健康と病気における非典型的な単球

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単球ブルース・パターソン博士/IncellDxSARS-CoV2 治療標的・分子経路
Nonclassical Monocytes in Health and Disease

2019 Apr 26

単球の歴史

単球は100年以上前から文献に報告されている。ウサギ、げっ歯類、ヒトの組織の滲出液の研究から、病原体や破片を取り込むことのできる食細胞性単核細胞の証拠が得られた(1, 2)。末梢血単球は1905年にMechnikoffによって初めて観察されたが、組織のマクロファージと一緒にまとめられ、1925年になるまで独立した細胞タイプとして認識されなかった(3)。1960年代から 1970年代にvan FurthとCohnが発表した実験は、単核食細胞系(MPS)に関する決定的な論文としてしばしば引用される(4-6)。しかし、骨髄中の前駆細胞→循環中の単球→組織中のマクロファージというこのシステムは、この50年の間に書き換えられてきた。1970年代から 1980年代初頭にかけて、単球の機能的活性とFc受容体反応性の多様性に基づいて、機能的に異なる単球亜集団が存在する可能性が初めて指摘された(7-10)。その後の研究で、ヒトの単球は実際に異質であり、少なくとも2つの異なる単核食細胞のサブセットを構成していることが明らかになった(11-15)。この20年間で、洗練されたマウスモデル、共焦点顕微鏡、RNAおよびトランスクリプトームシークエンス、細胞表面および細胞内タンパク質の高次元分析などが開発され、単球の発生に関するより詳細で正確な情報が得られるようになった。

単球の異質性

1989年には、モノクローナル抗体と2色フローサイトメトリーを用いて、CD14とCD16の表面抗原の発現に基づいて、3つの異なるヒト単球サブセット、すなわち、古典的CD14+ CD16-、中間的CD14+ CD16+、および非古典的CD14- CD16+サブセットを同定することができた(16)。マウスにおける単球サブセットの最初の証拠は、CX3CR1プロモーター駆動のGFPトランスジーンに基づくものであった(17)。この研究では、F4/80+ CD11b+ CD62L+ CCR2+ CX3CR1midとF4/80+ CD11b+ CD62L- CCR2- CX3CR1hiの単球サブセットが同定された。その後の報告では、これらの知見が確認され、これらの2つのサブセットが異なる表現型と機能的特性を持つことが示された(18, 19)。抗原の発現パターンやゲノムデータから、マウスの炎症性Ly6ChiCX3CR1mid CCR2+と巡回性Ly6CloCX3CR1hiCCR2-に相当するヒトのサブセットは、それぞれ古典的なCD14+ CD16-集団と非古典的なCD14- CD16+集団であることが示唆された(18, 20, 21)。

マウスでは、遺伝子発現プロファイリングにより、骨髄系細胞に発現するトリガー受容体のメンバーであるTreml4が、マウスの中間単球を区別するために使用できることが示唆されている(22)。本研究では、Ly6Chi/midTreml4+単球がLy6ChiTreml4-単球とLy6Clo単球の中間的な分化段階であること、そしてTreml4の発現がNr4a1とともに増加することを示している。PU.1の発現の違いは、Ly6ChiCD115+集団の中で発見されており、骨髄と血液のコンパートメントにおいて、異質な古典的単球のスペクトルをもたらしている(23)。CD11c、MHC-II、Ly6C、CD115,Flt3,およびSirpαに基づく集団の分離は、微小環境の文脈に応じて、炎症を起こすマクロファージまたはCD209a+樹状細胞(DC)に分化する古典的単球の能力を区別する。

健常者では、IgEクリアランスを介してアレルギー性炎症の発生に影響を与える可能性のあるCD2+ FcεR1+古典的単球サブセットが同定された(8, 24, 25)。これらの単球は、末梢血単球全体の5%未満を占め、重度のアレルギー患者ではその数が増加している(26)。興味深いことに、これらのCD2+単球の表面におけるFcεR1の発現の大きさは、血清IgEレベルと相関している(25, 27)。CD2+単球は培養中に急速にDC様の特徴を獲得し(28, 29)、また末梢のDCもFcεR1を発現している(30, 31)ことを考えると、このサブセットが末梢組織のDCに分化することは考えられる。最近、Villaniら(32)は、シングルセルRNAシークエンスにより、このCD2+単球を特異的なサブセットとして同定した。げっ歯類では、単球にCD2やIgE受容体のいずれも発現していないにもかかわらず、FcγRII、-III、-IVなどのいくつかのFcγ受容体は、実際にマウスのIgEと結合することができ、マウスのIgEをクリアするためにIgG受容体が役割を果たしている可能性を示している(33, 34)。

