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特 集

明日の診療に役立つ細胞分子生物学

Topics 1
バイオマーカーとは―ペリオスチンを中心に―
太田昭一郎a/ 出原賢治b

要旨：マトリセルラー蛋白質の一つであるペリオスチンは，種々の炎症疾患や線維化疾患で発現が上昇する．著者らは，血清ペリオスチン濃度を測定する高性能 ELISA システムを構築し，ペリオスチンのバイオマーカーとしての有用性を示してきた．呼吸器疾患のなかでは気管支喘息や特発性間質性肺炎のバイオマーカーとしての臨床応用が期待される．
キーワード：気管支喘息，特発性間質性肺炎，線維化，コンパニオン診断薬，層別化医療
Bronchial asthma, Idiopathic interstitial pneumonia,Fibrosis, Companion diagnostics, Stratified medicine

連絡先：太田 昭一郎〒849‑8501 佐賀市鍋島 5‑1‑1ａ

佐賀大学医学部臨床検査医学講座ｂ

同 分子生命科学講座分子医化学分野（E-mail: ohtasho@cc.saga-u.ac.jp）

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日呼吸誌

Topics 13（5），2014

表 1 層別化医療におけるバイオマーカーの用途

はじめにバイオマーカーのタイプ

バイオマーカー とは，生体から得られる情報や物質
1）

で，疾患の有無や進行度，治療への反応性，または副作用の強弱の指標となるものをいい，近年の層別化医療の進展に伴いその重要性がますます高まっている．
ペリオスチン（periostin）はマトリセルラー蛋白質の1．スクリーニング/リスクマーカー
2．診断マーカー
3．重症度マーカー
4．予後マーカー

著者らは，ペリオスチンの発現がinterleukin（IL）-4/IL-13

5．治療効果予測マーカー
6．薬物動態マーカー

により誘導されることを見いだし，以来アレルギー疾患（Bieber ら2）より引用）

一つであり，線維化病変での発現がしばしば認められる．

において重要な役割をもつ分子として研究を進めている．

用途

発症前のハイリスク群の同定と層別化
症状出現後に診断を確定
エンドタイプレベルでの重症度の判定
症状進行のリスクを示唆する表現型で層別化治療に対する反応性で層別化
薬剤代謝および副作用リスクの層別化

当初はアレルギー疾患においての解析が主であったが，気管支喘息の線維化部分のみならず，間質性肺炎や悪性価が必須であり，①スクリーニング，②診断，③重症度，腫瘍など，他の線維化が関与する疾患でも発現が上昇す④予後，⑤治療効果，⑥薬物動態を規定するバイオマーることがわかってきた．その発現は血中濃度にも反映さ（表 1）．体重・血圧・心拍数等
カーが必要になってくる2）

れ，血中ペリオスチンをバイオマーカーとして測定するの生理学的指標も古典的なバイオマーカーとして用いらことが，種々の疾患の診断に新たな展開をみせている．

れてきたが，これらの個人差だけでは各人の特性を分類

本稿ではペリオスチンについて概説し，気管支喘息とするのは難しい．層別化医療に求められるのは主に分子特発性間質性肺炎について，そのバイオマーカーとしての可能性を紹介する．

バイオマーカーや遺伝子バイオマーカーである．
2003 年にヒトゲノム計画が終了して以降，DNA 配列決定法は長足の進歩を遂げており，SNPs に代表される今日のバイオマーカーが果たす役割

ジェノタイプの違いを簡易に安価で検査することができるようになった．それにより，抗腫瘍薬の分野では，非小細胞肺癌での EGF 受容体変異に対するゲフィチニブ投与選択をはじめとして，ジェノタイプをバイオマー従来，同じ疾患をもつ患者に対しては，疾患ごとに定カーとして分子標的薬を選択する治療が早くから開始さまった治療法があり，同一の薬剤を用い同一のプロトれている．また，薬物代謝に関わるチトクロームP450 グコールに則って治療を進めるのが基本的な考え方であっループの酵素でも，一塩基多型（SNPs）の違いによる代た．しかし，同一の治療を行っても，ある患者にはよく謝能の差異をバイオマーカーとして，投与薬剤量を調節効き，ある患者にはあまり効果がない，といったことがすることが行われている．現在我が国では文部科学省がしばしば経験される．それは，それぞれの患者がもつ特「オーダーメイド医療実現化プロジェクト」（http://www.

