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特 集

感染症 ― 肺 炎 ―Topics 8
基礎研究―肺炎の基礎研究における最近のトピックスは？―松本哲哉

要旨：肺炎の基礎研究は多方面から行われており，これまで多くの成果をあげてきた．感染病態や病原体の病原性などを解明するためには，マウスなどを用いた動物実験モデルの確立が必須であり，肺炎球菌や緑膿菌をはじめさまざまな病原体による肺炎モデルが報告されている．さらに最近では単一の病原体による感染だけでなく，インフルエンザウイルスと肺炎球菌の混合感染について，その病態が注目を集めている．診断の面では抗原検出や遺伝子検出による迅速診断が活発に研究され，すでに臨床においても活用されている．
治療面では各種耐性菌に対する新規抗菌薬の開発が期待されているが，現実的には既存の抗菌薬の併用療法など有効な活用法に重点が置かれている．
予防については各種ワクチンの検討がなされているが，特に肺炎球菌については血清型との関連で構成成分や有効性が今後の検討課題となっている．
キーワード：病態，動物実験モデル，迅速診断，抗菌薬開発，ワクチンPathophysiology, Animal experimental model, Rapiddiagnosis, Development of new antimicrobial agents,
Vaccine

連絡先：松本 哲哉〒160‑8402 東京都新宿区新宿 6‑1‑1
東京医科大学微生物学講座（E-mail: tetsuya@tokyo-med.ac.jp）

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日呼吸誌

Topics 82（6），2013

2．緑膿菌肺炎モデル

はじめに

上記の肺炎球菌性肺炎モデルが市中肺炎の典型的な肺炎のモデルとするならば，院内肺炎のモデルとしては，肺炎は感染症の主要な疾患であり，高い頻度や重症度緑膿菌性肺炎モデルが代表的である．緑膿菌による肺炎により一般的に高い関心が寄せられている．そのため，モデルを作製する場合，宿主が易感染性の状態となった肺炎に関する基礎研究についても，感染のメカニズムや実験系を作る必要があり，その一例としてブタを用いた菌の病原性，診断，治療および予防までさまざまな角度

人口呼吸器管理下の肺炎が検討されている7）8）．緑膿菌をから検討がなされてきた．そこで本稿においてはそれら経気管的に接種した後の BAL 液や血液中のサイトカイの基礎研究を中心に，肺炎に関する最近のトピックスにン，および肺組織の病理所見はヒトにおける緑膿菌性肺ついて解説を行う．

炎と類似した所見を示し，有用な実験系であると結論づけられている．
さらに肺炎ではないが，嚢胞性線維症（cystic ﬁbro-肺炎の動物モデルの作製sis：CF）のマウスモデルも作製され，緑膿菌による慢

ヒトの肺炎は，動物を用いた感染実験モデルがこれま分離された複数の菌株を用いてマウスの CF モデルにおで数多く検討されてきた．その多くはマウスやラットなける感染実験を行った結果，ムコイド株は非ムコイド株

ど齧歯類を用いた検討が中心であるが，当然，齧歯類はに比べて病原性が強く，MIP-2 や G-CSF などサイトカヒトとの種差によって実験結果に及ぼす影響が少なくなインの誘導能も高く強い炎症反応を惹起することが明らいという評価もある．ただしこれらの動物実験モデルをかとなっている9）．

用いることによって，臨床的な研究では得られない多く3．その他の肺炎モデル性感染の病態が検討されている．実際に CF の患者から上記の緑膿菌肺炎モデルは強制的に人口呼吸器関連肺の成果が得られていることも事実である．
1．肺炎球菌性肺炎モデル炎（ventilator-associated pneumonia：VAP）を起こさ肺炎の動物実験モデルとしては肺炎球菌を用いた基礎せたモデルともいえるが，よりヒトにおける病態に近づ研究がこれまで多くなされてきた．
歴史をさかのぼると，けたモデルも報告されている．それによると，ブタを麻肺炎の動物実験モデルとしては 1915 年にウサギを使っ酔状態として人口呼吸器で数日間管理することで口腔内た肺炎球菌性肺炎モデルが発表されている1）．さらにマに定着した菌による肺炎を発症させ，さらに緑膿菌やウスを用いた肺炎球菌性肺炎モデルが 1924 年に報告 さMRSA を加えることでヒトにおける VAP と類似した状れており，肺炎球菌の吸入により実験的に肺炎を発症さ態を再現し，治療や病態の研究に有用であると報告してせ，アルコールや免疫の影響がその時点ですでに検討さいる10）．