単球の異質性を解明するためには、飛行時間型サイトメトリー(CyTOFまたはマスサイトメトリー)t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding(t-SNE)およびクラスタリングアルゴリズムが非常に有効であることが証明されている。一方、t-SNEとアンバイアス・クラスタリングは、CyTOFによって生成された高次元のデータセットを表示し、マーカーの発現に基づいて細胞の集団を詳細に分離することができる。これらの技術を用いて、Thomasら(35)は、CD36,HLA-DR、CD11c、CCR2を導入してCD14/CD16サブセットの定義を改善することで、より表現型の純粋なヒト単球集団を得るためのゲーティング戦略を再構築した。古典的な単球、中間的な単球、非古典的な単球は、それぞれCD14+ CD16- HLA-DRloCD11clo、CD14+ CD16+ CD36hiCCR2hiHLA-DRhiCD11chi、CD14- CD16+ CD36loCCR2loと定義された。

単球の発生と分化

単球系譜の転写制御

単球の系列化と分化は、免疫研究の主要な焦点である。フローサイトメトリーを用いて、ユニークで異なるサブセットを生み出す前駆細胞を同定・分離できるようになったことで、発生や疾患に関する免疫学的な疑問がより明確になった。造血幹細胞からの単球の分化は、骨髄の中で段階的に前駆細胞を増やしていき、古典的なサブセットと非古典的なサブセットのどちらかになるまで行われる(36-38)。これらのサブセットはいずれも、その前駆細胞と同様に、コロニー刺激因子1(Csf-1)に依存して生存している(39)。最近、CLEC12AとCD64マーカーを用いて、Ly6ChiとおそらくLy6Clo単球を生み出すマウスの共通単球前駆体(cMoP)に対応するヒトの単球が発見された(40)。この多能性前駆体は、CD14+とCD16+の両方の単球に分化する。しかし、これらのヒトcMoPは、マウスcMoPとは異なり、CD135も発現している。機能解析の結果、これらの細胞は抗原提示細胞(APC)としては不十分で、リポポリサッカライドやインターフェロンの刺激に反応して炎症性サイトカインを分泌し、末梢血単球と同等のデキストラン粒子を貪食できることがわかった。

IRF8とKLF4の転写因子の相互作用は、cMoPからの古典的な(Ly6C+ CCR2+)単球の発生と、単球-DC前駆体(MDP)からの好中球の分化を防ぐのに重要であるが(41, 42)pes-ripheryでの維持には必要ない(43)。さらに下流では、核内受容体Nr4a1が、末梢および骨髄における非古典的な(Ly6CloCCR2-)単球の分化を制御することが示されている(44)。マウスとヒトの組織を用いたこれらの研究は、骨髄系前駆細胞の異質性と、無数の単球サブセットの生成に必要な複雑な転写プログラミングを明らかにし始めている。

現在では、Ly6Clo単球は末梢でLy6Chi単球から生じるという実質的な証拠がある(45-48)。しかし最近、Satohら(49)は、Ly6Clo単球サブセットの別の前駆体であるSMP(SatM前駆体)が、骨髄の顆粒球-マクロファージ前駆細胞から発生し、転写因子C/EBPβによって分離核を含む非定型単球(SatM)に分化することを明らかにした。肺で見つかったこれらのCeacam1+ Msr1+ Ly6C- F4/80- Mac1+単球は、ブレオマイシン投与マウスの線維化期に顕著に見られ、TGF-βやSpp1の増加を通じて線維化の開始に直接寄与している。この発見で特に興味深いのは、Ceacam1がこれらの細胞に発現していることである。Ceacam1は通常、顆粒球に関連するマーカーである。Mildnerら(50)は、C/EBPβ欠損マウスの末梢血単球サブセットを調べることで、Satohらの研究を引き継いだ。骨髄中のMDPおよびcMoP細胞は比較的影響を受けないが、より成熟した単球サブセットは、C/EBPβを欠損させると劇的に減少し、その中でもLy6Clo non古典的サブセットに最大の影響が見られたことから、Nr4a1との相互作用が示唆された。著者らは、C/EBPβがNr4a1のプロモーター領域の一部に結合する可能性がある一方で、Ly6Cloの分化を制御するために、2つの転写因子の間には独立した相互作用と依存した相互作用が存在する可能性があり、他のC/EBPメンバーによる重複の可能性もあることを示した。最後に、PU.1転写因子のレベルは、Ly6Chi単球の非常に多様な骨髄系エフェクターサブセットへの変換を動的に制御することが示されている(23)。マウスモデルを巧みに用いて、リポ多糖やGM-脳脊髄液で刺激した際に、炎症を起こす一酸化窒素合成酵素を産生するマクロファージや、よりDCに近いPD-L2+ 209a+サブセットへの単球の分化に対して、PU.1が用量依存的に作用することが示された(23)。

