article

Science Translational Medicine 01 Apr 2020: Vol. 12, Issue 537, eaax6919
DOI: 10.1126/scitranslmed.aax6919

ティッシュエンジニアリング人工血管における狭窄の自然可逆性
Spontaneous reversal of stenosis in tissue-engineered vascular grafts
Joseph D. Drews1,2 Victoria K. Pepper1 Cameron A. Best1,3 Jason M. Szafron4 John P. Cheatham5 Andrew R. Yates5,6 Kan N. Hor5,6
1,7
1,3
1,3
4
1
1,7
1,2
Jacob C. Zbinden Yu-Chun Chang Gabriel J. M. Mirhaidari Abhay B. Ramachandra Shinka Miyamoto Kevin M. Blum Ekene A. Onwuka
1,2
1,5
5
1,2
1
1
1
1
Jason Zakko John Kelly Sharon L. Cheatham Nakesha King James W. Reinhardt Tadahisa Sugiura Hideki Miyachi Yuichi Matsuzaki
1
1
1
1
5
5
8
5,9
10
Julie Breuer Eric D. Heuer T. Aaron West Toshihiro Shoji Darren Berman Brian A. Boe Jeremy Asnes Mark Galantowicz Goki Matsumura
11
12
13
4
1,5,9
Christopher K. Breuer1,2,14
Narutoshi Hibino Alison L. Marsden Jordan S. Pober Jay D. Humphrey Toshiharu Shinoka
1Center for Regenerative Medicine,
Abigail Wexner Research Institute at Nationwide Children’s Hospital
Department of Surgery, The Ohio State University Wexner Medical Center
3
Biomedical Sciences Graduate Program,
The Ohio State University College of Medicine
4
Department of Biomedical Engineering, Yale University
5
The Heart Center, Nationwide Children’s Hospital
6
Department of Pediatrics, The Ohio State University College of Medicine
7
Department of Biomedical Engineering, The Ohio State University2

8

Department of Pediatrics, Yale School of Medicine
Department of Cardiothoracic Surgery, Nationwide Children’s Hospital
Department of Cardiovascular Surgery, Tokyo Women’s Medical University
11
Department of Surgery, University of Chicago/Advocate Children’s Hospital
12
Departments of Pediatrics and Bioengineering, Stanford University
13
Department of Immunobiology, Yale University
14
Department of Surgery, Nationwide Children’s Hospital
910

全著者リスト：https://stm.sciencemag.org/content/12/537/eaax6919

宮本 真嘉 Shinka Miyamoto

東京女子医科大学 医学部 心臓血管外科 助教

松村 剛毅 Goki Matsumura

東京女子医科大学 医学部 心臓血管外科 准教授

新岡 俊治 Toshiharu Shinoka
左から宮本 真嘉、松村 剛毅、新岡 俊治

Contact

Professor, Department of Surgery, Ohio State University
Director, Cardiovascular Tissue Engineering Program,
Department of Cardiothoracic Surgery, Nationwide Children’s Hospital宮本 真嘉 E-mail：miyamoto.shinka@twmu.ac.jp
所在地：162-8666 東京都新宿区河田町 8-1

松村 剛毅 E-mail：matsumura.goki@twmu.ac.jp
所在地：162-8666 東京都新宿区河田町 8-1

Abstract
われわれは小児用の再生血管（TEVG）
を開発し、単心室の心疾患患者に対してこのTEVGを植え込む臨床試験を行うことを
米国食品医薬品局（FDA）は承認した。このTEVGを、下大静脈と肺動脈をつなぐ心外導管型フォンタン手術用の導管として使用したが、術後 6ヵ月以内にTEVGの狭小化が 高率に認められ、血管形成術により治療を行った。このような移植後早期の血管の狭小化に関するメカニズムを解明するために、再生血管の分化における様々なデータを収集し、媒介変数に基づいた計算モデルを構築し解析した。その結果、われわれの臨床研究で観察されたTEVGの狭小化はこの計算モデルにおいても予測可能であったが、炎症反応や物理的作用によりTEVGの狭小化が自然に回復するという結果もまた示された。そこで、この予想外のモデルの結果を検証するために羊の下大静脈をTEVGにて置換する動物実験を行ったところ、計算モデルと同様にTEVGの狭小化が自然に回復する、という結果が示された。この結果は、無症候性の 移植後早期のTEVGの 狭小化は、適切な 術後の経過観察を必要とするにせよ血管形成術は避けられるという点で、われわれの臨床研究において重要な意味合いを持つ。さらにシミュレーションの結果、生体吸収性素材の設計を変更して炎症反応を軽減し、メカノセンシングを増強させることにより、TEVGの自然可逆性の狭小化を改善できるという結果が示され、次世代のTEVGの最適化を図るうえでも新たなパラダイムが示唆された。トランスレーショナルリサーチにおいて、このようにコンピュー
ターモデルによるシミュレーションを組み合わせることは最先端技術の導入やその臨床上の管理を行ううえで重要であると考える。

6

Figure and Note

図 1：羊下大静脈モデルにおけるTEVG（上）術後の血管造影。
（中）血管造影のデータを基にしたイメージング。
（下）
血管内超音波のデータを基にした模式図。
術後 6 週目に最もTEVGの狭小化を認めるが、6ヵ月以降は自然に改善している。

図 2：実臨床におけるTEVGの狭小化が改善した一治験例（A）
TEVGの壁肥厚、内腔の狭小化が認められる。
（B）
数ヵ月後には狭小化は自然に改善している。
白点線：TEVG 外面、黄点線：内腔面

