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（2022/2/17）
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#8: アトピー性皮膚炎の病態を空間的に捉える
こんにちは。ミロ@miro_bipolarです。
本日は以下の論文を紹介していきたいと思います。
（オープンアクセスなので無料で読めます）
概要
慢性炎症性疾患では、豊富で異質な免疫細胞が病変に浸潤し、これらの細胞を特徴付ける必要がある。
これにより、疾患を促進する免疫細胞と関与しない免疫細胞を区別することが可能となる。
本研究では、空間トランスクリプトミクスを用いて非伝染性炎症性皮膚疾患（ncISD）のランドスケープを調査し、31人の患者から得られた62,000の空間的に定義された人間の皮膚トランスクリプトームの大規模なリポジトリを作成した。
期待される免疫細胞の浸潤にもかかわらず、我々は病原性の疾患を促進するサイトカイントランスクリプト（IFNG、IL13、およびIL17A）が比較的少ないことを観察した。
つまり、病変皮膚断片全体の平均発現と比較して125倍以上少ない。
それにもかかわらず、サイトカイン発現は病変皮膚に制限され、疾患固有のパターンで提示される。
密度ベースの空間クラスタリング法を活用して、サイトカインの直接の近くに特定の応答遺伝子の特性を同定し、検出されたサイトカイントランスクリプトが、局所の微小環境で数千に及ぶ特定の応答遺伝子トランスクリプトの増幅カスケードを開始することを確認した。
したがって、ncISDの豊富で異質な浸潤の中で、わずかなサイトカイントランスクリプトとそれらの翻訳された蛋白質のみが、局所の微小環境で炎症性増幅カスケードを開始することによって疾患を促進すると考えられる。
背景
非伝染性炎症性疾患（ncISD）は、遺伝的背景と環境トリガーの複雑な相互作用に基づいており、これによって免疫応答が変化します。
いくつかの百種類以上のncISDが存在し、その中には扁平苔癬（lichen planus、LP）、アトピー性皮膚炎（atopic dermatitis、AD）、および乾癬（psoriasis）が含まれます。
これらは異質であるが、ほとんどのncISDは、異なるリンパ球サブセットと上皮との相互作用に基づく適応免疫経路に従って分類できます。
乾癬はクラシカルなタイプ3免疫細胞介在疾患を表し、アトピー性皮膚炎は主にタイプ2免疫に支配され、扁平苔癬はタイプ17免疫細胞によって支配されています。
それに応じて、乾癬はタイプ3免疫のサイトカインであるIL-17AやIL-23を標的とする抗体によって効果的に治療できます。
同様に、アトピー性皮膚炎はIL-13などのタイプ2免疫細胞のサイトカインを標的とする抗体で成功裏に治療されています。
しかし、治療応答を予測するモデルがないため、多くの患者は特定の治療に反応しないことがあります。
さらに、現行の治療法はサイトカインを中和しますが、抗原特異性を標的としていないため、治癒的なアプローチが不足しています。
サイトカイン分泌免疫細胞のプロファイル、動態、および空間分布に関するもっと精緻な情報が必要です。
新しい分子技術を使用すると、ncISDの関連する細胞タイプをシングルセルおよび空間コンテキストで深層フェノタイピングできます。
従来のシングルセルシーケンシング技術では、組織の解離が必要であり、組織の文脈が失われる可能性があるため、解釈にバイアスがかかることがあります。
空間トランスクリプトミクス（ST）はこの問題を克服し、炎症性皮膚の構造を研究できますが、シングルセルの分解能ではありません。
本研究では、10X GenomicsのVisium技術を使用してncISDの病変および非病変皮膚における適応免疫応答を空間的に解明します。
我々は、LPの場合のIFNG、ADの場合のIL13、および乾癬の場合のIL17Aといった疾患を促進するサイトカインの単一トランスクリプトが、それぞれの疾患病態の特有の炎症性応答遺伝子の局所の増幅カスケードを開始することを観察します。
したがって、豊富で異質な浸潤の中でわずかな免疫細胞がncISDを促進しています。
結果
皮膚空間トランスクリプトームのベンチマーキング
非病変および病変のncISD皮膚の病原性微小環境を解析するために、我々はncISD（図1a）の空間トランスクリプトミクスのランドスケープを特徴付けました。
これにはLP、AD、および乾癬が含まれます。
遺伝子発現は、10X GenomicsのVisium技術を使用して凍結およびH&E染色された皮膚断片で測定されました。
生成されたデータセットには90のサンプル（31の病変、14の非病変が重複している）が含まれ、62,968のスポットのトランスクリプトームがありました。
一意の分子識別子（UMI）のカウントが1未満で、ミトコンドリアの割合が25％を超える3649のスポットを削除した後（方法を参照）、15,285の非病変スポットと44,034の病変スポットがさらなる分析に進みました。
我々は、ヒトの皮膚における中枢性疾患サイトカインを産生する白血球の空間的な分布と機能に洞察を与える2つの補完的な解析ワークフローを提案しました。
図のパネルでは簡略化のためにIL17Aを参考モデルとして描いています。
最初のワークフローは、サイトカイントランスクリプト陽性の白血球スポットの空間的な位置を特定し、これらの空間的な特徴を使用してサイトカイントランスクリプト陽性対サイトカイントランスクリプト陰性の白血球を含むスポットの差異遺伝子発現（DEG）解析を行い、その後、パスウェイの豊富な解析を行います。
2番目のワークフローでは、サイトカイントランスクリプト陽性の白血球スポットにラベルを付け、次に密度ベースのクラスタリング法を使用して、空間的な特徴に基づいてサイトカインと応答遺伝子署名を相関させます。
この解析により、単一のサイトカイントランスクリプトが組織の微小環境で数千の特定の応答遺伝子トランスクリプトの増幅カスケードを開始するという驚くべき観察が得られました。
我々はこれらの結果を、in situハイブリダイゼーション、シングルセルおよびバルクシーケンシング、免疫組織化学、FACS測定、および細胞培養解析など、さまざまな患者コホートと手法を用いて検証しました。
疾患を促進するサイトカイントランスクリプトの数は少ない
ncISDにおける組織炎症の重要な駆動要因であるサイトカインの主要なエフェクターサイトカインであるIFNG、IL13、およびIL17Aの発現を、空間的な解像度で調査しました。
全体の断片を考慮に入れると、IFNG、IL13、およびIL17Aに対してそれぞれ434、144、および224のUMIカウントが検出され、すべての病変断片でそれぞれ372、103、および154の空間スポットに分布していました。
一般的に、対応するサイトカイントランスクリプトはすべてのサンプルで均等に分布せず、特にADは異質であることが示されました。
非病変皮膚サンプルでは、サイトカインUMIカウントが低いことが予想され、IFNG、IL13、およびIL17Aに対してそれぞれ平均UMIカウントが1、1、および0であることが観察されました。
しかし、病変ncISD皮膚でも、IFNG、IL13、およびIL17Aに対するトランスクリプトは1から37、1から12、および1から27の範囲で検出されました。
UMIカウントが1未満および/またはミトコンドリアの割合が25％を超えるスポットが品質管理手順で削除された場合、サイトカイントランスクリプト陽性のスポットが削除された可能性があるため、これらのスポットを再分析しました。
サイトカイン陽性のスポットはこれらの手順で取り除かれていないことが示されました。
サイトカイン陽性のスポットを薄くしないようにするために、ダブルポジティブのスポットも分析に含めましたが、これらは少数派を表しています。
すべての他の遺伝子の平均に対して、非病変および病変皮膚においてIFNG、IL13、およびIL17Aの合計で、それぞれ900倍および125倍も発現が少ないことが確認されました：これはヒトの皮膚におけるサイトカインの希少な存在を強調しています。
それらの頻度が低いにもかかわらず、空間的な分布は調査されたサイトカインにとっては特異的でした。IFNG（基底層表皮+真皮1 vs 上層+中間層表皮+真皮2-7 p = 1.66e−22）およびIL13（中間+基底層表皮+真皮1および真皮2 vs 上層表皮+真皮3-7 p = 2.41e-17）は、下位の表皮層および上位の真皮層に有意に豊富でしたが、IL17Aは病変表皮の全層で検出され、真皮ではほとんど発現していませんでした（表皮対真皮 p = 2.96e−13）。
我々はin situ hybridizationを使用してSTデータセット全体で低いトランスクリプト数および低いサイトカイントランスクリプト陽性のスポット数を確認しました。
in situ hybridizationでは非常に少数のサイトカイントランスクリプト陽性のシグナルが検出されました。
IFNG、IL13、およびIL17A mRNAのセクションごとの中央値のトランスクリプト陽性細胞数は、それぞれLP、AD、および乾癬で83、4、および11であり、これはST解析からの観察を確認しています。
同様に、乾癬のシングルセルRNASeq解析も、IFNGまたはIL17Aトランスクリプト陽性の細胞あたりのトランスクリプトが少ないことを示し、CD4+細胞あたりのIFNGまたはIL17Aの中央値UMIカウントが1、CD8+細胞あたりのIFNGまたはIL17Aが4であることがわかりました。
また、バルクRNAシーケンシングを使用して、ncISD患者の大規模なコホートも調査しました。
ここでは、6 mmの皮膚パンチ生検の1/3で、非病変および病変LP皮膚においてIFNGのバイオプシーあたりの中央値がそれぞれ1および25.5であることが検出されました。
ADでは、IL13のバイオプシーあたりの中央値が2および4.5、乾癬ではIL17Aのバイオプシーあたりの中央値が0および7.5でした。
皮膚浸潤T細胞の免疫組織化学およびフローサイトメトリー解析では、病変皮膚においてサイトカイン陽性リンパ球の数は同様でした（組織学：13.3％のIL-17A陽性リンパ球、フローサイトメトリー：4.2％のCD4+IL-17A+、4.9％のCD8+IL-17A+）。
時間経過解析では、in vitroでの短時間のT細胞受容体（TCR）刺激が、10～30分でピークとなり、総生産時間が<6時間である一時的なmRNA産生をもたらしたことが示されました。
細胞あたりのmRNAトランスクリプトの数は、長時間のTCR刺激で増加しました。
UMIカウントが低いにもかかわらず、サイトカインは空間的な解像度で疾患特異的な発現パターンを示しました。
IFNGトランスクリプトは主に病変LPで発現しており（中央値/セクション：4）、ADおよび乾癬ではIL13（中央値/セクション：1.5）およびIL17A（中央値/セクション：9）がそれぞれ発現しており、上位の皮膚層で強調された発現が見られました。
この明確な分布パターンは、他の疾患駆動サイトカイン、IL17F、IL21、IL22、TNF、IL10、およびIL4にも当てはまりました。
シグネチャサイトカインの相対的な分布は、LPがタイプ1、ADがタイプ2、および乾癬がタイプ3の免疫駆動疾患であることを確認しています。
これらの結果はまとめると、炎症した皮膚には疾患特異的なサイトカイントランスクリプトの少数が存在し、特有の組織分布を示しています。
サイトカイントランスクリプト陽性のスポットおよび近くのスポットは、特定の遺伝子発現シグネチャで特徴づけられる
これらのサイトカイントランスクリプト陽性のスポットのフェノタイピングを行うために、サイトカイントランスクリプト陽性対サイトカイントランスクリプト陰性のスポットの差異遺伝子発現（DEG）解析を行いました。