非古典的単球の遺伝子制御は、転写因子の結合にとどまらず拡大している。Nr4a1遺伝子の上流にあるエンハンサー領域は、Ly6Clo単球を生成するためにKLF2の結合を介してNr4a1の発現を誘導するのに重要であることが示されている(51)。Nr4a1の上流にあるE2スーパーエンハンサー領域を欠失させると、マクロファージの極性やリンパ系コンパートメントに影響を与えることなく、Ly6C-MHCII-サブセットを特異的に維持することができることがわかった。この領域は、ヒトのCD16+単球の上流にも存在しており、マウスとヒトの間で進化的に保存されていることがわかった。この領域を欠失させてLy6Clo単球モデルマウスを作製し、その特異性を検証することは、疾患における非典型的な単球の正確な役割を解明する上で有用である。

末梢での運命、寿命、生存率

これまでに、単球は骨髄に2つの主要なサブセットが存在し、血管系を通じて末梢に流出することが示された。古典的な単球では、CCR2が重要な受容体であり、CCL2の結合後に骨髄から移動する(52)。非古典的な単球の場合は、S1P受容体であるS1PR5が骨髄外への移動に必要な受容体であると考えられている(53)。S1PR5-/-マウスは、末梢でLy6Clo単球を欠くが、骨髄では正常な数を維持していた。興味深いことに、S1Pを遮断してもLy6Clo単球の移動は変化せず、末梢でのLy6Cloの生存率も低下しなかったことから、S1PR5は未同定のリガンドを介して作用することが示唆された。どちらの単球サブセットもフラクタルカイン再受容体(CX3CR1)を発現しているが、非古典的な単球は、循環している間、特にCX3CL1に依存して、恒常性と生存を維持しているようである(54-56)。

前述したように、非古典的単球は、循環中のLy6Chi単球に由来するか、あるいは骨髄に戻ってLy6Clo単球に分化するというパラダイムがある(45, 48, 57)。単球が骨髄から脱出した後の生存率について、新たな証拠が出てきた。マウスの骨髄や脾臓の辺縁帯の血管ニッチでは、Ly6Chi単球がNotcACE2受容体を介して内皮細胞リガンドDLL1に結合し、Ly6Clo単球への転換を誘導する(58)。Notch2-/-Ly6Chi単球の養子移入ではLy6Clo単球への転換が減少するが、Ly6Chi単球とDLL1リガンドとの試験管内試験の共培養ではLy6Clo単球への転換が増加する。しかし、このNotch2-DLL1軸を生体内試験で操作してLy6Clo単球を増やすことができるかどうかはまだ不明である。さらに、細菌感染時に古典的単球がLy6Clo哨戒単球に変化することは、NOD2受容体によって誘導される(59)。これらの受容体は、細菌のペプチドグリカンの断片に結合し、その結果、メカニズムは明らかではないが、ヒトおよびマウスの単球培養において、中間型単球および非古典型単球の集団を増加させることができる。チオグリコール酸を用いて炎症反応を誘導すると、ムラミルジペプチド(MDP)の結合によるNOD2受容体の活性化により、非古典的単球の集団が増加し、IL-6や腫瘍壊死因子α(TNF-α)などの炎症マーカーが減少した。最も興味深いのは、MDPがNr4a1-/-マウスのLy6Clo単球の増加を誘発したことである。このことは、Ly6Clo単球集団が遺伝的に多様であることを示唆しているか、あるいは非古典的単球の分化に別の重要な転写因子が関与していることを示唆している。この研究は、マウスとヒトの単球サブセット制御の潜在的な生体内試験メカニズムを示すものである。