再生血管の狭小化現象のリモデリング
先天性心疾患の構造的欠損を修復するためにしばしば人工医療材料を使用します。しかし、人工物には生物学的特徴・成長能がないため子供が成長するのにしたがって様々な合併症を起こします。より生体に近い医療材料を提供できれば、これらの合併症を減らすことが可能となります。そこで、われわれはティッシュエンジニアリングの技法を応用し、生体吸収性素材と自己細胞から体内にて新組織（再生血管：TEVG）
を作るストラテジーで組織学的優位性のみならず、成長能が期待できる医材を開発しました。TEVGは移植後に完全自己組織となることがこれまでの動物実験にて証明されています。そこで、本邦において機能的単心室を有する患者にTEVGの植え込みを行う臨床研究を2000 年
代前半に行いました。急性グラフト不全やグラフト関連死を認めませんでしたが、移植後 3 年までの間に全 25 例のうち1
例（4％）に高度のグラフトの狭窄を認め、血管形成術を必要としました。その後、米国において米国食品医薬品局（FDA）の指導・管理下で同様の臨床試験を行いました。期せずして、初期のグラフト狭窄の発生率が予想外に高く、治験は一時保留となりました。しかし、TEVGは人工物と違い自己組織であるためにバルーン拡大術により狭窄を解除することができ、その後は良好な経過を辿り3 年間の治験を終了することができました。しかし、日米での治験を通じて
TEVGの弱点である狭小化の経時的変化を解明すべく、今回開発した計算モデルを用いてTEVGの解析・評価を行いました。
まずマウスの下大静脈に作成したTEVGの形態学的、生力学的データを開発した計算モデルに代入してシミュレーショ
ンを行いました。結果、TEVGの組織形成の初期段階において内腔の狭小化を認めるものの、その後は狭小化が自然に解消されるという仮説を得ました。この結果をさらに検証するために子羊を用いてTEVGを作成し同様の解析を行いました。このモデルでは、さらにTEVGの形態を血管造影と血管内超音波を用いて評価したところ、移植したTEVGの中央部付近が植え込み後 6 週目頃に最狭小化しており、同時期のTEVGの免疫組織学的評価ではα平滑筋アクチン
陽性細胞数、マクロファージの浸潤もこの時期がピークでした。炎症や狭窄に関連する計算モデルにて解析したところ、モデルの予測値と動物実験の現象が一致していました。さらに遠隔で摘出したTEVGの生力学的試験の結果と計算モデルの予測値は近似値を示していました。これをもとに米国での臨床試験の結果を計算モデルにて評価したところ、
血管形成術を行わなくとも狭小化は改善されたであろう、という結果が示されました。無症候性の移植後初期のTEVGの狭窄に関する可逆性が証明できたことにより、血管形成術の要否が再検証され、さらに中断していた臨床研究が再開されることとなりました。然るに、TEVGでの本計算モデルによる評価の意義は大きいと考えられます。
TEVGは移植される前は生体吸収性素材に細胞が播種された未完の状態であり、体内に移植された後は血管としての機能は保ちつつも組織・形態・物性・炎症反応・生体吸収性素材の分解などが劇的に変化していきます。TEVGの狭小化と自己回復を含め、これら複雑な組織形成のメカニズムにより完全自己組織化していく過程を本研究の計算モデルは予測することができました。様々な動物実験の蓄積されたデータにより構築されたこの計算モデルは、今回のわ
れわれの米国での臨床試験のシミュレーションの結果から、考察と今後の再生血管療法の周術期・遠隔期における治療方針の決定に寄与するものと期待されます。このようにトランスレーショナルリサーチにおいて、高度な計算モデルを組み合わせることは、臨床試験の設計、評価、適応基準を検証することのみならず、新技術に対する新たな評価方法としても有用と考えられます。さらには、新技術や新素材をより安全に、早期に臨床応用するための評価手段となりうるとも考えられます。

Basic ScienceからTranslational ResearchそしてReal Academic Surgeonへ
当研究室は、オハイオ州コロンバスにあり、臨床研究意義に基づいた研究アプローチを行っています。多様な共同研究者や10 名以上のラボメンバーに支えられて、大動物を使用した基礎研究および Translational Researchを行っています。Bioengineering 分野でTissue
Engineeringに特化した研究を継続しています。今後、血管以外の他の臓器の開発も期待
されます。

7

4月22日号

Research Article

Science Translational Medicine 22 Apr 2020: Vol. 12, Issue 540, eaax9106
DOI: 10.1126/scitranslmed.aax9106

単一遺伝子糖尿病患者由来ヒト幹細胞から作製した遺伝子改変 β 細胞は、マウスモデルにおける糖尿病症状を改善する
Gene-edited human stem cell-derived β cells from a patient with monogenic diabetes reverse
preexisting diabetes in mice
Kristina G. Maxwell1,2 Punn Augsornworawat1,2 Leonardo Velazco-Cruz1 Michelle H. Kim1 Rie Asada1
Nathaniel J. Hogrebe1 Shuntaro Morikawa1 Fumihiko Urano1,3 Jeffrey R. Millman1,2
1
23

Division of Endocrinology, Metabolism, and Lipid Research, Washington University School of Medicine
Department of Biomedical Engineering, Washington University in St. Louis
Department of Pathology and Immunology, Washington University School of Medicine

全著者リスト：https://stm.sciencemag.org/content/12/540/eaax9106

浦野 文彦 Fumihiko Urano

Samuel E. Schechter Professor of Medicine, Professor,
Departments of Medicine and Pathology & Immunology,
Washington University School of Medicine

浅田 梨絵 Rie Asada
左から浦野 文彦、浅田 梨絵、森川 俊太郎

Postdoctoral Research Scholar, Division of Endocrinology, Metabolism,
and Lipid Research, Washington University School of Medicine

森川 俊太郎 Shuntaro Morikawa

Postdoctoral Research Scholar, Division of Endocrinology, Metabolism,
and Lipid Research, Washington University School of Medicine
浦野 文彦

Contact

E-mail：urano@wustl.edu
所在地：660 South Euclid Ave, Campus Box 8127, St. Louis, MO 63110, USA
U R L：https://wolframsyndrome.wustl.edu/
浅田 梨絵
E-mail：rieasada@wustl.edu
所在地：660 South Euclid Ave, Campus Box 8127, St. Louis, MO 63110, USA
森川 俊太郎 E-mail：ikaring88@hotmail.co.jp
所在地：660 South Euclid Ave, Campus Box 8127, St. Louis, MO 63110, USA

