皮膚制御に関わる新規機能性脂質の同定と脂質フローによる皮膚疾患制御機構の解明
東京大学大学院医学系研究科分子細胞生物学専攻細胞情報学分野

武富芳隆

Epidermal lipids are important for skin homeostasis. However, the overall view of the roles of lipids, particularly
nonceramide lipid species, in epidermal biology still remain obscure. Here we show that epidermal sPLA 2 (Ep-PLA 2 ), afunctionally phospholipase A 2 expressed in the stratum granulosum of the mouse and human epidermis, regulates epidermal
permeability barrier homeostasis and protects against atopic dermatitis through mobilization of polyunsaturated fatty acids(PUFAs). In a survey of knockout mouse lines of the various PLA enzymes, global and keratinocyte-selective Ep-PLA 2
knockout mice has a defect of the epidermal barrier, due to reduced synthesis of natural moisturizing factor, combined withabnormal type 2 immune responses and showed exacerbated antigen-induced atopic dermatitis. Primary keratinocytes from
Ep-PLA 2 -null mice had signs of aberrant cell proliferation, differentiation, and activation in association with skin barrier
defect. Several screening approaches by lipidomics analysis of mouse skin, phenotypic analyses of mouse lines deficient invarious lipid receptors and biosynthetic enzymes, and gene expression profiling in keratinocytes revealed that Ep-PLA 2 iscoupled with the production of a large pool of cutaneous PUFA-derived lipid mediators. The constitutive levels of PUFAs
and their metabolites in the skin were lower in Ep-PLA 2 -null than in wild-type mice. Actually, an abnormality in epidermal
permeability barrier observed in mice lacking Ep-PLA 2 were phenocopied in lipid X receptor-deficient mice. The expressionof Ep-PLA 2 and the lipid receptor are upregulated during keratinocyte differentiation. Treatment with the lipid receptor
agonist restored defective differentiation and/or activation of Ep-PLA 2 -null keratinocytes. In human atopic dermatitis
lesions, the expression levels of Ep-PLA 2 was inversely correlated with the severity of atopic dermatitis. Thus, our results
underscore a previous unrecognized role of nonceramide lipid species in skin allergy, and the novel role of a particular EpPLA 2 -driven lipid metabolism in epidermis.

1. 緒ームは、数多く存在する PLA 2 分子群の固有の機能に着目言し、本酵素群の欠損マウスの網羅的な導入と各欠損マウス

環境因子に常に曝されている皮膚には、皮膚バリアによが発症する表現型の一斉解析を実施すると同時に、これって異物の侵入や水分蒸散を防ぐなどの固有の防御機構がに PLA 2 を起点とした脂質代謝フローを同定するための脂備わっている。皮膚のバリア機能が損なわれることにより質網羅的分析（リピドミクス）を組み合わせた解析アプロー

環境因子が過度に体内に侵入すると、2 型免疫系が過剰にチを展開することにより、各種 PLA 2 に固有の脂質代謝産活性化し、難治性の慢性皮膚疾患であるアトピー性皮膚炎物の同定とそれにより制御される生体応答の動作原理を解へと遷移するとともに、遠隔組織に喘息や鼻炎などの様々明してきた。皮膚との関連について我々は、①リンパ組なアレルギー性疾患を招く。したがって、皮膚バリアある織中のⅡ D 型分泌性 PLA 2 がドコサヘキサエン酸（DHA）

いはその異常に基づく過剰な免疫応答を適切に統制するこなどの ω 3 脂肪酸あるいはそれ由来の脂質メディエーターとは、皮膚の健康の増進のみならずアレルギー性疾患の克の動員を介して Th 1 型または Th 17 型免疫応答依存的に服を目指す上で重要である。

