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Potential impact of SARS-CoV-2 infection on the thymus

Potential impact of SARS-CoV-2 infection on the thymus

www.nrcresearchpress.com/doi/10.1139/cjm-2020-0170#.XwiH7ygza8F

要旨

特定のウイルス剤の病態を理解することは、新しい治療法を開発し、臨床的な治療法を得るために不可欠である。2020年初頭の新型コロナウイルス（SARS29 CoV-2）パンデミックの発症に伴い、研究や薬剤開発が急がれ、知識のギャップに対処し、世界の科学研究コミュニティに貢献しようとする論文が発表されている。

SARS-CoV-2感染の中枢リンパ系器官である胸腺への感染性や反響については、胸腺細胞や胸腺上皮細胞への感染性や反響についての報告はまだない。本稿では，SARS患者にみられるリンパ球減少症と，この新しいウイルスによって胸腺が受ける可能性のある病理学的変化についての仮説を提示する。

はじめに

免疫不全Tリンパ球の発生器としての重要な機能のために、胸腺は、中心的なリンパ器官としての機能を果たすために、そのマイクロアーキテクチャーを維持している。生体内での役割にもかかわらず、この器官は有機的な変化、特に感染状態に対して非常に敏感である。

文献の中のいくつかの報告では、ウイルス性病原体が胸腺の構造と生理をどのように変化させるかが指摘されており、胸腺への直接の侵入も含まれている。この関連性を考慮して、また、SARS-CoV-2による世界的な大惨事を考慮して、この最近の病原体が胸腺に有害な影響を与える可能性を評価することに興味を持っている。

他のウイルス、その局所的・全身的影響、SARS-CoV-2に関する最新の研究と関連して、このテーマについて仮説を立て、以下に述べる。

SARS-CoV-2は他の人獣共通感染ウイルス（MERSやSARS関連コロナウイルス）と同様にBetacoronavirus属に属しているが、遺伝的にはこれらのウイルスとは異なる。したがって、SARS-CoV-2はコウモリに由来する可能性があり、他の増幅宿主がヒトへの疾患伝播に役割を果たしている可能性がある（Dhama et al. この病原体は感染後、発熱、乾いた咳、頭痛、呼吸困難などの臨床症状を伴う急性で致死性の高い肺炎を引き起こす。

最も重篤な症例は高齢者や既往症（糖尿病、高血圧、肥満）のある人に多く報告されており、致命的な転帰をもたらす可能性がある（Samavati and Uhal 2020）。患者に対する特異的な治療法はまだなく、予後の改善のためには免疫系の細胞や臓器に着目した治療法の開発が急務となっている。

胸腺の一般的な側面

一次リンパ系器官である胸腺は、T細胞の生成と成熟を担っている。この器官は、形態学的にもかかわらず、すべての顎を持つ脊椎動物で発生する。

解剖学的には、胸腺はリンパ上皮器官で構成され、上縦隔内の最も前方の構造である。胸腺の2つの小葉は小葉に分かれている。これらの小葉は、未熟なTリンパ球が占める外側の皮質と成熟したTリンパ球が占める内側の髄質を持っている。これらの細胞は胸腺を離れるまで胸腺細胞と呼ばれている。

大脳皮質と髄質の間の交差領域はコルチコ-髄質接合部であり、これは激しく血管化されている(Thapa and Farber 2019)。

胸腺微小環境は、発育中の胸腺細胞と間質細胞との相互作用が行われる立体的な構造をしている点が特徴的である。この微小環境は、特定の細胞型で構成されている（表1）。

それらは胸腺上皮細胞（TECs）であり、皮質および髄質、線維芽細胞、間葉系細胞、神経系細胞、血管系細胞、さらに樹状細胞（DC）、マクロファージ、Bリンパ球の造血集団である。

TECは、胸腺のための前駆細胞の走化性、および成熟T細胞への胸腺細胞の分化を促進するため、胸腺微小環境の中で最も顕著な間質細胞である（Cepeda and Griffith 2018）。

胸腺間質細胞と胸腺球の相互作用は、細胞間の接触を介して起こるだけでなく、コラーゲン（タイプI、IIIおよびIV）、フィブロネクチン（FN）およびラミニン（LM）を主成分とする胸腺間質によって産生される細胞外マトリックス（ECM）を介しても起こる。