Abstract

Figure and Note

患者由来の人工多能性幹細胞（iPSC）から作製されたインスリン産生膵 β 細胞は糖尿病に対する自己細胞補充療法を有望なものとする。しかし、現在のアプローチは、in vitroおよび in vivoで十分に機能しない自己 iPSC 由来 （β SC-β）細胞の作製にとどまっている。本研究では、若年性糖尿病発症を伴う遺伝性疾患ウォルフラム症候群（WS）患者から樹立したiPSCにおいて、CRISPR-Cas9により原因遺伝子であるWolfram syndrome （1 WFS1）の変異を修正した。筆者らが最近開発した6 段階からなる分化プロト
コールによりβ 細胞を作製すると、変異を修正したSC-β 細胞はグ
ルコース刺激に応答して大量のインスリンを分泌し、またストレプト
ゾトシン誘発糖尿病モデルマウスに移植すると症状が改善した。
またシングルセル・トランスクリプトミクス解析により、変異を修正したSC-β 細胞ではインスリン遺伝子の発現が増加し、小胞体ストレスマーカー遺伝子の発現が抑制されていることが明らかとなった。以上より、CRISPR-Cas9による糖尿病誘発性の変異遺伝子の修正は、疾患モデルマウスにおける重度糖尿病症状を改善させるような自己 SC-β 細胞への分化を可能にすることが示された。

8

図 1：ウォルフラム症候群患者由来 iPSCから作製したSC-β 細胞
unedit）および修正（WS4corr、WS4corr-B）
WFS1 変異未修正（WS4
iPSCから作製したSC-β 細胞の明視野像（上）とグルコース応答性
インスリン分泌能の評価（下）。

図 2：ストレプトゾトシン（STZ）
誘発糖尿病マウスへのSC-β 細胞移植
STZによる糖尿病マウス作製および SC-β 細胞移植の概要
（上）
と血
corr
SC-β 細胞を移植したマウスの血糖値
糖値測定結果（下）。WS4が大きく低下する。

遺伝子変異を修正した患者由来膵 β 細胞は糖尿病症状を改善する
糖尿病はインスリン産生膵 β 細胞の機能不全や細胞死によって引き起こされます。失われたβ 細胞機能の補填としてインスリン療法がしばしば行われますが、長期間のインスリン注射には合併症のリスクが伴います。その他に治療法として膵島移植がありますが、ドナー不足や免疫抑制剤の必要性などから、移植を受けられる患者数は限られています。一方、患者由来の人工多能性幹細胞（iPSC）から作製されたβ 細胞（SC-β）細胞は、自己細胞補充療法という新たな治療法を提供することができます。しかし、これまでに作製されたSC-β 細胞には血糖値を正常に戻すほどの十分なインスリン産生・分泌機能がありませんでした。このような制限を打破すべく、筆者らは細胞骨格リモデリングを制御することで従来よりも高機能なβ 細胞を作製する改良型分化プロトコールを開発しました。
ウォルフラム症候群（WS）
は若年性糖尿病発症を伴う遺伝性疾患です。Wolfram Syndrome 1（WFS1）遺伝子の変異によって持続的な小胞体ストレスが発生し、β 細胞が死ぬことが発症機序と考えられています。このような単一遺伝子変異は、CRISPR-Cas9 技術によって修正することができます。そこで筆者らは、改良型分化プロトコールと組み合わせてWFS1の変異を修正したWS 患者由来 SC-β 細胞を作製し、治療応用への可能性について検討しました。
作製されたSC-β 細胞はグルコースに応答してインスリンを分泌しますが、変異を修正したSC-β（修正 SC-β）細胞のみが生体内のβ 細胞と同様にインスリンの大量かつ二相性分泌を示しました。細胞の特徴を詳細に解析すると、変異修正によってWFS1および β 細胞マーカー遺伝子の発現が大きく増加していました。次にストレプトゾトシン（STZ）注射によってβ 細胞を破壊し、糖尿病を発症したマウスにこれらのSC-β 細胞を移植しました。その結果、修正 SC-β 細胞を移植したマウスは耐糖能が回復し、STZ 未注射マウスと同程度まで血糖値が低下しました。また低血糖時および高血糖時の血清インスリン濃度が増加しており、糖尿病症状が大きく改善していました。シングルセル・トランスクリ
プトミクス解析によって、作製したSC-β 細胞集団における個々の細胞を評価すると、変異修正によってインスリン遺伝
子を強発現する細胞数が圧倒的に増加していました。また、インスリン陽性細胞における小胞体ストレスマーカー遺伝子の発現が低下し、その結果としてミトコンドリアストレスやアポトーシス関連遺伝子の発現が低下していました。
本研究で筆者らが作製したSC-β 細胞は高いインスリン産生・分泌能を有し、移植によって糖尿病症状を大きく改善しました。このようなSC-β 細胞作製技術とCRISPR-Cas9による遺伝子編集技術の組合せは、単一遺伝子異常による糖尿病だけでなく、I 型および II 型糖尿病に代表される多因子遺伝性疾患の治療開発への応用が期待できます。
またWSは糖尿病の他に視神経萎縮や神経変性を発症しますが、変異を修正したiPSC から網膜細胞や神経系細胞を作製・移植することでWS 患者が抱える様々な問題の解決に繋がっていく可能性があります。

患者さんの気持ちをラボメンバーに伝え、幸運に感謝する
私たちの研究室は、小胞体病という概念を確立し、それに相当する疾患の診断法、治療法を開発することをミッションとしています。現在のフォーカスは、Wolfram syndromeの遺伝子治療を開発することです。遺伝病の研究をし、患者さんの登録制度、クリニックをしている関係で、多くの患者さんの診断、診療にあたり、患者さんのご家族とも毎日のようにお会いします。彼ら/ 彼女らの抱えている臨床的な問題、患者さんたちの悲しみ、ご家族の悲しみを、機会を見つけてはラボメンバーに話すようにしています。自分たちの研究がいかに多くの人びとを救うことになるか、みんなが理解し一致団結して研究を進めることは、何にも増して重要ではないでしょうか？ 私は、研究を続けられること、素晴らしいメンバーに恵まれていること、論文を発表し講演をする機会が訪れていること、すべては幸運だからだと思っています。この幸運に、いつも心から感謝しています。必ず、新しい治療法、診断法を開発し、多くの患者さんを救うことを心に誓っています。

9

7月1日号

Research Article

Science Translational Medicine 01 Jul 2020: Vol. 12, Issue 550, eaaw0720
DOI: 10.1126/scitranslmed.aaw0720