接触性皮膚炎または乾癬を抑制すること 1 , 2）、②毛包のⅡ脂質の量的・質的な異常は皮膚の調節に大きな影響を与E 型 sPLA 2 が毛の育毛に関わること 3）、③表皮角化細胞由えるが、皮膚における生理的環境下での機能性脂質の固有来のⅡ F 型分泌性 PLA 2 が表皮中にリゾリン脂質（プラズの動員経路やその生物学的意義は体系的に理解されているマロージェン型リゾホスファチジルエタノールアミン）をとは言いがたい。脂質メディエーターをはじめとする生動員することにより乾癬や皮膚癌などの表皮肥厚疾患を増理活性脂質の多くはホスホリパーゼ A 2（PLA 2：グリセロ悪すること 4）、④表皮角化細胞に発現している細胞内酵素リン脂質を分解して脂肪酸とリゾリン脂質を生成する酵

PLPLA 1（カルシウム非依存性 PLA 2 の一種）がアシルセ素群）により量と質が規定される。著者が所属する研究チラミドの生合成を通じて角層バリアの形成に必須の役割を担うこと 5）、などを報告した。我々はさらに、PLA（PLA 1

Epidermal phospholipase A 2 -driven lipid
metabolism regulates skin barrier
homeostasis and atopic dermatitis
Yoshitaka Taketomi
D epa r t ment of B io chem ist r y a nd
Molecular Biology, Graduate School ofMedicine, The University of Tokyoまたは PLA 2）群欠損マウスの皮膚の網羅的解析の過程において、epidermal PLA 2（Ep-PLA 2）が皮膚のバリア機能の調節に関わる予備的知見を得た。
そこで本研究では、PLA 2 の新機能を切り口として、未解明であった皮膚における機能性脂質の動員機序とそれによる皮膚の恒常性・変容の新しい制御機構を解明すること、− 108 −皮膚制御に関わる新規機能性脂質の同定と脂質フローによる皮膚疾患制御機構の解明

ならびに当該脂質代謝の量的・質的な変動がアトピー性皮膚炎などの皮膚疾患に占める位置付けを確立することを目比べ一次刺激性皮膚炎の増悪が認められた。
これらの PLA 群欠損マウスの網羅的スクリーニングを通じて、Ep-PLA 2 が皮膚バリアの調節に関与する可能性的とした。

2. 方が浮上した。

法2 . 1. マウスの皮膚バリア機能

3 . 2 . 皮膚におけるEp-PLA 2 の発現

マウスの皮膚のバリア機能は、①テヴァメーターを用いた皮膚は表層より表皮、真皮、皮下組織に分けられ、この経 表 皮 水分 蒸散、②ラマン分 光法による皮膚中の角質細うち表皮は下層から表層へ向けて基底層、有棘層、顆粒層、胞間脂質（セラミドやコレステロール）、天然保湿因子の測定、角層の 4 層から構成される。マウス皮膚を用いた免疫染色③タンパク質抗原の皮膚透過試験、④一次刺激性皮膚炎にの結果、Ep-PLA 2 は主に表皮に発現しており、顆粒層マ関する表現型、などにより評価した。

ーカーであるロリクリンと同一の局在性を示した。マウス2 . 2 . アトピー性皮膚炎モデル

分化に伴い表皮角化細胞に特有の分化マーカー（ケラチンまたはヒトの表皮角化細胞において、Ep-PLA 2 の発現はアトピー性皮膚炎モデルとして抗原誘導アトピー性皮膚炎1 など）と同様に誘導された。したがって、Ep-PLA 2 は表を採用した。マウスの皮膚への抗原の反復塗布により生じる皮角化細胞の分化に伴い発現誘導され、顆粒層に局在する

Th 2 型免疫応答（血中の抗原特異的 IgEや所属リンパ節におことが明らかとなった。

けるTh 2 サイトカイン（IL- 4、IL- 5、IL-13）産生など）ならびに皮膚におけるアレルギー性炎症（好酸球浸潤や皮膚肥厚など）について解析した。

3 . 3 . Ep-PLA 2 欠損マウスが呈する皮膚バリア異常
皮膚のバリア機能の維持にはセラミドを中心とする脂質ラメラによる角層バリアと、タイトジャンクションを中心

2 . 3 . 表皮角化細胞を用いた解析とする顆粒層の表皮バリアが関わる。角質細胞間脂質（セ表皮角化細胞は、新生児マウスの皮膚より単離した初代ラミド、脂肪酸、コレステロール）および天然保湿因子は培養表皮角化細胞またはヒト表皮由来初代角化細胞を用い、角層で水分を保つ上で重要な働きを担う。これらの成分にカルシウムによる分化刺激に伴う応答性について解析した。