特に免疫細胞に焦点を当てるために、スポットは白血球マーカー（CD2、CD3D、CD3E、CD3G、CD247（CD3Z）、またはPTPRC（CD45））に基づいて事前にソートされました。
これらのマーカーの少なくとも1つのUMIカウントの存在は、白血球陽性のスポットと見なされました。55µmの各スポットのサイズにより、DEGは一般的に、サイトカインを産生する細胞および与えられたサイトカインに応答する細胞から派生した遺伝子を表示しました。
55 µMの直径を持つスポットは複数の細胞を含む可能性があるため、Tangramを使用してサイトカイントランスクリプト陽性の白血球スポットの細胞組成を予測し、あるスポット内の細胞タイプの予測空間地図を生成しました。
ここで、Tangramは代表的なSTセクションにおいて、T細胞および先天性免疫細胞のさまざまなレベルを主要なサイトカイン産生者として示しました。
これに従い、IFNGトランスクリプト陽性のスポットは、GZMB、FASLG、CD70、CXCR3、およびCXCR6などのタイプ1免疫細胞に関連する遺伝子、およびCXCL9、CXCL10、CXCL11などの上皮細胞でIFNGによって誘導される遺伝子と特徴付けられました。
IL13トランスクリプト陽性のスポットは、IL2、IL10、SLAMF1などのタイプ2細胞に関連する遺伝子と、CCL17、CCL22、MMP12、OSMなどの組織応答と関連する遺伝子を持つ異なる発現シグネチャを示しました。
IL17Aトランスクリプト陽性のスポットに関連する遺伝子には、IL17F、IL22、IL26があり、皮膚でIL17Aによって誘導される遺伝子（例：IL19、NOS2、S100A7A、DEFB4A、CXCL8、IL36G）が含まれています。
STが免疫細胞由来の遺伝子とそれらに相関する組織応答を同定する能力は、リードサイトカイントランスクリプト陽性のスポットの遺伝子セットエンリッチメント解析によってさらに示され、これにより炎症駆動細胞シグナリングと炎症に対する組織反応の両方の特異的なシグネチャが明らかにされました。
要するに、我々は病変皮膚においてサイトカイントランスクリプト陽性のスポットを定義する遺伝子シグネチャを特定し、空間的な解像度が免疫細胞由来の遺伝子だけでなく、それらが引き起こす組織反応も理解するのに役立つことを示しました。
サイトカイントランスクリプト数と免疫応答は空間的に相関している
病変の非伝染性皮膚疾患（ncISD）の皮膚で観察されるわずかなサイトカイントランスクリプトにおける観察された機能的な関連性をさらに調査するために、サイトカイントランスクリプトとその周囲のスポットで誘導された応答との相関を調査しました。
各サイトカインに対する特定の応答シグネチャを確認するため、サイトカインは主に表皮で発現していたことを考慮し、in vitroでリコンビナントIFN-γ、IL-13、またはIL-17Aで主細胞のヒト角質形成細胞を刺激し、異なる発現遺伝子（DEG）を取得するために遺伝子発現アレイを実施しました。
これらのDEGをlog2FCとp値でフィルタリングした後、遺伝子リストは各サイトカインの空間的に導出されたDEGリストと比較され、IFN-γ（29遺伝子）、IL-13（4遺伝子プラス10文献に基づく遺伝子）、およびIL-17A（21遺伝子）の特定の応答シグネチャが提供されました。
特定された応答遺伝子はデータセット全体に均等に分布しており、IFNG、IL13、およびIL17Aの合計よりも270倍多く発現していました。
最初に、これらの応答遺伝子のカウントは、空間的な分解能を考慮に入れずにすべての表皮STセクションでそれに対応するサイトカインのカウントと相関させました。
IFNGはその応答遺伝子と強い相関を示しました（加重スピアマンr = 0.62；p = 3.54e−10）、一方でIL13およびIL17Aはそれぞれの応答遺伝子と低い正の相関を示しました（加重スピアマンr = 0.39；p = 3.42e−4およびr = 0.22；p = 4.74e−2）。
次に、空間的な情報がサイトカインおよび応答トランスクリプトの相関を向上させるかどうかに興味がありました。
したがって、空間情報を使用する密度ベースのクラスタリング方法を開発しました。
サイトカイントランスクリプトの存在をその応答遺伝子と同じスポット（半径0）または隣接するスポット（半径1-9）と相関させることで、各サイトカインの異なる半径の作用を特定できました。
IL17Aは直接周囲（半径0）で最も強い効果を示し、IFNGの効果は調査されたすべての半径でかなり安定しており、半径4でピークを迎えました。
IL13の作用は半径3で最大になり、それ以上の半径では減少しました。
次に、各サイトカインの最適な作用半径を特定し、サイトカインおよび応答トランスクリプトの相関を調査するために、この特定された最適な作用半径を使用し、密度クラスタリング方法を活用しました。
密度ベースのクラスタリングはIFNG（加重スピアマンr = 0.73；p = 1.5e−10）、IL13（加重スピアマンr = 0.57；p = 1.3e−3）、およびIL17A（ピアソンr = 0.83；p = 9.13e−21）において炎症性微小環境におけるサイトカインと表皮組織反応の相関を著しく向上させました。
驚くべきことに、わずか1から15（IFNG：1から8、IL13：1から3、IL17A：1から15 UMI counts/spot）のサイトカイントランスクリプトを有するごくわずかなスポットでも、周囲のスポットで最大25,000の応答トランスクリプトを誘導でき、これはサイトカイン信号の莫大な増幅を示しており、それによって組織の炎症も増幅されています。
さらに、密度ベースのクラスタリング方法が新しいサイトカイン特異的な応答遺伝子を識別するのに挑戦できるかどうかについても検討しました。
これについて、各分類された作用半径のいずれにも該当しないエピダーマスのサイトカイントランスクリプト陽性スポットと、それ以外のすべてのスポットとを比較するDEG解析を実施しました。
log2FCカットオフが1より大きく、padj値が0.05未満の場合、これによりIFNG関連の974、IL13関連の148、およびIL17A関連の228の上昇したDEGが特定されました。
これにより、SRGN、LYZ、CCL17、CLEC10A、GM2Aなどの新しいサイトカイン-遺伝子関連をデータ駆動で拡張しました。
要約すると、より多くのサイトカイントランスクリプトがある領域は、サイトカイントランスクリプトのない領域または少ない領域と比較して、より高い応答シグネチャを有していました。
したがって、空間情報と密度ベースのクラスタリングの組み合わせは、すべてのサイトカインとそれらの応答シグネチャに対して生物学的な信号を向上させました。
これらの結果は、サイトカイントランスクリプトを発現する細胞とそれらが引き起こす組織反応との関係について包括的な洞察を提供し、低いトランスクリプト数でも皮膚で病原性免疫応答を誘導するのに十分であるという私たちの仮説を確認しています。
議論
一般的な炎症性皮膚疾患の治療法は非現実的であると思われてきました。
なぜなら、これらの疾患は通常、多様で豊富な免疫細胞が病変皮膚に浸潤しているからです。
しかし、新しい分子技術とバイオインフォマティクスツールにより、ncISDを新しいレベルで解析し、治療法の開発の初歩的なステップを踏むことが可能になりました。
ここでは、私たちは空間分解能を用いてncISDを調査しました。
具体的には、DEG解析を用いて分子的な景観を探索し、サイトカイントランスクリプトがその周囲の環境に与える影響を調査するためのアルゴリズムを開発しました。
我々は、少数の免疫細胞がncISDの病理を積極的に進行させ、シグネチャサイトカイントランスクリプトの少数しか産生しないことを実証しました。
実際に、これらわずかなサイトカイントランスクリプトは、炎症性反応遺伝子の数千倍の誘導をもたらし、それにより炎症性の微小環境を形成し、結果として組織損傷と病理を引き起こします。
我々の分析は主にSTに基づいており、これにより炎症性皮膚疾患を患う患者の病変および非病変の両方の皮膚サンプルのユニークなデータセットが生成されています。
STは長時間の消化手順に依存せずに空間情報を保持するため、機能的な単位が区別可能な皮膚などの組織系において非常に有益です。
基本的に、STは複雑な組織の相互作用の文脈で全トランスクリプトームシーケンシングデータを調査するための研究機会を提供し、皮膚の炎症のアーキテクチャを調査するのに役立ちます。
サイトカイントランスクリプトが炎症性皮膚でまれであるにもかかわらず、これらは疾患および空間固有のパターンで検出されました。
分布はncISDで以前に記載された抗原と一致しています。
例えば、乾癬では、サイトカイントランスクリプト陽性の白血球はほぼ完全に表皮全体に見られ、乾癬の表皮およびメラノサイト抗原（ADAMTSL5、LL37など）が発現している場所です。
対照的に、LPで報告された抗原は基底表皮と上部真皮の境界に位置しており、例えばDSG2などのHom s蛋白質（？）が表れ、これが白血球の活性化を引き起こす可能性があります。
私たちの結果は、最近の研究が炎症性皮膚でサイトカインmRNA陽性の細胞を調査し、それが主に表皮で発現し、CD3発現と共局在することを強調している点を裏付けています。
炎症性皮膚でのサイトカイントランスクリプトの組織応答プロファイルを理解するために、我々は組織アノテーションを共変量として実装することで、組織依存の方法でこれらを特徴づけました。
空間的な文脈では、エピテリウムでのIL17A、IL17F、およびIL26によるタイプ3免疫応答の信頼性のある応答シグネチャを同定しました。
これにより、酸化ストレスマーカーであるNOS2、好中球の移動に寄与するCXCL8、および抗菌ペプチドであるS100A7AやDEFB4Aなどが誘導されました。
対照的に、タイプ1免疫のマーカーはCXCL925、CXCL10、および細胞毒性マーカーでした。
タイプ1 ncISDにおけるIFN-γ媒介のアポトーシスおよびネクロプトーシスの役割は、IFNG陽性のスポットでのFASLおよびGZMBの発現によってよく確立されています。
タイプ2免疫はエピテリウム応答のシグネチャが最も定義されておらず、主にCCL17、CCL19、およびCCL22などのタイプ2を引き付けるケモカインから構成されていました。
このシグネチャは、IL4トランスクリプトがADの病変皮膚でもほぼ検出されないため、IL13によって排他的に媒介されました。
サイトカイントランスクリプトのわずかな数が、レスポンダートランスクリプトの大規模な増幅カスケードの基盤を構築しているという洞察は、現在のところ、シグネチャサイトカイン自体よりも応答遺伝子がncISDの診断や治療診断の堅牢なバイオマーカーとして提案されている理由を説明しています。
これには、NOS2とCCL2726,27を使用した乾癬および湿疹の鑑別診断のための分子分類子、血清中のIL-19レベルによる乾癬に対する抗IL-17療法の応答の予測、およびDEFB4AまたはCCL17/TARCといったものがあります。
疾患を駆動する免疫細胞とそれらの同位体抗原を確実に特定することは、ncISDの治療法の道を切り開くかもしれません。
例えば、抗原固有の免疫療法などが試みられていますが、湿疹では全体的な戦略としては控えめな臨床的有効性しかありません。
これはおそらく、抗原特異性の疾患駆動免疫細胞のエンドタイプを識別する必要があるためで、これはこの異質な疾患内で定義されています。
ncISDの治癒療法が可能であることの原則の証明は、自己免疫性の水疱性疾患である天疱瘡バルガリスで行われました。
ここでは、原因となる抗原であるデスモグレイン3（DSG3）はほとんどの患者で同一であり、したがって全患者グループに対するターゲット治療法の設計が可能です。
実際、Dsg3特異的な細胞を中和する改変CAR T細胞アプローチは、印象的で持続的な臨床的改善をもたらしました。