単球の生存にはフラクタルカイン(CX3CL1)が必要であることが、ヒトとマウスの両方で明らかにされている。フラクタルカインの同族の受容体であるCX3CR1が単球に結合し、アポトーシス経路を阻害することで、単球の生存が可能になる(56,60)。さらに最近では、TNFが末梢での単球の生存と機能を制御する上で重要な役割を果たしていることが明らかになった。野生型とTNF受容体1または2(TNFR1またはTNFR2)をノックアウトした単球を用いた養子縁組では、TNF受容体を持つ単球のみが、自律的なTNF産生を介したシグナル伝達によって末梢に留まる能力を示した(61)。移植後2日目までに、これらの欠損単球はアネキシンVとヨウ化プロピジウム染色で測定したアポトーシスのレベルが上昇していたが、単球前駆細胞にはほとんど影響がなかった。

ヒトの単球を生体内で研究することは大きな課題であり、しばしばex vivoまたは試験管内試験での実験が必要となる。しかし、Patelら(45)の優れた研究では、ヒト被験者の生体内試験重水素グルコース標識を用いて、定常状態および炎症時におけるpe-ripheralヒト単球の動態を定量化した。古典型(CD14+)中間型(CD14+ CD16+)非古典型(CD16+)の3つの単球サブセットは、骨髄→古典型単球→中間型単球→非古典型単球という、げっ歯類の研究で観察されたものと同様の生成動態を示し、分裂後の骨髄での滞留期間は1.6日、循環期間は1日(古典型)3日(中間型)7日(非古典型)であった。エンドトキシン血症に挑戦すると、ヒトの単球は循環から枯渇し、骨髄から放出された古典的な単球が再増殖する。このように、マウスの研究を再現し、単球の周辺部への動態的な生成を確立した。

この18年間で、単球は2つの主要なサブセットから構成され、恒常性維持のために組織を調査するだけでなく、感染、炎症、癌にも対応できることが明らかになってきた(19, 62-65)。どちらのサブセットも独自のエフェクター機能と分化能力を持ち、肺、腸、心臓、脾臓、皮膚などの特定の組織でマクロファージやDCの集団を補充する(45, 46, 66-69)。感染症、自己免疫、創傷治癒などの状況に応じて、それぞれのサブセットが炎症性または抗炎症性の特性を持つことが報告されており、微小環境や刺激の種類に応じてプログラムを変更することができる(21, 70-74)。シグナルを受け取った単球が何をするかという議論は、リガンドと受容体の相互作用の種類、関係する組織、結果を評価するための実験条件に大きく依存する。成熟した単球は、様々なエフェクター細胞の集合体であり、適切なシグナルが与えられるとその機能を発揮するように、転写プログラムによって厳密に制御されていることが明らかになってきた。単球前駆細胞の同定により、どの細胞タイプが末梢の単球を生み出すのかという、より正確で狭い定義がなされるようになった一方で、循環する単球の異質な表現型と機能は、単にマクロファージの前駆細胞であるということをはるかに超えて広がっている。

健康、炎症、自己免疫疾患における単球の役割

ホメオスタシス

単球は単核の食細胞で、炎症の制御に重要な役割を果たしている(75)。単球にはいくつかの共通点があるが、循環している単球は前述のように不均一であり、サイトカインを産生する能力も異なる(75, 76)。単球の異なるサブセットには、それぞれ異なる機能が備わっている。細菌感染時には、古典的な単球が炎症部位にリクルートされ、病原体を認識して貪食し、さまざまな炎症性サイトカインを分泌し、炎症反応の制御のために他の免疫細胞をリクルートする(75-77)。非典型的な単球は、血管系に沿って独特の運動性と這うようなパターンを示すので、パトロール単球というニックネームがついている(18, 19, 21, 78)。Pa-trolling monocytesは、LFA-1とインテグリンα4に依存した方法で血管内皮の内腔側を調査する(19)。Geissmannらの研究では、非古典的な単球がTLR7依存的に死にかけている内皮細胞を認識して排除し、血管のホメオスタシスを維持していることが示されている(78, 79)。このように、ホメオスタシスの間、非古典的単球は血管組織の見張り役であり、管理者でもあるようだ。

