演題詳細

教育講演 / Educational Lecture

教育講演2 (Educational Lecture 2) : プログレス

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日程
2013年10月11日(金)
時間
13:55 - 14:25
会場
第3会場 / Room No.3 (さっぽろ芸文館 3F 蓬莱)
座長・司会
辻 浩一郎 (Koichiro Tsuji):1
1:信州上田医療センター 小児科
 
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臨床応用に向けたiPS細胞戦略

演題番号 : EL-2

江藤 浩之 (Koji Eto):1

1:京都大学iPS細胞研究所 臨床応用研究部門

 

はじめに

 2012年のノーベル賞医学・生理学部門は,ジョンガードン博士,山中伸弥博士の2名に授与された。ノーベル賞効果は恐ろしいものである。以来,多くの新聞や雑誌も,人工多能性幹細胞(induced pluripotent stem cells: iPS細胞),山中伸弥(敬称,略)の名前が頻繁に登場する。iPS細胞とはいったい何者であろうか? 化け物であろうか? そう,化け物である。
 ノーベル賞の受賞理由は“成熟細胞が初期化され多能性をもち得ることの発見に対して”である(Nobelprize.orgより)。すでに50年も前に実は成功していた人為的な“初期化”は長い間人々に忘れ去られていた時期がある。しかし,山中らが2006年に成功したiPS細胞の作製は瞬く間に世界を圧巻し,ガードン博士が扉を開いた新しい学問領域を再び呼び戻す事に成功した。本稿では,iPS細胞の登場が我々のような末端の研究者にもたらした試練と希望を概説する。

1.初期化(リプログラミング)研究のはじまりとiPS細胞の誕生

 ガードン博士がオタマジャクシの腸の細胞核を別の個体由来の卵子に核移植して成し遂げたクローンカエル1)は,(i)細胞核は初期化可能であること,(ii)初期化するための因子が卵子に存在していること,(iii)個体の全ての細胞の遺伝情報が共通である事(注意:これは,現在DNA鑑定などに応用されている!)などを明らかにした。その後,クローン羊である ‘ドリー’がイアン・ウィルムト博士により作製されるまで2),ほ乳類での初期化が可能である事に疑義があったものの,若山照彦博士らのクローンマウス3)などのその他のクローン動物の誕生が続くことになったのは周知のとおりである。一方,1998年のヒト胚性幹細胞(embryonic stem cells:ES細胞)の誕生と同時に広まった ‘再生医療’ へのES細胞応用という方向性が定まった事によって,一気に受精卵の状態に近いES細胞の特性を明らかにする研究も発展してきた4, 5)。上記の“初期化”を起こすメカニズムの研究から,京都大学再生医科学研究所の多田高博士らが発表した研究につながり6),ES細胞にも“初期化”を引き起こす因子が存在する事が示唆されるようになった。こうした歴史の積み重ねとその歴史そのものを真摯に見つめて来た山中博士の鋭い洞察力の結果として,初期化因子である山中4因子(Oct3/4,Sox2,Klf4,c-Myc)が発見された7, 8)。山中らの偉業の裏には,米国フレッドハッチンソン研究所のディビス,ワイントラウブ両博士らが1987年に発表した線維芽細胞にMyoD(転写因子)を導入する事で細胞の運命を変えて骨格筋になることの驚くべき現象が存在する9)。その後,MyoD以外には細胞の運命変換を可能にするための遺伝子が見いだされなかった。しかし,iPS細胞誕生のように“複数の遺伝子の組み合わせ”という実証例が出てくる事で,多くの細胞での運命変換実例が明らかにされた。これらは,“ダイレクトリプログラミング”と呼ばれ,多くの分化細胞が運命決定を起こして,目的細胞に“化ける”ことが明らかにされている。iPS細胞の誕生や“ダイレクトリプログラミング”に共通するのは,こうした因子が‘転写因子’ 遺伝子である事であり,なぜ転写因子が細胞の運命を簡単に変換できるのかは,今後の大きな興味の一つである。

