インフルエンザワクチンとアルツハイマー病

インフルエンザ、肺炎ワクチン接種はアルツハイマー型認知症のリスク低下につながる

初期アルツハイマー病におけるインフルエンザワクチン接種は、制御性T細胞を阻害することで、APP/PS1マウスのアミロイドーシスと認知障害を改善する。

Influenza vaccination in early Alzheimer’s disease rescues amyloidosis and ameliorates cognitive deficits in APP/PS1 mice by inhibiting regulatory T cells

www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7029575/

要旨

背景

アルツハイマー病は、免疫系の機能不全と強い相関関係にある神経変性疾患である。これまでに、不活化インフルエンザワクチン（IIV）が海馬の神経新生を促進し、リポ多糖（LPS）誘発性認知障害を抑制することを明らかにしていたが、ADモデルでIIVが認知障害を改善するかどうかは不明である。しかし、IIVがADマウスモデルで認知障害を改善するかどうかは不明である。また、近年、アルツハイマー病の早期介入が奨励されている。本研究では、APP/PS1 マウスモデルにおいて、アルツハイマー病 の前臨床段階での IIV 免疫化が脳病理や認知障害に影響を与えるかどうかを検討した。

方法

モリス水迷路（MWM）を用いて空間学習と記憶を評価した。脳のβアミロイド（アミロイドβ）プラーク負担と活性化ミクログリアを免疫組織化学で調べた。さらに、フローサイトメトリーを用いて脾臓のTreg細胞の割合を解析した。サイトカイン抗体アレイを用いて脳と末梢免疫系のサイトカインの変化を測定した。

結果

5回のIIV免疫化はミクログリアを活性化し、アミロイドβ負担を減少させ、認知機能障害を改善した。同時に、IIVによる免疫応答はFoxp3+調節性T細胞（Treg）の活性を低下させることで末梢の免疫抑制を解除したが、全トランスレチノイン酸（ATRA）を用いた末梢のTregレベルの回復は、アミロイドβ負荷と認知機能に対するIIVの保護効果を鈍化させた。興味深いことに、IIV免疫化はAPP/PS1マウスの脳内で炎症性サイトカインおよび抗炎症性サイトカインの発現を増加させ、ミクログリアの活性化を促進し、アミロイドβのクラスタリングと貪食を促進し、乱れた免疫微小環境に新たなホメオスタシスを形成する可能性があると考えられた。

結論

以上の結果から、APP/PS1マウスに早期にIIV免疫を複数回接種することで、トレッグが介在する全身性免疫寛容を破壊し、ミクログリアの活性化を維持し、アミロイドβプラークを除去することで、有益な免疫調節効果を発揮し、最終的には認知障害を改善することが示唆された。

キーワード

インフルエンザワクチン、アルツハイマー病、β-アミロイド、調節性T細胞、ミクログリア

序論

アルツハイマー病は最も一般的な認知症の一つであり、アミロイドβ（アミロイドβ）からなる老人性プラークの細胞外蓄積、高リン酸化タウからなる神経原線維タングル（NFT）の細胞内凝集、慢性的な神経炎症、神経膠原病、進行性の認知機能低下を特徴とするが、有効な治療法はない[1-3]。

神経炎症は、中枢神経系および末梢循環の自然免疫細胞が関与する複雑で協調性のない炎症過程である [4-6]。過去数十年にわたって収集された証拠は、アルツハイマー病免疫系がアルツハイマー病の病態とともに慢性的に活性化していることを示唆している[7-9]。したがって、アルツハイマー病における抗炎症および免疫抑制療法の効果を研究した研究は、前臨床段階では確かに有効性を示しているが、すべての臨床試験は失敗に終わっている[10-12]。他の研究では，アルツハイマー病では免疫モニタリング機能が欠如しているため，ある程度の有効性を示している全身的な免疫抑制が，脳病理と闘うために必要な正常な免疫を損なう可能性が示唆されている[13-16]。我々の先行研究では、Bacillus Calmette-Guerin（BCG）は、アミロイドβプラーククリアランスを伴わないアルツハイマー病において、有効な免疫調節作用を誘導し、生理学的条件下での神経新生を促進し、全身性免疫抑制を緩和し、認知機能障害を改善することが示された[17]。しかし、不活化インフルエンザワクチン（IIV）による複数回の早期接種が、アルツハイマー病の脳病理と記憶障害を緩和できるかどうかは、まだ明らかにされていない。