大腸杯細胞はLypd8を介して同種造血幹細胞移植後のGVHDを防ぐ
Intestinal goblet cells protect against GVHD after allogeneic stem cell transplantation via Lypd8
Takahide Ara1 Daigo Hashimoto1 Eiko Hayase1 Clara Noizat1 Ryo Kikuchi1 Yuta Hasegawa1 Kana Matsuda2
Shoko Ono2 Yoshihiro Matsuno3 Ko Ebata1 Reiki Ogasawara1 Shuichiro Takahashi1 Hiroyuki Ohigashi1 Emi Yokoyama1
Keitaro Matsuo4,5 Junichi Sugita1 Masahiro Onozawa1 Ryu Okumura6 Kiyoshi Takeda6 Takanori Teshima1
1

Department of Hematology, Hokkaido University Faculty of Medicine and Graduate School of Medicine
Department of Gastroenterology and Hepatology, Hokkaido University Graduate School of Medicine
Department of Surgical Pathology, Hokkaido University Hospital
4
Division of Cancer Epidemiology and Prevention, Aichi Cancer Center Research Institute5
Department of Cancer Epidemiology, Nagoya University Graduate School of Medicine
6
Department of Microbiology and Immunology, Graduate School of Medicine, WPI Immunology Frontier Research Center, Osaka University
2
3

全著者リスト：https://stm.sciencemag.org/content/12/550/eaaw0720

荒 隆英 Takahide Ara

北海道大学大学院 医学研究院 内科学系部門 内科学分野 血液内科学教室 助教

橋本 大吾 Daigo Hashimoto

北海道大学大学院 医学研究院 内科学系部門 内科学分野 血液内科学教室 准教授

豊嶋 崇徳 Takanori Teshima

北海道大学大学院 医学研究院 内科学系部門 内科学分野 血液内科学教室 教授

左から荒 隆英、橋本 大吾、豊嶋 崇徳

Contact

荒 隆英 E-mail：bloodflower2010@gmail.com
所在地：060-8638 北海道札幌市北区北 15 条西 7 丁目
U R L：http://www.hokudai-hematology.jp/

橋本 大吾 E-mail：D5hash@pop.med.hokudai.ac.jp
豊嶋 崇徳 E-mail：teshima@med.hokudai.ac.jp

Abstract

Figure and Note

移植片対宿主病（GVHD）
および感染症は、同種造血幹細胞移植（HSCT）
における重大な致死的合併症である。大腸杯細胞は粘液層を形成し、腸内細菌叢と宿主の腸上皮とを空間的に分離している。大腸杯細胞の喪失
は、GVHDにみられる組織学的特徴の1 つであるが、その喪失が GVHDの病態生理に及ぼす影響については明らかでなかった。同種 HSCTのマウスモデルでは、大腸杯細胞の持続的減少がみられ、その結果、大腸の粘液内層に破綻が生じ、腸上皮下への細菌侵入の増悪を認めた。杯細胞の増殖因子であるインターロイキン-25（IL-25）
を移植前に投与したところ、大腸杯細胞が GVHD から保護され、細菌の上皮下への侵入が抑制され、インターフェロン-γおよび IL-6といった炎症性サイトカインが低下し、
GVHDの改善がもたらされた。IL-25によるGVHD 軽減作用は、大腸上皮細胞によって産生され、有鞭毛細菌の運動性を抑制することで抗菌活性を示す分子、Lypd8に依存していた。同種 HSCT 患者における大腸生検の解析では、大腸杯細胞の傷害度が、腸管 GVHDの重症度、移植関連死亡の増加、全生存率の低下と相関した。大腸杯細胞の喪失は、移植転帰と関連し、IL-25の投与による杯細胞保護は、GVHDに対する新たな予防・治療戦略となりうる。

10

図 1：GVHDによって大腸杯細胞と粘液層が形成する
腸管バリア機構は破綻する
（A）
GVHD
（-）
では大腸粘液層は2 層構造が保たれる
が、GVHD（+）
では2 層構造が破綻し、腸上皮下へ細菌（白矢頭）が侵入する。
（B）
GVHD（+）
では大腸上皮表面のLypd8が減少する。

図 2：大腸杯細胞の減少は腸管 GVHDに特異的であり、その傷害度が生命予後と相関する（A）
患者大腸生検標本における杯細胞数。移植前検体に比較して、GVHD 発症群で特異的に杯細胞数が減少している。
（B）
大腸杯細胞の傷害度ごとの移植後生存曲線。杯細胞の傷害度が移植後の生命予後と相関する。

同種造血幹細胞移植の安全性と有効性の向上を目指して
同種造血幹細胞移植は白血病などの血液悪性腫瘍の根治的治療法ですが、感染症や移植片対宿主病（GVHD）のため、いまだ移植関連死亡が根絶できていません。GVHD 予防や治療のために使用される免疫抑制剤は、腫瘍や感染に対する免疫も減弱させて、白血病の再発や感染症の発症を招く可能性があります。より安全なGVHD
対策を開発するため、GVHDの病態生理のより詳細な検討が必要とされています。近年、腸内細菌の乱れがGVHDや移植予後と関連することが報告されています。移植後に腸内細菌叢が乱れると、有益な共生菌が減少し有害な病原菌が増殖しますが、杯細胞が分泌するムチンは、粘液層を構成して生体を防御する最後の砦となっています。多数の細菌が存在する大腸では、粘液層は2 層構造をとっており、緻密な内層は腸内細菌に対する物
理的バリアとしてだけでなく抗菌物質を内包することで化学的バリアとしても機能しています。以前からGVHDの主たる標的臓器である腸管ではGVHD 発症時に杯細胞が減少することが知られていましたが、その意義については不明でした。そこでわれわれは、マウスモデルとヒト臨床検体を用いて、大腸杯細胞や粘液層によって形成される粘膜バリアが腸管 GVHDの病態生理に及ぼす影響について検討しました。
本研究により、マウス同種骨髄移植後に大腸杯細胞が傷害されることで粘液 2 層構造が破綻し、腸上皮下へ細菌が侵入して炎症反応を増幅してGVHDを悪化させていることが判明しました。杯細胞増殖因子インターロイキン-25（IL-25）を投与して大腸杯細胞を保護すると、GVHD が軽減しました。抗菌物質 Lypd8は、大腸の粘膜上皮細胞から分泌されて粘液層に集積し、細菌の運動性を低下させて生体内への侵入を防いでいますが、腸管 GVHDによる粘液層の破綻のため、腸管粘膜上皮表面のLypd8 集積が消失していました。IL-25を用いた杯細胞保護によるGVHD 軽減効果は、Lypd8ノックアウトマウスでは認められず、大腸粘液層はLypd8と協働して、腸内細菌の侵入を防ぎ、GVHDの重症化を抑制していることがわかりました。
同種移植後の患者大腸生検検体を用いた検討では、腸管 GVHDで特異的に大腸杯細胞が減少し、その傷害度
はGVHDの重症度やその後の治療反応性と相関していました。さらに、杯細胞傷害が重度である患者では、死亡率が高いことがわかりました。
本研究により、大腸杯細胞傷害やそれに伴う粘液層の破綻によって生じる物理的かつ化学的な粘膜バリア機能の低下が、さらなるGVHDの悪化につながることが明らかになり、大腸杯細胞が GVHDの新規治療標的となりえます。今まで腸管 GVHDは病理学上ではリンパ球浸潤を伴う陰窩上皮のアポトーシス像として捉えられていましたが、今回のわれわれの臨床検体の解析からは、大腸杯細胞が新しい腸管 GVHDの診断・治療モニター・予後予測のバイオマーカーとなることが期待されます。