2.京都大学iPS細胞研究所の掲げた4つの目標:疾患iPS細胞の有益性

 iPS細胞の発見を契機として発足したiPS細胞研究センターが母体となり,京都大学では2010年春に大学の正式な附置研究所としてiPS細胞研究所(CiRA)が設立された。本研究所は10年計画で以下の4つの目標を掲げている。
 (1)iPS細胞の基盤技術を確立し,知的財産を確保する。
 (2)再生医療用iPS細胞ストックを構築する。
 (3)前臨床試験を行い,臨床試験を目指す。
 (4)患者さん由来のiPS細胞による治療薬の開発に貢献する。
 (1)はまさにどうやって体細胞に,転写因子である山中因子(あるいはその類似体)を強制発現させることで,初期化が起きるのかを明らかにするための基礎研究である(つまり,化け物の本体は何か?)。山中4因子それぞれの転写因子が異なったレベルの発現量により初期化の割合や初期化クローンの増殖スピードなどが大きく異なる事が明らかになってきている。しかしながらその本質的な解明は未だ成されていない10, 11)。(2)は,臨床応用するためのグレードのHLA (Human Leukocyte Antigen:ヒト白血球抗原)のタイプが違うiPS細胞を可能な限り早く,ストック化する壮大な計画である。しかしながら,そこにはまだまだ解決しなければならない課題が立ちはだかっている。
 例えば,iPS細胞をマスターセルバンクのような形でストックする場合,少なくとも樹立される複数のiPS細胞クローンのうち,どのクローンのiPS細胞がシードバッチになり,マスターセルに最適かを選択する作業が必須である。Fig.1のクローンAとBを比較してみると目的の血液細胞への分化誘導効率を検証する場合の労力,時間,コストは多大となる。分化する前の段階で規定する有意なマーカー等の探索が課題であろう。
 次に,医学生物学的な「安全性確保」の観点から,iPS細胞樹立においての懸念事項をFig.2Fig.3に記載した。こうした問題点は氷山の一角であり,すべての考慮すべき懸念材料の洗い出しと解決法を見いだす作業がCiRAにおいて進行している。同時に,H25年度中には一例目のドナー(HLAホモタイプ)由来iPS細胞を樹立する作業が開始される。
 CiRAの掲げた目標(3)も実際の患者さんの治療を目的に開発する研究である。次章以降で,血液分野における再生治療の方向性について言及したい。
 一方,(4)は疾患の病態解明や創薬への活用が目標になっている。iPS細胞の大きな利点は,病気を発症した患者の体細胞からiPS細胞を樹立することができる点である。例えば,現在まで治療方法が見いだされていない筋萎縮性側索硬化症などの患者由来の多数のiPS細胞クローンが樹立されている12, 13)。iPS細胞の造血研究への貢献においても,疾患患者由来のiPS細胞は大きな武器となっている。特に造血期腫瘍の病態解明並びに治療薬の開発の観点から,黒川らの仕事14)のインパクトは大きい。
 更に,マウスモデルがヒトの病気を完全に模倣できていない場合,疾患iPS細胞は有効である。筆者らも,骨髄移植治療により救命できた遺伝性無巨核球性血小板減少症(Congenital Amegakaryocytic Thrombocytopenia (CAMT))患者の皮膚細胞(皮膚は移植された後もc-Mplの異常を保持,血液細胞は正常)からiPS細胞を樹立した。このCAMT疾患iPS細胞株を用いて初期造血過程を詳細に解析したところ,ヒトの多能性造血前駆細胞,巨核球赤芽球共通前駆細胞,赤血球前駆細胞,及び巨核球前駆細胞の各段階におけるトロンボポエチン(TPO)/c-Mpl受容体の役割が,マウスモデルによって明らかになってきたMplの機能とは異なっている事を明らかにした15)。このように,ヒトiPS細胞を研究ツールとして利用することによって,未解明であった多くの“ヒト”の病気の本質が理解され,治療法や治療薬の開発を促進するための大きな力になると思われる。

3.血液領域における再生医療の標的

 臨床血液の中で最も問題となっているのはなんと言っても造血幹細胞移植のための骨髄ドナー,臍帯血ドナー,末梢血ドナーが足りない事にある。iPS細胞を樹立する際のソースは,CiRAでの目標(2)の実現に向けた検証から,ドナーの末梢血が最も適していることが示唆されている16, 17)。末梢血液であれば,比較的容易にドナーとなっていただける可能性が高まる。iPS細胞から移植可能な造血幹細胞が誘導できれば,移植ソースとしてだけでなく,各種の血液細胞を誘導可能である。更には,Fig.4に呈示したように,多能性幹細胞(ES細胞,iPS細胞)ではZinc finger nuclease法やTALEN法を用いる事で体細胞では難しかった遺伝子改変,修復が比較的容易にできるため,遺伝子異常,欠損などによって発症する血液疾患や一部の代謝疾患に対する遺伝子治療の実現も可能と想定できる(Fig.4)。