2）

なお，肺炎に影響する宿主側の要因を調べる目的で，れている．
最近の肺炎球菌性肺炎モデルを用いた研究では，各種ノックアウト，ノックイン，トランスジェニックなど，抗菌薬による治療の効果3）や肺炎球菌のワクチンの評価4）

各種の遺伝子組換えマウスを用いた実験系も用いられてなどが報告されている．さらに肺炎を起こす最初のスいる11）．その領域は多岐にわたり，免疫反応やホルモン，テップである肺炎球菌の鼻咽頭への定着についても，マ薬剤の影響などの検討に有用であると評価されている．

ウスモデルを用いた評価がなされている ．マウスを用
5）

いた肺炎球菌性肺炎の実験系について注意すべきなのは，マウスの系統や肺炎球菌の血清型，さらに感染の方法な感染病態の検討ど用いた実験条件によってその結果が異なる可能性がある点である．すなわち，肺炎球菌に対して感受性の高い

1．混合感染における病態

マウスの系統や，病原性の強い血清型，感染を起こしやこれまで述べてきたように，肺炎の動物実験モデルをすい投与経路などがあり，これらの点を加味して実験結用いることで肺炎に関する各種の評価が可能となってい果の評価を行う必要がある6）．

る．
さらに最近では単独の病原体による感染だけでなく，複数の病原体による感染の評価も行われている．たとえ特集

表1
要感染症 ―肺炎―

インフルエンザと細菌の感染形態による各種要因

因

同時感染

インフルエンザ後肺炎

ウイルス側ノイラミニダーゼ，PB1-F2

明らかな関与なし

細菌側

pneumococcal surface protein A

不明

上皮障害
好中球，マクロファージ，単球
IFN-γ ，IFN-α，KC，MIP-2
MACRO
不明

線毛上皮機能低下
好中球
IL-10
TLR-2, TLR-4, TLR-5
indoleamine 2, 3-dioxygenase

宿主側

719

機能面
免疫細胞
サイトカイン
病原体認識レセプター
代謝（文献 12）より改変）

表2
分類

抗原検出
遺伝子検査
培養・同定

微生物検査における新たな進歩

対象病原体

方肺炎球菌，マイコプラズマ
各種病原体
各種病原体イムノクロマト法
multiplex PCR
MALDI-TOF MS

ば，インフルエンザの合併症として細菌性肺炎があり，予後を悪化させる要因となっていることは有名である．

法

備考

すでに市販化
臨床応用は試験段階
海外では実用段階

肺炎の起因病原体の診断

ただし厳密にはインフルエンザウイルスと細菌が同時に感染を起こしている場合と，インフルエンザ後に細菌感1．抗原検出，遺伝子検出染を発症する場合に分けることができる．細菌のなかで肺炎における起因病原体の診断は，現在においても細も特に肺炎球菌が重要な菌であり，同時感染かインフル菌培養が主体であり，ウイルスやマイコプラズマなどにエンザ後の肺炎球菌性肺炎かによって，病態に関与するついては血清抗体価が主に用いられてきた．いずれの検12）

要因が異なっている（表 1） ．このようにヒトに類似し査法も検査結果を得るまでに時間を要することが問題とたモデルを用いることで，より詳細な病態が解明されるなっており，より短時間で高感度の検出を目指した基礎ようになってきており，重症化を防ぐためのワクチンの研究が活発に行われ，一部はすでに実用化されている（表検討や治療法の改善に結び付くことが期待されている．

2）．

2．アルコール多飲の影響

迅速診断法のなかでも近年，特に広く活用されるようアルコール多飲が肺炎のリスクを高めることは周知のになってきたのが抗原検出法であり，肺炎球菌やレジオ事実であるが，これまでその機序については明確な証明

ネラの尿中抗原はすでに一般的となっているが，さらにがなされておらず，酩酊などによる誤嚥のリスクの増加

肺炎球菌については咽頭ぬぐいなどの抗原検出キットも13）などが指摘されていた．今回，新たに報告された論文市販されている．また，マイコプラズマについても咽頭では，見かけ上の健常人であっても，大量のアルコールぬぐいを検体とした抗原検出法が開発され市販されるよを慢性的に飲酒している場合は，肺胞領域における亜鉛うになった．の利用に障害が認められ，それによって肺胞マクロさらに遺伝子検出法も基礎的研究が充実してきており，ファージの機能が低下していることが明らかとなった．