さらに、弾性線維やレチキュリンもまた、ヘパラン硫酸やヒアルロン酸などのグリコサミノグリカンを含む胸腺ECMの一部である。

これらのマトリックス成分は、メタロプロテアーゼ（MMP）およびその組織阻害剤（TIMP）によるECM分解の動的制御に関与する調節機構の標的である（Savino et al 2004）。

胸腺細胞の分化過程は、前駆細胞がコルチコ髄質接合部の血管を通って胸腺に入るときに始まる。胸腺におけるT細胞の発達の間、胸腺細胞の運命の第一の決定因子は、T細胞抗原受容体（TCR）の関与である。さらに、胸腺細胞は、CD4およびCD8糖タンパク質のような細胞表面マーカーの有無によってモニターされる。

連続して、胸腺細胞は、二重陰性、二重陽性、および単一106陽性CD4またはCD8と呼ばれる。最後に、成熟細胞は胸腺から移住し、リンパ節、脾臓、粘膜関連リンパ組織などの末梢リンパ系器官に寄生する(Yap et al. 2018)。

胸腺の生理学（リンパ系および微小環境コンパートメントの両方を含む）は、ホルモンの変動（老化、妊娠）および病理学的状態（栄養不良、感染）などの内因性または外因性因子に対して非常に敏感である。これらの変化は、成熟したT細胞の輸出が少なくなるため、末梢免疫応答の障害につながる結果となる可能性が高い。

残念なことに、疾患研究は末梢免疫系に多くの焦点を当てており、胸腺への影響や病態生理におけるその役割を評価していない(Savino and Dardenne 2010)。

胸腺感染症の反響

胸腺のウイルス感染症は、ヒト免疫不全ウイルス（HIV）感染症の場合を除いて、あまり研究されていない。

臨床や形態学的な報告、実験モデルなどがあり、HIV感染症で起こる胸腺機能障害や侵襲を証明している。これらの変化の引き金となるメカニズムには、ウイルスによる直接的な胸腺細胞の死滅、アポトーシス、胸腺間質構造の破壊などがある。胸腺の復元を目的とした免疫学的介入は、後天性免疫不全症候群（AIDS）患者における胸腺造血の機能は、CD4+細胞数の制御を改善するのに役立つ（Ye et al 2004）。

いくつかの急性感染症では、胸腺の重度の萎縮と髄質と皮質の両方の萎縮が、胸腺細胞の激しい枯渇によって観察されており、皮質では主に二重陽性（CD4+CD8+）の胸腺細胞が減少している。この亜集団は非常にデリケートであり、不利な刺激によりすぐにアポトーシスに誘導される可能性がある。

急性感染症で見られる胸腺萎縮の原因となる正確なメカニズムは完全には解明されておらず、異なる疾患で異なる可能性がある。また、表現型の変化、細胞増殖、およびLM、FN、およびタイプIVコラーゲンなどのECM成分の沈着の増加を伴うTECネットワークの損傷もある(Savino 2006)。

局所的または全身的な感染は、胸腺の構造および機能に有害な影響を及ぼす。さらに、特定のウイルス、および細菌、真菌、寄生虫などの他の病原体は、胸腺に直接侵入し、微生物特異的な耐性および宿主の抵抗力の低下をもたらす。感染は、胸腺細胞における中枢性耐性プロセスの障害をもたらし、正および負の選択イベントの両方に影響を与える。

重要な点は、未解決の問題を表す病原体特異的調節性T細胞の生成、T細胞アレルギーまたは分化病原体反応性T細胞の負の選択を含む（Nunes-Alvesら（2013））。

Albanoら（2019）は、ウイルス性胸腺感染症に関する興味深いレビューを発表した。この研究では、ウイルスの種類、胸腺内の細胞標的、および感染の免疫学的帰結に関連する情報をまとめている。

マウス白血病ウイルス（MLV）、リンパ球性絨毛膜炎ウイルス（LCMV）、病原性インフルエンザウイルス（H7N7、H5N1、H1N1v）、HTLV-1ウイルス、麻疹ウイルスなどについてのデータが掲載されている。

さらに、本年度は、(2020)は、ジカウイルスが生体内試験（in vivo）および試験管内試験（in vitro）の両方でヒトTECを標的としていることを示す説得力のある証拠を提供し、したがって、臓器トロピズムに関連するウイルス病原体のリストを増加させる。