ついて解析した結果、Ep-PLA 2 欠損マウスではセラミドやコレステロールは野生型マウスと同様に正常であったが、

2 . 4 . リピドミクス解析天然保湿因子が減少していた。さらに、野生型マウスの皮マウスの皮膚中の高度不飽和脂肪酸（PUFAs）やそれ由膚にタンパク質抗原を塗布すると表皮の顆粒層バリアによ来の脂質メディエーター、アシルセラミドなどの脂質成分って抗原の浸透が妨げられたが、欠損マウスでは抗原が容は液体クロマトグラフィー／質量分析法 LC-MS/MS を用易に顆粒層を超え真皮にまで達した。
欠損マウスの皮膚では、表皮の基底層マーカー（ケラチ

いて測定した。

ン 5）の発現は正常であったが、有棘層マーカー（ケラチ2 . 5 . ヒト検体を用いた解析

ン 1）の発現が野生型マウスより増加し、反対に顆粒層マ

東京大学医学部附属病院皮膚科との連携のもと、ヒトアトピー性皮膚炎の皮膚検体を用い、脂質代謝関連分子の発ーカー（ロリクリン）の発現が減少しており、分化異常を生じていた。
我々はコンディショナル Ep-PLA 2 欠損マウスを樹立し、現を検討した。

3. 結

表皮角化細胞（ケラチン 14 プロモーター）選択的に本酵素果を欠損させ、当該皮膚解析を実施した。その結果、全身性

3 . 1. 皮膚バリアに関わるPLA の網羅的スクリーニ
2の Ep-PLA 2 欠損マウスにおいて認められる表皮バリア異ング

常は皮膚選択的 Ep-PLA 2 欠損マウスにおいても同様に認皮膚のバリア機能が損なわれると体内の水分が損失し、められた。したがって、表皮角化細胞に発現している Ep-乾燥状態が生じる。通常飼育環境下における成体の PLAPLA 2 が表皮バリアの恒常性の維持に重要であることが強群欠損マウスの経表皮水分蒸散量を測定した結果、唯一く示唆された。

Ep-PLA 2 欠損マウスで経表皮水分蒸散の亢進が認められ

3 . 4 . Ep-PLA 2 欠損マウスの表皮角化細胞の異常た。
皮膚バリアの乱れによって刺激物質に対する過敏反応がマウスの皮膚より表皮角化細胞を単離し、表皮角化細生じるが、経表皮水分蒸散の場合と同じく、PLA 群欠損胞の機能における Ep-PLA 2 欠損の影響について解析した。

マウスの中で Ep-PLA 2 欠損マウスでのみ野生型マウスと欠損細胞では野生型細胞と比べ増殖および遊走能が低下し− 109 −

コスメトロジー研究報告 Vol.27, 2019ており、分化刺激に対して分化マーカー（ケラチン 1、ケ受容体の欠損マウスの中に Ep-PLA 2 欠損マウスと同様のラチン 10）の発現誘導が亢進した状態、すなわち分化異常表現型を示す系統が存在するはずである。そこで我々は、（過分化）を生じた。さらに、欠損細胞では 2 型免疫応答に各種脂質代謝酵素・受容体の欠損マウスの皮膚バリア機能関わるサイトカイン（IL- 33、TSLP）の発現（活性化の指標）を網羅的に解析した。その結果、ある PUFA 由来の脂質が亢進した。

メディエーターの受容体の欠損マウスにおいて Ep-PLA 2マウスの皮膚あるいはそれ由来の表皮角化細胞を用いたマイクロアレイ解析の結果、Ep-PLA 2 欠損では細胞間接欠損マウスと同様の皮膚バリア異常、すなわち経表皮水分蒸散の亢進と一次刺激性皮膚炎の増悪が認められた。