古典的な単球はマクロファージに分化することが示されているが、非古典的な単球が正真正銘のマクロファージになるかどうかは不明である。非古典的な単球が交代で活性化するタイプのマクロファージに分化するという報告はいくつかある(74, 80, 81)。しかし、非典型的な単球を欠損したマウスでは、ほとんどの組織でマクロファージの数が正常である。我々は、非典型的な単球を欠損したNr4a1-/-マウスにおいて、T細胞のネガティブセレクションの際に、アポトーシスした胸腺細胞を除去する機能を持つ特殊な胸腺マクロファージの欠如を観察しただけである(44)。これらのデータは、少なくともホメオスタシスにおいては、非古典的単球はマクロファージに容易には分化しないことを示唆している(44)。

非古典的な巡回単球は、主に炎症の収束に関与しているように見えるが、この単球サブセットが疾患の発症にも寄与していることが研究で明らかになっている。自己免疫疾患や炎症性疾患の制御における単球の役割について、以下に述べる。重要なポイントを図1に示す。

関節リウマチ

関節リウマチ(RA)は、滑膜の持続的な炎症と、骨や軟骨の局所的な破壊を特徴とする複雑な自己免疫疾患であり、関節の変形や運動障害を引き起こす(82)。RAの病態生理には単球とマクロファージが重要な役割を果たしているため、ほとんどの治療的介入は単球とマクロファージを中心に行われている(83, 84)。

非古典的な単球は、関節炎の開始と進行に関与しているとされている(81)。研究者らは、ヒトRAのモデルであるSTIA(serum transfer-induced arthritis)マウスを使用した(85,86)。クロドロネートを添加したリポソームで単球とマクロファージを枯渇させたSTIAマウスに、関節炎の開始直後にLy6Chi単球とLy6Clo単球を養子移入したところ、Ly6Clo単球は関節炎の発症を増加させたのに対し、Ly6Chi単球は発症を著しく遅らせた(81)。これらの研究者は、Ly6Clo単球が関節炎の関節に入り、MHCII-滑膜マクロファージに成長したことを報告し(81)、これがRAの開始と伝播の段階に必要であることを証明した(81)。しかし、これらの研究者は、これらの滑膜マクロファージは常駐マクロファージであると報告しており、Ly6Clo単球から発生したものではない可能性を示唆している。組織破壊におけるLy6Clo単球の役割をさらに裏付けるものとして、Puchnerら(87)は、STIAマウスの血液中の非clas-sical単球のレベルが、関節破壊のマーカーと正の相関を示すことを示した。しかし、STIAモデルを用いた矛盾した研究において、Brunetら(88)は、巡回する単球は関節炎の開始と進行に必要ではなく、むしろ関節の炎症を抑えることに貢献することを示した。著者らは、Nr4a1のアゴニストであるサイトスポロン(Csn-B)を用いて、Ly6Clo単球がCXCL12とTGF-βの産生を介して、おそらく制御性T細胞の動員と活性を高め、関節炎マウスの過剰な炎症を抑制することを示した(88)。

図1 健康と病気における非定型単球の機能

骨髄で非定型単球が発生するには、転写因子Nr4a1が必要である。非定型単球はS1P5を高発現しており、骨髄から循環系への脱出にはS1P5が必要である。循環器系では、非分類単球は血管の恒常性維持に重要な役割を果たしている。非定型単球は、主に炎症の収束に関与しているが、場合によっては疾患の進行に寄与することもある。ここでは、いくつかの重要な自己免疫疾患や炎症性疾患における非古典的単球の既知の機能の概要を示す。省略している。EAEは実験的自己免疫性脳脊髄炎、IRIは虚血再灌流障害、LNは全身性エリテマトーデス腎炎、RAは関節リウマチ、SLEは全身性エリテマトーデスを示す。


RAでは循環単球が活性化していることが、ヒトを対象とした複数の研究で示されている(89-91)。Kawanakaら(89)は、RA患者において、末梢血から滑膜組織へのCD16+単球の移動が増加していることを示した。しかし、この研究では、中間型単球と非中間型単球の両方をCD16+単球として分類しており、この研究結果の解釈は困難である。最近の研究では、RA患者の末梢血中の単球サブセットの頻度が調査され(92,93)非古典的単球の頻度の増加が示された。しかし、ヒトRAにおける非古典的単球の機能的役割を明らかにするためには、より詳細なメカニズムの研究が必要である。

多発性硬化症

多発性硬化症(MS)は、中枢神経系(CNS)の慢性的な自己免疫疾患および脱髄疾患であり、脳や脊髄における炎症性および変性性の変化を特徴とする(94)。MSにおける中枢神経系の炎症には、単球、マクロファージ、ミクログリアが大きな役割を果たしている。いくつかの研究では、単球が炎症性サイトカインを分泌し、MSの病因の増加に寄与することが示されている(95, 96)。