性や状態（遺伝子，エピゲノム，蛋白質発現，環境など）

biobankjp.org/index.html）を推進しており，38 疾患がに違いがあり，それによって治療に対する反応性や副作その対象となっているが，どれもジェノタイプをバイオ用が変わってくるからである．近年ようやく，各患者（もマーカーとした研究が主体である．

しくは差異ごとに層別化された群）の特性に応じて治療

本稿でとりあげる気管支喘息患者の示すフェノタイプ方針を決定することで，治療効果を向上させ，また副作はある程度類似しているが，その発症進展には，遺伝要用を軽減することが試みられるようになってきた．これ

因や環境要因等の複数の要因が複雑に絡み合うため，は，層別化医療と呼ばれ，急速に進展し始めている．層

個々の患者で異なる病態を示す場合が少なくない．特発別化医療の類義語・同義語として，個別化医療，テーラー

性間質性肺炎にしても間質の線維化というフェノタイプメイド医療，オーダーメイド医療，も存在する．層別化を共有しながら，その進展度合いや薬剤反応性が患者間医療においては，患者の特性を分類し，それぞれに最適で異なることが知られている．したがって，これらの疾な治療を行うため，バイオマーカーによる患者状態の評

患では，疾患形成の分子的機序に基づく病態であるとこ特集

明日の診療に役立つ細胞分子生物学619

図 1 ペリオスチンの構造と機能．（A）細胞外マトリックス蛋白質としてのペリオスチン．
（B）マト
リセルラー蛋白質としてのペリオスチン．

ろのエンドタイプ3）を診断特定することによって初めて傷治癒や炎症に伴う線維化にも寄与している（図 1A）．

それに対応する有効な治療を行うことが可能となり，そペリオスチンの発現を誘導する因子としてはTGF-βやのためにはエンドタイプを診断できるバイオマーカーがBMP-2 が知られているが，著者らはTH2 型サイトカイン必要となる．

である IL-4 および IL-13 が TGF-β非依存的にペリオスチ

また，創薬におけるバイオマーカーは，「コンパニオンン発現を誘導することを明らかにし，これが気管支喘息診断薬」としてその重要性を増している．近年さかんにで増加していることを示したのがアレルギー疾患の分野開発されている分子標的薬は，投与対象のエンドタイプにおいては最初の報告となった4）．そこで，当初はアレルにより薬効が大きく異なるため，効果判断にはエンドタギー疾患における TH2 マーカーとしての開発を目指してイプを診断することが必須となるからである．

いたが，その後種々の線維化を伴う疾患で発現が上昇していることが明らかになってきた．つまり，慢性炎症にバイオマーカーとしてのペリオスチンの特徴よる組織の再構成（リモデリング）が起こり，線維化が高度になるほど高い発現が認められるようになるため，ペリオスチンは組織リモデリングのバイオマーカーともいえる．

ペリオスチンはマトリセルラー蛋白質の一つであり，ペリオスチンがバイオマーカーとして有利な点の一つ健常組織でもさまざまな組織で構成的に発現している．

は，血清濃度が数十 ng/ml と低いので，局所でのわずかマトリセルラー蛋白質とは，受容体を介して細胞に結合な産生増加であっても血清濃度に反映されやすいことでし，その細胞の機能を調節する働きをもつ細胞外マトある．線維化部位では他の細胞外マトリックス蛋白質でリックス蛋白質のことである．ペリオスチンは細胞表面あるフィブロネクチンやビトロネクチンなども増加するのインテグリンαVβ1，αVβ3，αVβ5，およびα6β4 を介して細が，それらの血清濃度は健常人でも数百μ g/ml と高く，胞にシグナルを誘導することがわかっており，細胞の遊線維化部位局所で増加したとしても血清濃度の有意な上走や分化増殖に関与すると考えられている（図 1B）．そ昇としては検出されにくい．反対に，IL-4 や IL-13 の血の一方で，古典的な細胞外マトリックス分子として，コ清濃度は pg/ml オーダーときわめて低値であり，正確なラーゲン I，フィブロネクチン，テネシン C といった他測定が困難である．の細胞外マトリックス分子と結合して，コラーゲン線維もう一つの利点は，著者らの開発した，高性能なペリ形成を促進し，組織構造の維持構築を行うとともに，創オスチンのサンドイッチ enzyme-linked immunosorbent