したがって、我々は質問をする：コロナウイルスと胸腺との関係は何か？

コロナウイルスと胸腺

コロナウイルス科は、ニドウイルス目に属し、アルテリウイルス科、ロニウイルス科と並んでいる。コロナウイルス（CoV）は、マウス、ラット、ニワトリ、七面鳥、ブタ、イヌ、ネコ、ウサギ、ウマ、ウシ、ヒトで確認されている。

これらのウイルスは、主に呼吸器系、腸管系、肝系、中枢神経系の疾患に関連している。これらのウイルスは、人や動物の健康に深刻な影響を与える病原体である。CoVsは、このクラスのウイルスとしては非常に大きなゲノムを持つ正鎖RNA（+RNA）ウイルスであり、そのゲノムは約30kbである（Decaro and Lorusso 2020）。

これまでに、6つのヒトコロナウイルス（HCoV）が同定されており、2019年12月下旬に新規コロナウイルス（SARS-CoV-2）が同定された（Wu et al. CoVに感染したマウスは、感染による胸腺の変化によって最も特徴づけられる。

コロナウイルス科のメンバーであるマウス肝炎ウイルスA59（MHV-A59）、マウス肝炎ウイルス2型および型（MHV-2およびMHV-3）は、胸腺に同様の影響を示す。成体BALB/cマウスのMHV-A59感染は、胸腺の重度の一過性の萎縮、CD4+CD8+胸腺細胞の選択的枯渇、およびアポトーシスの増加レベルを誘導した(Godfraind et al. 1995)。

MHV-2は感染後数時間で広範な細胞溶解を促進し、皮質髄質境界は大脳皮質の低細胞性のため区別がつかなかった。ウイルス抗原はリンパ系細胞、上皮および内皮間質細胞で発現していた（Lee et al. MHV-3を腹腔内感染させたCBAマウスでは、胸腺の重量と細胞性が著しく減少し、胸腺皮質では有意な菲薄化と細胞性の低下が認められた。

不規則な腫瘤の大きなクラスターが無秩序なコルチコ髄質領域に散在している(Verinaud et al. 1998)。

ネコ感染性腹膜炎（FIP）は、ネココロナウイルス亜種の感染症であり、そのリンパ系器官でアポトーシスとT細胞枯渇を示す。DNA断片化は胸腺で観察され、胸腺細胞は対照細胞と比較して有糸分裂刺激（ConAおよびIL-2）に対してより少ない反応を示した（Haagmans et al 1996）。

腸管コロナウイルス（CCoV）は、一般に、腸管上皮の自己限局性感染症の病因として認識されており、一般に、軽度または無症状の腸炎のみを引き起こす（Buonavoglia et al 2006）。

CCoV II型の高病原性変異型（CB/05株-パントロピックCCoV株）は、急性リンパ球減少症、脾臓の肥大、リンパ節の出血を引き起こする。また、感染後7日目には犬の胸腺、脾臓、腸間膜リンパ節に低CCoV力価（RNAサンプル）が検出された（Decaro et al. トルココロナウイルス（TCoV）はブラジルの商業家禽に感染しており、PEMS187 Poult Enteric Mortality Syndrome の疑いがあると報告されている。

症状のある鳥は、その後、剖検に提出された。しかし、血清からは TCoV に対応するウイルス RNA は検出されず、胸腺からは TCoV ウイルス RNA は検出されないであった (Silva et al. 2009)。

コロナウイルスは一般的に宿主範囲が制限されており、ある種の疾患に関連するウイルスは、他の種で複製する能力が制限されている可能性がある。SARS-CoVは、ヒトに感染する動物性ウイルスである可能性が高いため、この一般的なパターンとは異なる。したがって、経鼻投与後、SARS-CoVはBALB/cマウスの呼吸器管内で高濃度に複製された。

感染後2日目の胸腺の顕微鏡検査では、有意な病理組織学的変化は認められず、1日目に安楽死させた動物の胸腺では有意な病理組織学的変化、ウイルス抗原、核酸は観察されなかった（Subbbarao et al 2004）。