実験的自己免疫性脳脊髄炎(EAE)は、動物モデルで観察される病態の多くがヒトのMS患者で見られる病態と強い類似性を持つことから、臨床的に関連性のあるMSのマウスモデルである(97,98)。これらのモデルを用いたいくつかの研究では、単球由来のマクロファージがMSの発症に重要であることが示されている(99-101)。マウスを用いた研究では、MSの病変や中枢神経系の炎症に最も潜在的に寄与しているのは、炎症性のLy6Chi単球であることが示されている(65, 102-105)。CCR2+Ly6Chi炎症性単球のリクルートに伴うCCL2(106)の発現増加は、EAEの開始および進行に不可欠である(104)。CCR2依存性のLy6Chi炎症性単球が血液脳関門を通過するのを阻止することで、EAEの病気の進行を防ぐことができる(99)。また、Shakedら(101)は、非古典的単球を欠損させたNr4a1-/-マウスでは、誘発されたEAEの発症が非常に早く、病状が悪化することを示し、EAEにおける非古典的単球の保護的役割を支持した。

Waschbischら(107)は、ヒトMSにおいて、非古典的単球の頻度が減少し、脳脊髄液への中間型CD14+ CD16+単球の浸潤が増加したことを報告した。Gjelstrupら(108)は、治療を受けたMS患者と治療を受けていないMS患者の両方において、健常者と比較して、CD16+非古典的単球の著しい増加と、CD14+古典的単球の減少が同時に見られることを示した。今回のマウス実験では、MSにおける非古典的単球の保護的役割が示唆されているが、ヒトのMSで観察される非古典的単球の頻度の増加が、代償的なものなのか、疾患の原因となるものなのかは不明である。

全身性エリテマトーデス

全身性エリテマトーデス(SLE)は、多臓器に深刻な影響を及ぼす慢性炎症性の自己免疫疾患である。SLEの特徴の一つは、単球の機能障害とホメオスタシスの変化である(109)。単球は、IgGのFC領域に特異的な受容体(FcγR)を発現することにより、免疫複合体の認識とクリアランスの変化に重要な役割を果たしている(110)。SLE患者の単球は、FcγRIIおよびFcγRIII受容体の発現が低下しており、その結果、血流中のアポトーシス細胞の破片の食細胞によるクリアランスが損なわれていた(111)。全身性エリテマトーデス腎炎(LN)は、SLE患者の主な罹患原因である。全身性エリテマトーデス患者の腎臓の糸球体血管に非古典的な単球が集積することが記録されている(112)。最近、Finsterbuschら(113)は、in situ免疫複合体媒介性糸球体腎炎モデルにおいて、非古典的単球が炎症を起こしていない糸球体を巡回し、糸球体のホメオスタシス維持に関与していることを示した。これを裏付けるように、Barrera Garcíaら(114)は、糸球体にCD16+細胞の浸潤が高度に見られる重症型のLN患者では、末梢血中の非分類型単球のレベルが低いことを示し、非分類型単球が腎組織にリクルートされていることを示唆した(114)。これらの研究は、非定型単球が腎臓の糸球体血管の内腔を巡回し、疾患の重症度に伴って腎臓組織への浸潤が増加することを示している。

Zhuら(115)は、62人のSLE患者を対象とした最近の研究で、非古典的なCD16+単球が血中に豊富に存在し、抗dsDNA抗体レベルと正の相関があることを報告している。このことは、CD16+単球の頻度が高い患者は、自己抗体の発生リスクが高いことを示唆している。また、別の研究では、フローサイトメトリーと高次元自動クラスタリングアルゴリズムを併用することで、SLE患者におけるCD16+集団の拡大が示された(72)。さらに、CD16+単球は、SLE患者においてTh17 pheno-typeを促進することが示された(115)。しかし、この後者の研究では、T細胞との共培養ですべてのCD16+単球をグループ化しており、この場合、中間型単球と非中間型単球の両方が含まれることになる。この2つのサブセットは区別されていないので、中間型単球に関連する機能の一部が非典型型単球に帰属している可能性がある。しかし、SLEを媒介とする腎炎において、非古典的単球が組織傷害に直接関与しているかどうかを明らかにするには、より詳細なメカニズムの研究が必要である。

