博 士 （ 医 学 ） 但 馬 正 樹
学 位 論文 題 名The mechanisms ofplastic conversionof IL‑17‑producing
CD8十 Tcells intoIL‑17/IFN‑g‑doubleproducing‑cytotoxicCTL
subsetandthephysiological role inautoimmun
ediseases（IL・17産生CD
8十T細胞の可塑的変化によるIL‑17/IFN‑g共黼CTLの誘導 メ カニ ズム と 自己 免疫 疾 患に おけ る 生理 的意 ！

明）

学位論文内容の要旨
Baclq:round and Objectives The immune system is an indispensable mechanism for the host to
maintain their homeostasis, which is regulated quantitatively and qualitatively for proper immune
responses. T cells are known to proliferate in lymphopenic conditions to maintain the host immune
system, which is termed as "homeostatic proliferation (HP)", though disruption of this mechanism
may result in unexpected autoimmune diseases by permitting self‑reactive T cells to proliferate. The
dysregulation of T cell‑prolifer
ationinduces these cellsto differen
tiateinto va
riouseffector subsets,according to the cytokine milieu they are exposed. Along with the well‑known Type l/Type
2‑immune balance, it is now proposed that Type 17 /Treg balance also plays a pivotal role, anddisruption of these sophisticated balances are known to trigger various immune‑related disorders.
Recently, it has been shown that these effectorT cellsposse
ss high plas
ticityto convert into another
effector cell fate, though the mechanism of these phenomena has not been elucidated yet. The aim
for this research is to reveal (i) the mechanisms of how CD8+ T cells disrupt the quantitative
regulation of the T cell pool and vigorously proliferate (termed as "spontaneous proliferation (SP)")
to cause autoimmune diseases, (ii) the role of the IL‑17‑producing CD8+ T (Tc17) cells that is
responsible for the inflammation of CD8+ Tcell‑m
ediatedcolit
is, and (iii) the plastic
ity ofTc17cells
to convert into IL‑t7/IFN‑y‑double producing CD8+ T cells that are detected in the local
inflammation site.
Methods Naive CD8+ T cells were purified from C57BL/6 mice and transferred into syngeneic
RAG2‑/‑ mice. Proliferation of CD8+ T cells was determined by detecting the intensity of CFSE,
which were pre‑stained before transfer. For analysis of the pathogenesis of colitis, naive CD8+ T
cell‑transferred RAG2‑' mice were monitored for 6‑9 weeks. Lymph nodes and the colon wererecovered for analysis of the phenotype of transferred CD8+ T cells. To reveal the mechanisms how
IL‑17/IFN‑y‑double producing CD8+ T cells are induced, naive CD8+ T cells from OVA‑Class I
peptide‑specific TCR transgenic mice were sorted and differentiated into Tc17 cells in vitro. TheseTc17 cells were further cultured in various cytokines for induction of IL‑17/IFN‑y‑double producing
CD8+ T cells and these cells were used for 51Cr‑release assay, adoptive tumor therapy experiments,
quantitative PCR, and ChIP assays.
Results Naive CD8+ T cells undergone two types of proliferation, HP, which is induced byself‑antigens/MHC complex and IL‑7/IL‑15, and SP, which precise mechanisms are still remained
unknown. SP was induced in IL‑7 and/or IL‑15‑deficient manners, indicating that HP and SP areobviously regulated by different mechanisms. In fact, SP and the subsequent autoimmune colitis
were strongly blocked by antl‑IL‑6 mAb treatment or depletion of the intestinal flora by antibiotics
administration. Moreover, these treatments inhibited the induction of Tc17 cells in the mesentericー 277一lymphnodes. Indeed,this autoimmunecolitiswasstronglyinhibitedinIL‑17‑def
ecientcondit
ions.
Surprisingly,themajorIL‑17‑producingsubset was cells that simultaneouslyproduceIFN‑y.To
analyze how this IL‑17/IFN‑y‑doubIeproducing CD8+T cellsubset is inducedand maintained,
OT‑I‑derived naive CD8+T cells were differentiatedintoTc17cells,and whenexposed toIL‑12,
thesecelfsa
cquiredIFN‑
y‑producibilityalo
ngwit
hstro
ngcytotoxicity,whilere
tainingtheirType17features. These cells werestronglyregulatedbythe expressionofSOCS3,whichSocs3promoter
region wasepigenetically modifiedinarepressivestatefor modestexpressionofthis molecule,which results in reduced inhibition statusofSTAT3activation. This phenomenonconsequently
inducedthem toexhibitbothType17andTypelfeatures.
DiscussionHomeostasis of T cellscanbedefined asmechanismsofrestorationofimmunebalance,and maintenance of immune statusafterTcelldepletionorexpansionasa resultofimmunologicalresponses.Although HP hasattracted muchattention,theprecisemechanismsforSPwereunclear.
Here,naiveCD8+TcellsweretransferredintoRAG2'/'micetoinduceSP,andthisSPwas strongly
regulatedbyIL‑6‑signalingandintestinalf
loraantigens.Moreover,theses
ignalswereindisp
ensablefortheCD8+T cell‑mediatedcolitis,andmo
reover,fort
hepro
ductionofIL‑17,w
hicha
cceleratethepathogenesis by inducing the migrationofinflammatorycells suchasmacrophages.Surjprisingly,
among IL‑17‑producing CD8+ Tcells that are induced in the mesentericlymphnode,themajor
populationwascellsthat produced bothIL‑17andIFN‑ysimultaneously,a phenomenon thatcould
not be simplyexplainedbythe knowledge up to the present date.IL‑17/IFN‑y‑doubleproducing
CD8+T cells werestronglyinducedfromTc17cellsbyIL‑12signaling,and thisstronglyinduced
IFN‑y‑producibilityalongwithstrongcytotoxicity.ThisplasticityofTc17cellswasregulatedby
SOCS3,anegativeregulatorforSTAT3thatisavitalmoleculeforfull‑differentiationofType17cells. Since SOCS3isinduced by IFN‑y/STATl signaling,this molecule is thoughttobethekey
molecule for Type 17/Type l‑immune balance. The promoter region of theSocs3 gene was in a
repressivestateinIL‑17/IFN‑y‑double producingCD8+TceflsforcancellationofSTAT3inhibition,which makesitpossiblefor thesecellstoexhibit both Type17‑ andType l‑immune responses.
Conclusion DysregulationofT cellproliferation in lymphopenic conditionsmay induce various
immune diseases such as type l diabetes, Omennsyndrome,Wiskott‑Aldrich syndrome, and SLE.
This research shed light on the mechanismsoflymphocyte proliferationtobenew therapeutictargetsforthesedisorders,whereanti‑IL‑6RmAbtreatmentspecificallyblockedthepathogenicSP,
whileexhibiting little impactonHP. Furthermore, inductionofIL‑17/IFN‑y‑doubleproducingCD8+
T cells by SP are newly identifiedeffectorcells thatareinducedbydysregulationof SOCS3,themolecule which is the key factor for inhibition of unexpected excess Type17/Type l‑immune
responses. Socs3 geneinIL‑17/IFN‑y‑doubleproducingCD8+Tcellsareepigeneticallymodifiedina repressivestate,though identifyingupstreammoleculesthatregulatethese epigeneticcondit
ions
are issues forthefuture. In summary,theimmune systemisstrictlyregulatedquantitativelyand
qualitatively, anddisruptionofeither orbo
thregulationmayc
ausev
ariousimmune‑relat
eddis
orders.
When considering the immune balance,both aspects should be taken intoaccount,andthis may
provide us varioustargets forestablishingnew therapeuticapplications for immunediseases.

