【文献＋レビュー】重症ARDSにおけるHMGB-1の関係とrTM治療効果／制御性T細胞のレビュー
■普段はあまり基礎研究論文は取り上げませんが，2013年11月8日に開催された講演会DIC UP TO DATE 2013で執筆者の工藤先生が御講演され，最近のトピックであるTregについて非常に興味深い研究として聴講させていただいたので紹介します．
1．制御性T細胞（Treg）
■未分化のヘルパーT細胞（Th0）は抗原提示細胞等からのクラススイッチングを受けることでTh1，Th2に分化し，それぞれが特異性を持った免疫反応を惹起するというTh1/Th2パラダイム理論[1]が認識されていた．しかし，その後様々なヘルパーT細胞のサブセットが発見されてきており，Tregもその1つである[2]．
■以前からT細胞のうち免疫寛容を引き起こすCD8+ suppressor T cell（抑制性T細胞）が知られていた．これとは別にCD4+で免疫を制御するT細胞が初めて確認されたのは1995年のSakaguchiらの研究である[2]．この研究では，IL-2受容体α鎖のCD25分子を発現するT細胞が自己免疫疾患をい抑制することを示しており，CD4+CD25+Tregと呼ばれるに至る．Tregは胸腺内で自然発生する内因性Treg（nTreg）と，IL-10とTGF-βの存在下における抗原刺激によりnaive T細胞から分化する誘導性Treg（iTreg）に分けられる．iTregは1型制御性T細胞（type 1 regulatory T cell：Tr1）と3型ヘルパーT細胞（type 3 helper T cell：Th3）に分類され[3]，いずれも他のT細胞活性を強力に抑制するが，nTregがT細胞受容体刺激によって細胞接触依存性にT細胞の活性化・増殖を抑制するのに対し，iTregはTGF-βやIL-10を大量に産生し，他のT細胞の活性化を抑制する[4]．
■CD25-T細胞と比較してTregは自己抗原に高い親和性を有しており[5]，この高い自己反応性は免疫自己寛容の維持に重要な役割を果たす[6]．最近，このようなTregの発生，機能発現を制御するマスター制御遺伝子がFoxp3（X-linked forkhead/winged helix）である可能性を見い出され[7]Tregの研究は一気に加速した．Foxp3はFoxファミリーの転写因子をコードしており，その異常はヒトでIPEXと呼ばれるX染色体性自己免疫/アレルギー/炎症性遺伝疾患の原因遺伝子である．Foxp3は，胸腺，末梢のTregに特異的に発現していると考えられていた．また，正常T細胞にFoxp3を発現させると，機能，表現型の点でCD4+CD25+Tregと同等のTregに転換できる．一方で，Foxp3を発現しないTregの存在も報告されるようになり[8]，Tregの多様性が示唆されている．実際には，nTregはFoxp3の恒常的な強い発現が認められるが，iTregはFoxp3の発現も抑制機能も一過性で不安定とされる．この他にも，CTLA-4（cytotoxic T-Lymphocyte Antigen-4）たGITR（glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor）などが他のT細胞と比較して高発現していることが知られている[9,10]．
■Tregの末梢での生存維持は，CD4+CD25-T細胞と比較して，IL-2への依存度が高い[11]．一方Treg自身はIL-2の産生を低下させてTh0の分化を抑制するnegative feedback作用を有する．敗血症患者の初期の末梢血においてはIL-2産生が高まるが，この後にTregが30-40%にまで上昇し[12]，Th2優位な状態となり，SIRS（systemic inflammatory response syndrome；全身性炎症反応症候群）と相反する病態CARS（copensatory anti-inflammatory response syndrome；代償性抗炎症反応症候群）[13,14]に至り，かかる状態は免疫麻痺状態（immuno-paralysis）[14-16]と称される．また，微生物が生体内に侵入すると，Toll-like receptorを介して活性化された樹状細胞（dendric cell；DC）が活性化し，IL-6産生の関与によりTregによる抑制が解除される可能性が指摘されている[17]．
■腸管には様々な種類のTregが存在し，経口免疫寛容や腸内細菌叢に対する恒常性維持に関わっていることが知られており[18]，5種類のprobioticsを投与するとTregが増加することが報告され[19]，probioticsによるTregの免疫機能恒常性維持が期待されている．
2．今回の報告について
■ここからは私見になるが，rTMが間接作用にせよTregを増加させてARDSマウスモデルの予後を改善させたとする結果については，これまでの知見をふまえると，原疾患によって異なるのではないか？と思われる．このマウスモデルでは，海綿由来の糖脂質であるα-galactosylceramide（α-GalCer）を気管内投与することでNKT細胞を特異的に活性化させる手法[20]を用いており，これまでのLPS気管内投与によるモデルよりもより優れたARDSモデルとされている．そして，このマウスモデルにrTMを投与してもIFN-γ，TNF-αを含む各種サイトカインに変化はみられなかったことから，異なる機序でのrTMの作用の存在が今回の研究で指摘されている．