我々の密度ベースのクラスタリング手法は、サイトカイントランスクリプト陽性のスポットを中心にクラスタを配置し、それに応じて各組織スライスにおいてin vitroでの表皮刺激に基づいて考慮されるサイトカイン特異的なレスポンダーシグネチャの半径を最適化しました。
これにより、検出されたトランスクリプトが直接の周囲に与える影響を分析し、サンプルサイズやサイトカインの異種性の数に依存しない、特定の空間相関を計算することが可能になりました。
病変皮膚のバルクおよび単一細胞シーケンシングは、わずかな数のサイトカインが炎症を引き起こす可能性があり、これは空間的な文脈でのサイトカイントランスクリプトとレスポンダージーンの相関の観察によってさらに裏付けられています。
クラスタリング手法は、レスポンダーシグネチャを調整する際に、表皮から真皮へと一般化することができ、他の疾患や組織にも適用できます。
将来的には、我々の手法はバイオマーカーや疾患駆動因子を同定するために活用できます。
同様に、データ駆動型のサイトカイン応答遺伝子の詳細な評価は、異なる応答シグネチャを純化するための次のステップとなります。
連続した組織切片を用いて三次元の空間情報を統合することで、アルゴリズムは同じ患者の異なる組織切片全体で疾患を駆動するネットワークをより良く特定できるように改良できるでしょう。
精密医療のための青写真は、最近のがん医学の進展で見出されます。
通常、悪性黒色腫などの腫瘍は数千の異なる突然変異で特徴づけられています。
しかし、それらのうちわずかなものが実際には腫瘍の成長と転移をもたらすドライバー変異です。
これらのドライバー変異を特異な標的小分子で標的化することにより、悪性黒色腫患者の生存率は著しく向上しました。
ここで、我々は炎症性皮膚疾患との類似性を示しています。
非サイトカイン産生の免疫細胞は無関係な傍観者細胞と見なされ、一方でサイトカイン産生の免疫細胞を標的にすることがncISDの効果的で可能性のある治療法となる可能性があります。
前提条件は、これらの細胞を炎症性微小環境に局在させ、疾患駆動免疫細胞が反応する特定の抗原を同定することです。
これがncISDの精密医療への道を切り開く可能性があります。
私見
はい、今回もなかなかのボリュームの論文でした。
総じてサイトカインをはじめとする生理活性物質は、絶対的な発現量が低いといわれており、この論文もそれを反映したものと思われました。
それにしても、そのような感度の悪いデータでも、ここまでの結論を見出せていることは脱帽です。。はっきり言って、ネガティブデータを論文としてまとめるようなものなので。
ご質問・コメントはコメ欄もしくはX(@miro_bipolar)まで。
#7: アトピー性皮膚炎の個別化に向けて(2)
おはようございます、ミロ@miro_bipolarです。
さて、今回も前回と同じ文献の続きを見ていきましょう。
個別化医療について知りたい方は必見です！
参考文献：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0091674917301483
エンドフェノタイプとバイオマーカー：ADの分類のための必須ツール
世界保健機関によれば、バイオマーカーは「体内またはその生成物で測定可能であり、疾病またはその結果の発生を影響または予測できる任意の物質、構造、またはプロセス」と考えられています。
さらに、国立衛生研究所のバイオマーカー定義作業グループの定義によれば、「バイオマーカーは客観的に測定および評価され、正常な生物学的プロセス、病原性プロセス、または治療介入への薬理学的応答の指標として機能する特性である」とされています。
したがって、診断的、予後的、または予測的な価値を持つ任意の測定可能な特性はバイオマーカーと考えられます。
エンドフェノタイプは、病気と遠位の遺伝型の経路に沿った、肉眼では見えない測定可能な構成要素と定義されています。
したがって、エンドフェノタイプは臨床フェノタイプと遺伝型の間にある一連のバイオマーカーで構成されています。
最終的に、この個々の生体特性シグネチャには、環境生活（すなわち、エクスポゾーム）から得られたデータも含まれる可能性があります。
実際、臨床フェノタイプに加えて、バイオマーカーとエンドフェノタイプは、高度に複雑な疾患をサブグループに分類し、より適した予防および治療戦略を開発するための基本的なツールと考えられています。
個々のバイオマーカー以上に、異なるバイオマーカーの組み合わせまたはパネルが、既に腫瘍学の分野で学んだように、複雑なフェノタイプの分類に使用されることが期待されています。
臨床フェノタイプとは対照的に、バイオマーカーの発見とエンドフェノタイプの定義は初期段階にあり、実際には大きな未解決のニーズとなっています。
そのため、ADに対して明確なエンドフェノタイプはまだ定義されていません。
精密医療の文脈では、ADのために少なくとも7つの異なるタイプのバイオマーカーが考慮されます。指摘すべきは、これらの候補バイオマーカーのいずれも、現時点ではまだ検証の段階に達していないということです。
ADの最初の臨床症状が現れる前に、高いADリスクの患者を識別するためのスクリーニング・バイオマーカー
幼児期および子供期のADの自然な経過に関して、ADの高いリスクを持つ新生児を特定するためにスクリーニング・バイオマーカーを使用することは理にかなっています。
家族歴を基に選択されたこの亜集団において、出生直後の早期介入が少なくとも病気の発症を遅らせる可能性があることが示されています。
したがって、この種の早期介入から最大の利益を得る可能性がある新生児を選択するために、どのバイオマーカーまたはバイオマーカーの組み合わせが適しているかという問題が生じます。
最近の報告では、経皮水分蒸散の測定が、これらの対象を選択するための簡便で侵襲の少ない方法となり得ることが示されています。
表皮構造蛋白質をコードする遺伝子の変異と変異のスクリーニング、例えばフィラグリンはADの高いリスクを有する被験者を同定する潜在的な方法を示すことにもなります。
遺伝子型鑑定はまだ手間のかかるかつ高価な手法でありますが、この技術が将来的にはスクリーニング手法に適用されることが期待されています。
同様に、他の構造蛋白質をコードする遺伝子の変異および変異の解析（SPINK5/LEKTIやTSLPなど）に基づいてADのリスクを探ることは、疾患の高いリスクを有する集団を検出するのに有益である可能性があります。
疾患の早期診断および診断の難しい場合の診断支援のための診断バイオマーカー
ADの診断は主に臨床症状に基づいて行われていますが、医師は対象年齢の2つの極端、すなわち3〜4か月未満の非常に早い段階と高齢者で苦労しています。
残念ながら、現在の利用可能なバイオマーカー候補のいずれも、これら2つの特定の状況で試験されておらず、したがってこの重要な問いに答えるためには、明確に未解決のニーズがあります。
治療の成功を評価するための臨床試験でサポートとして使用できる疾患の重症度バイオマーカーおよび長期の疾患管理の文脈で治療応答の代替マーカー
これまでの文献で説明されている潜在的なバイオマーカーのほとんどは、主に重症度の問題に関連しており、治療プログラム中の変化に関連しています。
これらの中で、胸腺および活性化調節ケモカイン（CCL17）、マクロファージ由来ケモカイン（CCL22）、皮膚T細胞誘導ケモカイン（CCL27）、IL-31、IL-33、IL-22、LL37、IL-18、IL-16、肺および活性化調節ケモカイン（CCL18）、ペリオスチン、および可溶性IL-2受容体および脳由来神経栄養因子が最も有力な候補です。
治療戦略の臨床効果は医師および患者による客観的な評価に基づいて最も理解されるため、この種のバイオマーカーの価値は臨床試験および実地の皮膚科実践の文脈でかなり限定的です。
個々の感作プロファイルを評価するためのバイオマーカー
明らかに、全IgEレベルおよび特に特定のIgEレベルを測定することは、特定の患者の感作プロファイルを把握するための有益な手段であり、病気の自然な経過中においても追跡が可能です。
ADの本質（アトピフォームとも呼ばれる）と外因性の形態の2分的な見方は疑問視されています。
なぜなら、これは主に全IgEレベルと特定のIgEレベルの限られたパネルの測定に基づいているためです。
したがって、ADの完全に異なる2つの形態ではなく、いわゆるADの本質的な形態と外因性の形態はおそらく疾病の1つのスペクトラムの対立する部分を表している可能性が高いです。
実際に、サイトカインプロファイルの支配の変動がこの現象の説明に寄与している可能性があります。
臨床実践では、全IgEレベルが外見上正常（つまり100 kU/mL未満）の患者の割合がかなりありますが、一部の患者は花粉、ダニ、または特定の食物アレルゲンに対する有意な特定のIgEレベルも有しています。
したがって、全IgEレベルよりも、特定のIgEレベルを総IgEレベルに対する比率の決定が、感作プロファイルと特定の治療介入（例：アレルゲン特異的免疫療法）の潜在的な有用性をより客観的に評価するためのより有用なバイオマーカーとなり得ます。
分子レベルでの感作に関する知識が進むにつれて、これはADのさらなるサブエンティティ（ある大きな全体の内部で、特定の性質や特徴に基づいて区別される個々の部分や要素）の発見にも寄与する可能性があります。
さらに、子供および大人の両方で自己タンパク質に対する感作現象があることが示されており、少なくとも一部の患者が疾患の自己免疫的な形態を示す可能性があります。
そのため、自己アレルゲンに対する特異的なIgEレベルを測定するための技術の改良と標準化は、対処が必要な別の興味深い未解決のニーズを表しています。
実際、これらの自己タンパク質に対する特異的IgEが存在することは、花粉、ダニ、食物を含む従来の環境アレルゲンの回避が、この患者集団では無益である可能性を示唆しています。
特定の活性物質（薬物ゲノミクス）に対する治療反応・副作用のリスクを予測する予測バイオマーカー
病態メカニズムにおいて重要な特定のサイトカインを標的とする今後の生物学的製剤に対照して、これまでの利用可能な治療戦略はかなり非特異的です。
そのため、治療反応の分野でのバイオマーカーの発見はこれまで完全に無視されています。
ただし、最近の研究の知識を考慮すると、子供と大人での慢性炎症の可能性に影響を与えるメカニズムが異なる可能性があり、さらに異なる民族集団でも同様になる可能性があるため、治療反応を予測するバイオマーカーの探求は非常に重要です。
例えば、子供期のADがTh2、Th9、およびTh17の極性を示し、大人ではT細胞応答がよりTh22が優勢であることから、TH2サイトカインを標的とした現行の生物学的製剤は子供の方が大人よりも効果的である可能性があります。
同様に、アジアの人口でのTh17の優勢性がある場合、乾癬用に通常承認されている抗IL-17生物学的製剤の使用が可能になります。
患者のコンプライアンスに関する確実な情報を提供するいくつかのバイオマーカーは役立つでしょう。
このようなバイオマーカーに基づくエンドフェノタイプは、将来の治療の決定をガイドする潜在能力があり、例えば血液と皮膚のトランスクリプトミクスプロファイルの解析に基づいています。
この新しい戦略は、個別化医療の時代において高価な標的治療法の使用に関連する薬事経済学において大きな可能性を秘めています。
アトピーマーチ、持続的な寛解期、または合併症のリスクを予測するかもしれない予後バイオマーカー
この種のバイオマーカーは、ADの管理において極めて重要です。
実際に、疫学研究から、疾患の自然な経過（上記参照）およびそれに伴う合併症、複雑な状態、またはその両方はおそらく特定の患者のサブグループに制限されている可能性があります。
幼少期における疾患の運命（すなわち、思春期前の寛解の発生または持続的な慢性炎症）や、さらに重要なのはアレルギー性喘息の発生など、予後バイオマーカーが疾患の運命に関する鍵となる情報を提供する可能性があり、これは対処が必要な未解決のニーズであると言えます。