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日呼吸誌

3（5），2014を分類できるバイオマーカーが必要とされている．
IL-4 や IL-13 は，気管支喘息の病態において中心的な役割を果たすサイトカインであるため，近年，IL-4 や
IL-13 の作用を阻害する分子標的薬の開発が活発に行われている．ところが，気管支喘息の病因は多様であり，IL-4/IL-13阻害薬がすべての患者に有効なわけではなく，病態への IL-4/IL-13 の寄与度がより高い患者に使用することで効率のよい治療が可能になる．つまり，IL-4/IL-13への依存性というエンドタイプを投与の判断基準に用いることが望ましい．最近報告された，抗 IL-13 抗体である lebrikizumab を用いた気管支喘息の第 IIa 相の臨床試
験結果5）によると，対象としたステロイドでコントロール不良の気管支喘息患者全体に対してlebrikizumabは有効であった．さらにそれらの患者を血清ペリオスチン濃度が高い群と低い群とに分けてlebrikizumabの有効性を解析すると，ペリオスチン高値群ではlebrikizumabの有効性が強調された（図 2A）のに対して，ペリオスチン低
図 2 Lebrikizumab 第 III 相臨床試験の結果．（A）血清ペリオスチン高値群．（B）血清ペリオスチン低値群．
（Corren ら5）より引用）

値群では lebrikizumab の有効性が認められなくなった（図 2B）．血清ペリオスチン濃度は病変部でのIL-13 産生を反映しており，このことは，ペリオスチン高値群ではIL-13 産生が高く，より lebrikizumab が有効であったことを示唆している．また，抗IgE抗体であるomalizumabは現在臨床で気管支喘息に使用されている唯一の分子標

assay（ELISA）システムが存在することである．このシ的薬であり，ステロイドを含む既存の治療によるコントステムを用いて算出した正常ヒト血清中のペリオスチンロールが不良な症例に使われているが，無効な症例も散濃度は 95 ng/ml以下であるが，本システムでの血清ペリ見され，その効果を予測できるバイオマーカーが待望さ

オスチンの検出限界濃度は 20 pg/ml と十分に低く，200れている．Hanania らの，気管支喘息患者を血清ペリオ倍以上の高い血清希釈倍率で測定することができるため，スチン濃度が高い群と低い群とに分けて omalizumab の血清蛋白質の影響を最小限にしながら極少量の血清で測有効性を解析した報告では，ペリオスチン高値群でのみ定することが可能である．これは現在市販されている他薬効が認められた6）．これらの結果は，ペリオスチンが抗のペリオスチン ELISA キットと比較しても相当に性能気管支喘息分子標的薬の効果を予測できるバイオマーが高い．

カーとして，コンパニオン診断に有用であることを示しこのキットを使い，目下，アレルギー疾患に加え，線維化疾患全般においてペリオスチンをバイオマーカーとして臨床応用するための準備を進めている．ている．
他方，現在の気管支喘息の第一選択薬は依然吸入ステロイド剤（inhaled corticosteroid：ICS）である．ICS は非常に有効な薬剤であるが，5〜10％の患者は ICS に抵気管支喘息とペリオスチン抗性，または低感受性である．この ICS に対する感受性と血清ペリオスチン濃度との関連を解析することを目的
として，Kanemitsu らは ICS 治療を受けている気管支喘

気管支喘息では環境因子をはじめさまざまな病因が病息患者について著者らのペリオスチン ELISA システム態を引き起こし，結果的に似通った気道炎症を呈するこを用いて解析を行った7）．健常者に比し血清ペリオスチンとから，気管支喘息を症候群としてとらえる考え方が浸濃度は有意に上昇しており，95 ng/mlをカットオフ値と透してきている．そのため，気管支喘息のエンドタイプして99％の特異度で気管支喘息を診断することが可能で

特集

明日の診療に役立つ細胞分子生物学621

図 3 気管支喘息患者のエンドタイプ分類．（A）末梢血好中球数と好酸球数によるクラスター化．（B）血清ペリオスチン濃度と FEV1 変化率の関係．
（Nagasaki ら8）より引用）

あったが，感度は 38％にとどまった．これは，気管支喘球が優位，かつ呼吸機能予後不良であるクラスター3 に息患者の中にペリオスチン高値の者と低値の者が混在しおいて，血清ペリオスチン濃度の低い群（95 ng/ml未満）ていることを意味する．これらの患者を呼吸機能予後のでは FEV1 の低下はごく軽度であったのに対して，血清不良な群と（FEV1 低下≧30 ml/年）と良好な群（FEV1