基礎と臨床が一体化し、地域と世界とを結ぶ血液診療を目指して
北海道大学医学研究院血液内科学教室では、移植免疫・抗腫瘍免疫・リ
ンパ腫 /白血病の治療に関する研究を行っています。マウスモデル・種々の培養系・患者検体を駆使して、トランスレーショナルリサーチから臨床応用に向けた研究を数多く行っています。研究室は現在拡張期となっており、たくさんの大学院生が在籍し、研究室も増設が計画されています。将来の血液内科の診療を変革するような結果を求めて研究を続けています。

11

7月8日号

Research Article

Science Translational Medicine 08 Jul 2020: Vol. 12, Issue 551, eaay4068
DOI: 10.1126/scitranslmed.aay4068

黄色ブドウ球菌 Agr 病原性は表皮定着において不可欠であり、アトピー性皮膚炎の発症と関連する
Staphylococcus Agr virulence is critical for epidermal colonization and associates with atopic
dermatitis development
Yuumi Nakamura1,2 Hiroki Takahashi3,4 Akiko Takaya5 Yuzaburo Inoue6 Yuki Katayama1 Yoko Kusuya3 Tatsuma Shoji5
Sanami Takada1 Seitaro Nakagawa1 Rena Oguma1 Nobuko Saito1 Naoko Ozawa6 Taiji Nakano6 Fumiya Yamaide6
Eishika Dissanayake6 Shuichi Suzuki7 Amer Villaruz8 Saranyaraajan Varadarajan9 Masanori Matsumoto9 Tomoko Kobayashi10
Michihiro Kono10 Yasunori Sato11 Masashi Akiyama10 Michael Otto8 Hiroyuki Matsue1,3 Gabriel Núñez9 Naoki Shimojo6
1

Department of Dermatology, Chiba University Graduate School of Medicine
Cutaneous Immunology, Immunology Frontier Research Center,
Osaka University
3
Medical Mycology Research Center, Chiba University
4
Molecular Chirality Research Center, Chiba University
5
Laboratory of Microbiology and Immunology,
Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Chiba University
6
Department of Pediatrics, Chiba University Graduate School of Medicine
27Department of Pediatrics, Shimoshizu National Hospital
Pathogen Molecular Genetics Section, Laboratory of Human Bacterial Pathogenesis,
National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health9
Department of Pathology and Rogel Cancer Center, University of Michigan Medical School
10
Department of Dermatology, Nagoya University Graduate School of Medicine
11
Department of Global Clinical Research, Chiba University Graduate School of Medicine
8

全著者リスト：https://stm.sciencemag.org/content/12/551/eaay4068

松岡 悠美 Yuumi Matsuoka

大阪大学 免疫学フロンティア研究センター 特任准教授

高橋 弘喜 Hiroki Takahashi

千葉大学 真菌医学研究センター 准教授

高屋 明子 Akiko Takaya
左から松岡 悠美、高橋 弘喜、高屋 明子

Contact

千葉大学 大学院薬学研究院 准教授

松岡 悠美 E-mail：ymatsuoka@derma.med.osaka-u.ac.jp
所在地：565-0871 大阪府吹田市山田丘 2-2
高橋 弘喜 E-mail：hiroki.takahashi@chiba-u.jp
所在地：260-8675 千葉市中央区亥鼻 1-8-1

Abstract
アトピー性皮膚炎（AD）
は、罹患した皮膚における黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）の定着と関連することが多い。AD 発症における黄色ブドウ球菌の役割を明らかにするため、われわれは生後 1〜6ヵ月の日本人
乳児 268 例を対象に、頬の皮膚から得られた黄色ブド
ウ球菌分離株に全ゲノムシークエンシングを実施した。

高屋 明子 E-mail：akiko@faculty.chiba-u.jp
所在地：260-8675 千葉市中央区亥鼻 1-8-1
U R L：https://www.p.chiba-u.jp/lab/kassei/index.html

Figure and Note
図 1：S. aureus（乳児皮膚に 生着中）における、全ゲノムに生じた変異に対してagr 領域に生じた変異の割合
アトピー性皮膚炎を発症した乳児の皮膚から単離された菌株（AD）より、発症しな
かった乳児の皮膚から単離された菌株（Non-AD）のほうが agr 遺伝子領域に変異を高頻度に生じる。

生後 1ヵ月の乳児の約 45％に、AD 発症の有無にかかわらず黄色ブドウ球菌の定着が認められた。対照的に、生後 6ヵ月では黄色ブドウ球菌の皮膚定着が認められると、AD 発症のリスクが高くなった。黄色ブドウ球
菌 Agrクオラムセンシング（QS）
システムにおける機能喪
失変異の獲得が、ADを発症しなかった6ヵ月児の分
離株の多くで認められた。マウスにおいて、黄色ブドウ球菌の表皮定着および AD 様炎症の誘発には、機能的 Agr QSシステムの発現が必要であった。したがって、乳児期において機能的黄色ブドウ球菌 Agrによる病原性が保持されることは、黄色ブドウ球菌の皮膚定着および AD 発症と関連する。
図 2：マウスモデルにおける野生型および agr 欠損株での皮膚生着比較
マウス経表皮的に野生型（LACwt）
を感染させると炎症が起こるが、Agrを発現できない変異株（LAC∆agr）
は皮膚への菌の定着が阻害され炎症もおこらない。HE 染色病理
（HE）
、弱拡
（LPF）
、強拡
（HPF）
。

