好中球と真菌感染に関する新しい知見

侵襲性真菌感染（IFI）は、世界的に深刻な健康課題を引き起こしていて、毎年150万人以上が亡くなってるんだ。最も一般的なIFIの一つが侵襲性アスペルギルス症（IA）で、主に真菌アスペルギルス・フミガータスに関連してる。この病気はよく入院を必要とし、医療費が大幅に増えることもあって、アメリカでは年間約18億ドルに達すると言われてる。特に白血球数が低い人、特に好中球が少ない人はIAを発症するリスクが高いんだ。好中球は体が感染に最初に反応するのに重要な役割を果たしてるからね。

#真菌感染に対する好中球の役割

好中球は感染に対する大事な防衛者で、A.フミガータスによるものも含まれてる。彼らは表面にパターン認識受容体（PRR）という特別な受容体を持ってて、侵入してくる真菌を特定して反応するのを助ける。これらの受容体が活性化されると、好中球は感染を退けるためのいくつかの機能を実行できるんだ。具体的には：

• 貪食：病原体を取り込んで消化すること。
• 反応性酸素種（ROS）産生：病原体を殺す有害な化学物質を生成すること。
• 好中球外トラップ（NET）形成：真菌を捕まえて殺す網状の構造を作ること。
• 脱顆粒：抗真菌特性を持つ物質を放出すること。

好中球は感染を管理するために素早くROSを生産するし、活性化された後は特定の経路に代謝をシフトさせ、もっとROSを生成することができる。こうした代謝のシフトに異常があると、真菌の成長を制御する能力が弱まるんだ。

好中球が感染と戦う上で重要なのに、ヒトの好中球を研究するのは難しいんだ。彼らは寿命が短く、ラボで遺伝子操作するのも簡単じゃないからね。だから、好中球が真菌とどう相互作用するかを研究するためには、より良いラボモデルが必要だね。

#現在のモデルの限界

研究では、よくマウスモデルの好中球を使って真菌防御を調べるけど、マウスとヒトの好中球には特性や機能の違いが大きくて、動物モデルからヒトへの結果の転用が複雑になるんだ。例えば、マウスの好中球で抗真菌活性に重要な受容体が、ヒトの好中球ではあまり重要じゃなかったりする。この違いは、遺伝子操作できるヒト細胞系が必要である理由を強調してる。

HL-60やPLB-985みたいな一部のヒト細胞系は、ラボ環境で好中球の機能を模倣できるけど、これらのモデルは一次ヒト好中球と同じくらい効率的に特定の好中球機能を行うことができないという限界がある。

もう一つの期待できる選択肢は、ヒト誘導多能性幹細胞（iPSC）由来の好中球、通称i好中球だ。これらの細胞は遺伝子操作できて、好中球の移動を研究する上でもある程度の効果を示してるんだ。ただ、彼らの抗真菌能力には限界があって、特に発展過程で均一性を持たせるのが難しいんだ。

最近の研究では、iPSCから特定の因子GATA1を除去することで、より一貫性があり効果的な成熟したi好中球の集団ができ、NET形成能力が向上することがわかってきた。

#i好中球機能の向上

研究によれば、GATA1を欠いたi好中球（GATA1-KO）は、通常のi好中球に比べてA.フミガータスに対する抗真菌活性が良いことが示された。これらの修飾されたi好中球は、より多くの抗真菌受容体を表現し、抗真菌機能が改善されてる。β-グルカンが豊富な粒子にさらされると、これらの細胞は一次ヒト好中球と同じ経路に代謝をシフトし、ROS生成に必要なことがわかってるんだ。

彼らの機能向上のメカニズムをさらに探るために、研究者たちはこれらの細胞からCD18という表面受容体を削除した。結果、GATA1-KO i好中球は真菌の成長を制御するのに効果的だったけど、CD18を削除するとA.フミガータスを殺す能力が大きく低下したんだ。それでも、刺激後の代謝シフトには影響しなかったことがわかった。このことは、CD18が好中球の抗真菌活性において重要な役割を担っていることを示している。

#抗真菌活性のテスト

GATA1-KO i好中球の抗真菌能力を評価するために、研究者たちはGATA1を欠いた新しいiPSC系を作った。これらの細胞をi好中球に発展させ、ラボテストでA.フミガータスを殺す能力を評価したんだ。

実験の結果、GATA1-KO i好中球は通常のi好中球よりも、曝露後4時間で真菌細胞をかなり効果的に除去できた。ヒトの血液条件を模擬するために使用した血清では、GATA1-KO i好中球は約40%の真菌除去を達成したのに対し、野生型細胞は約13%に過ぎなかった。ただし、一次ヒト好中球に比べて殺す速度は遅かったけどね。

24時間後、GATA1-KO i好中球はA.フミガータスの成長を一次ヒト好中球と同じレベルまで効果的に減少させた。これが示すのは、即時の殺傷能力は劣っているかもしれないけど、真菌の成長を管理する全体的な能力は同等だということ。

