抗結核防御の免疫機構
財団法人結核予防会結核研究所 原田登之
|
１.はじめに
結核症は結核菌（Mycobacterium tuberculosis）の感染により引き起こされる慢性的感染症である。
現在、日本において結核症は既に過去の感染症という認識が一般的であるが、世界的に見ると結核症は感染症の中でも
主要な死亡原因である。先進国では過去、結核の感染例は低下の一途を辿ってきたが、現在その低下率は鈍化傾向にある。
これは、開発途上国では依然として結核が蔓延しており、これらの国からの移民により持ち込まれる場合もあり、さらに
結核そのものに対する関心が薄れ、管理が不十分になってきていることも一因である。現在、およそ全世界人口の1/3が結核菌に
感染しており、そのうち約10％に発症の危険がある。また、結核症により年間全世界で約三百万もの人が死亡している。
一方、感染した中の約90％が結核症には至らず、結核菌に対して抵抗性を示すが、この結核菌に感染した際に獲得される抵抗性は、
主にマクロファージとT細胞から構成される典型的な細胞性免疫である。従って、AIDSのような免疫不全、あるいは老齢などにより
免疫力が低下すると、この結核菌に対する抵抗性が弱まり結核症の発症に至る。また、結核症の治療は、抗生物質および化学薬剤の
投与によりなされているが、これら薬剤に抵抗性の結核菌が出現して来ている。このように、結核というのは過去の感染症ではなく、
将来再び人類の脅威になる可能性を秘めている。
２.結核研究の歴史
結核症の原因となる結核菌は、1882年に初めてKochにより、肉芽腫における巨大細胞内に発見された1)。
彼はさらに抗結核ワクチンを作製することを試み、結核菌培養上清を熱処理後グリセリン抽出物（ツベルクリン）を調製し、
結核菌に感染したモルモットに皮内注射したところ、注射部位と感染部位とに激しい壊死が起きた（コッホの現象）2)。
彼はツベルクリン中にこの遅延型過敏反応を引き起こす物質が存在すると考え、ツベルクリンを結核患者の治療に使用することを
試みたが成功しなかった。しかし、その後結核症の診断法としてツベルクリン反応は広く受け入れられ、現在ではより精製度の
高いPPD（tuberculin purified protein derivative）が使用されている。
３.抗結核機能におけるマクロファージの役割
1）マクロファージの抗結核活性
ROIに加えて1990年代に活性化マクロファージの殺菌作用にとって非常に重要であると考えられる機構が報告された。 それは、L-arginineを基質とする活性化マクロファージにおいて発現が誘導される誘導型NO合成酵素 （inducible nitric oxide synthase, iNOS）により産生される酸化窒素（Nitric oxide, NO）およびその関連物質 （Reactive nitrogen intermediate, RNI）である13)。しかしながら、ヒトマクロファージ系ではRNIの抗結核菌活性における 重要性は確立されていない。この相違は、iNOSを誘導する際、マウスとヒトのマクロファージでは活性化に対する要求性が異なっている 可能性が考えられる。あるいは、ヒトの系においては、マクロファージに抑制的に作用するサイトカインが優位に働いているのかも 知れない。いずれにせよ、ヒトの系での抗結核菌活性におけるRNIの重要性とiNOSの誘導機構を明らかにすることは、結核菌と マクロファージの関係を知る上で非常に重要であり、これらのことを通して新たな結核治療法の開発につながる可能性もある。 一方、P-L fusion後のこのような一連の殺菌作用から逃れる手段の一つとして、マクロファージ内での結核菌の食胞から細胞質への 侵入が示唆されている。この機構としてKingらにより報告されたhemolysinがこの侵入に関与している可能性が考えられている14)。 いずれにせよ、この侵入機構に関与する結核菌遺伝子の解析が進めば、このような遺伝子を不活化することにより、 より毒力の弱いリコンビナント結核菌を作製し、抗結核ワクチンとして利用できるかもしれない。
2）サイトカインとマクロファージの活性化
４.抗結核免疫におけるT細胞の機能
胸腺由来の免疫系細胞であるT細胞は、細胞表面上に発現している特異的な抗原により幾つかの群に分類されうる。まず、
抗原を認識するT細胞受容体（T cell receptor, TcR）の構築様式から、a/bT細胞とg/dT細胞とに分類されている。a/bT細胞は、
全T細胞の約90％を占め、免疫調節の主要な役割を担っている。一方、g/dT細胞は残り約10％を占め、その存在場所もa/bT細胞とは異なり、
主に体表付近に存在している。g/dT細胞の機能は、現在のところ明らかではないが、 その体表付近という存在場所から抗原特異的
a/bT細胞による免疫成立以前の感染初期防御に関与していると考えられている。a/bT細胞とg/dT細胞の抗結核免疫に対する機能は、