アテローム性動脈硬化症

アテローム性動脈硬化症は、慢性的な炎症性・免疫性疾患であり、心血管疾患や心血管死亡率の根本原因となっている。単球とマクロファージは、アテローム性動脈硬化プラークに関連する重要かつ支配的な自然免疫細胞である(65, 116, 117)。非古典的な単球と古典的な単球は、どちらもアテローム性動脈硬化症の大動脈にリクルートされるが、異なるケモカイン受容体経路を介している。Ly6Cloを持つ非古典的単球は、古典的単球に比べて循環動態が長く、アテローム性動脈硬化プラークへの侵入効率が低く、そのリクルートは少なくとも部分的にはCCR5に依存している(118)。

動脈硬化の動物モデルでは、単球の大動脈内皮壁への接着が、動脈硬化発症の初期の重要な段階であることがいくつかの研究で示されている(116, 119)。マウスの循環古典的単球は、大動脈壁に移動する主要な単球サブセットであり、アテローム性動脈硬化症の進行に関与している(120, 121)。これらの古典的単球は、大動脈壁の内皮下の空間で容易にマクロファージに分化し、動脈硬化の進行に寄与する。

非古典的単球も大動脈プラークに集められるが、血管内に留まる。ILTIS(intravital live cell imaging system)を用いて、CX3CR1gfp/+のパトロール単球がプラーク形成中の大きな血管内を這うようにして観察されたことが初めて報告された(122)。さらに、Quintarら(79)は、動脈硬化を起こしたマウスの動脈の内腔を這うパトローリング単球の数が、餌を与えたマウスの動脈に比べて有意に増加していることを示した。この著者らは、非古典的単球を欠損したNr4a1/ApoE-/-マウスに西洋食を与えると、血管壁のアポトーシスによる内皮障害が増加することを報告し、血管のホメオスタシスを維持する上で巡回単球が保護的な役割を果たしていることを確認した(78)。欧米型の食事を与えられたマウスでは、非古典的単球によるパトロールの増加は、プラーク形成血管では観察されないが、動脈硬化の発生初期に大動脈弓より遠位の大血管で観察された(123)。このようなパトロールの増加は、主にスカベンジャー受容体CD36を介したOxLDLの取り込みによると思われる。

いくつかの臨床研究では、冠動脈疾患の治療における単球の重要性が指摘されている(116)。ヒトのアテローム性動脈硬化症の発症にCD16+単球が重要な役割を果たしていることを示す証拠も増えている(124-128)。しかし、これらの研究のほとんどは、中間型単球と非分類型単球をCD16+単球としてまとめて研究しているため、ここで非分類型単球の役割を明らかにすることは難しい。しかし、最近、Urbanskiら(129)は、冠動脈疾患患者において、血中の非古典的単球が多いことが、より進行した血管機能障害や血管酸化ストレスと関連していることを示した。

動脈硬化における非古典的単球の直接的な役割を理解するために、いくつかのグループは、非古典的単球を欠損させた西洋食を与えたNr4a1-/-マウスを研究した。我々の研究室とDeVriesの研究室では、Nr4a1と非古典的単球が存在しない場合、動脈硬化の進展が増加することを示した。この動脈硬化の増加は、プラーク内のマクロファージの蓄積の増加、SDF-1aの増加、および炎症性サイトカインの産生の増加と関連していた(130, 131)。Nr4a1の発現を調節した西洋食を与えたマウスでの動脈硬化の増加は、Wangらによっても確認された(132)。しかし、一部の研究では、非古典的単球を欠損させたマウスでは動脈硬化が抑制されるという逆の結果が報告されており、非古典的単球が炎症を起こすことが示唆されている(133, 134)。これらの相反する報告の理由は明らかではないが、高コレステロール食の種類、食餌の期間、使用したマウスモデルなどが関係していると考えられる。非分類的単球を特異的に欠損させ、マクロファージの表現型を正常に保った第2のマウスモデルでは、非分類的単球が欠損するとマウスのプラークが大きくなることが確認された(51, 123)。このように、まだ多少の議論はあるものの、これらの生体内試験研究の大部分は、少なくともマウスにおいては、非古典的単球が動脈硬化を予防することを示している。このことを確認するためには、ヒトでの主要な研究が必要である。