また、重篤なウイルス感染のリスク（例：湿疹ヘルペスなど）も予測できるかもしれません。
さらに、ADは一生涯の病気であり、低活動期と後の再活性化の可能性があることを学びました。
このような予後バイオマーカーが利用可能であれば、高齢患者におけるADの予防および潜在的な合併症に対して非常に有益となるでしょう。
ADの分層化における未解決のニーズ
臨床フェノタイプに関連する有意義で実用的な分層戦略を提供するためには、より適した予防法や治療法につながる。
これにより、ADに対する精密医療の究極の目標を達成し、薬物開発を促進することができる。最近の病態理解の文脈で同定されたバイオマーカー候補が増加しているが、これらの異なる目的でのバイオマーカーのパネルを充実させるためには、緊急に対処する必要がある分野がいくつか存在する。
バイオマーカーの発見は、その本質からして、病態生理学の新しい概念や「オミクス」の拡大された分野の進展と密接に関連している動的な分野である。
理想的には、大規模なコホートの患者および登録および補完された生体標本バンクから収集された対照群の詳細で高品質なフェノタイプ情報が、バイオマーカーの発見および検証の鍵となり、将来の研究プログラムの焦点となるべきである。
これはChristine Kühne–Center for Allergy Research and Educationコンソーシアムの戦略であり、(https://www.ck-care.ch/en/ck-care)で詳細が確認できる。
システム生物学的なアプローチは、臨床フェノタイプの情報と、この文脈で候補バイオマーカーを使用して生成されたデータの増加量を統合し、信頼性のあるエンドフェノタイプを定義するのに役立つでしょう。
さらに、検証の問題に加えて、バイオマーカーの使用を日常の実践で実施するためには、特に臨床試験でサロゲートエンドポイント（治療効果や疾患進行の評価に用いられる間接的な測定指標）として使用される可能性があるものについては、使用の適格性と資格が検討される必要があります。
AD患者の登録から得られた臨床的なフェノタイプデータを、生体標本バンクから新しく発見されたバイオマーカーと統合することで、疾患の新しい分子分類が生まれ、精密医療の基盤となる可能性があります。
結論
ADは致命的な疾患ではありませんが、患者とその家族の生活の質に劇的な影響を与え、それによって重大な社会経済的負担を表します。
現在、まだ単一の疾患と見なされており、重症度に加えて、疾患管理はその高度に異質な臨床フェノタイプを考慮していません。
通常はこの古典的なアプローチに対する非応答率が高いことや、予防措置の機会を無視しています。
これは特に早期発症のADの多くの患者に対して有効であり、これはアレルギー性鼻炎、喘息、食物アレルギーなどの他のアトピー障害の発展の最初の段階と考えられています（アトピーマーチの始まり）。
したがって、がん分野のように、バイオマーカーの発見が同行診断としての役割を果たして新しい予防および治療戦略の開発において鍵要素となりつつあるように、皮膚科およびアレルギーの分野での新しいバイオマーカーの同定は、診断または予後アルゴリズムなど、多くの目的に高い潜在能力を秘めています。
我々は現在、分層医療の時代に入っており、これらのバイオマーカーは、病態生理学的なプロセスに介入する潜在能力を持ち、疾患修飾戦略の実装を通じて管理を向上させるのに基本的な役割を果たすでしょう。
私見
はい、いかがだったでしょうか。
個別化医療の実現に向けて、バイオマーカーやエンドフェノタイプの同定が肝であることがわかったかと思います。
我々も、この取組みを積極的に進め、迅速に臨床への還元が達成できるよう、精進していく所存です。
ご質問・コメントはコメ欄またはX（@miro_bipolar）までお気軽にどうぞ！
#6: アトピー性皮膚炎の個別化医療に向けて
どうもこんにちは、ミロ@miro_bipolarです。
本日は以下の文献をもとに、今後訪れるであろうアトピー性皮膚炎に対する個別化医療について考えていきたいと思います。
参考文献：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0091674917301483
概要
アトピー性皮膚炎（AD）は、複雑な病態生理学と広範な臨床的表現型（フェノタイプ）のスペクトラムに特徴づけられた典型的な慢性炎症性皮膚疾患である。
この高い異質性にもかかわらず、ADはまだ単一の疾患と見なされ、通常「one-size-fits-all」のアプローチに基づいて治療されている。そのため、より適応した予防と治療戦略がまだ不足している。
他の専門分野と同様に、腫瘍学やリウマチ学のように、私たちはADをより差別化された方法でアプローチする必要がある（つまり、複雑な臨床フェノタイプをエンドフェノタイプ（＝生物マーカーのパネルに基づく均質なサブグループ）に分解および分類する）。
これは、病態の管理を洗練させることを目的としている。
個別化医療の時代に入っている今、数多くの臨床フェノタイプを堅牢な（つまり、関連性があり検証された）バイオマーカーと統合するシステム生物学アプローチが将来のADの分子分類のために必要とされる。
このアプローチは、利用可能な薬物を用いた最適な予防と治療だけでなく、新たに開発された医薬品を最も利益/リスク比の良い患者に割り当てるのにも役立つであろう。
はじめに
アトピー性皮膚炎（AD）は最も一般的な慢性炎症性皮膚障害です。
この病気は、効果的に長期間にわたって病気をコントロールするのに十分な治療法がないことのために、かなりの社会経済的負担を表しています。
AD患者を担当する多くの医師は、臨床フェノタイプの高い異質性（患者さんごとに全く違う特徴を示す）とIgE介在性感作反応や食物アレルギーの議論の役割について十分に理解しています。後者は、炎症フレアの誘発や慢性炎症およびかゆみの感覚を誘発するうちの1つに過ぎません。
最近の数年間で、疾患に関する現在の理解は、主に疫学および遺伝学の大きな進歩によって大幅に進展しています。
これは主に、アトピーマーチの概念をさらに支持するだけでなく、疾患の自然史およびADの終生にわたる持続に関する新しい側面を解明しています。
多くの先駆的な発見が、主に表皮バリア機能の基本的な遺伝的傾向と慢性炎症を引き起こす力として機能する親密な免疫学的メカニズム、およびIgE介在性感作反応および接触感作反応の発生を誘発する要因を解明しています。
明らかな臨床フェノタイプの複雑さにもかかわらず、私たちはまだADを「one-size-fits-all」のアプローチに従って治療し、ADの分層に基づくより差別化された方法を無視しています。
異なる疾患フェノタイプの広範なメカニズムの理解を通じて変化が訪れるでしょう。
AD管理における精密医療アプローチへの道は、信頼性のあるバイオマーカーの発見と検証によって主に決定され、これにより医師は予防戦略から重症な病気の患者の治療に移行し、ターゲット治療法を提供できるようになります。
異なる臨床フェノタイプの明確な定義と適切なエンドフェノタイプを提供する可能性のあるバイオマーカーは、新しい治療オプションの開発およびAD患者における精密医療の実装にとって重要な要素です。
臨床フェノタイプ
年齢に基づく臨床像の分類
ADの臨床像は患者の年齢に大きく依存しており、通常、少なくとも4つの異なる臨床的特徴が次のように定義されています：乳児期、幼児期、思春期/成人期、および老年期。
乳幼児期では急性の病変が優勢ですが、強い苔化を伴う慢性の病変は通常後に現れ、時折、かゆみのフェノタイプに対応するより結節状の病変に結合されることがあります。疾患の最初の数週間を除いて、かゆみはすべての段階で典型的な特徴として残ります。
乳幼児期のAD（3か月から2歳まで）
最初の病変は生後2か月頃に現れ、浮腫性の丘疹と丘疹水疱が頬に典型的に影響を与えます。これらは滲みやかさぶたを伴う大きな斑点を形成することがあります。
頭皮もいわゆる"cradle cap"と呼ばれる大規模な剥離を示します。
さらに、頭皮、首、四肢の伸展部分、およびおむつの部分を除く胴体も関与することがあります。
最も重要なのは、疾患の最初の段階は診断が非常に難しいかもしれませんが、通常の皮膚上の典型的な湿疹は数週間後に現れる可能性があります。
幼児期のAD（2〜12歳）
この段階では急性の病変がまだ現れますが、いくらかの苔化を伴った慢性の病変が前面に出てきます。
好発部位は膝裏および肘窩（屈曲性湿疹）であり、頭部の口周りの領域も含まれます。
しばしば手や手首には、病気の円形タイプに対応する滲みやかさぶたのある円形プラークが見られます。
乾燥肌（乾燥症）がより支配的になります。
思春期および成人期のAD（12歳以上〜60歳）
この生涯の期間では、病変の領域はより固定されます。例えば、頭部、首、および屈曲部位が含まれます。
さらに、成人では病気は手（慢性手皮膚炎）にも影響を与えることがあります。
女性では病気はしばしば眼の周りの部位にも影響を与えます。疾患歴が長期間にわたる場合、ADは広範で時折紅斑状の外観を持つ可能性が高まります。
高齢者のAD（60歳以上）
これはADのかなり過小評価されている臨床的フェノタイプのようです。
この形態は主に強いかゆみを伴った広範な湿疹から紅斑状の外観に特徴付けられることがあります。
時折、病変は屈曲部位には出ないことがあります。
この特定のフェノタイプには、明確な診断のためのクリアな臨床基準を定義するためにより深い分析が必要です。
高齢者では、ADを模倣する可能性のあるアレルギー性接触皮膚炎や皮膚T細胞リンパ腫など、いくつかの鑑別診断が除外されるべきです。
病態重症度に基づく分類
すでに述べたように、ADは非常に軽度から非常に重度のフェノタイプまで幅広い重症度のスペクトルを持っています。
古典的な診断基準に加えて、軽度、中等度、または重度としての重症度の定義は、SCORADやEczema Area and Severity Index（EASI＝湿疹面積および重症度指数）スコアなどの検証された評価システムを使用することが最適です。
主要な（第3相）臨床試験のために、米国食品医薬品局などの一部の規制当局は、適切に検証されていない5または6点スケールを使用した主要評価指標としてInvestigator Global Assessmentを要求することがあります。
これらの異なるスコアリングシステムを単一の図に整列させる試みが下図に示されています。
このような整列は、メタアナリシスなどで異なる研究の主要または二次評価点の有効性を比較するのに役立つかもしれません。
依然として、医師が新しいバイオロジクスなどの新しい有効成分に関わる治療上の決定に直面する日常実践で最も使いやすいスコアリングシステムが何かについては議論があります。
湿疹病変以外の臨床所見を表すアトピーの特徴（atopic stigmata）は、ADの軽度の形態の特定の変種を表す可能性があり、アトピー素質に関連して分類する際に役立ちます。
発症年齢に基づく分類
ADに影響を受ける患者を分類する別の方法は、病歴に基づいて彼らを分類することです。これは、流行病学的な側面の理解や病気のダイナミクスの理解に多くの示唆を与えます。
これは異なる種類の免疫学的メカニズムによって刻まれる可能性があります。
最終的には、持続的な慢性炎症と長期の疾患経過の最も高いリスクを有する患者を特定できるようになることが、早期介入を通じた予防のターゲットアプローチにおいて重要な進展をもたらすでしょう。
過去には、ADは伝統的に主に子供期に発生し、10歳までに50％以上の患者で完全かつ確定的な寛解が可能であると考えられていましたが、より最近の流行病学的証拠は、一旦発症したADは患者の一生続く可能性があるという概念を支持しています。
患者のフォローアップ研究や回顧的な分析により、ADの少なくとも6つの異なる発症タイプが特定されています。
これらのフェノタイプが異なる環境露出に影響を受け、異なる年齢で有効である可能性があるという概念と一致しています。