まずマイコプラズマについては loop-mediated isother-

この機序だけで説明できるとは思えないが，アルコールmal ampliﬁcation（LAMP）法による遺伝子検出法が実多飲に伴う肺炎の機序を説明するものとして注目され用化されている．さらに最近の遺伝子検出の方向性としる．ては，複数の病原体の遺伝子を同時に検出する研究が活発である．その多くは multiplex polymerase chain reaction（multiplex PCR）と呼ばれ，5〜10 あるいはそれ以上の病原体の遺伝子を PCR で同時に検出する方法の研

720

日呼吸誌

Topics 8

究が進められている14）15）．すでにヨーロッパではこの方法を臨床で応用する段階に至っている．

2（6），2013

2．抗菌薬療法の見直し
新たな抗菌薬の開発が望めない状況において，既存の2．病原体の同定抗菌薬を活用する研究も進められている．特に耐性菌に病原体の同定はこれまで長い間，培養が基本となって対しては単独ではどの抗菌薬もほぼ無効な多剤耐性菌も行われてきた．ただし一般細菌の培養には通常，18〜24出現しており，これらの菌に有効な併用療法の検討が進時間程度を有するため，検体から得られた細菌のコロめられている．たとえば現在，グラム陰性菌のなかでもニーをさらに純培養にて増やし，その後，同定の過程をNDM-1 や KPC と呼ばれるメタロβ-ラクタマーゼ産生菌経る必要があった．近年，この分野で画期的な進歩をもや多剤耐性アシネトバクターなどによる感染症は，難治たらしているのが質量分析による同定法である．matrix性の点から深刻な状況となっている．そのため，一例とassisted laser desorption ionization‑time of ﬂight mass

し て KPC 産 生 菌 に 対 し て ド リ ペ ネ ム（doripenem：spectrometry（MALDI-TOF MS）と呼ばれるこの方法DRPM）とエルタペネム（ertapenem：ETPM）を併用は，各菌が菌体中に保有する成分を分析することで菌名したダブルβ-ラクタム療法20）や，コリスチン（colistin）を確定することができる．この方法の利点としては，菌とリファンピシン（rifampicin）の併用21）など，今までのコロニーを簡単な操作で分析器にかけて短時間で結果に通常用いられていなかった抗菌薬の併用療法が積極的を得ることができ，コストが安価な点である．欠点としに検討されている．ては，まだ対応できない菌種があることや，同定はでき

これら併用療法の研究は症例を中心とした臨床研究だても薬剤感受性の評価が困難であること，高価な機器をけでは限界があるため，その土台となる基礎研究として，導入する必要があること，などである16）．本検査法はフ

たとえば多剤耐性菌（アシネトバクターおよび緑膿菌）

ランスなどヨーロッパを中心に実際の臨床検査にも積極によるマウスの肺炎モデルや試験管内殺菌の実験結果も的に導入されており，さらに国内の施設にも少しずつ導報告されている22）．その結果によると，第 4 世代セファ入されるようになってきている．

ロスポリン［セフェピム（cefepime：CFPM）］，ニューキノロン［レボフロキサシン（levoﬂoxacin：LVFX）］，アミノグリコシド［アミカシン（amikacin：AMK）の肺炎の治療

3 系統の抗菌薬の組み合わせのなかで，総合的に判断して CFPM と AMK の併用が最も有効性が高く，次いで1．抗菌薬の開発

CFPM と LVFX で 併 用 効 果 が 認 め ら れ た． し か し肺炎に限ったわけではないが，感染症治療の主体は抗LVFX と AMK を併用した場合は，無治療の場合とあ菌薬である．残念ながら抗菌薬の開発は以前に比べて明まり変わらなかった．このように抗菌薬の組み合わせにらかに衰退しており，1980〜1990 年代のように製薬企よって併用療法の効果は大きく異なることに注意すべき

業が開発にしのぎを削った状況は望めなくなっている．

である．

基礎研究もそれとともに停滞している状況であるが，それでもいくつかの有望な抗菌薬が報告されている．最近の研究の傾向としては，たとえば新しいβ-ラクタマーゼ

肺炎の予防阻害薬が発見され，単独では抗菌作用を持たないがβ-ラクタム系抗菌薬と組み合わせて感染症治療に用いられる

1．肺炎球菌ワクチン

可能性がある ．また，これまでにない機序を有する抗肺炎の予防に用いられるワクチンとしてすでに広く用菌薬も基礎的な研究から見いだされている18）．耐性菌のいられているのが肺炎球菌ワクチンであり，各種の基礎問題をはじめとして感染症治療が困難になっている状況