着分子（クローディンやタイトジャンクションタンパク質

皮膚バリアに関わる責任脂質受容体は表皮角化細胞に発など）の発現が全体的に減少傾向を示すと同時に、これら現しているはずである。そこで、マウス皮膚由来表皮角の分子を分解するプロテアーゼ（カリクレインなど）の発現化細胞の分化に伴い発現誘導される脂質受容体を定量的が野生型より増加していたことから、顆粒層のバリアが損PCR により網羅的にスクリーニングしたところ、当該脂なわれていることが想定された。

質受容体の発現が表皮角化細胞の分化に伴い最も著明に誘これらの結果から、Ep-PLA 2 欠損マウスの表皮角化細胞は、増殖分化異常、活性化亢進、遊走不全、ジャンクション形成不良を生じることが示唆された。

導された。
以上の結果を統合すると、Ep-PLA 2 は表皮中においてPUFA 由来脂質メディエーター経路を始動することが考えられる。

3 . 5 . Ep-PLA 2 欠損マウスのアトピー性皮膚炎に関する表現型

3 . 7. Ep-PLA 2 を起点とした脂質代謝フローの検証

Ep-PLA 2 欠損による表皮バリア異常ならびに 2 型免疫

Ep-PLA 2 欠損による表皮角化細胞の異常は当該脂質シ応答の増強がアトピー性皮膚炎などの慢性アレルギー病態グナルの低下を原因として生じることが想定される。そこを進展させるかについて検討した。Ep-PLA 2 欠損マウス

で、上記 3 . 4 . の Ep-PLA 2 欠損マウスの表皮角化細胞の異にアトピー性皮膚炎モデルを施行した結果、野生型マウス

常が、当該脂質受容体シグナルの賦活化によって正常化すと比べ抗原曝露に伴う血中の抗原特異的 IgE の産生が亢進るかについて検証した。欠損表皮角化細胞の分化培養系にするとともに、所属リンパ節における抗原依存的な Th 2当該脂質受容体の作動薬を添加したところ、Ep-PLA 2 欠サイトカインの産生が増強され、Th 2 型免疫応答が亢進損により生じる表皮角化細胞の分化（過分化：ケラチン 10していた。さらに、欠損マウスでは抗原曝露に伴う皮膚肥の発現亢進）および活性化（2 型免疫亢進：IL- 33 の誘導増厚や真皮中への好酸球浸潤の増多などのアトピー性皮膚炎強）の異常が野生型細胞が示す応答性と同等まで正常化しに特徴的なアレルギー性炎症の増悪が認められた。これらた。したがって、当該 PUFA 由来脂質シグナルは表皮角一連の結果より、Ep-PLA 2 欠損マウスでは表皮バリアの化細胞の適切な分化および過剰な 2 型免疫応答の抑制に関恒常性が異常を生じることで、抗原曝露に伴う 2 型免疫系与することが示唆された。の活性化が亢進し、アトピー性皮膚炎の慢性アレルギー病

3 . 8 . ヒトアトピー性皮膚炎におけるEp-PLA 2 の発態が進展したものと考えられる。

3 . 6 . Ep-PLA 2 が動かす脂質代謝経路の包括的探現Ep-PLA 2 のヒトアトピー性皮膚炎との関連について検索討を行った。健常人ならびにアトピー性皮膚炎患者の皮Ep-PLA 2 欠損マウスは通常飼育下で表皮バリア異常を膚検体における Ep-PLA 2 の発現を免疫染色あるいは定量呈することから、Ep-PLA 2 の下流で機能する責任脂質はPCR により解析した。健常人の皮膚において、Ep-PLA 2欠損マウスの皮膚中で構成的に減少していることが予想さの染色はマウス皮膚の場合と同様に表皮に強く認められた。

れた。そこで、通常飼育下の野生型および Ep-PLA 2 欠損

一方、アトピー性皮膚炎患者の皮膚では表皮全体が弱く染マウスの皮膚を用いてリピドミクス解析を行ったところ、色され、これに加え真皮に浸潤した免疫細胞にも陽性所見

野生型マウスと比べ欠損マウスの皮膚中では、PUFAs（リが認められた。定量解析において、Ep-PLA 2 の皮膚におノール酸、アラキドン酸、ω 3 脂肪酸など）
ならびにそれらける発現は、健常人では発現分布および強度ともに健常人由来の代謝物の多くが部分的に減少していた。したがって、と比べアトピー性皮膚炎では減少した。本酵素の発現強度