12

黄色ブドウ球菌クオラムセンシングとアトピー性皮膚炎
アメリカミシガン大学留学中に所属した研究室で、黄色ブドウ球菌クオラムセンシングとアトピー性皮膚炎の研究を開始しました。その後、Agrクオラムセンシング依存性に発現するδ-toxin および Phenol-soluble modulin α がアト
ピー性皮膚炎様の皮膚炎をマウスモデルにおいて惹起することを相次いで報告しました。しかしながら、毒素の動物モデルにおける役割を解析する手法では、なぜアトピー性皮膚炎という疾患特異的に黄色ブドウ球菌が定着していて、健常皮膚にはほとんど定着しないのかはアプローチできませんでした。帰国後、千葉大学小児病態学のアト
ピー性皮膚炎に関するコホート研究で得られた黄色ブドウ球菌の菌株が保存されていました。学内の同世代の共同筆頭著者らと出会い、ディスカッションしていく中で、黄色ブドウ球菌のゲノム解析から、アトピー性皮膚炎になぜ
この病原細菌が定着するのかを明らかにできないかと着想しました。
出生コホート研究で乳児皮膚から得られた菌株の全ゲノム解析を行い、乳児期に長期間生着し続ける菌のクローンを抽出し、乳児皮膚への生着期間中に黄色ブドウ球菌が獲得したゲノム変異に注目しました。すると、アトピー性皮膚炎を発症する乳児の群でのagr 領域の変異はほとんどみられないのに対して、発症しない群においてのagr
領域の変異頻度が高いことを見つけました（図 1）。これらの変異は機能喪失型の変異であり、マウスモデルを用いて検証することで、皮膚での病原性発揮の前段階となる生着を阻害していることがわかりました（図 2）。これらの結果から、Agrクオラムセンシングの機能保存がアトピー性皮膚炎の発症と関連があり、一方、健常な皮膚には何らかの病原細菌の生存に不利な変異を誘導するメカニズムが存在することが示唆されました。
Agrクオラムセンシング領域の制御は、特に健常人皮膚での黄色ブドウ球菌感染症やアトピー性皮膚炎の治療ター
ゲットとして注目されています。一方で、院内感染症においては、Agrクオラムセンシングの負の制御が菌の生存に逆に有利に働いているとの報告もあることから、この領域の実用化にはさらなる基礎的な研究の積み重ねが重要であると考えています。

異分野の若手研究者の協力で新しい研究テーマの発掘を研究チームは、千葉大学グローバルプロミネントプロジェクトの一環として発足したグループの一部です。皮膚免疫学、バイオインフォマティクス、病原細菌学の異分野の研究者がアイデアを持ち寄り、小児病態学のコホート研究を解析しました。
「三人寄れば文殊の知恵」と言っては共著の先生方に怒られそうですが、よりよい研究を生み出すには大学のこのようなサポートが、研究資金と同じくらい大事ではないかと感じております。

13

10月14日号

Research Article

Science Translational Medicine 14 Oct 2020: Vol. 12, Issue 565, eaay0399
DOI: 10.1126/scitranslmed.aay0399

シヌクレイノパチーのげっ歯類モデルにおいて
LRRK2はNFATc2を介してミクログリア神経毒性を仲介する
LRRK2 mediates microglial neurotoxicity via NFATc2 in rodent models of synucleinopathies
Changyoun Kim1 Alexandria Beilina2 Nathan Smith2,3 Yan Li4 Minhyung Kim5 Ravindran Kumaran2 Alice Kaganovich2
Adamantios Mamais2 Anthony Adame6 Michiyo Iba1 Somin Kwon1 Won-Jae Lee7 Soo-Jean Shin7 Robert A. Rissman6
Sungyong You5,8 Seung-Jae Lee7 Andrew B. Singleton9 Mark R. Cookson2 Eliezer Masliah1
1

Molecular Neuropathology Section, Laboratory of Neurogenetics, National Institute on Aging, National Institutes of Health
Cell Biology and Gene Expression Section, Laboratory of Neurogenetics, National Institute on Aging, National Institutes of Health
Department of Biochemistry and Redox Biology Center, University of Nebraska
4
Protein/Peptide Sequencing Facility, National Institute of Neurological Disorders and Stroke, National Institutes of Health5
Departments of Surgery and Biomedical Sciences, Cedars-Sinai Medical Center
6
Department of Neurosciences, School of Medicine, University of California, San Diego7
Department of Biomedical Sciences, Neuroscience Research Institute, and Department of Medicine, Seoul National University College of Medicine
8
Samuel Oschin Comprehensive Cancer Institute, Cedars–Sinai Medical Center9
Molecular Genetics Section, Laboratory of Neurogenetics, National Institute on Aging, National Institutes of Health23

全著者リスト：https://stm.sciencemag.org/content/12/565/eaay0399

射場 美智代 Michiyo Iba

Contractor Scientist, Molecular Neuropathology Section, Laboratory of Neurogenetics,
National Institute on Aging, National Institutes of HealthContact

E-mail：michiyo.iba@nih.gov
所在地：35 Convent Drive Bldg 35, Rm 1A1015, Bethesda, MD 20892. USA
U R L：https://www.nia.nih.gov/research/labs/lng/molecular-neuropathology-unit

Abstract
シヌクレイノパチーはα-シヌクレインが異常に沈着することを特徴とし、パーキンソン病、レビー小体型認知症、多系統萎縮症などを含む神経変性疾患である。これらの疾患の病態生理として、神経細胞脱落や神経炎症などがあげられる。神経細胞から放出されるα-シヌクレインは、Toll 様受容体 2（TLR2）
を介してミクログリアの神経毒性や、炎症促進性の反応を誘導することが示されているが、その分子機序は十分に理解されていない。本研究でわれわれは、細胞外 α-シヌクレイン
によるミクログリアの活性化において、ロイシンリッチリピートキナーゼ2（LRRK2）が極めて重要な役割を果たすことを示した。マウス初代ミクログリア細胞をα-シヌクレインへ曝露するとLRRK2のリン酸化および活性を増強することがわかった。さらに、マウス神経細胞培養において、LRRK2の遺伝学的および薬理学的阻害により、腫瘍壊死因子 α（TNFα）