インフルエンザウイルスのパンデミックは毎年数百万人の死亡を引き起こしており、特に免疫系が加齢によって悪影響を受けている65歳以上の高齢者の間では[18]。加齢により免疫機能が低下している65歳以上の成人は、インフルエンザにかかりやすくなっている[19-21]。そのため、中国ではインフルエンザを予防するために高齢者を対象にIIVワクチン接種が提唱されている[22]。我々は、非特異的系免疫メディエーターであるIIVが、妊娠中のマウスや子孫の神経新生や行動機能を促進し、脈絡叢（CP）に末梢T細胞をリクルートし、ミクログリアをM2様の表現型にシフトさせることを報告している[23, 24]。

調節性T細胞（Tregs）はシステム免疫調節因子として作用し、過剰な免疫応答を抑制することで免疫恒常性の維持に重要な役割を果たしている[25, 26]。アルツハイマー病患者におけるインターロイキン（IL）-10産生CD4+T細胞の数は、健常対照者よりも多い[27]。さらに、Tregsを抑制することで免疫寛容性を破壊することは、脳アミロイドβ負担とアルツハイマー病病理を改善する[13]。証拠は、アミロイドβプラークを取り囲むミクログリア活性化の能力が、ミクログリア機能の障害のために、加齢や病気の進行とともに低下する可能性があることを示唆している[28, 29]。しかし、末梢免疫の調節を介したアミロイドβに対するミクログリア応答の回復は有益であるかもしれない[13]。

そこで、ADマウスにおける末梢のTregと微小グリア応答の関係をさらに明らかにするために、アルツハイマー病の初期段階におけるIIV免疫によるTreg活性の阻害が、アミロイド前駆体タンパク質（APP）／プレセニリン1（PS1）マウスの認知能力を改善する可能性があるという仮説を探った。我々の知見は、早期の予防的IIV免疫化が免疫系を活性化し、プラークに対するミクログリア反応を高め、乱れた脳免疫環境のバランスを整え、最終的にはAPP/PS1マウスの認知障害を緩和することを示している。さらに、Tregsを標的にしてミクログリアの正常なファゴサイトーシスを回復させることは、アルツハイマー病の有望な治療戦略であると結論づけている。

材料と方法

原文参照

結果

原文参照

考察

本研究では、IIVによる非特異的免疫チャレンジがアルツハイマー病の病態を修飾し、マウスモデルでアルツハイマー病の初期段階の認知機能を改善することを示した。具体的には、IIVはTreg介在性の末梢免疫抑制を解除し、末梢免疫系を活性化することで抗炎症因子のレベルを低下させた。しかし、薬理学的アプローチによる全身性Treg活性の増強は、疾患病理と記憶機能に対する保護効果を廃止した。最も興味深いのは、全身の免疫応答を高めることで、脳内のプロおよび抗炎症因子の放出が増加し、ミクログリアの活性化とアミロイドβプラーククリアランスが起こる新しい免疫学的環境が構築される可能性があるということである。アルツハイマー病の病態に対するIIVの有益な効果は、IIVが早期のアルツハイマー病治療のための新しい免疫療法戦略として開発されうることを示唆している。

新たな証拠は、免疫系の機能不全がアルツハイマー病の進行に寄与する可能性があることを示している[9, 31, 32]。例えば、アルツハイマー病患者の腸内フローラの変化がアルツハイマー病に寄与することが報告されている[40]。したがって、研究者は、免疫介入が予防と治療のより良い方向性である可能性を示唆している[32]。重要なことに、インフルエンザワクチンを3回接種した心不全患者は、ワクチンを接種しなかった患者に比べて認知症リスクが有意に低かった[41,42]。したがって、我々は、ADマウスモデルでは複数回のIIVが有効である可能性があるという仮説を立てた。意外なことに、IIVは脳内の全身免疫応答と自然免疫の活性化に続いて、APP/PS1マウスのアミロイドβプラーク負担と認知障害を有意に改善した。抗炎症療法や免疫抑制療法を含む研究は臨床試験では失敗しており[43-45]、私たちは、特に疾患の初期段階で末梢性免疫寛容を破壊することが、アルツハイマー病に対する新しい治療介入になるかもしれないと考えるようになった。