Ep-PLA 2 は正常皮膚において PUFAs またはその代謝物をは、健常人では表皮の厚さと正の相関を示したのに対し、動員することが示唆された。

アトピー性皮膚炎患者では表皮の肥厚度（病態の重症度）とEp-PLA 2 の下流で産生される何らかの責任脂質が表皮バリアに関わるならば、脂質メディエーターの生合成酵素・逆相関した。
さらに、Ep-PLA 2 mRNA の発現は角層で分解されて天− 110 −皮膚制御に関わる新規機能性脂質の同定と脂質フローによる皮膚疾患制御機構の解明

然保湿因子を生成するフィラグリンあるいは当該脂質受容の欠乏は重篤な皮膚バリア異常をもたらすことが広く知ら体の mRNA 発現と正の相関を示した。

れてきた 6）。また、リノール酸はさらに不飽和化・伸長化

したがって、Ep-PLA 2 の皮膚における発現は皮膚バリを受け、アラキドン酸や ω 3 脂肪酸などの PUFAs に代謝アと連関すること、ならびにアトピー性皮膚炎の発症進展され、生体膜に取り込まれる。しかしながら、一旦リン脂に伴い減少することが明らかとなり、Ep-PLA 2 欠損マウ質に取り込まれた PUFAs が皮膚局所環境のいつ、どこで、スの結果と合致した。

いかなる経路を通じてどのような機能性脂質に変換され、4. 考

皮膚の恒常性または変容機構の調節にどのように関わるの察かについては定見が得られていなかった。これまでに、免Ep-PLA 2 は表皮顆粒層において表皮角化細胞から分泌疫応答との関連を中心にこれらの PUFA 由来脂質メディされ、PUFAs ならびにそれら由来の脂質メディエーター

エーターの機能が解析されてきたが、表皮角化細胞におけを動員することにより、皮膚バリアの恒常性の維持に重要る役割については未解明な点が多い。最近、アラキドン酸な役割を担うことが明らかとなった（図）。この Ep-PLA 2代謝物である 12 -HHT が表皮角化細胞の遊走制御を通じを起点とする脂質代謝に不全が生じると、顆粒層の表皮バて皮膚恒常性に関与することが報告され 7）、改めて非セラリアが損なわれ、環境因子の曝露に対して過剰な 2 型免疫ミド脂質による表皮角化細胞の調節に関心が向けられてい応答が生じることによってアレルギー病態が慢性化し、アるが、本研究で見出した機能性脂質の受容体の欠損によるトピー性皮膚炎へと遷延化するものと考えられる。本研究

皮膚バリア機能の異常は 12 -HHT の欠損と比べてはるかの結果から、Ep-PLA 2 の下流で動員される脂質経路を賦に顕著である。総じて本研究は、皮膚恒常性の調節に関わ活化する戦略は、皮膚バリアを向上させることでアトピーる新しい PLA 2 依存的脂質メディエーター経路を明らかに性皮膚炎を予防するのに役立つことが期待される。また、したものである。今後は、Ep-PLA 2 が始動する脂質経路

Ep-PLA 2 の発現は皮膚の健康状態の診断マーカーあるいの異常による皮膚バリアの破綻からアトピー性皮膚炎、さはアトピー性皮膚炎の病態バイオマーカーとなり得る。

らには肺における喘息など遠隔組織へとアレルギーが伝播角質細胞間脂質のひとつである脂肪酸の皮膚における役するプロセスをさらに解明し、「皮膚の新規脂質経路によ割においては、リノール酸が皮膚バリア機能に必須なアシるアレルギーマーチの統制」に関する論文としてまとめた

ルセラミドに構成要素として取り込まれる必要があり、こい。

図Ep-PLA2 は表皮バリアの恒常性を維持することによりアトピー性皮膚炎を抑制する− 111 −

コスメトロジー研究報告 Vol.27, 2019

（引用文）

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