ヒト血液誘導性ミクログリア様細胞の改変による脳の逆翻訳研究

近年、脳の炎症は、さまざまな脳および神経精神疾患の病態生理学において極めて重要な役割を果たすことが示唆されています。ミクログリアは、ヒトの死後脳解析および陽電子放出断層撮影法(PET)ベースのバイオ^{イメージング技術}1,2,3,4によって、主要な免疫調節細胞として注目されています。死後の脳とPET画像解析により、重要な知見が明らかになりました。しかし、これらのアプローチは、ヒトミクログリアの動的な分子活性を脳内で完全に捉えるという点では非効率的です。したがって、ヒトのミクログリアの機能と機能障害を分子および細胞レベルで包括的に評価できるようにするための新しい戦略が必要です。

2014年には、直接誘導されたミクログリア様(iMG)細胞^5,6を作製する新しい技術を創製しましたが、2016年にヒト人工多能性幹細胞(iPSC)由来のミクログリア様細胞が初めて発表されました^7。わずか2週間で、サイトカイン、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子(GM-CSF)、インターロイキン34(IL-34)を最適化することにより、ヒト末梢血単球をiMG細胞に変換することに成功しました。この技術を開発した当時、iPS細胞や線維芽細胞から神経細胞を誘導する革新的なリプログラミング法が世間に普及し始めたばかりでした8,9,10,11。しかし、当時はまだiPS細胞由来のミクログリア細胞を誘導する方法は報告されておらず、ヒト体細胞由来のミクログリアモデルの生成が望まれていました。GM-CSFやマクロファージコロニー刺激因子IL-34などのサイトカインがミクログリア^12,13,14,15の発生と維持に必要であると報告されていることから、これらのサイトカインの組み合わせを直接適用して、血液単球からミクログリア細胞モデルを作製できるという仮説を立てました。最後に、GM-CSFとIL-34を組み合わせることにより、単球由来のミクログリアのモデルを開発することに^{成功した5。}また、これらのサイトカインの組み合わせの一部は、iPS^細胞からミクログリアを誘導するためにも用いられており^7,16、ミクログリア特性を獲得する重要な因子であると考えられる。

iPS細胞法とは対照的に、iMG細胞は遺伝子改変を必要とせず、単純な化学的誘導によって非常に短時間で作製できるため、時間と費用が削減されます。また、iMG細胞は遺伝子のリプログラミングを必要としないため、ヒトのミクログリアの形質だけでなく状態を評価するための強力な代理細胞であると考えています。2014年のiMG技術に関する最初の論文では、iMG細胞が単球やマクロファージとは異なるヒトミクログリアの表現型を示すことを確認しました。例えば、iMG細胞は、単球や膜貫通タンパク質119(TMEM 119)やプリン作動性受容体P2RY12などの典型的なミクログリアマーカーよりも、CX3Cケモカイン受容体1(CX3CR1)およびC-Cケモカイン受容体2型(CCR2)の過剰発現比を示した^5,17。最近、末梢血由来のiMG細胞は、脳手術を受けた同じ患者において、よく知られたミクログリアマーカーの遺伝子発現プロファイルにおいて、脳ミクログリアに類似していることを検証した¹⁸。iMG細胞は、食作用やサイトカイン産生など、分子レベルでの動的機能を解析することができ、死後脳研究やPET研究の欠点を補うことが期待されています。

私たちは、那須ハコラ病⁵、線維筋痛症¹⁹、双極性障害^20,21、またはもやもや病²²と診断された患者において、ミクログリアが関与するこれまで知られていなかった動的病態生理学的メカニズムを発見しました。さらに、本研究所独自の方法論に基づき、様々な研究室が重要な逆翻訳研究ツールとしてiMG細胞(一部の研究室ではこれらの細胞の別名を指定している)を採用している23,24,25,26,27。Sellgrenらは、我々の推奨に従ってiMG細胞を作製することに成功し、マイクロアレイ解析を行ったところ、これらの細胞がヒトの脳ミクログリアによく似ていることが明らかになった²³。最近、RNAシーケンシング¹⁸を用いて、ヒトiMG細胞と脳初代ミクログリアとの類似性を確認しました。

本研究は、ヒト末梢血からiMG細胞を作製し、精神神経疾患に焦点を当てたリバーストランスレーショナル研究を促進する方法論を文書化することを目的としています。この技術は、遺伝子導入装置や熟練した人員が不足している設備の整った研究室でも、短期間でミクログリア細胞モデルを容易に作成できる合理的な分析ツールとしての可能性を示しています。