■しかし，この病態はdirect pulmonary ARDSであり，敗血症性ARDSに代表されるようなindirectモデルではない．上述の通り，Tregは敗血症病態においてはCARS病態への関与も指摘されており，Tregの増加が敗血症性ARDSの予後を改善するかどうかは疑問である．実際に，Hirakiらは，CLP敗血症マウスモデルにおいてTregの増加し，抗IL-10中和抗体，抗TGF-β中和抗体を投与することでTregを制御すると予後が改善したと報告している[21]．また，Onoらは，腹腔感染症による敗血症患者32例において，PMX-DHPを施行することで，死亡例より生存例の方がTregが有意に減少していたと報告している[22]．これらの報告からも敗血症病態においてはTregの存在がむしろ生体に不利に働く可能性の方が高い．
■以上から，rTMによってTregが増加したとする機序がはたして敗血症性ARDSに有利に働くかについてはむしろ逆ではないかと思われる．あくまでもdirect ARDSに限定した仮説と考えた方がいいかもしれない．また，マウスと異なり，ヒトのCD4+CD25+T細胞中にたくさんの非制御性T細胞も有しているという問題点もあり，動物実験系と実臨床でのアウトカムに違いが生じる可能性も考慮しなければならない[23]．炎症病態におけるTregの役割は複雑であり，病態によってTregの存在が有益が有害かが変わってくることが推察される（自己免疫疾患ではTregは有用であるとされている）．
[1] Mosmann TR, Coffman RL. TH1 and TH2 cells: different patterns of lymphokine secretion lead to different functional properties. Annu Rev Immunol 1989; 7: 145-73
[2] Sakaguchi S, Sakaguchi N, Asano M, et al. Immunologic self-tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha-chains (CD25). Breakdown of a single mechanism of self-tolerance causes various autoimmune diseases. J Immunol 1995; 155: 1151-64
[3] Weiner HL. Induction and mechanism of action of transforming growth factor-beta-secreting Th3 regulatory cells. Immunol Rev 2001; 182: 207-14
[4] Levings MK, Sangregorio R, Sartirana C, et al. Human CD25+CD4+ T suppressor cell clones produce transforming growth factor beta, but not interleukin 10, and are distinct from type 1 T regulatory cells. J Exp Med 2002; 196: 1335-46
[5] Hsieh CS, Liang Y, Tyznik AJ, et al. Recognition of the peripheral self by naturally arising CD25+ CD4+ T cell receptors. Immunity 2004; 21: 267-77
[6] Sakaguchi S. Naturally arising CD4+ regulatory t cells for immunologic self-tolerance and negative control of immune responses. Arru Rev Immunol 2004; 22: 531-62
[7] Hori S, Nomura T, Sakaguchi S. Control of regulatory T cell development by the transcription factor Foxp3. Science 2003; 299: 1057-61
[8] Shevach EM. From vanilla to 28 flavors: multiple varieties of T regulatory cells. Immunity 2006;25: 195-201
[9] Waterhouse P, Penninger JM, Timms E, et al. Lymphoproliferative disorders with early lethality in mice deficient in Ctla-4. Science 1995; 270: 985-8
[10] Scumpia PO, Delano MJ, Kelly-Scumpia KM, et al. Treatment with GITR agonistic antibody corrects adaptive immune dysfunction in sepsis. Blood 2007; 110: 3673-81
[11] Setoguchi R, Hori S, Takahashi T, et al. Homeostatic maintenance of natural Foxp3(+) CD25(+) CD4(+) regulatory T cells by interleukin (IL)-2 and induction of autoimmune disease by IL-2 neutralization. J Exp Med 2005; 201: 723-35