TregsはCD4陽性Tリンパ球サブセットであり、末梢性免疫寛容を維持することができる[25, 46, 47]。これまでの研究や我々の研究では、アルツハイマー病患者やアミロイドβ駆動ADマウスモデルにおけるTreg数の上昇が報告されており[17, 27, 48]、加齢とアルツハイマー病は免疫寛容および/または免疫老化によって特徴づけられるという考えを支持している[13, 49]。本研究では、IIV治療後の末梢血Tregsの全身的な減少は、疾患病理と認知障害の緩和と関連していた。重要なことに、IIVによって誘導された有益な効果は、ATRAによって誘導されたTreg増幅によって部分的に阻止されている。Michal Schwartzの研究室で行われた独立した研究 [15, 50] と組み合わせると、これらのデータは、IIVによって誘発される有益な効果は、少なくとも部分的には全身のTreg活性への干渉を介して媒介されていることを示唆している。

最近では、アルツハイマー病の病理学における全身性Tregの役割に関して相反する結果が報告されている。Michal Schwartzのグループによって報告された結論と一致しているのは、周辺部でのTreg主導の免疫抑制を解除することは、アルツハイマー病様アミロイド病理の改善と関連しているということである。これらの有益な効果は、本研究ではTregの一過性の削除[13]やATRAによるTreg増幅によって確認されている。しかし、我々のデータとは相反するデータが得られたいくつかの研究では、慢性的なIL-2治療によって周辺部のTregを拡張・活性化することで、初期のアルツハイマー病段階と確立した病理学的段階の両方で認知に有益な効果があることが示されている[33, 51]。さらに、ADマウスモデルへの全身性Treg移植は認知機能を改善し、アミロイドβ沈着を減少させた[52]が、Treg増幅に関連したこれら3つの研究では、海馬におけるアミロイドβクリアランスとプラーク関連ミクログリアの点で異なる所見が観察された。特筆すべきは、2つの独立した研究において、Treg増幅（IL-2治療）後と一過性の全身性Treg枯渇後の両方で脳内Tregの増加が認められたことである[13, 51]。したがって、全身性Tregの増幅または枯渇後の脳内へのTreg細胞のリクルートの基礎となる共通のメカニズムが存在するかどうかは、さらなる研究が必要な重要な問題である。

特筆すべきは、タンパク質マイクロアレイを用いた潜在的な免疫学的メカニズムの解析により、血清と脳組織では異なる免疫タンパク質の発現プロファイルが明らかになったが、これら2つの領域では白血球の遊走と走化性の調節が一貫しており、上位のGO濃縮カテゴリーとして同定されたことである。IIVがTリンパ球を脈絡叢に勧誘し、海馬の神経新生を促進することを示した前回の報告書[24]と合わせて、これらの結果は、Tリンパ球がCPゲートウェイを介して脳に勧誘され、ミクログリアの活性化と貪食の機能的調節を発揮する可能性を示唆している。さらに、以前の報告[53]と一致するように、アルツハイマー病+IIVマウスのBM中の全身CD4+CD25+Foxp3+TregレベルとCD11b+CD45high単球数との間には逆相関が観察された。したがって、単球の増加が全身的なTregの減少につながるかどうかは、このようなクロストークの基礎となるメカニズムを評価するために、まだ決定する必要がある。