4.トピックス1:テラトーマ(奇形腫)法によるヒト造血幹細胞の誘導成功

 マウスES細胞にホメオボックス遺伝子であるHoxB4を強制発現することで,移植可能な造血幹細胞様の細胞を誘導した論文がCell誌に発表され,脚光を浴びた18)。このHoxB4の効果によって誘導されたマウス造血幹細胞(hematopoietic stem cell:HSC)様の細胞は,放射線照射したマウスへの移植後に骨髄系細胞優位の骨髄再構築効果が現れ,リンパ球の再構築は観察できなかった。一方,ヒトES細胞を使用したHOXB4強制発現による免疫不全マウスへの移植実験では,3系統の造血を再構築できるHSC様の細胞を得る事はできなかった19)
 最近になり,東京大学の中内らのグループが,ユニークな方法により免疫不全マウスに移植後生着し3系統のヒト血液を供給できる能力をもつヒトHSC様細胞をヒトiPS細胞から作製することに成功した20)。ヒト多能性幹細胞の多分化能を検証するためには,ヌードマウスなどの免疫不全動物に移植をして,良性腫瘍である奇形腫が形成できるかにより判断する。奇形腫は,いわば受精卵から発生した個体組織形成のプログラムが正常でない3胚葉すべての集合体であるため,“個々の細胞”の発生プログラムさえ正しく行われさえすれば,その細胞にとっての最適な環境を自ら探しだす可能性があると考えたわけである。実際,奇形腫形成マウスの骨髄の中にはヒトCD45陽性の血液細胞が認められ,本細胞を放射線照射した免疫不全マウスに移植したところ,骨髄再構築し末梢血中に3系統のヒト血液細胞が観察された。奇形腫のなかで発生したと考えられるヒトiPS細胞由来のHSC様細胞は,移植されたマウスの骨髄ニッチに ‘ホーミング’ した後,自己複製と血液細胞に限局した多分化能を保持していたものと思われる。同じ方法を用いたヒトHSC誘導の報告が,Harvard 大学のTenenらによりBloodに発表されているので,こちらも参照されたい21)

5.トピックス2:免疫細胞による再生免疫療法

 iPS細胞技術を用いた血液疾患治療モデルとしては,免疫細胞を用いたテーラーメード医療が提案されている。熊本大学の千住らは,TAP2を欠損させたヒトiPS細胞を作製し,MHC class I欠損症に一致する表現形の樹状細胞を誘導することでユニバーサルに抗原呈示を可能にする樹状細胞株の樹立に成功した22)。更に我が国の2施設(東京大学および理研横浜)から2013年最初の号のCell Stem Cell誌に同時に発表された報告では,同じコンセプトに基づく画期的な治療モデルを提案している23, 24)。この2施設からの報告では,ヒト免疫不全ウイルス(Human Immunodeficiency Virus: HIV)患者,もしくはメラノーマ罹患患者由来CD8+Tリンパ球からiPS細胞を樹立し,それぞれウイルスあるいはがん抗原を認識するT細胞受容体の特異的配列が保持されたiPS細胞,そこから誘導した ‘若返った’ CD8+細胞障害性Tリンパ球を誘導する技術開発に成功した。例えば,がん患者では少数ながらがん抗原を特異的に認識できるCD8+細胞障害性Tリンパ球が存在する。しかし,抗腫瘍免疫はアナジー(非反応性)という状態,つまり細胞が疲弊している為に機能していない事が示唆されている。iPS細胞を経由する ‘がん抗原認識Tリンパ球’ は,がん抗原を認識する能力を保持したまま,高い細胞殺傷能力をもつことが特徴である。iPS細胞の登場により新しい免疫療法への期待が高まっている。

6.トピックス3:輸血製剤の開発

 血小板輸血は,一般的には,血液型やHLA型を一致させる必要は無い。しかし,白血病や血小板減少症の治療のため繰返し血小板輸血を行うことによって,自己と異なるHLA/HPA (Human Platelet Antigen)に対する血小板抗体が産生されて,その結果,輸血不応症を引き起こすことが知られている25)。このように輸血不応症を引き起こす可能性がある患者にとっては,HLA/HPAの適合血小板を移植することが最善の治療法となる。しかし,現実的に,レシピエントとHLA/HPAが適合する血小板を有するドナーは非常に限られるため,輸血用血小板を安定的に供給することができない問題が生じる。また,ドナーにとっても,肉体・精神的負担がかかってしまう。更に,血小板は,室温保存が必須であり,保存可能期間が本邦の場合4日程度と極端に短いため,医療現場での需要に対して安定した供給を継続することが困難である。
 筆者らは,ヒトES細胞由来の造血前駆細胞から巨核球を分化誘導させて血小板を生産させる方法をベースに26),ヒトiPS細胞から機能性血小板を生産させることに成功した27)。この研究開発の中で山中因子の一つ,c-MYCが巨核球の増殖や分化,最終的な血小板産生にとって重要な役割をもつことを明らかにした。この新しい発見が契機になり,現在は大量に巨核球を産生するための大量培養法の開発を通じた大量血小板供給の実現を目指している。

7.おわりに

 iPS細胞を治療に応用する為の背景と血液疾患モデルに焦点を当てた我が国を中心とした研究開発の実例を紹介した。iPS細胞が登場して6年でのノーベル賞受賞はあくまでも従来の概念を覆した“パラダイムシフト”であったからで,それが患者に寄与した結果ではない。私たちを含む世界中の研究者や企業は,“治療法”の実現化の道を造成することが希求され,それが激烈な競争状態になっている。しかしながら,実現化しなければ,次のパラダイムシフトは起こせない。そう,iPS細胞がもたらした試練をもっと多くの研究者や臨床家と分かち合いたいと願っている。

文  献

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