Figure and Note

およびインターロイキン-6（IL-6）の発現を低下させること
で、α-シヌクレイン介在性のミクログリア神経毒性が顕著に低減した。われわれは、選択的なリン酸化と、免疫転写因子であるnuclear factor of activated T cells,
cytoplasmic （2 NFATc2）の核内移行の誘導により、
LRRK2 が神経炎症カスケードを促進することを明らかにした。NFATc2の活性化は、シヌクレイノパチーを呈す
る患者およびシヌクレイノパチーのマウスモデルにおいても観察され、マウスモデルではLRRK2の薬理学的阻害剤の投与により運動行動障害の回復が認められた。これ
らの結果は、LRRK2、およびその下流のシグナル伝達メ

図 1：パーキンソン病患者でNFATc2の沈着が見られる

ディエーターであるNFATc2の調節が、シヌクレイノパ

大脳新皮質と線条体のNFATc2 抗体による免疫染色を健常者とパーキン
ソン病 /レビー小体型認知症患者のサンプルに対して行なった結果、後者では神経細胞内にNFATc2の沈着が見られた。

チーの治療標的となる可能性を示唆している。

14

図 2：シヌクレイノパチーにおけるミクログリアを介した神経毒性のモデルニューロンから放出されたα-シヌクレインはミクログリア表
面のTLR2で検出され、LRRK2がミクログリア内で活性化する。活性化したLRRK2はNFATc2をリン酸化し、核内への移行を促進する。核内に移行したNFATc2はTNFαとIL-6を増加させる。

シヌクレイノパチーの神経炎症にLRRK2 が関与する
われわれの研究室ではパーキンソン病、レビー小体型認知症をはじめとするシヌクレイノパチーにおいてミクログリアの神経炎症がどのように関与しているかを体系的に調べています。ミクログリアの炎症促進性がシヌクレイノパチーに関与することはわかっていますが、その分子的メカニズムはまだわかっていません。一方、LRRK2はその変異がパーキンソン病疾患の最も重要な遺伝子変異の一つであることがわかっており、LRRK2 がミクログリアを仲介する
神経炎症に重要な役割を担うこともわかっていますが、LRRK2 がミクログリア神経炎症にどのように関与するのかはわかっていません。今回はLRRK2 がミクログリアの活性化にどのように関与し、神経細胞から放出されたα-シヌクレインにどのように反応するのかを体系的に調べました。
最初に、マウスの培養細胞を用いて、神経細胞から放出されたα-シヌクレインが TLR2などのレセプターを通じて
LRRK2を活性化し、その結果、NFATc2 が核内に転移することを示しました。それに伴って、TNFαやIL-6といったサイトカインの発現が修飾されることもわかりました。さらに、液体クロマトグラフィー / 質量分析法や3D 構造解析を行い、NFATc2 が LRRK2のキナーゼ基質（kinase substrate）
であることを示しました。最後に、パーキン
ソン病 /レビー小体型認知症患者、あるいはシヌクレイノパチーのマウスモデルの脳標本を用いて、NFATc2の核内移行が起こっているのかを免疫染色で調べた結果、実際にNFATc2の沈着が見られました。
今回の研究で、シヌクレイノパチーにおけるミクログリアの神経炎症の新しい経路が見つかりました。シヌクレイノパ
チーではα-シヌクレインの凝縮が起こる前にミクログリアの活性化が起こることがわかっており、今回見つかった、
LRRK2–NFATc2のシグナル伝達系がシヌクレイノパチーの治療ターゲットになる可能性が示唆されます。まずは
NFATc2の抑制剤、またはLRRK2とNFATc2の抑制剤の両方をシヌクレイノパチーのマウスモデルに投与することにより得られる知見に基づいて実際の臨床試験に進んでいくことが期待されます。

神経変性疾患の治療薬を探して私の所属するラボのセクションはDr. Masliahの異動に伴い2016 年 10月から新しく発足しました。ラボ自体は日本でいう大講座制で、数人のPIと、サイエンティスト、バイオロジスト、
ポスドク、ポスバクがいて、総勢 50 〜 60 名で構成されています。遺伝学、分子生物学、病理学、統計学、コンピュータサイエンス、AI、マシーンラーニングなど多岐に渡ったスペシャ
リストがパーキンソン病をはじめとする神経変性疾患の解明と治療の開発に向けて日々研究をしています。

15

12月9日号

Research Article

Science Translational Medicine 09 Dec 2020: Vol. 12, Issue 573, eabb3336
DOI: 10.1126/scitranslmed.abb3336

心臓内幹細胞由来の細胞外小胞による小児拡張型心筋症の組織修復
Cardiosphere-derived exosomal microRNAs for myocardial repair in pediatric dilated cardiomyopathy
Kenta Hirai1 Daiki Ousaka2 Yosuke Fukushima1 Maiko Kondo1 Takahiro Eitoku1 Yusuke Shigemitsu1
Mayuko Hara1 Kenji Baba1 Tatsuo Iwasaki3 Shingo Kasahara2 Shinichi Ohtsuki1 Hidemasa Oh4
1

Department of Pediatric Cardiology, Okayama University Graduate School of Medicine, Dentistry, and Pharmaceutical Sciences
Department of Cardiovascular Surgery, Okayama University Graduate School of Medicine, Dentistry, and Pharmaceutical Sciences
Department of Anesthesiology and Resuscitology, Okayama University Graduate School of Medicine, Dentistry, and Pharmaceutical Sciences4
Department of Regenerative Medicine, Center for Innovative Clinical Medicine, Okayama University Hospital2
3

全著者リスト：https://stm.sciencemag.org/content/12/573/eabb3336

王 英正 Hidemasa Oh

岡山大学病院 新医療研究開発センター 教授

平井 健太 Kenta Hirai
岡山大学病院 小児科 医員

左から王 英正、平井 健太

Contact

王 英正 E-mail：hidemasa@okayama-u.ac.jp
所在地：700-8558 岡山県岡山市北区鹿田町 2-5-1
U R L：http://shin-iryo.hospital.okayama-u.ac.jp/center/index3.html