− 278 ‑

学位論文審査の要旨
主査
副査
副査
副査

教授
教授
教授
教授

有 川 二郎西 村 孝司瀬谷 司
笠 原 正典学 位 論 文 題名

T
heme
chani
sm
so
fp
la
sti
cconv
e
rsionofIL‑
17‑
producing
CD8
十Tcellsin
toI
L‑17/
IFN‑
g‑
doublep
roducing‑
cytotoxicC
TLsubsetandt
hephysiologicalroleinau
toimmunedi
seases
(IL
‑
17産生C
D8+
T細胞の可塑的変化によるI
L‑
17/IF
N‑
g
共堕焦C
TLの誘導メカニズム と自己免疫疾患に おける生理的意義の解明）

免疫系による生体の恒常性の維持には大きく、「質的」制御と「量的」制御があり、この一方、もしくは両方が破綻することで免疫関連疾患が発症すると考えられている。免疫系の中枢を担うT細胞は、 抗原刺激を受ける環境によってさまざまなエフェクター細胞へと分化するが、これらが過剰応答を起こすと自己免疫疾患、アレルギーなどの引き金となり得る。しかし、通常では、分化した種々のエフェクター細胞は、互いが互いを排他的に抑制しあうことで「質的」な制御がなされていることが知られている。一方、生体では、放射線療法などによってT細胞が激減すると、 残ったT細胞群が元のT細胞プールのサイズを維持しようと細胞分裂することで 「量的」制御がなされていることが知られており、この現象はhomeostaticproliferation(HP)として知られて いる 。HPはnaive
T細 胞を R
AG‑/．マウスやSCI
Dマウスに移入することで誘導で きるが、その際、HPよりもはるかに速い速度で 分裂を起こす細胞群の存在することが見出され、これはHPに対してspontaneous proliferation (SP)として定義されている。今回の研究により、申請者は CD8+T細胞 が起 こす SPが IL‑6、さらに腸内細菌叢由来の抗原によって引き起こ されることを明らかにした。また、このSPを起 こした細胞群がIL‑17を産生 するエフェクター細胞へと分化し、大腸において著しい炎症を引き起こすことを明らかにしている。この病態モデルにおいて、本来、排他的な制御によって産生 されるべきIL‑17とIFN‑‑tを同時に産生するIL‑17/IFN‑1共陽性C
D8゛T細胞が見出されたことか ら、申請者はこのユニークな細胞群に注目し、その誘導メカ ニズムについて検討を 行った。申請者はT
c17細胞を血vitroにて誘導し、これにIL‑12のシグ ナル を加 える こ とで I
L‑17/IFN‑y共陽性C
D8
゛T細胞が誘導出来ることを明らか にした。
Tc17細 胞 は 細 胞 傷 害 活 性 を 有 し な い の に 対 し 、 Tc17細 胞 に IL‑12を 加 え て 誘 導 し た― 279―

