COVID-19パンデミックの男女間格差における新たなアクターとしてのmicroRNAの可能性
microRNAs as new possible actors in gender‐disparities of Covid‐19 pandemic
onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/apha.13538
これまでに行われた臨床および疫学的調査に基づいて、コロナウイルス疾患2019（COVID-19）に罹患した患者の転帰には男女格差が存在し、男性は女性よりも重篤な形態と高い致死率を示している1 。現時点では、観察された差異の根底にあるメカニズムは十分に明らかにされていない。
COVID-19 の原因ウイルスである SARS-CoV2 ウイルスはコロナウイルス科に属しており、SARS-CoV や MERS の原因ウイルスと高い類似性を有している。そのため、これらのコロナウイルスに関する過去の研究から得られた知識のおかげで、科学者はSARS-CoV-2ウイルスの病原性の様々な側面を理解することができた。しかし、これらの相同ウイルスにはいくつかの類似点があることに加えて、疫学的データから明らかになった性別に関連した結果の不一致が重要なポイントとなっている2 。
コロナウイルスは、正一本鎖 RNA ゲノムを持つエンベロープ型ウイルスであり、さまざまな動物やヒトにおける重症度の異なる腸管疾患、呼吸器疾患、中枢神経系疾患の原因となっている。これらのウイルスは、細胞受容体に結合する表面タンパク質スパイク（S）を介して標的細胞に感染し、その後、ウイルスエンベロープと宿主細胞膜を融合させることができる。
タンパク質配列解析の結果、SARS-CoVとSARS-CoV-2のSタンパク質は76%のタンパク質同一性を有しており、宿主細胞受容体ACE2を共有していることが明らかになった。ACE2はメタロペプチダーゼであり、その切断はウイルスの取り込みを促進する可能性があるが、スパイク（S）タンパク質との相互作用により、SARS-CoV-2標的細胞の浸潤がもたらされる。
感染プロセスを完了するためには、SARS-CoV-2は、ウイルスや細胞のタンパク質を切断できる宿主共受容体を必要とする。その中でも、TMPRSS2、ADAM17、フーリン がこのプロセスに関与していることが報告されている3 。
COVID-19の致死性における性差の最も重要な説明の一つは、SARS-CoV-2がヒト宿主細胞内に侵入するために使用する細胞内受容体および共受容体の性ホルモンによる調節である。実際、X-linked ACE2遺伝子の発現はエストロゲンによって制御されるのに対し、TMPRSS2コード遺伝子はアンドロゲン応答性プロモーターによって特徴づけられる4 。
前述のコード化遺伝子への直接的な影響の他に、マイクロRNAが重要な役割を果たすことがある。遺伝子発現の転写後モジュレーターとして作用するこれらのマイクロRNAのいくつかは、性ホルモンによって制御されている。さらに、X染色体にはマイクロRNAが豊富に存在している。
COVID-19の感受性と転帰の性差の根底にあるメカニズムを調べるために、コロナウイルス感染を促進するACE2との共受容体の調節に関与するmiRNAに注目した。
TMPRSS2は、アンドロゲン応答性遺伝子によってコードされるセリンプロテアーゼである4 。そのため、男性は女性に比べてTMPRSS2の発現が高いと予想されているが、いくつかの物議を醸す結果が報告されている。
実際、肺組織における TMPRSS2 の mRNA 発現は男女間で差が見られなかった5 。このため、アンドロゲンによる直接的なTMPRSS2遺伝子の制御に加えて、miRNAによるTMPRSS2の転写後制御の可能性を検討した。
TargetScanのオンライン予測ツールによると、TMPRSS2を標的とすると考えられるmiRNAの中で、let-7a-g/iとmiR-98-5pはlet7ファミリーの別のメンバーであり、性別に特異的な方法で調節されている可能性があることがわかった。let-7a-g/i はエストラジオール修飾遺伝子の遺伝子内領域に位置しており、エストロゲン/ERαの活性化により発現が上昇することがわかった6 。
Let-7a は卵巣癌細胞においてエストロゲンやプロゲステロン治療により発現が正に制御されていることがわかった。また、乳がん細胞（MCF7 細胞株）では、17β-エストラジオール（E2）が Let-7 ファミリーメンバーの発現を誘導した7 。
一方、前立腺癌細胞では、アンドロゲン作用下で発現が低下していた8 。さらに、エストロゲン応答性miRNAであるmiR-98-5pは、ERα陽性調節を受けている7 が、IL-6遺伝子と結合して発現を抑制し、TNF-α、IL-1β、IL-10などの炎症性サイトカインに影響を与えている。
そのため、エストロゲンはTMPRSS2の翻訳を阻害するmiRNAの発現を誘導し、SARS-CoV-2感染に必要なTMPRSS2の利用可能性を低下させていると考えられる。また、多くの役割を持つlet-7のmiRNAは、病原体感染時のサイトカイン発現を制御し、免疫と密接に関連していることが報告されている。さらに解析を深めるためには、別のタイプの遺伝子発現制御を検討する必要がある。
我々は、let-7 ファミリーの miRNA の正準結合部位と非正準結合部位を持つ lncRNA H19 を同定した。試験管内試験（in vitro）および生体内試験（in vivo）での解析により、H19 が let-7 の利用可能性を調節できることが実証された。
また、H19はlet-7ファミリーをスポンギングすることでIL-6の発現を調節し、その標的miRNAを隔離することでTMPRSS2の発現を誘導する可能性があることが示唆された。このようなH19の作用が、がん細胞に感染するウイルスの能力を高める原因になっている可能性があると考えられる。
ADAM17は、ジシンテグリンおよびメタロプロテアーゼドメイン17であり、ACE2のような膜に固定された様々なサイトカイン、受容体、リガンド、酵素のエクトドメインの放出に関与している。ADAM17はすでにSARS-CoVの共受容体として同定されている。