[12] Venet F, Pachot A, Debard AL, et al. Increased percentage of CD4+CD25+ regulatory T cells during septic shock is due to the decrease of CD4+CD25- lymphocytes. Crit Care Med 2004; 32: 2329-31
[13] Bone RC. Sir Isaac Newton, sepsis, SIRS, and CARS. Crit Care Med 1996; 24: 1125-8
[14] DrMagicianEARL. Immunoparalysis (SIRS，CARS，MARS). EARLの医学ノート 2011 Oct.27
[15] Hotchkiss RS, et al. The sepsis seesaw: tilting toward immunosuppression. Nat Med 2009; 15: 496-7
[16] Frazier WK, Hall MW. Immunoparalysis and adverse outcomes from critical illness. Pediatr Clin North Am 2008; 55: 647-68
[17] Pasare C, Medzhitov R. Toll pathway-dependent blockade of CD4+CD25+ T cell-mediated suppression by dendritic cells. Science 2003; 299: 1033-6
[18] Tsuji NM, Kosaka A. Oral tolerance: intestinal homeostasis and antigen-specific regulatory T cells. Trends Immunol 2008; 29: 532-40
[19] Kwon HK, Lee CG, So JS, et al. Generation of regulatory dendritic cells and CD4+Foxp3+ T cells by probiotics administration suppresses immune disorders. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 2159-64
[20] Aoyagi T, Yamamoto N, Hatta M, et al. Activation of pulmonary invariant NKT cells leads to exacerbation of acute lung injury caused by LPS through local production of IFN-γ and TNF-α by Gr-1+ monocytes. Int Immunol 2011; 23: 97-108
[21] Hiraki S, Ono S, Tsujimoto H, et al. Neutralization of interleukin-10 or transforming growth factor-β decreases the percentages of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory T cells in septic mice, thereby leading to an improved survival. Surgery 2012; 151: 313-22
[22] Ono S, Kimura A, Hiraki S, et al. Removal of increased circulating CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells in patients with septic shock using hemoperfusion with polymyxin B-immobilized fibers. Surgery 2013; 153: 262-71
[23] Kwon HK, Lee CG, So JS, et al. Generation of regulatory dendritic cells and CD4+Foxp3+ T cells by probiotics administration suppresses immune disorders. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 2159-64
重症急性呼吸窮迫症候群マウスモデルにおけるとHMGB-1の関係と遺伝子組み換えトロンボモデュリンの治療効果■東北大学救急の工藤大介先生の報告で，今注目されている制御性T細胞（Regulatory T cell；Treg）のrTMによる治療効果への関与を示唆するものである．しかしながら，このrTMによりTregが増加する機序は直接的ではなく，現時点ではそのメカニズムは不明である．そこで，これまでのTregに関する知見を以下にまとめ，rTMの作用について考察してみた．
Kudo D, Toyama M, Aoyagi T, et al. Involvement of high mobility group box 1 and the therapeutic effect of recombinant thrombomodulin in a mouse model of severe acute respiratory distress syndrome. Clin Exp Immunol 2013; 173: 276-87
PMID:23607598
Abstract
【背 景】