Abstract
心臓内幹細胞（CDCs）
は単心室症患者において心臓の機能および転帰を改善させるが、小児拡張型心筋症（DCM）の
小児におけるその安全性および有効性についてはほとんど知られていない。われわれは、DCMのブタモデルにおいて
CDCsの安全性と有効性を明らかにし、前臨床研究で得られた結果を患者に適用することを目的とした。微粒子を冠動脈内注入して心機能を低下させることで、DCMのブタモデルを作製した。ブタ40 頭を用いて、CDCsの投与法および用量に関する前臨床バリデーション無作為化研究を行い、CDCs が分泌する細胞外小胞であるエクソソーム（CDCex）
が介在する心筋修復について分析した。第 1 相安全性コホートでは、駆出率が低下したDCM 患児 5 例を組み入れて、CDCs 注入を行った。主要転帰評価項目は安全性の評価、副次的転帰評価項目は心機能の変化とした。CDCsを投与したブタでは、
プラセボ投与と比較して心機能が改善し、心筋線維化領域の縮小を認めた。こうした心機能上の有効性は、血管新生促
進作用および心保護作用を有するマイクロRNA（miRNA）
を豊富に含むCDCexを介することが示唆されたが、分離した
CDCexを冠動脈から投与しても、同様の修復作用は認められなかった。ヒト第 1 相安全性評価の1 年間の追跡調査終了時には、良好なプロファイルと有効性の予備的結果が認められた。心筋線維化抑制の機序として、CDCex 由来 miR-146a-5pの発現亢進により炎症性サイトカインおよび転写物が抑制されることを確認した。DCMのブタモデルにおいて、CDCsの冠動脈内投与は安全であり、CDCexを介した心機能の改善を認めた。患児を対象とした安全性評価の結果から、将来的に無作為化試験を実施するための枠組みが得られ、CDCex 由来 miRNAはこの治療戦略の基礎となるパラクラインメディ
エータである可能性が示唆された。
Figure and Note
図：心臓内幹細胞が分泌する細胞外小胞とマイクロRNA
ブタ、ヒト由来の心臓内幹細胞が分泌する細胞外小胞（エクソソーム）には、心筋保護や血管新生に関わるマイクロRNAが豊富に含まれている。

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小児拡張型心筋症に対する
心臓内幹細胞による組織修復の機序解明
岡山大学病院の小児循環器科と心臓血管外科では、新医療研究開発センター再生医療部とともに、2010 年から重篤な先天性心疾患である単心室症に対する心臓内幹細胞（CDCs）移植の第 1/2 相臨床研究を行い、CDCsの安全性や心機能向上、予後改善効果を確認してきました。一方、拡張型心筋症（DCM）は最も多い小児心筋症疾患であり、臨床診断後 5 年以内に心臓死や心臓移植を回避できる頻度は約 50 ～ 60％と極めて予後不良な
心臓病です。2010 年 7月に家族の承諾による脳死臓器移植や15 歳未満の小児の臓器提供を可能にした改正臓器移植法が施行されましたが、移植待機期間は平均 691日と長く、臓器提供者不足により海外渡航心臓移植を要する症例も依然として多いのが現状です。臓器移植以外に細胞移植も期待されている治療法の一つですが、これまで有用な大型動物の実験モデルがなく、研究開発があまり進んでいませんでした。
本研究では、小児 DCMに対するCDCs 移植の前臨床研究を行うにあたり、まず再現性が高く臨床病態像を反映した大型動物のDCMモデルの開発に取り組みました。心臓表面を走る冠動脈内に100〜300ミクロンの微粒子を注入することで、びまん性に心臓の動きが低下した新規のブタDCMモデルの開発に世界で初めて成功しました。
上記のモデルを用いてCDCs 移植法の検討を行い、従来の冠動脈血流を一時的に遮断する方法ではなく、より安全性が高い冠血流を遮断しない移植法を採用しました。冠動脈内にCDCsを注入することで、低下した心機能が改善し、病理組織学的に心筋や血管細胞の再生とともに、障害を受けた組織の線維化領域が縮小することを確認しました。さらに、移植したCDCs が分泌する細胞外小胞であるエクソソームには心筋保護や血管新生に関わるマイクロRNA が豊富に含まれていることを確認し、エクソソーム分泌抑制物質で前処置したCDCsをブタに移植すると同様の治療効果を示さないことから、CDCs が分泌するエクソソームが治療効果に寄与することが示唆されました。
一連の前臨床研究成果を踏まえ、2017 年より岡山大学病院で小児 DCMに対するCDCs 移植の第 1 相臨床研究を開始しました。心臓の駆出率が 40％以下に低下した小児 DCMの連続 5 症例において、心筋生検組織をもとに大量培養したCDCsの自家移植を実施しました。1 症例において有害事象を認めたものの、それ以外の4 症例では安全に移植を実施でき、かつ心機能改善や心筋線維化領域の縮小といった有効性を示唆する結果が得られました。患者由来のCDCs が分泌するエクソソーム内にも、ブタCDCsと同様のマイクロRNA が豊富に含まれており、特にmiR-146a-5pの発現量と細胞移植後の線維化抑制度との間に有意な相関があることを明らかにしました。
この臨床的事象は、ヒト心筋培養細胞にmiR-146a-5pを実験的に過剰発現させることにより、炎症性サイトカイン産生や細胞死を有意に抑制できたことで確認しております。
上記の研究成果をふまえた今後の展開として、CDCs 移植の保険適応を目指して小児 DCMに対する第 2 相臨床研究へと進めていくとともに、CDCs 由来のエクソソームやマイクロRNAによるcell free therapyを含めた新たな技術開発についても研究を進めていきたいと考えています。

「臨床につながる研究」の継続を
岡山大学病院は、中四国で唯一の臨床研究中核病院に指定されています。治験や臨床研究を戦略的に推進するための中央施設として、当院では2010 年に新医療研究開発センターを発足し、再生医療部では心臓内幹細胞移植の保険適応を目指して、複数の臨床研究を実施してきました。今後も基礎と臨床とを結びつけ、患者様の利益につながることを目標に、研究を続けていきたいと考えています。

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