この仮定を支持するために、妊娠中の母親が動物との接触することは、生後1年目に発症するADに対する保護と関連しています。
一方、生後1年目の食事習慣は、生後１年目以降に発症するＡＤと関連しています。
これらの発症タイプは以下の図にまとめられます。
非常に早期の発症（3か月から2歳まで）
この発症タイプは、流行病学的研究によると、全てのAD発症の60％から80％を占めています。患者の大部分は2歳までに完全に寛解する可能性があります。
おおよそ40％と推定される別の部分は、長期にわたり病気を持ち続け、アトピーマーチに対する最も高いリスクの人口を表す可能性があります。
早期発症（2歳から6歳まで）
早期発症は、発症年齢の観点からもう一つのフェノタイプのサブグループを表し、これらの患者も慢性疾患の高いリスクを抱えています。
幼児期発症（6歳から14歳まで）
幼児期発症は、病気の運命が明確に探られていない比較的小さな患者グループを表します（約10％）。
思春期発症（14歳から18歳まで）
思春期発症はおそらく最も小さなグループを表します（＜10％）であり、このグループに関する疫学的データは非常に限られています。
成人期発症（20歳から60歳まで）
成人期発症は興味深いグループで、全体の約20％を占め、主に女性患者によって特徴付けられ、比較的軽度の臨床フェノタイプと非常に限定された感作スペクトルを持ち、通常は正常な全IgEレベルが伴います。
非常に遅い発症（60歳以上）
非常に遅い発症のグループは最近同定され、増加する重要性を持つサブグループを表しているようです。
この高齢患者グループ内で、少なくとも2つのサブグループが特定できます：過去にADがあったが寛解期間が長い患者と、非常に遅い時期に疾患が始まる患者。
非常に多くの場合、これらの患者は比較的重度な病気の形態と高い全IgEレベルを示します。
明確に言えるのは、3〜6か月の非常に早い発症グループと同様に、この高齢世代のこの特定のグループの診断のための明確な基準が不足しているということです。
患者の民族出自による分類
長らく、ADの臨床像は患者の世界の地域や民族出自に関係なく同一であると仮定されてきました。
しかし最近の先駆的な研究は、白人患者とアジア系の患者の転写プロファイルに焦点を当て、後者の人々において慢性炎症を引き起こすサイトカインのプロファイルにはかなりの違いがある可能性が示唆されました。
予想されたTh2プロファイルに加えて、日本や韓国の患者は皮膚病変において強いTh17発現も示しています。
この観察は、組織学的な変化と関連しており、より顕著な表皮の過形成や臨床的には病変の全体的な顕著な苔化が示されています。
一方、アフリカ系アメリカ人のAD病変の臨床像も、白人の典型的な臨床像と異なると報告されています。
また、病理生理学的な違いも観察されており、例えば白人患者によく見られるフィラグリン欠乏は、南アフリカのAD患者では見られませんでした。
したがって、患者の民族出自に応じて臨床フェノタイプに変異があると考えられ、この現象が慢性炎症の基盤となる病態メカニズムの重要な違いを反映している可能性があります。
白人とアジア系の集団間で報告されたフィラグリン変異の異なるホットスポットの観察がこれをさらに裏付けています。
白人集団で主に生成および検証されたいくつかの診断基準が、ADの他の民族のバリアントに従って修正および適応される必要がある可能性は排除できません。
中国の子供たちにおける最近の分析でも、より適応された診断的アプローチの必要性に関する追加の証拠が提供されています。
最終的には、これが新しい有効成分を対象とする治療戦略に深い影響を与える可能性があり、それは患者の特定のサブグループで重要な役割を果たすとされるサイトカインや他の構造に関わるものです。
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私見
はい、本日はここまでにしておきます。
ひとえに「アトピー性皮膚炎」といっても、患者さんによって様々な特徴があることがお分かりいただけたんじゃないかと思います。
次回は、バイオマーカーや個別化医療のセクションについてまとめていきたいと思います。
質問・コメントはコメ欄・X（@miro_bipolar）よりお気軽にどうぞ！
#5: アトピー性皮膚炎の上皮微小環境では何が起こっているか？
おはようございます。ミロ@miro_bipolarです。
今日は、アトピー性皮膚炎と乾癬という2つの病態における、上皮免疫微小環境「EIME」という概念を提唱した総説をご紹介します。
参考文献
- 概要
- 背景知識
- アトピー性皮膚炎（AD）の病因
- 合併症およびゲノム研究からの病原学的特徴
- ADにおける炎症ループ
- ADおよび乾癬における皮膚の微生物叢
- ADにおけるバリア
- ADにおけるケラチノサイトの反応
- ADにおける感覚神経
- 総括：新しい治療開発
- 私見
概要
皮膚は、外部の脅威に対する物理的なバリアと免疫的なバリアの両方を提供する。
皮膚の保護機構は、病原体を排除し物理的な危険から保護するために進化しており、この機構の調節の異常は、感受性のある人々で炎症性皮膚疾患の発症と拡散を引き起こす可能性がある。
不全なバリアと微生物の異常は、アトピー性皮膚炎においてはインターロイキン4（IL-4）ループを促進し、一方で乱れた角質細胞のシグナル伝達とTh17型免疫応答への傾向は、乾癬において病原性のIL-17ループを促進する。
ここでは、アトピー性皮膚炎と乾癬の病因を、微生物叢、角質細胞、感覚神経に焦点を当てて、それに伴う炎症性ループについて議論する。
＜今回はこのうち、アトピー性皮膚炎に関する部分を抽出して紹介します＞
背景知識
皮膚は、生物を病原体や物理的な危険から守るために進化してきた、物理的なバリアと免疫器官としての両方の機能を果たす。
皮膚は表皮、真皮（乳頭：上層および網様：下層）、および皮下脂肪から構成されており、表皮はバリアを形成する外層で、表皮角層とタイトジャンクションを介してバリアを構築する。
免疫環境では、主に皮膚の表面の最も浅い部分である表皮と乳頭真皮が関与する。
皮膚には自然免疫系と獲得免疫系の両方の皮膚内および浸潤性の免疫細胞によって、さまざまな防御的および病原性の免疫応答が引き起こされる。
角質細胞（ケラチノサイト）などの非免疫皮膚構成要素も、可溶性のメディエーター（サイトカインなど）を通じて炎症性皮膚での免疫細胞のリクルートと活性化に重要な役割を果たす。
免疫機構は、毒物、ダニ、寄生虫、菌などの外部の要因に対抗し、それぞれを適切に排除する障壁および先天的および適応的免疫によって皮膚で機能する。
免疫応答はアトピー性皮膚炎（AD）や乾癬などの炎症性皮膚疾患を引き起こす可能性があり、これらの疾患には特にT細胞などの免疫細胞が関与している。
一方で、免疫細胞の活性化、角質細胞、末梢神経、および皮膚微生物叢の局所的な相互作用がADと乾癬の病因にどのように寄与するかはまだ明確ではない。
現在の皮膚の免疫応答の理解から、皮膚の免疫応答は主に表皮と乳頭真皮の表皮免疫環境（EIME）で大部分が決定され、組織されていることが示唆されている。
表皮はバリアの形成、可溶性メディエーターの放出、外部要因の直接感知に寄与し、乳頭真皮は免疫細胞と非免疫構成要素が相互作用する場所である。
さらに、皮膚微生物叢と末梢神経もEIMEの重要な構成要素である。
ここではADと乾癬の臨床研究に基づいて、皮膚の免疫メディエーターの機能を再検討し、EIMEが病原性な炎症ループを生成し維持する過程にどのように寄与するかを考察する。
アトピー性皮膚炎（AD）の病因
ADは慢性かゆみのある湿疹性の皮膚病変であり、免疫グロブリンE（IgE）の血清濃度が上昇している特徴がある。
ADの発症は2つの年齢ピークを持ち、乳児期と20〜29歳に見られる。
乳児期のADは大部分が思春期に自然に改善される。
Th2型の炎症がADの発症において重要であると考えられている。
発表された研究によれば、IL-4およびIL-13の両方の受容体であるIL-4Rαのブロック（Dupilumab）は、ADの治療に非常に効果的であり、これはIL-4およびIL-13のシグナル伝達がADの発症において重要な役割を果たしていることを示唆している。
Th2細胞がADにおいてIL-4およびIL-13の主な産生源であるが、好塩基球と2型自然リンパ球ILC2も潜在的な産生源である可能性があります。
疾患の発症時にIL-4およびIL-13はTh2細胞の分化と活性化を誘導し、またIgEへの免疫グロブリンクラススイッチを誘導する。
ケラチノサイトの分化障害によるバリアの機能不全が、皮膚抗原の増加した浸透を許容し、ADの発症を引き起こすと考えられている。
さらに、慢性のかゆみとその後のStaphylococcus aureusによる優勢な定着による微生物叢の異常は、AD病態の維持に不可欠と見なされている。
このため、臨床的な証拠は、IL-4およびIL-13がタイプ2の炎症ループを促進し、これがADの持続性に中心的な役割を果たしていると示唆される。
臨床研究は、IL-5やIgEなどの他のTh2メディエーターはADの病因に対してはそれほど重要でないと示唆している。
これはおそらく、これらがタイプ2の炎症ループを推進していないためである。
たとえば、IL-5拮抗薬のモノクローナル抗体をAD患者に投与しても末梢好酸球が減少するものの、病状が十分に改善しなかったとされている。
一方でIgEに結合するフリーIgEの受容体FcεRIへのモノクローナル抗体の効果については議論の最中にあり、対IgEの生物学的製剤であるomalizumabやligelizumabは、ADで臨床的な効果を示さなかったものの、これらの薬物の効果の可能性は現在、子供や重度のADにおいて探索されている。
IL-22はタイプ17サイトカインだが、IL-22への抗体の臨床試験の結果は、IL-22がADの重症症例において病原性の役割を果たしている可能性があることを示唆している。
合併症およびゲノム研究からの病原学的特徴
ADはしばしば気管支喘息や食物アレルギーなど、他のTh2細胞介在のアレルギー性疾患と関連しており、「アトピー性アレルギーマーチ」と呼ばれる。
しかし、ADの合併症の発症率は、本質的な免疫学的特性だけでなく、上皮因子も寄与していることがゲノムワイド関連研究（GWAS）で示されている。
発表された研究によれば、ADは喘息といったTh2細胞関連の遺伝子（例：IL13）で各病の発症に共通するいくつかの単一塩基多型（SNP）を共有しているとされ、これはTh2細胞関連の疾患との関連においてTh2反応への固有の傾向が重要であることを示唆している。
一方で、表皮バリアのタンパク質であるフィラグリンをコードするFLGのノンセンス変異とADの発症の関連性、さらには喘息との関連性も指摘されており、これによって皮膚バリアの欠陥が皮膚内でのTh2反応への逸脱と、その後のTh2細胞関連疾患（例：肺）との共存をもたらすという新しいパラダイムが確立されている。
最近のGWASでは、C11orf30のAD関連遺伝子座と、上皮自己免疫疾患および上皮由来のがんとも関連することが示され、また、皮膚バリアの形成を制御する分子をコードするOVOL1およびLCE3Aも同様に特定されている。
ADおよび喘息で共有される他のリスク遺伝子座には、サイトカイン受容体IL-33RおよびIL-18Rの構成要素をコードする複数の遺伝子が含まれている。
これらの発見から、アトピー性疾患の合併症はTh2反応への傾向を超えて主に上皮の傾向によって決定される可能性があると考えられている。
したがって、遺伝的な証拠からは、上皮因子がADおよびそのTH2細胞関連の合併症の発症において重要な役割を果たすと考えられる。
臨床および実験的な証拠は、それゆえにEIME（表皮免疫環境）における炎症ループがADの主要な特徴を決定していることを示唆している。
ADにおける炎症ループ
外部刺激は皮膚に居住する樹状細胞（DCs）や他の免疫細胞を刺激し、それらが炎症性サイトカインの産生を誘発し、ケラチノサイトを活性化させる。