急性呼吸窮迫症候群（ARDS）は様々な疾患により誘発される重度の肺の炎症の合併である．症状が重症であるにもかかわらず治療戦略はいまだに有効ではない．DNA結合蛋白として同定されたHigh Mobility Group Box-1（HMGB-1）は急性肺傷害のメディエーターと考えられている．遺伝子組み替えトロンボモデュリン（rTM）は，抗凝固活性に加えて，HMGB-1を中和することで炎症反応を抑制する能力を有する．肺における制御性T細胞（Treg）は急性肺傷害の状態において生来の免疫反応を調整することが報告されている．
【目 的】
本研究では，重症ARDSマウスモデルにおいて，rTMの治療効果とTreg機能の寄与について検討した．
【方 法】C57BL/6マウスにα-galactosylceramide（α-GalCer）とリポポリサッカライド（LPS）を連続的に気管内投与し，重症ARDSに至った．
【結 果】
肺でのHMGB-1レベルはLPS単独投与マウスと比較してARDSマウスの方がより高いレベルに増加した．HMGB-1は肺内に侵潤した好中球とマクロファージから発現されていた．TregはLPS単独投与マウスと比較してARDSマウスの肺で有意に現象していた．rTM投与は，肺内のTreg増加，IL-10とTGF-βの合成に関連しており，生存時間を延長させ，ARDSの進展を阻害した．
【結 論】
これらの結果は，HMGB-1が重症ARDSの進展と関係しており，rTMが炎症部位でのTregの蓄積を促進することで治療効果を発揮することが示唆された．
1．制御性T細胞（Treg）
■未分化のヘルパーT細胞（Th0）は抗原提示細胞等からのクラススイッチングを受けることでTh1，Th2に分化し，それぞれが特異性を持った免疫反応を惹起するというTh1/Th2パラダイム理論[1]が認識されていた．しかし，その後様々なヘルパーT細胞のサブセットが発見されてきており，Tregもその1つである[2]．
■以前からT細胞のうち免疫寛容を引き起こすCD8+ suppressor T cell（抑制性T細胞）が知られていた．これとは別にCD4+で免疫を制御するT細胞が初めて確認されたのは1995年のSakaguchiらの研究である[2]．この研究では，IL-2受容体α鎖のCD25分子を発現するT細胞が自己免疫疾患をい抑制することを示しており，CD4+CD25+Tregと呼ばれるに至る．Tregは胸腺内で自然発生する内因性Treg（nTreg）と，IL-10とTGF-βの存在下における抗原刺激によりnaive T細胞から分化する誘導性Treg（iTreg）に分けられる．iTregは1型制御性T細胞（type 1 regulatory T cell：Tr1）と3型ヘルパーT細胞（type 3 helper T cell：Th3）に分類され[3]，いずれも他のT細胞活性を強力に抑制するが，nTregがT細胞受容体刺激によって細胞接触依存性にT細胞の活性化・増殖を抑制するのに対し，iTregはTGF-βやIL-10を大量に産生し，他のT細胞の活性化を抑制する[4]．
■CD25-T細胞と比較してTregは自己抗原に高い親和性を有しており[5]，この高い自己反応性は免疫自己寛容の維持に重要な役割を果たす[6]．最近，このようなTregの発生，機能発現を制御するマスター制御遺伝子がFoxp3（X-linked forkhead/winged helix）である可能性を見い出され[7]Tregの研究は一気に加速した．Foxp3はFoxファミリーの転写因子をコードしており，その異常はヒトでIPEXと呼ばれるX染色体性自己免疫/アレルギー/炎症性遺伝疾患の原因遺伝子である．Foxp3は，胸腺，末梢のTregに特異的に発現していると考えられていた．また，正常T細胞にFoxp3を発現させると，機能，表現型の点でCD4+CD25+Tregと同等のTregに転換できる．一方で，Foxp3を発現しないTregの存在も報告されるようになり[8]，Tregの多様性が示唆されている．実際には，nTregはFoxp3の恒常的な強い発現が認められるが，iTregはFoxp3の発現も抑制機能も一過性で不安定とされる．この他にも，CTLA-4（cytotoxic T-Lymphocyte Antigen-4）たGITR（glucocorticoid-induced tumor necrosis factor receptor）などが他のT細胞と比較して高発現していることが知られている[9,10]．
■Tregの末梢での生存維持は，CD4+CD25-T細胞と比較して，IL-2への依存度が高い[11]．一方Treg自身はIL-2の産生を低下させてTh0の分化を抑制するnegative feedback作用を有する．敗血症患者の初期の末梢血においてはIL-2産生が高まるが，この後にTregが30-40%にまで上昇し[12]，Th2優位な状態となり，SIRS（systemic inflammatory response syndrome；全身性炎症反応症候群）と相反する病態CARS（copensatory anti-inflammatory response syndrome；代償性抗炎症反応症候群）[13,14]に至り，かかる状態は免疫麻痺状態（immuno-paralysis）[14-16]と称される．また，微生物が生体内に侵入すると，Toll-like receptorを介して活性化された樹状細胞（dendric cell；DC）が活性化し，IL-6産生の関与によりTregによる抑制が解除される可能性が指摘されている[17]．
■腸管には様々な種類のTregが存在し，経口免疫寛容や腸内細菌叢に対する恒常性維持に関わっていることが知られており[18]，5種類のprobioticsを投与するとTregが増加することが報告され[19]，probioticsによるTregの免疫機能恒常性維持が期待されている．