異なるタンパク質プロファイルは、末梢性サイトカインネットワークと中枢性サイトカインネットワークがアルツハイマー病の免疫療法において異なる役割を果たしていることを示唆している。特に、我々は最初に、脳のプロおよび抗炎症性サイトカインが5回のIIV治療後に増加傾向を示したことを報告し、免疫訓練と免疫寛容の混合物がIIVの予備的刺激によって誘導されることを示した。本研究における5回のIIV治療によって誘導された脳内の免疫タンパク質発現プロファイルは、5回のLPS注射後の免疫寛容の最近の報告[54]のものとは異なるが、免疫トレーニングと免疫寛容と免疫寛容の混合物と免疫寛容単独は、アルツハイマー病の病理学を減少させるのに同じ有益な効果を発揮した[54]。さらなる分析では、脳と血清の間で異なる変化を示すサイトカインが完全に一致していないことが示された。同様に、Zarif ら [55] は、脾臓と脈絡叢から精製された T リンパ球が、単一細胞 RNA seq 分析によって反映されるように、異なる mRNA トランスクリプトームプロファイルを示すことを実証した。以上の研究から、末梢と脳の間で免疫サイトカインのプロファイルが異なることが示唆された。また、神経変性疾患、特にアルツハイマー病に関連するサイトカインやケモカインのプロファイルが複雑な役割を果たしていることは、多くの相反する知見からも確認されている。

最近、いくつかの研究で、アルツハイマー病やMCI患者ではTh17の頻度やTh17/Treg比が増加していることが示唆されている[56, 57]が、我々の結果とは矛盾しているように思われる。しかし、我々のデータは、CD4+IL-17A+ Th17細胞の割合がWT群、WT+IIV群、アルツハイマー病群、アルツハイマー病+IIV群で変化していないことを示している。また、CD4+Foxp3+Tregsは、アルツハイマー病群ではWT群に比べて有意に増加していたが、アルツハイマー病群ではIIV投与後にその増加が抑制された。このことから、IIVによるTh17/Treg比率の上昇は、Th17比率の上昇というよりも、Tregの比率の低下によるものであることが示唆された。最近の研究[56, 57]で報告されたアルツハイマー病患者におけるTh17の割合の違いと我々の結果については、この違いを説明するために、研究対象や免疫細胞（PBMCと脾臓細胞）の違いが関係している可能性がある。今後、異なるトランスジェニックADマウスモデル（3x家族性アルツハイマー病など）を用いて同様のデータ（Th17/Treg比）を得ることは貴重なことかもしれない。

脳内に常駐する免疫細胞であるミクログリアは、アルツハイマー病の進行中にアレルギー性になり、アミロイドβ沈着物を貪食するのに効率が悪くなることが示唆されている[58]。実際には、IIVは非特異的な免疫調節因子であるが、スカベンジャー受容体CD68の発現の増加によって反映されるように、それはミクログリアによるアミロイドβ貪食を増強した。さらに、脳内ケモカインの増加により、より多くのミクログリアがアミロイドβプラークを取り囲み、巻き込むためにリクルートされる可能性がある。これらの結果から、IIVはミクログリアのファゴリゾソーム活性を活性化し、アミロイドβクリアランスを促進することで、全身の免疫応答を促進していることが示唆された。免疫メモリーと関連するエピジェネティクスや、ミクログリアを標的とした直接的な制御機構については、今後の検討が必要である。

結論として、IIV免疫化はTregsのレベルを低下させ、末梢免疫抑制を断ち切るためにmo-MΦを増加させることでTregsの免疫抑制に拮抗し、その結果、疾患の進行に関連する末梢由来のシグナルの変化をもたらすことを見出した。これらの疾患に関連した末梢シグナルが脳内に蓄積されることで、ミクログリアの活性化に影響を与え、それによって脳内の乱れた免疫環境のバランスが保たれる可能性がある。我々の知見をまとめると、インフルエンザの予防に加えて、アルツハイマー病の初期段階での複数回のインフルエンザワクチン接種は、特に中国や他の多くの国でIIVワクチン接種を受けることが推奨されている高齢者の間で、安価で容易に利用可能なアルツハイマー病に対する新たな有効な治療介入と考えられる可能性があることが示唆される[59]。

結論

要約すると、アルツハイマー病の初期段階でのIIVワクチン接種は、APP/PS1マウスのアミロイドーシスを救済し、認知障害を改善するのに十分である。メカニズム的には、この進行は、Tregが介在する末梢免疫抑制の崩壊、末梢免疫系の活性化、およびミクログリアの活性化とアミロイドβプラーククリアランスが起こる脳内の免疫学的環境の再バランスと関連している可能性がある。我々の知見は、初期段階での非特異的免疫調節因子IIVワクチン接種が、アルツハイマー病の新たな免疫療法戦略として開発されうることを強く示唆している。