研究者たちは時間経過を追って好中球と真菌の相互作用を観察するためにタイムラプス顕微鏡を使った。GATA1-KO i好中球はA.フミガータスの周りに集まる様子が観察されたが、彼らの集まりは一次ヒト好中球に比べて小さかったんだ。

#受容体発現の向上

GATA1-KO i好中球が真菌をより効果的に殺す理由を調べるために、研究者たちはこれらの細胞の表面にある抗真菌受容体の発現を分析した。その結果、GATA1-KO i好中球は野生型細胞に比べて、dectin-1やCD18などの重要な受容体がかなり多く存在していることがわかった。

要するに、GATA1-KO i好中球の成熟度と受容体発現の増加が、真菌感染と戦う能力の向上に寄与している可能性が高くて、好中球機能を研究するための優れたモデルになってるんだ。

#代謝と抗真菌活性

研究は、i好中球が真菌の細胞壁に見られる成分であるジモザンにさらされた後の代謝の変化も探った。この分析では、GATA1-KO i好中球が代謝速度を上げ、ROSの生成を助ける経路にシフトすることが明らかになったんだ。

これらの代謝の適応は重要で、好中球が真菌を殺したり成長を抑えたりする物質を生成する能力の基盤になっている。GATA1-KO i好中球は、刺激後にペントースリン酸経路に関連する特定の代謝物のレベルが増加していて、代謝変化が効果的な免疫反応にとって重要であることを強化している。

#好中球機能の向上

研究は、GATA1-KO i好中球が特定の刺激に応じてジモザン粒子の貪食、ROSの生成、NET形成が改善されていることを示した。

GATA1-KO i好中球はジモザン粒子を貪食する能力が大幅に向上していることが示されて、野生型細胞に比べて彼らの貪食能力が上がっていることがわかった。さらに、彼らはより高いレベルのROSを生成し、一次ヒト好中球に近い反応を示したんだ。

全体的に、GATA1-KO i好中球が抗真菌行動においてより効率的であるだけでなく、全体的な免疫能力も向上していることが強調されている。

#移動と化学走性

好中球機能のもう一つの重要な側面は、感染部位へ移動する能力だ。ロイコトリエンLTB4は、好中球を必要な場所に導く上で重要な役割を果たしている。研究では、GATA1-KOと野生型i好中球がどちらもLTB4受容体を効果的に発現し、この化学走性シグナルに反応したことが示された。

でも、GATA1-KO i好中球は野生型よりも移動速度が遅かったんだ。それでも、両方の細胞がLTB4の勾配に対して適切に反応できることを示していて、GATA1-KO i好中球が機能的な化学走性を保持していることがわかった。

#抗真菌活性におけるCD18の重要性

実験によって、CD18がGATA1-KO i好中球の抗真菌機能において重要であることが確認された。研究者たちがCD18受容体遺伝子を削除したところ、i好中球がA.フミガータスを殺す能力や、その成長を制御する能力が大幅に減少したことが観察された。

この結果は、GATA1-KO i好中球が代謝を効果的にシフトさせながらも、最適な抗真菌反応にはCD18の存在が非常に重要であることを示唆していて、好中球の活動に関する以前の研究とも一致している。

#CD18損失が機能に与える影響

さらに調査した結果、CD18が欠けるとA.フミガータスの周りに集まる好中球の集団形成が阻害されることがわかった。GATA1-KOとCD18欠損細胞は真菌を取り囲むことができたものの、CD18欠損細胞で形成された集団は小さくて、集まったり移動したりする能力に制限があることを示唆してる。

化学走性アッセイにかけたところ、CD18欠損i好中球はLTB4に向かって移動するのが難しいことが示されて、真菌感染に対する効果的な移動や集団形成にはこの受容体が重要であることがわかった。

#結論：研究におけるi好中球の可能性

研究から、ヒトiPSC由来のi好中球が真菌感染に対する防御を研究するためのモデルとして効果的であることが示唆されてる。GATA1-KO i好中球は、成熟した反応性を持つ細胞タイプで、かなりの抗真菌活性を示している。彼らの代謝適応能力は、免疫反応の複雑さを強調しているんだ。

GATA1-KO i好中球が一次ヒト好中球の重要な機能を模倣できることを示す結果が出ているため、彼らはヒトの好中球生物学や、免疫力が低下した患者に対する新しい治療法の開発に向けたさらなる研究において興味深い機会を提供している。遺伝子操作可能な無限供給のi好中球は、好中球が弱まった人々の感染を理解し、治療する可能性を広げるんだ。

i好中球を研究に利用することで、科学者たちは真菌感染に対する免疫反応のメカニズムや、免疫系の重要な要素を標的とした治療法に関するさらなる洞察を得られることを期待しているんだ。