ペリオスチン濃度の高い群（95 ng/ml 以上）では FEV1低下＜30 ml/年）とに分類して解析を行うと，不良群のが大きく低下していた（図 3B）．すなわち，血清ペリオ方で血清ペリオスチン濃度が有意に高く，また，血清ペスチン濃度が高いと，ICS 使用にもかかわらず，呼吸機リオスチン濃度が高値（95 ng/ml以上）の患者の割合が能が大きく低下したということである．これらのことか多かったものの，顕著な差ではなかった．つまり，呼吸ら，エンドタイプのクラスター化（層別化）が重要であ機能予後だけを用いた分類では，ICS 感受性と血清ペリることはもちろん，血清ペリオスチン濃度が ICS 低感受オスチン濃度との十分な相関性を示すには至らず，ICS性を反映し，かつ呼吸機能予後を予測可能な，エンドタ感受性が血清ペリオスチン濃度と相関する群と相関しなイプ診断バイオマーカーとして有用であることが示されい群が存在すると考えられた．そこでNagasakiらは，末た．上述のように，ペリオスチンは組織リモデリングの梢血好中球数と好酸球数を用いて同じ気管支喘息患者をバイオマーカーでもある．これらの場合は，リモデリン

4 つのクラスターに分類して，血清ペリオスチン濃度とグが不可逆的となり，ICS 治療に不応性となった症例がの関係を解析した（図 3A）．すると，高齢発症で好酸ペリオスチン高値群として抽出されたのであろう．

8）

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図 4 IIPs 患者における血清ペリオスチン濃度．
（A）SS18A×SS17B を用いた ELISA．
（B）IPF 患者の血清ペリオスチン濃度と呼吸機能の相関．（C）SS20A×SS19D を用いた ELISA．
（Okamoto ら9）より引用）

特発性間質性肺炎とペリオスチンイオマーカーへの期待は高い．
Okamotoらは，IPF/usual interstitial pneumonia（UIP）
37 名，ﬁbrotic nonspeciﬁc interstitial pneumonia（fNSIP）

特発性間質性肺炎（idiopathic interstitial pneumonias：

7 名，cryptogenic organizing pneumonia（COP）9 名のIIPs）は臨床・画像・病理組織学的特徴により 7 病型にIIPs 患者検体を用い，ペリオスチンの肺組織における発分類される．そのなかでも特発性肺線維症（idiopathic

現と，血清ペリオスチン濃度を解析した9）．その結果，

pulmonary ﬁbrosis：IPF）は，比較的高頻度でありながIPF/UIP患者肺の線維化巣や線維芽細胞にペリオスチンら有効な治療に乏しく予後不良であるため，その対策がが強く発現していることを見いだした．一方，COP患者急務となっている．呼吸機能が増悪するにつれ，ステロ

ではほとんど発現しておらず，fNSIP 患者では IPF/UIP

イド，免疫抑制剤，pirfenidoneへといった薬物治療が行患者よりも弱い発現が認められた．血清ペリオスチン濃われるが，どの段階でどの薬物を使用するかの明確なエ度は IPF/UIP 患者で著明に高く，COP 患者や健常者にビデンスがそろっていない状態である．現在補助診断に比べ有意に上昇しており，fNSIP 患者ではその中間的な用いられている KL-6，SP-A，SP-D といった血清バイオ値であった（図 4A）．血清ペリオスチン濃度と KL-6 濃マーカーは病型による特異性や予後との相関は必ずしも度の間に相関は認められなかった．これは，ペリオスチ高くない．そのため，専門家でなくとも病型の診断がつンが線維芽細胞より分泌され線維化の指標となるのに対けられ，病勢判断と投薬開始の基準となるような血清バして，KL-6 は II 型肺胞上皮細胞上にある糖蛋白質が切特集断されたもので II 型肺胞上皮細胞の過形成を反映してい明日の診療に役立つ細胞分子生物学

著者のCOI（conﬂicts of interest）開示：出原623

賢治，特許るためと考えられる．さらに血清ペリオスチン濃度と肺使用料（F. Hoﬀman-La Roche），研究費・助成金（中外製薬），機能との関連を解析してみると，ペリオスチン測定 6ヶ奨学寄付（シノテスト）．他は本論文発表内容に関して特に申月間の肺活量変化（⊿VC）あるいは CO 拡散能の変化

告なし．

（⊿DLCO）との間に負の相関が認められた（図 4B）．すな

引用文献

わち，血清ペリオスチン濃度が高いほど機能予後が悪いことを示している．

1）Gallo V, et al. STrengthening the Reporting of OB-

そ の 後 著 者 ら は別の抗体を使用して，上で 用 い たservational studies in Epidemiology―Molecular

ELISA システム（SS18A×SS17B）よりも IPF/UIP をEpidemiology（STROBE-ME）: an extension of the

特異的に検出することができるELISAシステム（SS20A

STROBE Statement. PLoS Med 2011; 8: e1001117.