2．今回の報告について
■ここからは私見になるが，rTMが間接作用にせよTregを増加させてARDSマウスモデルの予後を改善させたとする結果については，これまでの知見をふまえると，原疾患によって異なるのではないか？と思われる．このマウスモデルでは，海綿由来の糖脂質であるα-galactosylceramide（α-GalCer）を気管内投与することでNKT細胞を特異的に活性化させる手法[20]を用いており，これまでのLPS気管内投与によるモデルよりもより優れたARDSモデルとされている．そして，このマウスモデルにrTMを投与してもIFN-γ，TNF-αを含む各種サイトカインに変化はみられなかったことから，異なる機序でのrTMの作用の存在が今回の研究で指摘されている．
■しかし，この病態はdirect pulmonary ARDSであり，敗血症性ARDSに代表されるようなindirectモデルではない．上述の通り，Tregは敗血症病態においてはCARS病態への関与も指摘されており，Tregの増加が敗血症性ARDSの予後を改善するかどうかは疑問である．実際に，Hirakiらは，CLP敗血症マウスモデルにおいてTregの増加し，抗IL-10中和抗体，抗TGF-β中和抗体を投与することでTregを制御すると予後が改善したと報告している[21]．また，Onoらは，腹腔感染症による敗血症患者32例において，PMX-DHPを施行することで，死亡例より生存例の方がTregが有意に減少していたと報告している[22]．これらの報告からも敗血症病態においてはTregの存在がむしろ生体に不利に働く可能性の方が高い．
■以上から，rTMによってTregが増加したとする機序がはたして敗血症性ARDSに有利に働くかについてはむしろ逆ではないかと思われる．あくまでもdirect ARDSに限定した仮説と考えた方がいいかもしれない．また，マウスと異なり，ヒトのCD4+CD25+T細胞中にたくさんの非制御性T細胞も有しているという問題点もあり，動物実験系と実臨床でのアウトカムに違いが生じる可能性も考慮しなければならない[23]．炎症病態におけるTregの役割は複雑であり，病態によってTregの存在が有益が有害かが変わってくることが推察される（自己免疫疾患ではTregは有用であるとされている）．
[1] Mosmann TR, Coffman RL. TH1 and TH2 cells: different patterns of lymphokine secretion lead to different functional properties. Annu Rev Immunol 1989; 7: 145-73
[2] Sakaguchi S, Sakaguchi N, Asano M, et al. Immunologic self-tolerance maintained by activated T cells expressing IL-2 receptor alpha-chains (CD25). Breakdown of a single mechanism of self-tolerance causes various autoimmune diseases. J Immunol 1995; 155: 1151-64
[3] Weiner HL. Induction and mechanism of action of transforming growth factor-beta-secreting Th3 regulatory cells. Immunol Rev 2001; 182: 207-14
[4] Levings MK, Sangregorio R, Sartirana C, et al. Human CD25+CD4+ T suppressor cell clones produce transforming growth factor beta, but not interleukin 10, and are distinct from type 1 T regulatory cells. J Exp Med 2002; 196: 1335-46
[5] Hsieh CS, Liang Y, Tyznik AJ, et al. Recognition of the peripheral self by naturally arising CD25+ CD4+ T cell receptors. Immunity 2004; 21: 267-77
[6] Sakaguchi S. Naturally arising CD4+ regulatory t cells for immunologic self-tolerance and negative control of immune responses. Arru Rev Immunol 2004; 22: 531-62
[7] Hori S, Nomura T, Sakaguchi S. Control of regulatory T cell development by the transcription factor Foxp3. Science 2003; 299: 1057-61
[8] Shevach EM. From vanilla to 28 flavors: multiple varieties of T regulatory cells. Immunity 2006;25: 195-201
[9] Waterhouse P, Penninger JM, Timms E, et al. Lymphoproliferative disorders with early lethality in mice deficient in Ctla-4. Science 1995; 270: 985-8