逆に、外部刺激は直接ケラチノサイトの応答を誘発し、それが後続の炎症イベントに影響を与えることもある。
これらのケラチノサイトの応答は、アトピー性炎症および乾癬炎症の両方でEIMEの形成を引き起こし、それにより疾患が体と外部環境の境界面での進展および慢性化する。
バリアの損傷はケラチノサイトの応答、皮膚の微生物叢の不均衡、かゆみを加速し、それにより皮膚バリアへの損傷が進む。
皮膚、肺、および腸のTh2型炎症の主要なイニシエーターはいくつかの提案がありますが、基本的な主導者は依然として議論の余地がある。
これには好塩基球、DCs、ILC2s、および上皮細胞などが含まれる。
現在の理解では、上記のすべての候補がTh2型炎症の誘導に関与していると考えられている。
アレルゲン、プロテアーゼ、結晶、および感染因子に対する応答として、上皮細胞はTSLP（胸腺基質リンホポエチン）、IL-33、GM-CSF、およびIL-25などの上皮型Th2サイトカインを放出する。
これらの上皮サイトカインは、皮膚内の好塩基球、ILC2、およびDCsを活性化し、Th2サイトカインの産生を誘導する。
これらのTh2サイトカインは直接、上皮細胞がその受容体を介して上皮型Th2サイトカインをさらに産生するよう促し、これによりTh2型炎症ループが完成する。
したがって、表皮とTh2細胞（好塩基球、マスト細胞、ILC2、DCs、TH2細胞を含む）の組織間の相互作用が、ADにおけるTh2型炎症ループを促進すると考えられている。
この分野での進展にもかかわらず、ADに特有の上皮細胞応答を開始および伝播させるメカニズムは依然として不明確である。
ADおよび乾癬における皮膚の微生物叢
S. aureusは長らくADの発症における重要な要因として知られている。
皮膚の微生物叢の研究は、共生バクテリアが皮膚の免疫的なホメオスタシスに与える影響だけでなく、腸のホメオスタシスとの関連、皮膚の微生物の不均衡や『ディスバイオシス』と炎症性皮膚疾患の発症の関係を示している。
皮膚のディスバイオシスは免疫系に直接感知される可能性がある。
さらに、ディスバイオシスは皮膚の他の分子・細胞にも直接影響を与える可能性がある。
例えば、S. aureusの増殖がプロテアーゼ介在のバリア破壊を引き起こす、ディスバイオシスはケラチノサイトを介して感知される病原体関連分子パターンの構成の変化を引き起こす、Candida albicansはTRPV1+感覚神経を活性化させるなど。
そのため、ディスバイオシスはADにおいて特に、原因であるか結果であるかにかかわらず、皮膚の後続の炎症ループに関与している。
16SリボソーマルRNAの遺伝子配列解析の研究は、健康な皮膚がS. aureusで主に占有されていることを明確に示している。
それに一致して、AD患者の皮膚微生物叢は細菌の多様性が減少し、S. aureusでの主な占有が増加している。
また、特定のS. aureusの株はより重症なADと関連している。
S. aureusがADの病因にどのように関与しているかは動物研究によって提案されている。
S. aureusのセリンプロテアーゼはバリアの破壊とTh2型炎症に関与している。
S. aureusのδ-トキシンは真皮のマスト細胞の脱顆粒を誘導し、それに続くTh2反応と皮膚の脱層を引き起こす。
これまでに、EIMEでの微生物叢の相互作用がADにおけるTh2炎症ループの発展に寄与することが十分に実証されていますが、これが乾癬におけるTh17炎症にも当てはまるかはまだ示されていない。
ADにおけるバリア
ケラチノサイトは、バリアのリリース、細胞内物質の放出、および上皮細胞メディエーターの新規生成という3つの層の役割を果たしている。
角質層は主に皮膚の生理的なバリアーを制御している。
角質顆粒層のタイトジャンクションを含む上皮細胞間の接触もこの機能に寄与し、どちらかに欠陥があるとTh2応答に関連する可能性がある。
皮膚のバリア機能の障害は、ADの中心的な要因と考えられている。
FLG（フィラグリン）の欠失変異は、AD患者の約20〜40％で見られる。
フィラグリンの発現は、FLGの変異に関係なく、中等度から重度のADのほぼすべてのケースで低下している。
上皮細胞間の接触の欠陥もAD様皮膚炎と関連している可能性がある：タイトジャンクションの欠陥はADと関連している。
SAM症候群（重度皮膚炎、多発アレルギー、代謝消耗症候群）は上皮細胞間の接触の構成要素をコードする遺伝子の変異に関連しており、DSG1（デスモグレイン1）やDSP（デスモプラキン）などが関与している。
バリア機能を改善する皮膚保湿剤の毎日の使用は、重症度に関わらず患者に推奨され、乳児のAD発症の発生率を著しく低減させる。
既知のように、Th2サイトカインは角質形成を妨げ、タイトジャンクションを減少させて皮膚のバリアー形成を妨げる。
その結果、Th2炎症とADの慢性化の正のループが考えられる。
ただし、宿主の防御の観点からは、Th2サイトカインによるバリアの損傷は諸刃の剣であると考えられる。
なぜなら、角質層の脆弱性は、Th2反応によるかきむしり行動によってダニや毒物と共に除去される一方で、これらの外部物質が体内に侵入する可能性をもたらすからである。
そのため、Th2ループは皮膚の守護免疫反応の過程で厳格に制御されていると仮定されるが、ADでは制御が効かない可能性がある。
バリアの欠陥とTh2応答のメカニスティックな関連は依然として不明確である。
バリアの障害は、アレルゲンなどの外部物質が皮膚に侵入し、その後の免疫細胞の活性化を促進することが期待される。
これに合致する形で、LCsはマウスでの抗原による外因性感作化においてTh2応答を誘導する上で重要な役割を果たす。
バリアーの障害はまた、ケラチノサイト、感覚神経、および皮膚の微生物叢にも影響を与え、それらがTh2応答の開始と伝播に関与する可能性がある。
特に、金属プロテアーゼADAM17のないマウスがアトピー様表現型を持つことは、3つの方法で解釈されています：それはバリアの変形に起因するものである、ケラチノサイトのNotchシグナリングの欠陥によってTSLPなどの上皮性メディエーターの異常な生成が生じる、または微生物が出現し、その後ディスバイオシスが生じることが許される。
したがって、バリアとADの病因の関連性はかなり合理的で理解可能ですが、ADを健康な皮膚や他の皮膚疾患と区別するバリアの損傷の病理学は依然として不明確である。
なぜなら、健康な人々では皮膚バリアーの損傷だけではTh2ループを起動させるのに十分ではないからである。
したがって、物理的な欠陥とバリアの独自の構成要素における追加の欠陥の両方が、Th2反応の誘導とそれに続くADの発症に特に重要である可能性が推測される。
ADにおけるケラチノサイトの反応
ADにおいて、ケラチノサイトの貢献は、主に損傷に関連する分子パターンの非特異的な放出に依存するのではなく、上流のイベントに対する転写開始に続く、Th2メディエーターの活発な生成に依存する。
角質細胞は、バリアの損傷に応じてTSLP、IL-25、IL-33などのサイトカインを生成する。
角質細胞由来のサイトカインは、ADの病変皮膚で増加しているILC2sを刺激し、IL-5とIL-13を生成し、AD特有のタイプの免疫応答に関与している。
角質細胞でNotch1およびNotch2を同時に減少させるか、転写調節因子RBP-Jを減少させると、TSLPの産生とAD様皮膚炎の発症が誘導される。
TSLPはDCの成熟を促進し、抗原の上皮感作においてTSLP受容体を介したLCのシグナルがTH2応答の誘導に不可欠な役割を果たす。
ただし、角質細胞からのTSLPの誘導は、以前に考えられていたほどTh2応答の誘導および伝播に不可欠ではないとする実験的な証拠も示唆されている。
具体的には、TSLPを角質細胞から特異的に減少させると、動物モデルでのビタミンD3アナログMC903または表皮への卵白アルブミン感作において、IL-4産生、IgE産生、アトピー様皮膚炎の発症は損なわれるが、角質細胞からビタミンD受容体を減少させると、MC903の局所処置後におけるTSLP発現の誘導とそれに続くAD様の皮膚炎の発生が完全に消失する。
これに合わせて、AD様皮膚炎を有するNetherton症候群の動物モデルの研究では、角質細胞でのプロテアーゼ活性化受容体PAR2を介したシグナリングがTSLPの発現に関与しているが、Th2型免疫応答の誘導には不可欠ではないことが示唆されている。
角質細胞でのアリルヒドロカーボン受容体（AhR）を介したシグナリングは、TSLPおよびアルテミンの発現に寄与し、これは大気汚染とADの発症の関連性と関連していると考えられている。
角質細胞はIL-4Rを恒常的に発現しており、Th2サイトカインはADにおける炎症ループの第2フェーズで直接ケラチノサイトを活性化する。
Th2サイトカインによる角質細胞の直接刺激は、上皮型のTh2メディエーター（TSLPなど）の発現とバリアの損傷をさらに誘発し、IL-4の産生のループを完成させ、Th2炎症の伝播をもたらす。
長い間、ケラチノサイトの応答がADの炎症の誘導と伝播において明確な役割を果たしているとされているが、実験動物モデルを除いて、Th2応答に必要な上皮要因や特定の細胞機構は特定されていない。
ADにおける感覚神経
皮膚は、まばらな自律神経線維と感覚神経線維が豊富に存在する末梢神経の網の中で内在化されている。
また、ADの病状を悪化させるかいずれかの手段として機能するTSLP、IL-4、IL-31などの炎症性Th2メディエーターが豊富に存在している。
これによって引き起こされるかゆみに疑問を投げかける：ここで問いたいのは、かゆみがADの初発病因に関与しているかどうかである。
IL-4やIL-13などのTh2サイトカインは、マウスとヒトの両方で感覚ニューロンを直接活性化する。
慢性のかゆみは、MC903塗布誘発皮膚炎においてIL-4RαおよびJAK1を介した神経シグナリングに依存している。
他の免疫抑制療法に耐性のある慢性かゆみを有する患者は、JAK阻害剤で治療されると著しく改善する。
ADにおいては、TSLPが上皮細胞によって分泌され、かゆみを促進するために皮膚感覚ニューロンを直接刺激する。
TSLPは、TRPA1+感覚ニューロンのサブセットに作用して強力なかゆみに関連する行動を引き起こす。
IL-31は主に活性化されたT細胞、特にＴＨ２細胞によって分泌される。
IL-31受容体はマウスとヒトの末梢神経に発現しているため、Th2細胞が分泌するIL-31がADに関連するかゆみを引き起こすために直接末梢神経に作用する可能性がある。
リガンド結合後、IL-31シグナリングはJAK–STAT1–STAT5（シグナル伝達および活性化の統制）、ERK（MAPK）、PI3K（ホスホイノシチド3キナーゼ）シグナリング経路の活性化によって仲介される。
IL-31受容体へのモノクローナル抗体であるNemolizumabは、皮膚炎には限定的な影響を与えながら、ADに関連するかゆみを緩和するのに効果的である。
これに合わせて、MC903誘発性のAD動物モデルにおいて、神経でJAK1が特異的に欠損しているマウスは、野生型の対照に比べて掻破行動が少ないことが示されており、ADの病態形成は影響を受けていない。
これらの結果から、かゆみはADの病因の主原因ではなく、皮膚でのTh2サイトカインの産生の鍵となる結果である可能性がある。
ADにおいてかゆみには他の内部および外部のかゆみ誘発物質とそれに対応する受容体も関与している。
ヒスタミンはよく知られたかゆみ誘発物質ですが、抗ヒスタミン薬によってADのかゆみは十分にコントロールされない。
また、サブスタンスP、マスト細胞からの内因性トリプターゼ、ダニやS. aureusからの外因性プロテアーゼもADのかゆみに関与していることが知られている。
感覚神経がTh2型皮膚反応にどのような役割を果たすかはまだ分かっていないが、感覚神経とTh17応答の関係については研究されている。
ただし、動物研究では、腸と肺においてβ2-アドレナリン受容体の欠如がILC2応答およびTh2炎症の誇張をもたらし、神経由来の要因がTh2炎症の調節的な役割を果たしている可能性が示唆されている。