SARS-CoVの胸腺細胞への感染性については、決定的なデータはないが（私たちの知る限りでは）、SARSやMERS患者ではリンパ球減少が一般的に見られることがすでに報告されている。つまり、SARS-CoVが直接T細胞に感染している可能性があるが、リンパ球減少の正確な原因は不明である。

骨髄や胸腺の造血前駆細胞の抑制が関与しているのではないかと推測されている（Zhou et al. そのことを裏付けるために、アンジオテンシン変換酵素（ACE2）というメタロペプチダーゼがSARS-CoVの機能的受容体として同定されている。

それにもかかわらず、胸腺細胞は一貫してACE2に対して陰性であった（Hamming et al. 結論として、胸腺がその感染で何らかの変化を示す場合、見られる病理学的変化は、おそらくウイルスに対する異常な免疫反応の全身的な影響に関連している。

さらに、悪化要因として、高齢者に見られる胸腺の侵襲がある。加齢に伴う免疫新生は、高齢者の病原体に対するT細胞の反応性を低下させ、COVID211の感受性と重症化の要因と考えられている。

一方で、Nunes-Alvesら（2013）によって議論されている「トロイの木馬」モデルがあり、T細胞は周辺部から胸腺に循環し、特定のDCサブセットはT細胞耐性の調節のために周辺部（例えば、肺）から胸腺これらの細胞が感染した場合（リンパ球がコロナウイルス受容体ACE2を発現するため）、それらが器官に到達したとき、それらは感染剤（SARS-CoV-2のような）を運び、胸腺感染を播種することができる。

最後に、最後のシナリオは、血流中の循環病原体が、CD147（Wang et al. 2020）のような別の細胞受容体、またはまだ同定されていない別の分子を用いて、胸腺に入り、細胞に感染することができるというものである。

今後の展望

この病気を研究し、ワクチンや抗ウイルス薬を評価するためには、この病気を模倣した動物モデルが必要である。さらに、多くのヒト病原体は野生型マウスでは複製されない。

現在のところ、SARSの単一の動物モデルでは、ヒトに感染したときの疾患のすべての側面を再現することはできない。SARS-CoVは若いマウスの肺で複製するが、病気の兆候は見られない。

動物モデルにおける感染経路は、ヒトにおけるSARSの感染経路に比べて短縮されている（Roberts et al. また、ヒト/マウスのキメラモデル（ヒト化マウス）を作成することにより、生体内で研究できるヒト病原体の数が飛躍的に増加し、治療薬の生体内試験（in vivo）試験が容易になる。特に、骨髄/肝臓/胸腺ヒト化マウスは、MERS-CoVを用いた研究に使用されており（Wahl et al 2019）、SARS-CoV-2への拡張が可能である。

非ヒト霊長類は、解剖学的、生理学的、免疫学的にヒトと類似しており、ヒトにおけるコロナウイルス感染の病態を再現するための理想的なモデルである。SARS-CoVはアカゲザル、シノモルグマ、アフリカミドリザルに感染することが示された。

臨床症状、ウイルス複製、および病理学的特徴は種によって異なっていた。制限（コスト、入手可能性、および遺伝的変異）にもかかわらず、コロナウイルスワクチン候補は、ヒト臨床試験に先立って、非ヒト霊長類で評価されるべきである（Gretebeck and Subbarao 2015）。しかし、SARS-CoV-2パンデミックの緊急性を考えると、このステップは加速されなければならない。

SARS-CoV-2に対するワクチン接種のために、ウイルス全体を殺したもの、または生きたまま減衰させたSARS-CoV-2ワクチン、組換えSARS-CoV243タンパク質またはDNAワクチン、およびSARS-CoV-2遺伝子を発現するウイルスベクターのような、異なる戦略が考えられる。

これらの選択肢は、動物のCoVに対するワクチン接種、特にフェレットのワクチン接種に成功するために使用されてきた。

これらの動物において、SARS-CoV感染は、胸腺（うっ血および出血を伴う2つの葉）に著しい出血をもたらし、SARS Can．J. Microbiol. Downloaded from www.nrcresearchpress.com by 125.1.182.252 on 07/09/20 For personal use only.ワクチン（経鼻および皮下ルートによる）は、症状の重症度を部分的に低下させ、特にそれ以降の時期に重症化した（See et al. しかし、ヒトでの完全な保護は、マウス、フェレット、霊長類モデルが示唆する以上に難しいかもしれない。