これらの細胞をノックアウトしたマウスを用いて解析された。その結果、抗結核免疫は主にa/bT細胞が担うが、g/dT細胞も補助的な
役割をしていることが示唆された15,16)。
５.インターロイキン-12（IL-12）
1）IL-12の生理活性
2）IL-12の物性
3）IL-12の細胞内情報伝達機構
このIL-12に特異的な細胞内情報伝達機構については、既に幾らか重要な報告がされている。現在ほとんどのサイトカインの 細胞内情報伝達において、チロシンキナーゼの一群であるJakキナーゼ、およびこのJakキナーゼによりチロシン残基がリン酸化され 活性化される一群の転写因子であるStat（signal transducers and activators of transcription）と呼ばれるシグナル伝達分子が 関与していることが知られている28)（表2）。
4）Th細胞間の調節機構
5）マクロファージによるIL-12産生の機序
６.生体の免疫能を惹起する結核菌菌体成分
結核菌の菌体成分が様々な免疫反応を引き起こすことは、数多く報告されている。結核菌の細胞表面は特徴的な脂質で覆われているが、
これらの脂質が免疫系に対し様々な生理活性を示すことは従来より知られていた。これらの中でも代表的なものとしては、cord factorと
上記のLAMがあげられるであろう36)。これらは非特異的に作用しIL-1、IL-6、TNF等の炎症性サイトカインの産生を誘導する。
一方、結核菌特異的な免疫反応は、結核菌由来の蛋白質により誘導される。古くはコッホのツベルクリンに始まり、現在では様々な
精製蛋白質による免疫反応の誘導が報告されている37)。現在結核の診断に用いられるPPDは、結核菌培養上清を硫安塩析したもので、
その中には数百種類もの蛋白質が混在しており、結核菌に特異的な蛋白質だけでなく、他の細菌と共通構造を持つ蛋白質も含まれる。
そのため、ツベルクリン反応は、必ずしも結核菌感染に特異的な反応を見ていることにはならない。
このように、より特異性の高い診断法を開発するためには、これらの精製蛋白質による免疫反応の解析は必須のものであろう。
抗結核免疫に関与する結核菌由来蛋白質の解析は、後述する新たな抗結核ワクチンの開発にとっても重要である。
７.これからの抗結核ワクチン
現在のところ抗結核ワクチンとして一般的に使用されているのは、唯一BCGだけである。しかし、BCGの効果については、
依然として議論されている。BCGは、最初の株から分けられた3株が世界的にワクチンとして使用されていが、株の分与以降それぞれ
個別の研究施設で維持保存されており、それらの菌の性質は異なってきている。抗結核免疫を誘導するのには生菌を接種する必要があるが、
BCGを凍結乾燥したBCGワクチンの菌の生存率は調製したワクチンごとに異なっていることが予想され、このようなワクチンを
用いているためBCGワクチンの評価が一定しないことも考えられる。また、BCGワクチンのように生菌を免疫力の弱まった人に
接種することは危険を伴うであろう。このように、BCGワクチンに取って変わる、より効果的で安全なワクチンの開発が望まれている。
新しい抗結核ワクチンとして、次のようなものが考えられている38)。まず、結核菌由来の蛋白質の中で、結核菌に対して強い
細胞性免疫を誘導しうる蛋白質を解析し、そのリコンビナント蛋白質をワクチンとして使用することが考えられる。あるいは、
このような蛋白質を発現するように遺伝子を組み込んだBCGを作製し、これをワクチンとして使用することも考えられる。また、
結核菌の病原遺伝子が解明されれば、その遺伝子を不活化させた結核菌を作製し、ワクチンにすることも考えられる。最近、
サイトカインを産生するリコンビナントBCGが作製され、これらを投与することにより免疫反応が高まることが報告された39)。
８.おわりに
化学療法により劇的に結核の死亡率は低下してきたものの、結核は依然として感染症の中において、高い感染率と致死率を示している。
さらに現在、多剤耐性菌の出現やAIDS感染等により感染率および致死率の低下が鈍化する傾向が既に認められている。このように、
結核は過去の感染症ではなく、将来再び脅威の感染症になる可能性を秘めている。最近の分子生物学並びに免疫学の急速な発展により、
結核菌に対する防御機構が分子レベルで部分的ではあるが説明可能になりつつある。しかしながら、結核菌の病原遺伝子解析については
あまり進展がないように思われる。今後、抗結核菌防御機構並びに結核菌の遺伝子解析がさらに進み、病原遺伝子が解明されることにより、
従来にない論理的なワクチン開発がもたらされるであろうと期待される。
参考文献
1) Koch R : Die Atiologie der Tuberkulose, Berliner Klin Wochenschr, 19 : 221〜230, 1882.