さらに、S. aureusは直接痛覚神経と相互作用し、感染誘発性の痛みと炎症を抑制する。
細菌性のホルミルペプチドは痛覚神経を活性化し、α-ヘモリシンはカルシウム流入を引き起こす孔形成を誘導する。
したがって、S. aureusが感覚神経を直接活性化することで、Th2反応およびADの病態形成に関与しているかどうかは興味深い点である。
これまでに、Th2の反応が直接感覚神経を刺激し、逆に感覚神経の刺激がTh17の反応を直接誘発すると考えられてきた。
総括：新しい治療開発
このレビューではADのTh2炎症と乾癬のTh17炎症の正のフィードバックループを示した。
上皮組織と免疫系の相互作用が各炎症ループを完成させる。
上皮細胞の要因なしにはループは存在しないことに留意する必要がある。
微生物叢と免疫系のループおよび感覚神経と免疫系のループの両方の発生において、バリア機能の不全またはケラチノサイトの可溶性メディエータの生成は不可欠な要素である。
上皮組織は、身体の最も外側の表面で発生する宿主防御系のTh2 EIME（AD）およびTh17 EIME（乾癬）を組織する上で初期の出来事に関与していると考えられている。
炎症性皮膚疾患における病原性免疫応答は、病原体に対する保護的な免疫応答を模倣する可能性がある。
したがって、炎症性皮膚疾患における免疫応答の型を決定する中心的な役割を果たすと考えられる。
この視点は、皮膚の健康と皮膚疾患の境界線、つまりどの種類の皮膚免疫が発生するかを決定する本質に関する研究へのさらなる探求を刺激する。
さらに、他の器官におけるEIMEが、保護的な免疫応答と免疫障害の病理学に共通または器官特異的な役割を持つかどうかも興味深い。
EIMEは将来の疾患特異的なEIMEを調節する新しい治療標的となり得る。
特に乾癬の治療においては、必要に応じて重要なサイトカインをブロックするバイオロジクスは有力なツールである。
しかし、これまでに、そのようなバイオロジクスの持続的な治療が乾癬の炎症ループを永続的に停止させるためには必要かもしれないという認識があった。
ここで説明したTh2 EIMEとTh17 EIMEの特徴は、将来的には疾患固有のEIMEを調節する新しい治療法の開発につながることが期待されている。
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私見
はい、すごいボリュームでしたね。10000字いきそうな勢いです笑
この総説はアトピー性皮膚炎における「上皮系・免疫系・神経系・細菌叢の相互作用」を理解する上でとても重要な文献です。
相互作用と上流・下流の関係性が把握できると、より効果的なアトピー性皮膚炎に対する治療法開発につながると期待されます。
我々も、アトピー性皮膚炎に対する新規治療法の確立に向け、今後も邁進していく所存です。
#4: IL-4がかゆみに関与?! (2)
前回に引き続き、以下の論文の紹介をしていきます。
参考文献：
- 知覚ニューロンはTh2サイトカインに直接活性化される
- Th2サイトカインはかゆみを感知する神経を刺激する
- 神経のTh2シグナリングは慢性かゆみの発生に必要である
- 神経のJAK1シグナル阻害は慢性かゆみを減弱させる
- 慢性特発性搔痒（CIP）は明確な炎症のない状態で重度のかゆみを示す
- JAK阻害剤がCIP患者における搔痒に奏効する
- まとめ
知覚ニューロンはTh2サイトカインに直接活性化される
タイプ2サイトカインはアトピー性皮膚炎（AD）における皮膚炎症の確立された中継物質であるものの、これらのサイトカインが慢性かゆみをどのように促進するかは明確ではなかった。
- ヒト・マウスともに脊髄神経節（DRG）・三叉神経節（TG）においてIL-4, IL-13、IL-31に対する受容体は発現が認められたが、IL-5に対する受容体は発現が認められなかった。（RT-PCR/qPCR, Fig. 1A-C）
- マウスIL-4, 13, 31の刺激においてKCl反応性ニューロンのうち4%程度で活性化がみられる。（カルシウムイメージング、Fig. 1D-G）ヒトDRGニューロンでもIL-4に対する反応がみられる。（カルシウムイメージング、Fig. 1H）
Th2サイトカインはかゆみを感知する神経を刺激する
タイプ2サイトカイン受容体を発現するニューロンを詳細に特徴づけるために、以前に公表された2つの神経伝達プロファイルのデータセット（Chiu et al., 2014; Usoskin et al., 2015）を再分析した。
- IL-4受容体発現は、動きを制御するニューロンよりかゆみ・痛覚を受容するニューロンで発現がみられた。（Chiu et al. 再解析、Fig. S2A）
- IL-4受容体発現は、かゆみを司る小径のNP1-3ニューロンサブセットで発現が比較的高かった。（Usoskin et al. 再解析、Fig. 2A-B）
タイプ2サイトカインがかゆみ感覚ニューロンを直接活性化することを発見したことを考慮して、皮内にIL-4およびIL-13を投与することで急性かゆみが誘発されると仮定しました。
- 驚くべきことに、IL-31とは対照的に、IL-4またはIL-13の高用量は急性かゆみを引き起こさなかった（Fig. 2G）。→Th2サイトカイン自体はかゆみを惹起しない！
いくつかの研究では、タイプ2炎症に関連するサイトカインが、複数の免疫細胞集団の転写活性および後続の刺激に対する応答を変調することが示されている（Halim et al., 2016; Martinez-Gonzalez et al., 2016）。したがって、我々は感覚ニューロンも同様にタイプ2サイトカインに反応し、他のかゆみ誘発物質への感受性を変化させると仮説を立てました。
- IL-4がニューロンのヒスタミン反応（Fig. 2H）および他のかゆみ誘発物質に対する感受性を高めることを観察した（Fig. S2E-G）。
- これらの結果を支持し、IL-4と低用量のヒスタミンをマウスに共投与すると、ヒスタミン単独よりも有意に多くのかきむしりが引き起こされた（図2I）。
- すなわち、Th2サイトカイン自体が強力な急性かゆみ誘発物質ではないものの、これらが感覚ニューロンを多くの異なるかゆみ誘発物質に対して感受性を高める働きをする！
- Th2サイトカインシグナルが病的な慢性かゆみを促進し、これらのシグナルを中断することがかゆみへの効果的な戦略を示唆している。
神経のTh2シグナリングは慢性かゆみの発生に必要である
AD様モデルマウスを用いた行動生理学的な検討
- IL-4受容体を神経特異的に欠損させるとIL-4/13応答性のニューロンの割合が減り、MC903誘導性ADモデルのかゆみ・耳の肥厚を減弱させる（Fig. 3）
神経のJAK1シグナル阻害は慢性かゆみを減弱させる
AD様モデルマウスを用いた行動生理学的な検討
- JAK1を神経特異的に欠損させるとIL-4応答性のニューロンの割合が検出されず、MC903誘導性ADモデルのかゆみ・耳の肥厚を減弱させる（Fig. 4A-F）
- JAK1阻害剤ruxolitinibを腹腔内投与（i.p.）したマウスではIL-4応答性のニューロンの割合が検出されず、MC903誘導性ADモデルのかゆみ・耳の肥厚を減弱させる（Fig. 4G-L）
慢性特発性搔痒（CIP）は明確な炎症のない状態で重度のかゆみを示す
CIPとは・・・
- 原因不明のかゆみ障害であり、ADとは異なり、明白な皮膚炎症が見られない。
- 加齢と強く関連しており、全身性の免疫老化の現れと考えられている（Patel and Yosipovitch, 2010; Reich et al., 2011）。そのため、CIP患者はタイプ1免疫の喪失による軽度なTh2免疫プロファイルを示すと提案されています（Berger and Steinhoff, 2011）。
- これを支持するように、最近の研究でCIP患者のサブセットが低度の末梢嗜酸球増加と免疫グロブリンE（IgE）上昇と関連する全身性のタイプ2炎症の特徴を示すことが明らかにされた（Xu et al., 2016）。
- ADでは皮膚炎症を除去することでかゆみの症状が軽減されますが、CIP患者は強力な免疫抑制にもかかわらず、しばしば重度のかゆみに苦しんでいる。
CIP患者におけるTh2反応のプロファイリング
- ADのような特徴的な炎症性皮膚疾患（Fig. 5A）とは異なり、CIPは全体的に正常な皮膚所見を呈する（Fig. 5B）。
- ADは組織学的には、角化過剰、アカントーシス、混合性の真皮炎症浸潤など、皮膚炎症の特徴が見られる（Fig. 5C）。対照的に、CIPの組織学的所見は最もかゆみを伴う皮膚部位の生検においても最小限の炎症しか示さない（図5D）。
- 患者生検の組織学的評価によれば、CIP患者はAD患者と比較して著しく低いレベルの皮膚炎症を示している（Fig. 5E）。
- 驚くべきことに、より軽度な皮膚炎症であるにもかかわらず、CIP患者はAD患者よりもかゆみをより多く報告している（NRS itch score, Fig. 5F）。→慢性かゆみは強い皮膚炎症がある状態だけでなく、著しい炎症過程がない状態でも現れる可能性がある。
- 正常皮膚とAD皮膚の発現変動遺伝子100個によるサンプルのクラスタリングは、CIPの皮膚が正常皮膚よりもAD皮膚に近いことを示した（図5G）。→CIPが分子的にはADと共通する特徴を持ち、炎症の著しい違いにもかかわらず正常皮膚と区別される慢性かゆみ障害であることを示している。
JAK阻害剤がCIP患者における搔痒に奏効する
JAK阻害剤はADに奏効することは知られているが、CIP患者に対してはどうか？
→ 深刻なCIPを有する5人の患者に対してJAK阻害薬tofacitinibの盲検治療を実施（これらの患者はすべて、強力な免疫抑制薬を含む他の盲検治療に失敗）
- しかし、経口tofacitinib治療から1か月後、5人全員がかゆみに著しい改善を示しました（Figure 6A）。
- 驚くべきことに、かゆみを時間とともに注意深く追跡した患者は、JAK阻害によるかゆみの軽減が他の免疫抑制療法とは対照的に迅速に始まったと報告している（Figure 6B）。→これらの結果は、JAK阻害が従来の抗炎症薬に抵抗性のある慢性かゆみ障害患者に対する新しい治療戦略を示唆しています。
まとめ
- 慢性かゆみは、哺乳動物が有害な刺激を排除するために通常使用する感覚反応が、制御を失い病的となる一例である。かゆみは複数の異なる病態の複合的な症状であり、CIPのようにはっきりと定義された障害がない場合でも慢性かゆみが発生することがある。かゆみはしばしば患者ケアで見過ごされる症状ですが、臨床研究では、慢性かゆみが生活の質に深刻な影響を与えることが確立されている。現在、慢性かゆみに対して特異な治療法は存在していない。
- アトピー性皮膚炎（AD）では、Th2サイトカインであるIL-4およびIL-13が炎症反応を調整し、最終的には重篤な慢性かゆみの発症に至る病態の一環として機能している。しかし、Th2サイトカインなどの炎症メディエータがかゆみをどのように引き起こすかは依然として理解が不足している。この研究では、免疫シグナリング分子であるIL-4Raの活性化がマウスおよびヒトの感覚ニューロンを直接刺激することを初めて示し、このシグナリング経路（IL-4RaおよびJAK1）の感覚ニューロン内部での活性化が炎症性および非炎症性の慢性かゆみに必要であることを示した。また、CIP患者は免疫抑制療法に反応しない傾向がありますが、JAK阻害薬の治療でかゆみが改善することを発見した。
- この研究は、感覚神経系内での免疫シグナリング経路の新機能を特定し、慢性かゆみの治療の有望な標的を提供している。従来は抗炎症作用として考えられていたIL-4RaおよびJAK阻害薬による治療が、感覚ニューロンでのこれらのシグナルの中断によって少なくとも部分的にはかゆみの迅速な改善をもたらす可能性がある。この研究は、新たな神経免疫学的経路を特定することで、これらの感覚プロセスが病的になる状態、例えば慢性かゆみに対抗するための新しい治療法を明らかにした。