感染症（SARS）に対するADAM17の役割については議論があるとしても、Heurichらは、ウイルス感染からの防御におけるADAM17の役割を示唆したが、他の研究ではADAM17の作用が細胞内へのウイルス侵入に必要であることを示唆している。したがって、SARS-CoV-2感染におけるADAM17の役割をより深く解明するためには、さらなる研究が必要である。
興味深いことに、ADAM17は、TNF-αおよびIL-6Rを含むプロ炎症性サイトカインおよびサイトカイン受容体の活性化に関与しているため、炎症において決定的な役割を果たしている。COVID-19感染の重篤な結果の一部は、IL-6が主な炎症性因子であり、IL-7、IL-16およびIL-1810とともに臓器機能に重大な損傷をもたらす可能性があるサイトカイン放出症候群、すなわち「サイトカインストーム」に依存していることがよく知られている。
COVID-19の転帰における性差と関連する可能性のあるメカニズムをさらに探索し、ADAM17の制御に関与すると考えられるmiRNAを同定した。
その中で最も注目すべきは、miR-221/222クラスターに属するX-linked miR-222である。このmiR-222はプロモーター領域にエストロゲン受容体エレメント（Estrogen Receptor Element: ERE）結合部位を有しており、エストロゲンがアップレギュレーションに関与していることが示唆されている。
さらに、miR-221と222は、負のフィードバックループにより、ERαの3’UTRに直接結合して翻訳を阻害し、ERα6によって翻訳が抑制される。この回路をさらに複雑にするために、miR-222はアンドロゲン11によってダウンモジュレーションされる。
ADAM17 mRNAを標的とするもう一つの重要なmiRNAはmiR-145である。このmiR-145はビタミンDによってアップモジュレーションされ、最近ではSARS-CoV-2感染と重篤な転帰の保護因子として報告されている12 。
コロナウイルスは、受容体結合後の膜融合活性の観点から、細胞内への侵入機構が異なることが報告されている。
SARS-CoV-2 感染を促進するもう一つの補因子は、タンパク質分解酵素 フーリン である。SARS-CoV-2 Sタンパク質には、SARS-CoV配列には存在しない4つの冗長なフーリンカットサイト（PRRAモチーフ）が含まれている13, 14。したがって、予測研究では、SARS-CoV-2 Sタンパク質はフーリンによって効率的に切断されるが、SARS-CoV-2 Sタンパク質は切断されないことが示唆されている15。
実際、フーリンは、S1/S2部位でスパイクタンパク質を切断することができる重要な機能的役割を果たしている、Sタンパク質を媒介する細胞細胞融合とヒト肺細胞へのエントリのために不可欠な切断。このような観点から、癌遺伝子として作用し、いくつかの代謝性疾患に関与していることが知られているフーリンは、COVID-1915の潜在的な治療標的となる可能性がある16。
フーリン酵素は、肺、肝臓、小腸などのヒト組織に遍在的に発現しており、COVID-19患者の第二の標的臓器であることがよく知られている。それは、膜結合分子であるが、活性な分泌されたアイソフォームも存在し、潜在的には、SARS-CoV-2 Sタンパク質の切断を促進することが認められた。
フーリンのダウンレギュレートされたレベルは、最近、COVID-19の致死性の主要な危険因子の1つである高血圧症の中国人患者で検出されている18。これまでのところ、フーリンの発現に明らかな性差を示す証拠はない。
17β-エストラジオール（E2）処理によって誘導されたmiR-20bは、ERαとの負の自律制御フィードバックループに関与している。実際、miR-20bはERαの3’UTRを標的にして阻害することが可能であり、エストロゲン濃度の違いによる調節の可能性を評価することは困難であった19。
フーリンを標的とするmiRNAとしては、他にもmiR-19a、miR19b-3p、miR-106aがあり、これらは二次転写因子を介してE2を介したアップレギュレーションによって制御されている20 。
興味深いことに、in silico解析の結果、エストロゲンによって制御されるmiRNAであるmiR106a、miR-20b、miR-19a/bは、Toll like receptor (TLR) 7も制御していることが明らかになった(TargetScan, v. 7.2)。
最後に、SARS-COV2感染におけるmiRNAの重要な関与をさらに裏付けるために、性生活習慣がmiRNAの発現異常に及ぼす影響も考慮することができる。例えば、miR-145、let-7、およびmiR-222の規制緩和は、喫煙の結果として肺がんで報告されている21。
このような考慮は、非喫煙者に比べて喫煙者で観察されたSARS-CoV2宿主細胞受容体および共受容体（TMPRSS2）の発現の高さと関連している可能性がある。
女性の喫煙者数は着実に増加しているが、ヨーロッパでは男性の喫煙者の半分程度であり、COVID-19の重症度と致死率に関連したもう一つの性差の可能性を支持するものである。
COVID-19パンデミックでは、男性の致死率が女性よりも高いことから、有意な性差が証明された：イタリアでは17.7%対10.7%22。性染色体、特にX染色体と性ホルモンがこれらの格差の主役である。
この図では、これらの小さな調節RNAは、タンパク質をコードする遺伝子の約50%を調節することができるので、強力な調節仲介は、miRNAによって表される。興味深いことに、いくつかのmiRNAの男女での発現の違いが観察されており、これは性ホルモンによる調節や、miRNAが特に豊富に存在するX染色体上での局在化によるものである。
これらの性関連miRNAの免疫調節における潜在的な役割、およびウイルス受容体および共受容体の調節における潜在的な役割は、COVID-19の男性と女性で異なる病原性および致死性の観察における重要な要因として考慮されるべきである（表1を参照）。