2) Koch R : Weitere Mitteilungen uber das Tuberkulin, Dtsch Med Wochenschr, 43 : 1189〜1192, 1891.
3) Greenwood M : Professor Calmette's statistical study of BCG vaccination, Br Med J, 1 : 793〜795, 1928.
4) Chase MW : The cellular transfer of cutaneous hypersensitivity to tuberculin, Proc Soc Exp Biol Med, 59 : 134〜135, 1945.
5) Schlesinger LS et al : Phagocytosis of Mycobacterium tuberculosis is mediated by human monocyte complement receptors and complement component C3, J Immunol, 144 : 2771〜2780, 1990.
6) Schlesinger LS : Macrophage phagocytosis of virulent but not attenuated strains of Mycobacterium tuberculosis is mediated by mannose receptors in addition to complement receptors, J Immunol, 150 : 2920〜2930, 1993.
7) Gordon AH et al : Ammonia inhibits phagosome-lysosome fusion in macrophages, Nature, 286 : 79〜81, 1980.
8) D'Arcy Hart P et al : Chemical inhibitors of phagosome-lysosome fusion in cultured macrophages also inhibit saltatory lysosomal movements. A combined microscopic and computer study, J Exp Med, 158 : 477〜492, 1983.
9) Goren MB et al : Prevention of phagosome-lysosome fusion in cultured macrophages by sulfatides of Mycobacterium tuberculosis, Proc Natl Acad Sci USA, 73 : 2510〜2514, 1976.
10) Vachula M et al : Suppression of monocyte oxidative response by phenolic glycolipid I of Mycobacterium leprae, J Immunol, 142 : 1696〜1701, 1989.
11) Brozna JP et al : Monocyte response to sulfatide from Mycobacterium tuberculosis : inhibition of priming for enhanced release of superoxide, associated with increased secretion of interleukin-1 and tumor necrosis factor alpha, and altered protein phosphorylation, Infect Immun, 59 : 2542〜2548, 1991.
12) Chan J et al : Microbial glycolipids : possible virulence factors that scavenge oxygen radicals, Proc Natl Acad Sci USA, 86 : 2453〜2457, 1989.
13) Nathan CF・Hibbs Jr JB : Role of nitric oxide synthesis in macrophage antimicrobial activity, Curr Opin Immunol, 3 : 65, 1991.
14) King C et al : Expression of contact-dependent cytolytic activity of Mycobacterium tuberculosis and isolation of the locus encoding the activity, Infect Immun, 61 : 2708〜2712, 1993.
15) Ladel CH et al : Contribution of a/b and g/d T lymphocytes to immunity against Mycobacterium bovis Bacillus Calmette Guerin : studies with T cell-receptor-deficient mutant mice, Eur J Immunol, 25 : 838〜846,1995.
16) Ladel CH : Protective role of g/d T cells and a/b T cells in tuberculosis, Eur J Immunol, 25 : 2877〜2881, 1995.
17) Mosmann TR・Coffman RL : TH1 and TH2 cells : different patterns of lymphokine secretion lead to different functional properties, Annu Rev Immunol, 7 : 145〜173,1989.
18) Dalton D et al : Multiple defects of immune cell function in mice with disrupted interferon-g genes, Science, 259 : 1739〜1742, 1993.