IL‑17/IFN‑y共 陽 性 CD8゛ T細 胞 群 は 非 常 に 強 い 細 胞 傷 害 活 性 を 獲 得 し て いた 。こ のIL‑17/IFN‑y
共 陽 性 CD8＋ T細 胞 が 誘 導 さ れ る メ カ ニ ズ ム と し て 、 本 来 IL‑12の シ グ ナ ル に よ っ て 誘 導 さ れ る
べ き SOCS3が 、 IL‑17/IFN‑y共 陽 性 CD8＋ T細 胞 に お い て は そ の 遺 伝 子 プ ロ モ ー タ ー 領 域 が 転
写 抑 制 状 態 に あ る た め に 発 現 が 阻 害 さ れ 、 STAT3の 抑 制 を 介 し た IL‑17産 生 阻 害 が 誘 導 で き な
い こ と か ら Typelと Type 17免 疫 応 答 が と も 成 立 し て い る こ と を 明 ら か に し た 。
審 査 会 に お い て 、 副 査 の 瀬 谷 司 教 授 よ り 、 SPを 誘 導 す る 大 腸 菌 の 菌 種 につ い ての 質問 と、 腸内 細 菌 由 来 の 抗 原 と 大 腸 炎と の関 連に つい て の質 問を 受け 、最 近 の腸 内細 菌叢 に つい て行 われ てい る 解 析 の 動 向 を 報 告 す ると とも に、 これ ま でに 知ら れて いる 腸 内細 菌と 宿主 の 免疫 系と の関 わり に つ い て 述 べ た 。 副 査 の 笠 原 正 典 教 授 よ り 、 SPと HPと の 分 裂 速 度 に つ い て の 質 問 が あ り 、こ れ ま で の HPに つ い て 知 ら れ て い る 知 見 を 踏 ま え 、 SPと の 違 い に つ い て 述 べ た 。 次 に 主 査 より 、 実 験 に 用 い た B6マ ウ ス と は 異 な る 系 統 に お い て も 同 じ よ う な 現 象 が みら れ るの かど うか に
つ い て の 質 問 を 行 い 、 BALB/cマ ウ ス で 実 験 を 行 っ て も SP、 大 腸 炎 が 起 き ない こ とか ら、 腸内 細菌 叢 の 構 成 の 違 い と と も に、 遺伝 的背 景も ま た炎 症性 腸疾 患の 重 要な 因子 であ る 旨を 述べ た。 また 、 Type 17免 疫 応 答 を 誘 導 す る こ と が 知 ら れ て いる 菌種 が日 和 見感 染に 関わ る もの が多 い点 につ い て 質 問 を し 、 実 際 の カ ン ジ ダ の 感 染 に よ るType 17免 疫応 答 の誘 導メ カニ ズ ムを 例に 挙げ なが ら こ れ ま で の 報 告 さ れ てい る知 見を 説明 し た。 最後 に、 指導 教 員で ある 副査 の 西村 孝司 教授 より 、 こ れ ら の 研 究 を 今 後 どの よう に活 かし て いく のか とい う質 問 に対 して 、今 回 のマ ウス モデ ル
で 得 ら れ た 知 見 に つ い て 、 今 後 ヒ ト へ の 応 用 を 念 頭 に さ ら に 研 究 を し て いき た い旨 を述 べた 。
こ の 論 文 は 、 免 疫 系 を 制御 する さま ざま な 恒常 性維 持機 構の 破 綻が もた らす 疾 患に 対す る新 たな 治 療 法 確 立 へ の 試 み に 対し て多 くの 治療 タ ーゲ ット を供 する も ので あり 、今 後 の研 究を もと に臨床的な応用が期待される ものである。
審 査 員 一 同 は 、 こ れ ら の成 果を 高く 評価 し 、大 学院 課程 にお け る研 鑽や 取得 単 位な ども 併せ 申請 者 が 博 士 （ 医 学 ） の 学 位 を 取得 す る の に 十 分 な 資格 を有 する もの と判定 した 。

― 280―