[10] Scumpia PO, Delano MJ, Kelly-Scumpia KM, et al. Treatment with GITR agonistic antibody corrects adaptive immune dysfunction in sepsis. Blood 2007; 110: 3673-81
[11] Setoguchi R, Hori S, Takahashi T, et al. Homeostatic maintenance of natural Foxp3(+) CD25(+) CD4(+) regulatory T cells by interleukin (IL)-2 and induction of autoimmune disease by IL-2 neutralization. J Exp Med 2005; 201: 723-35
[12] Venet F, Pachot A, Debard AL, et al. Increased percentage of CD4+CD25+ regulatory T cells during septic shock is due to the decrease of CD4+CD25- lymphocytes. Crit Care Med 2004; 32: 2329-31
[13] Bone RC. Sir Isaac Newton, sepsis, SIRS, and CARS. Crit Care Med 1996; 24: 1125-8
[14] DrMagicianEARL. Immunoparalysis (SIRS，CARS，MARS). EARLの医学ノート 2011 Oct.27
[15] Hotchkiss RS, et al. The sepsis seesaw: tilting toward immunosuppression. Nat Med 2009; 15: 496-7
[16] Frazier WK, Hall MW. Immunoparalysis and adverse outcomes from critical illness. Pediatr Clin North Am 2008; 55: 647-68
[17] Pasare C, Medzhitov R. Toll pathway-dependent blockade of CD4+CD25+ T cell-mediated suppression by dendritic cells. Science 2003; 299: 1033-6
[18] Tsuji NM, Kosaka A. Oral tolerance: intestinal homeostasis and antigen-specific regulatory T cells. Trends Immunol 2008; 29: 532-40
[19] Kwon HK, Lee CG, So JS, et al. Generation of regulatory dendritic cells and CD4+Foxp3+ T cells by probiotics administration suppresses immune disorders. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 2159-64
[20] Aoyagi T, Yamamoto N, Hatta M, et al. Activation of pulmonary invariant NKT cells leads to exacerbation of acute lung injury caused by LPS through local production of IFN-γ and TNF-α by Gr-1+ monocytes. Int Immunol 2011; 23: 97-108
[21] Hiraki S, Ono S, Tsujimoto H, et al. Neutralization of interleukin-10 or transforming growth factor-β decreases the percentages of CD4+ CD25+ Foxp3+ regulatory T cells in septic mice, thereby leading to an improved survival. Surgery 2012; 151: 313-22
[22] Ono S, Kimura A, Hiraki S, et al. Removal of increased circulating CD4+CD25+Foxp3+ regulatory T cells in patients with septic shock using hemoperfusion with polymyxin B-immobilized fibers. Surgery 2013; 153: 262-71
[23] Kwon HK, Lee CG, So JS, et al. Generation of regulatory dendritic cells and CD4+Foxp3+ T cells by probiotics administration suppresses immune disorders. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 2159-64
by DrMagicianEARL
| 2013-11-09 19:21
| 敗血症性ARDS