虚血・再灌流障害

虚血再灌流障害(IRI)は、ある部位や臓器への血液や酸素の供給が最初に制限され、その後、突然、血液が灌流され、同時に再酸素化されることを特徴とする(135)。いくつかの研究では、IRIが炎症性細胞の浸潤によって媒介されることが示されている(136)。IRIの病因には、単細胞の動員が関与している(137)。いくつかの臓器や組織がIRIの影響を受けているが、ここでは、腎および心筋のIRIにおける単球の役割についてのみレビューする。

急性腎障害は、生まれつきの腎臓と移植された腎臓の両方で重大な臨床問題となっており(138, 139)、単球とマクロファージの腎臓への浸潤が関与している(139, 140)。Li er al)。

(138)は、単球が血液から腎臓に移動し、初期の尿細管損傷を促進することを明らかにした。急性腎障害のマウスモデルでは、CD169+単球とマクロファージを枯渇させると、腎臓で炎症性サイトカインをアップレギュレートすることにより、進行性の腎障害が増加する。CD169-ジフテリア毒素受容体(DTR)マウスにLy6Clo単球を養子移入すると、腎血管内皮のICAM-1の発現が抑制されて腎障害が減少したことから、これらのLy6Clo単球が腎IRIの炎症を解決していることが示唆された(141)。

再灌流障害を伴う心筋梗塞(MI)は、急性心筋障害の最も一般的な形態であり、心筋細胞の虚血死をもたらす(142)。現在の研究では、心筋梗塞後のヒト単球サブセットの動態は、心血管イベントや患者の転帰を予測する価値があるとされている(143)。

マウスでは、梗塞した心臓でケモカインを発現させると、CCR2とCX3CR1を介してLy6ChiとLy6Cloの単球がそれぞれ活発に動員される(144)。Nahrendorfら(144)は、心筋虚血傷害の初期の炎症段階では、Ly6Chi単球が活発に動員され、3日目にピークを迎え、貪食と炎症に重要な役割を果たすのに対し、Ly6Clo単球は、7日目にピークを迎える後期の修復段階で優位に立つことを示した。このLy6Clo単球は、筋線維芽細胞の蓄積と血管新生を促進することで、解決と修復のプロセスに関与している(144, 145)。別の研究では、Nakanoら(146)は、MI後3〜24時間で炎症性のLy6Chi単球の動員を示し、続いてIRI後24〜48時間でLy6Clo単球が動員されることを示した。どちらの研究でも、調査した時間帯は若干異なるが、MI後の後期にLy6Clo単球が出現することを報告している。このような研究は、心筋梗塞における非古典的単球の血管新生作用と抗炎症作用を明確に報告している(144)。さらに、心筋梗塞における巡回単球の重要性を論じるために、Hilgendorfら(145)は、非古典的単球を欠損したNr4a1欠損マウスでは、心筋梗塞において炎症反応が亢進し、治癒が損なわれることを示し、治癒過程における巡回単球の役割をさらに列挙した。これらのデータを総合すると、腎臓と心臓の両方のIRIモデルにおいて、非古典的単球が血管の修復と臓器機能の回復に有益であることが証明された。

今後の展望

以上のように、単球は初期の自然免疫細胞として、生体の恒常性と疾病の両方において重要な役割を果たしている。単球は血管のホメオスタシスの維持に関与し、急性感染症につながる病原体に対する最も初期のレスポンダー細胞の一つである。しかし、単球は有用であると同時に、慢性疾患に関連する炎症の原因となることもある。

非古典的単球の役割は、血管内皮の恒常性維持に重要な役割を果たしていることから、保護的であると広く考えられている。単球はまた、病原体やがん細胞を認識して排除する最初の防衛ラインでもある。しかし、慢性疾患におけるその役割はあまり明らかではない。アテローム保護作用やIRIにおける保護作用があるように見えるが、多くの研究では、疾患負荷との関連性や貢献度が示されている。

ここ数年、単球を研究するための新しい高次元の方法論によって、単球の異質性が明らかになってきた。特に、非古典的な単球の異質性は、疾患におけるこの単球サブセットの、時に相反するJekyll-versus-Hyde機能に光を当てる上で重要である。現在進行中の研究では、恒常性と疾患の両方における単球サブセットの異質性と機能を明らかにすることで、単球全体を標的とする現在の治療法とは対照的に、単球集団を選択的に標的とする新しい、より優れた治療法を可能にする。非典型的な単球の疾患に対する反応の違いを理解することで、単球の利他的な行動を利用して、さまざまな慢性疾患の予防や治療に役立てることができるようになるであろう」と述べている。

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