19) Flynn JL et al : An essential role for IFN-g in resistance to Mycobacterium tuberculosis infection, J Exp Med, 178 : 2249〜2254, 1993.
20) Cooper AM et al : Disseminated tuberculosis in interferon-g gene-disrupted mice, J Exp Med, 178 : 2243〜2247, 1993.
21) Kamijo R et al : Mice that lack the interferon-g receptor have profoundly altered responses to infection with Bacillus Calmette-Guerin and subsequent challenge with lipopolysaccharide, J Exp Med, 178 : 1435〜1440, 1993.
22) Flynn JL et al : Major histocompatibility complex class I-restricted T cells are required for resistance to Mycobacterium tuberculosis infection, Proc Natl Acad Sci USA, 89 : 12013〜12017, 1992.
23) Gubler U et al : Coexpression of two distinct genes is required to generate secreted bioactive cytotoxic lymphocyte maturation factor, Proc Natl Acad Sci USA, 88 : 4143〜4147, 1991.
24) Wolf SF et al : Cloning of cDNA for natural killer cell stimulatory factor, a heterodimeic cytokine with multiple biologic effects on T and natural killer cells, J Immunol, 146, 3074〜3081, 1991.
25) Trinchieri G : Interleukin-12: a proinflammatory cytokine with immunoregulatory functions that bridge innate resistance and antigen-specific adaptive immunity, Annu Rev Immunol, 13 : 251〜276, 1995.
26) Chua AO et al : Expression cloning of a human IL-12 receptor component: a new member of the cytokine receptor superfamily with strong homology to gp130, J Immunol, 153 : 128〜136, 1994.
27) Presky DH et al : A functional interleukin 12 receptor complex is composed of two b-type cytokine receptor subunits, Proc Natl Acad Sci USA, 93 : 14002〜14007, 1996.
28) Ihle JN・Kerr IM : Jaks and Stats in signaling by the cytokine receptor superfamily, TIG, 11 : 69〜74, 1995.
29) Bacon CM et al : Interleukin 12 (IL-12) induces tyrosine phosphorylation of JAK2 and TYK2: differential use of Janus family tyrosine kinases by IL-2 and IL-12, J Exp Med, 181 : 399〜404, 1995.
30) Jacobson NG et al : Interleukin 12 signaling in T helper type 1 (Th1) cells involves tyrosine phosphorylation of signal transducer and activator of transcription (Stat)3 and Stat4, J Exp Med, 181 : 1755〜1762, 1995.
31) Thierfelder WE et al : Requirement for Stat4 in interleukin-12-mediated responses of natural killer and T cells, Nature, 382 : 171〜174, 1996.
32) Kaplan MH et al : Impaired IL-12 responses and enhanced development of Th2 cells in Stat4-deficient mice, Nature, 382 : 174〜177, 1996.
33) Maggi E et al : Reciprocal regulatory effects of IFN-g and IL-4 on the in vitro development of human Th1 and Th2 clones, J Immunol, 148 : 2142〜2147, 1992.
34) Flesch IEA et al : Early interleukin 12 production by macrophages in response to mycobacterial infection depends on interferon g and tumor necrosis factor a, J Exp Med, 181 : 1615〜1621, 1995.
35) Fulton AS et al : Interleukin-12 production by human monocytes infected with Mycobacterium tuberculosis: role of phagocytosis, Infect Immun, 64 : 2523〜2531, 1996.
36) Besra GS・Chatterjee D : Lipid and Carbohydrates of Mycobacterium tuberculosis. in Tuberculosis-Pathogenesis, Protection, and Control (ed. by BR Bloom), ASM Press, Washington, 285〜306, 1994.
37) 光山正雄：抗結核防御免疫の誘導と発現機構、資料と展望、18 : 1〜13, 1996.
38) Bloom BR・Fine PEM: The BCG experience : implications for future vaccines against tuberculosis. in Tuberculosis-Pathogenesis, Protection, and Control (ed. by BR Bloom), ASM Press, Washington, 531〜557, 1994.
39) Murray PJ et al : Manipulation and potentiation of antimycobacterial immunity using recombinant bacille Calmette-Guerin strains that secrete cytokines, Proc Natl Acad Sci USA, 93 : 934〜939, 1996.
（出典）原田登之： 抗結核防御の免疫機構, 資料と展望, 21:1〜11, 1997 |