以上、どうだったでしょうか。
マウスにおける行動実験のみならず、ヒトの臨床病態まで切り込んでいること、
また分子的なエビデンスをしっかりと提示していることが印象的な論文でした。
何かご質問・コメント等あれば、お気軽にコメ欄 or X (@miro_bipolar)までどうぞ。
次回もお楽しみに！アトピー性皮膚炎研究者のミロでした。
#3: IL-4がかゆみに関与?! (1)
今日は2017年に発表され、アトピー性皮膚炎業界でも話題になった論文を紹介します！
免疫系ではたらくと考えられてきたIL-4シグナルが、かゆみの惹起にも関わることを示した論文です。
参考文献：
概要
哺乳動物は、侵入する病原体や有害な環境刺激を取り除くためにくしゃみやかゆみなどの神経生理学的反射を進化させてきた。
これらの反応が喘息やアトピー性皮膚炎などの慢性炎症性疾患と関連していることはよく知られているが、かゆみなどの感覚を促進する炎症経路のメカニズムは依然として不明である。
本研究では、タイプ2サイトカインがマウスとヒトの両方の感覚ニューロンを直接活性化することを示した。
さらに、慢性的なかゆみは神経IL-4RaおよびJAK1シグナリングに依存していることを実証した。
また、他の免疫抑制療法で効果がない難治性の慢性かゆみ患者がJAK阻害剤で治療されると著しく改善することも観察された。
したがって、免疫系に作用すると考えられてきたシグナル経路が、神経系の新しい治療標的を示唆している可能性がある。
総じて、この研究は、感覚神経系が古典的な免疫シグナル経路を利用して哺乳動物の行動に影響を与える進化的に保存されたパラダイムを明らかにしている。
何がわかっていて何がわかっていなかったか？
免疫系と神経系の相互作用
腸・肺・皮膚など複数の上皮表面で免疫系と神経系の相互作用があることは知られており、それらはくしゃみやかゆみといった行動を惹起することで異物の排除に寄与することは知られていた。
一方でこれらの反応の調節異常が感覚機能の異常、特に慢性的なかゆみの促進要因となるかどうかはまだ十分に理解されていない。
慢性的なかゆみのメカニズム
慢性的なかゆみとは、かゆみの症状が6週間以上続くものと定義され、人口の約15%に影響を与え、生活の質に深刻な影響を与える。
慢性的なかゆみはアトピー性皮膚炎（AD）などの多くの主要な炎症性皮膚疾患の中心的な特徴である一方で、さまざまな病態や多くの神経病態に二次的に現れることもある。
さらに、慢性的なかゆみは既知の病態プロセスがない状態でも発生し、この場合、「慢性特発性かゆみ（CIP）」と呼ばれている。
皮膚の炎症がかゆみを引き起こすことは広く認識されている。たとえば、かゆみ物質のヒスタミンは、じんましんの状態で急性のかゆみと関連している。さらに、以前に同定されたサイトカインでかゆみ物質であるインターロイキン（IL）-31は、AD関連のかゆみと関連付けられている。
驚くべきことに、発症率が高く、生活の質に与える負担が大きいにもかかわらず、現在、慢性的なかゆみの治療に特に適した薬物は存在しない。
さらに、炎症性媒介物質がかゆみの感覚をどのように促進するかの正確なメカニズムはまだ十分に定義されていない。
アトピー性皮膚炎におけるTh2系免疫反応の関与
ADでは、タイプ2サイトカインであるIL-4、IL-5、およびIL-13が皮膚の炎症を促進することが知られている。
さらに、IL-4またはIL-13を皮膚で過剰発現させるマウスは、AD様の疾患と強力な慢性かゆみを発症する。
特に、最近承認されたモノクローナル抗体であるデュピルマブは、IL-4およびIL-13の共有受容体サブユニットであるIL-4Raをブロックすることにより、ADの治療において驚異的な効果を示す。
これらの典型的な炎症性メディエーター（IL-4/5/13）がかゆみを惹起させる物質としても機能するかどうかは依然として不明である。
さらに、免疫系と神経系を横断し、慢性的なかゆみの治療に対する標的となる可能性があるかどうかも未調査である。
＊次回予告＊
さて、このように免疫系と神経系の相互作用についてはまだまだ謎が残っていますが、その問題に対してこの論文の著者らがどのようにアプローチしていったかを、次回は紹介します。
ご質問・コメントはお気軽にコメ欄 or X (@miro_bipolar)からどうぞ♪
#2: アトピー性皮膚炎の機序と治療
今日はアトピー性皮膚炎がどうして発症するのか、またその治療としてはどのようなものがあるのかを解説していきます。
参考文献：
https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMra2023911
アトピー性皮膚炎の機序
遺伝子と環境要因、皮膚バリアの機能障害、微生物の不均衡、免疫の調節異常、および環境誘発性の皮膚炎症が、アトピー性皮膚炎の発症において役割を果たしている。
皮膚バリアの機能障害を誘発する遺伝的要因
皮膚バリアの機能障害を促進する遺伝子の中で、フィラグリン遺伝子（FLG）の変異が最も顕著であり、白人患者の30〜50％に影響を与えている。
フィラグリンは、上層の表皮ケラチノサイトによって産生され、天然の保湿因子および脂質マトリックスの生成を促進し、角質層のケラチノサイトを一緒に保つモルタルのような役割を果たす。
FLGの機能喪失変異は、皮膚バリア形成の障害と皮膚透過水分損失の増加を引き起こし、乾燥した肌を生じる。皮脂の不足はまた、細菌の不均衡を増加させ、アレルゲンが皮膚に浸透しアレルギー感作を誘発する。
環境要因と微生物の不均衡
アトピー性皮膚炎に関与しうる要因には極端な温度、紫外線曝露、大気汚染曝露、水の硬度の増加、および家庭用製品（洗剤など）の使用頻度の増加が含まれる。
最後の要因は「衛生仮説」とよばれ、これは西洋諸国で感染症の減少が清潔さの増加と関連しており、これがアトピー性皮膚炎を含むアレルギーや自己免疫疾患の発症増加と関連しているとされている。
アトピー性皮膚炎患者の皮膚微生物叢の研究では、主に病原性S. aureus（黄色ブドウ球菌）によって占拠されていることが示されている。この微生物叢の変化と表皮抗菌ペプチドの減少は、湿疹部位での膿疱や膿瘡の発症に臨床的な影響を与える可能性がある。
免疫学的メカニズム
炎症は、表皮バリアの破壊と表皮炎症性樹状細胞および自然リンパ球（ILC）が活性化することによって開始されると考えられており、これらは発症局所に侵入するTh2細胞と相互作用する。
湿疹病変の直接のメカニズムは、Th2細胞の調節異常に関連した炎症である。
活性化されたT細胞は、主にインターロイキン（IL）-4、IL-13、およびIL-31を含むサイトカインを皮膚に放出し、これらは下流のヤヌスキナーゼ（JAK）経路を活性化する。
これらのサイトカインは炎症、かゆみ、およびB細胞およびプラズマ細胞の活性化により特異的なIgEの産生を促進する。
かゆみのメカニズム＜itch-scratch cycle＞
アトピー性皮膚炎におけるかゆみは、ケラチノサイト、マスト細胞、および免疫細胞（T細胞および好塩基球）が放出するかゆみの情報伝達に基づいている。
かゆみの原因物質にはTh2サイトカイン（特にIL-4、IL-13、IL-31）、TSLP（上皮由来の炎症性サイトカイン）、ヒスタミン、プロテアーゼ、および神経ペプチドが含まれる。
これらのかゆみの原因物質は、皮膚の表皮および真皮にある感覚C-神経線維およびAδ-神経線維に存在する受容体に結合し、かゆみと痛みを感知する。
ほとんどのかゆみの原因物質は非ヒスタミン性の神経線維に結合する。皮膚C-神経線維の小さなサブグループ（<5％）はヒスタミンに敏感だが、抗ヒスタミン薬でヒスタミン1受容体をブロックしてもかゆみの制御にはつながっておらず、ガイドラインはかゆみの制御に抗ヒスタミン薬を推奨していない。
かゆみの原因物質は炎症だけでなく、掻痒（ひっかき）によっても放出される。これにより、かゆみと掻痒のサイクル（itch-scratch cycle）による神経線維の過敏化が生じる可能性がある。
IL-4α受容体サブユニットはかゆみを感知する神経線維上に発現しており、IL-4との持続的な刺激によりこれらをかゆみに対して過敏化させる可能性がある。これがかゆみと掻痒のサイクルを一部説明する要因であり、下流のJAK1およびJAK2、およびIL-4α受容体経路の阻害からの迅速な効果の一因である可能性がある。
人種間の発症要因の違い
Th2経路の活性化以外にも、他のヘルパーT細胞経路（Th1、Th17、およびTh22など）の活性化と関連していることがある。これは部分的には人種または民族集団に関連している。
例えば、アジアの患者ではTh2およびTh17経路の活性化が報告されているが、ヨーロッパ系の患者では主にTh2経路の活性化のみ見られる。アトピー性皮膚炎の黒人患者ではTh1およびTh17経路の活性化が見られない。
これらの違いは、人種または民族集団に応じて湿疹病変の様々な表現型があることを説明するかもしれない。ただし、Th2経路のメディエータやサイトカインを標的とすることが、治療のための最も有望な個別化されたアプローチであると考えられている。
アトピー性皮膚炎の治療
アトピー性皮膚炎の治療は、疾患の臨床段階（軽度、中等度、または重度）、体表面積の広がり、患者の年齢、合併症や患者が服用している薬剤、かゆみの重症度、生活の質の損傷度合い、および患者の目標に基づいて選択される。
一般的な対策（湿疹のない期間も含む）
保湿剤の使用や感染およびトリガーとなる要因の回避などが勧められている。
湿疹が発生した場合、局所免疫抑制療法（ステロイドの外用）の使用が最初のアプローチとして勧められる。
最近では、ホスホジエステラーゼ（PDE）-4阻害剤であるクリサボロールがアメリカでアトピー性皮膚炎の治療に承認されていますが、すべての国で使用可能とは限らない（日本ではまだ臨床研究段階）。
中等度の湿疹の場合、紫外線光療法が適用されることがあるが、皮膚がんのリスクがあるため、長期間の使用は避けられる。
重度のアトピー性皮膚炎の場合、糖質コルチコイド、シクロスポリン、またはメトトレキサートなどのいくつかの従来の全身免疫抑制剤が使用されてきた。ただし、これらの薬剤はアトピー性皮膚炎における特定の免疫調節異常を対象としておらず、肝臓や腎臓の機能障害を含む重篤な副作用を引き起こす可能性がある。
新しい治療法：分子標的薬
Th2を標的とする治療法の開発では進展があり、モノクローナル抗体、PDE-4阻害剤、およびJAK阻害剤（局所および全身）などが有望な治療薬とされている。これらのほとんどは第2-3相の試験で試されている。
比較研究では、抗IL-4受容体抗体デュピルマブとJAK阻害剤アブロシチニブは、プラセボと比較してアトピー性皮膚炎の兆候と症状の減少に関連していた。アブロシチニブは2週間後のかゆみの減少でデュピルマブに優れていたが、それ以外では2つの薬剤は類似の結果であった。
皮膚感染症や喘息の悪化などの副作用は、これらの新しい治療法の将来の使用に対して慎重な評価を必要とする（特に子供やアトピー性皮膚炎の典型的な合併症を持つ患者）。
たとえば、デュピルマブ療法では、特に季節性アレルギー性結膜炎と合併している場合、多くの患者が長期にわたり結膜炎を副作用として生じる。
JAK阻害剤は血栓塞栓症やがんのリスクがあり、呼吸器感染、帯状疱疹感染、頭痛、悪心、下痢、および白血球数の減少と関連している可能性がある。
まとめ
アトピー性皮膚炎は、特に子供にとって負担の大きい皮膚疾患です。
地理的および人種または民族グループの変動、複雑な病因は、対象となる治療法の開発を妨げています。
アトピー性皮膚炎に関連するかゆみは、生活の質に影響を与え、治療の焦点であり、治療効果の決定要因であり、またアトピー性皮膚炎の新しい薬物の開発において主要な懸念事項です。
以上、アトピー性皮膚炎の機序と治療に関して説明してきました。
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