研究の成果が臨床面に応用されてきた（表 3）．肺炎球

しかし，において，新たな抗菌薬の開発が望まれている ．

菌ワクチンの抗原には莢膜多糖体が用いられているが，実際に基礎研究ではシーズと呼ばれる抗菌薬の種がいく

90 を超える血清型が存在するため，主要な血清型をいつも報告されても，製品化には製薬企業の多大な投資とかに効率的にカバーできるかが課題となっている23）．す積極性が必要であり，現実の厳しい問題が立ちはだかっ

でに 23 価のワクチンが国内では主に成人，特に高齢者ている．

を中心に用いられ，7 価のワクチンが小児を主体に利用

17）

19）

特集

表3項目

抗原性
血清型

再接種

感染症 ―肺炎―721

肺炎球菌ワクチンの基礎研究と臨床の結びつき
基礎研究

莢膜多糖体の抗原性の低下
各年代における血清型の頻度
各疾患における血清型の頻度
接種に伴う血清型の変化
接種後の抗体価の推移

臨床応用
→→→→→

莢膜抗原の増量，トキソイドとの結合
小児・成人など接種対象の決定
肺炎，髄膜炎など対象疾患の決定
今後のワクチン改良
再接種の時期の検討されてきた．23 価のワクチンは莢膜多糖体のみが抗原

ただし基礎研究では有望な結果が得られても，そのままとして用いられているために抗体産生性が低く，肺炎にで終わってしまう多くの研究があることも事実である．

対する明確な予防効果は確立したとはいえない．一方，今後は基礎研究の成果を臨床にいかに反映させていくか

7 価のワクチンはジフテリアトキソイドとの結合型であが，重要な課題と思われる．

り抗体産生能が高いが，最近では 13 価の結合型ワクチ

引用文献

ンも開発され，すでに国内でも認可されている．肺炎球菌ワクチンの今後の課題として，13 価のワクチンが，1）Kline BS, et al. Studies upon experimental pneumo-

高齢者の肺炎にも予防効果を示すことができるかどうか

nia in rabbits. VII. The production of lobar pneumo-が注目される点である24）．さらに基礎研究においては，

nia. J Exp Med 1915; 21: 304‑10.

国内で臨床的に分離される肺炎球菌の血清型にこれらの2）Stillman EG, et al. Experimental production of

ワクチンがうまくマッチしているかどうか，また，耐性

pneumococcus pneumonia in mice by the inhalation

菌が分離されやすい血清型への対応や臨床効果を高める

method. J Exp Med 1924; 40: 733‑42.

ための接種法などが課題になると思われる．
2．その他のワクチン
肺炎球菌以外に，各種病原体をターゲットとしたワクチンは基礎研究ではこれまでいくつも報告されている．

3）Nuermberger E. Murine models of pneumococcal
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2005; 25: 134S‑9S.

たとえば黄色ブドウ球菌25）や緑膿菌26），さらにはサイト

4）Steinhoﬀ MC; Pneumococcal Vaccine Animal Model

メガロウイルス（CMV）27）に対するワクチンも研究が進

Consensus Group. Animal models for protein pneu-

められており，基礎研究のみならず一部では，臨床的検

mococcal vaccine evaluation: a summary. Vaccine

討による有効性も報告されている．

2007; 25: 2465‑70.
5）Malley R, et al. Animal models of pneumococcal colonization. In: Siber GR, Klugman KP, Makela PH,おわりにed. Pneumococcal Vaccines: The Impact of Conju-

これまで述べてきたように，肺炎の基礎研究は多岐に

59‑66.

gate Vaccine. Washington DC: ASM Press. 2008;

わたり，各領域においてさまざまな成果をあげている．

6）Chiavolini D, et al. Animal models of Streptococcus

722

Topics 8

日呼吸誌

2（6），2013

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感染症 ―肺炎―

723

Abstract
Recent topics in basic research of pneumonia
Tetsuya Matsumoto
Department of Microbiology, Tokyo Medical University
Basic research of pneumonia has been made from many aspects, and it has yielded many findings. To clarify thepathophysiology of pneumonia and the virulence of respiratory pathogens, an establishment of animal experimental
models using mice and other animals is essential. Thus far, animal models of pneumonia in accordance with various pathogens have been reported, includingand. Moreover, infection with asingle pathogen, mixed infection of, and influenza virus have also recently attracted attention. Rapid diagnoses based on gene detection and antigen detection are actively studied, and many of these methods have already beenused in clinical settings. The development of new antimicrobial agents for various antimicrobial resistant pathogens isexpected, but studies of effective antimicrobial therapies with already available antibiotics have been widely studied
previously. Various vaccines have also been studied for the prevention of pneumonia, especially infection with.