×SS19D）を構築した（図 4C）．この新システムは間質2）Bieber T, et al. Atopic dermatitis: a candidate for性肺炎以外の疾患で増加するペリオスチンはほとんど検

disease-modifying strategy. Allergy 2012; 67: 969‑

出せず，IPF/UIPの特異的診断薬として非常に有用であ75.

る．これらのことから，血清ペリオスチン測定によって

3）Campo P, et al. Phenotypes and endotypes of un-IIPsの病型診断が可能となり，加えてIPF/UIP患者の呼controlled severe asthma: new treatments. J Inves-

吸機能予後を予測するバイオマーカーとしてもペリオス

tig Allergol Clin Immunol 2013; 23: 76‑88.

チンが有用であることが明らかとなった．
現在著者らは，

4）Takayama G, et al. Periostin: a novel component of

全国の 7 施設で「間質性肺炎診断薬開発コンソーシアム」

subepithelial fibrosis of bronchial asthma down-を設立し，この ELISA システムを用いた血清ペリオス

stream of IL-4 and IL-13 signals. J Allergy Clin Im-

チン測定キットのIIPs診断における臨床応用を目指して準備を進めている．

munol 2006; 118: 98‑104.
5）Corren J, et al. Lebrikizumab treatment in adults

ごく最近，新規のチロシンキナーゼ型受容体阻害薬でwith asthma. N Engl J Med 2011; 365: 1088‑98.

ある nintedanib の臨床試験第 III 相の結果が報告され，

6）Hanania NA, et al. Exploring the eﬀects of omali-

年間の FVC 低下および急性増悪の発生率を 50％近く軽zumab in allergic asthma: an analysis of biomarkers

減することが示された ．また同時に，pirfenidone第IIIin the EXTRA study. Am J Respir Crit Care Med相試験も終了し，有意な FVC 低下の抑制と生存率の改2013; 187: 804‑11.

10）

善が報告された ．ペリオスチンがこれらの薬剤の投与

7）Kanemitsu Y, et al. Increased periostin associates

判断基準，もしくは効果判定のコンパニオン診断薬となwith greater airﬂow limitation in patients receiving

りうるかどうか，検討することが望まれる．

inhaled corticosteroids. J Allergy Clin Immunol

11）

2013; 132: 305‑12.e3.

おわりに8）Nagasaki T, et al. Integrating longitudinal information on pulmonary function and inﬂammation using
asthma phenotypes. J Allergy Clin Immunol 2014;

気管支喘息と間質性肺炎における，ペリオスチンのバ

133: 1474‑7, 1477.e1‑2.

イオマーカーとしての有用性を概説した．近年，ペリオ

9）Okamoto M, et al. Periostin, a matrix protein, is a

スチンは炎症や線維化に関わる分子として脚光を浴びてnovel biomarker for idiopathic interstitial pneumo-

おり，今後も機能解析や臨床応用が急速に進むことが期

nias. Eur Respir J 2011; 37: 1119‑27.

待される．
謝辞：本稿の執筆にあたっては，京都大学呼吸器内科の長崎忠雄先生，金光禎寛先生，松本久子先生，三嶋理晃先生，

10）Richeldi L, et al. Eﬃcacy and safety of nintedanib in
idiopathic pulmonary ﬁbrosis. N Engl J Med 2014;
370: 2071‑82.

久留米大学呼吸器内科の岡元昌樹先生，星野友昭先生，株式11）King TE Jr, et al. A phase 3 trial of pirfenidone in

会社シノテストの小野純也氏との共同研究データを使用してpatients with idiopathic pulmonary ﬁbrosis. N Engl

おります．誌面を借りてお礼申し上げます．

J Med 2014; 370: 2083‑92.

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Topics 1

日呼吸誌

3（5），2014

Abstract
Biomarkers in respiratory diseases, focusing on periostin
Shoichiro Ohta a and Kenji Izuhara b
Department of Laboratory Medicine, Saga Medical Schoolb
Division of Medical Biochemistry, Department of Biomolecular Sciences, Saga Medical SchoolaPeriostin, a matricellular protein, is upregulated in various inflammatory and/or fibrotic diseases. We have developed
outstanding periostin detection systems using enzyme-linked immunosorbent assay and demonstrated periostin as a
useful biomarker. A clinical application of periostin is expected for bronchial asthma and idiopathic interstitial pneumonias
among respiratory diseases.