空気中の異物を体内に取り込む特殊な細胞を発見

慶應義塾

 慶應義塾大学は北海道大学との共同研究により、呼吸によって吸い込んだ異物の取り込みに働く特殊な細胞を発見しました。本研究は、呼吸器におけるアレルギー、感染において抗原や微生物が生体に侵入する経路を明らかにしたものであり、呼吸器疾患の発症や悪化のメカニズムの解明につながります。

ヒトの呼吸について

 我々は呼吸によって酸素を取り入れ、生命活動を維持しています。空気中には酸素の他に様々な微粒子が存在し呼吸とともに一緒に取り込みます。これらの異物はときに体に害を与えます。花粉やハウスダストはアレルギーの原因となりますし、インフルエンザを含む多くのウイルス、病原性細菌は呼吸器から感染します。それでも呼吸をしなければ我々は生きていくことができません。そのため、呼吸器には異物に対する防御機構が発達しています。

 例えば、呼吸器粘膜では繊毛上皮と粘液による粘液繊毛クリアランスによって異物を外に追い出すことで気道内をクリーンに保ちます。さらに体の内と外は上皮と呼ばれる組織で仕切られ異物の体内への侵入を防いでいます。一方で、アレルギーは抗体の産生によって引き起こされることから、体内の免疫システムは抗体が標的とする抗原(アレルゲン)を受け取っているはずです。そのため、空気中の抗原が上皮を越える機構が存在していると予想されていましたが、その機構についての解析は進んでいませんでした。

腸管の抗原取り込み機構に着目した研究とその成果

 本研究では腸管の抗原取り込み機構に着目して研究を進めました。腸管では「M細胞」と呼ばれる上皮細胞が存在し、異物に対する高い取り込み能力を持っています。しかし、呼吸器に同様なM細胞が存在しているかは不明でした。そこで、腸管M細胞に対する特異的分子マーカーであるGP2とTnfaip2を用いて、マウスの気管・気管支の免疫染色を行いGP2Tnfaip2陽性細胞の探索を行いました。その結果、少数の陽性細胞が気管・気管支上皮に存在していました。

 続いて、M細胞の分化を促進する「サイトカインRANKL」をマウスへと投与したところ、気管・気管支に非常に多くのGP2Tnfaip2陽性細胞が出現しました。この細胞は空気中の異物に見立てたナノ粒子を効率よく取り込む能力を持っていました。電子顕微鏡により細胞の微細構造を観察したところ、線毛を持たない上皮細胞であることがわかりました。これらの特徴は腸管M細胞とよく似ていることから、GP2Tnfaip2陽性細胞は呼吸器M細胞であると結論づけました。

 続いて呼吸器M細胞と呼吸器疾患の関係を検証するために、疾患モデル動物を用いて呼吸器M細胞の存在を検証しました。その結果、シェーグレン症候群の病態モデルとなるNonobesediabetes(NOD)マウス、慢性閉塞性肺疾患(COPD)モデルとしてエラスターゼ投与マウス、タバコ煙吸入マウスの気管・気管支にリンパ球浸潤が認められ、その近傍の上皮にM細胞が存在していることが明らかになりました。

 呼吸器M細胞を試験管内で作製することができれば、動物実験では難しい呼吸器感染症などの研究や呼吸器M細胞がどのように形成されるかの解析にとって非常に有用となります。そこで、マウスの気道から上皮細胞を分離しM細胞を作製できるかを検証しました。マウス気管から上皮細胞を分離し、上段と下段に別れた特殊な培養容器を用いて、下段にRANKLを添加した培養液、上段を空気相として気相液相界面による培養を10日間継続しました。その結果、ナノ粒子をよく取り込む性質を持ち、M細胞マーカーを持つ細胞を得ることに成功しました。

本研究から期待されること

 本研究は、呼吸器に腸管と同様なM細胞が存在することを新たに見出したものであり、呼吸器M細胞の研究基盤を構築したものになります。

 今後、アレルゲンの体内侵入機構と免疫、アレルギーとの関係、呼吸器感染症とM細胞の関係を明らかにしていくことで、呼吸器M細胞をターゲットとした呼吸器疾患の予防、治療法などの開発に発展していくことが期待できます。