結核病（Tuberculosis, TB）は、結核菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）によって引き起こされる重大なグローバルな健康問題であり、毎年数百万人が感染し、多くの命が失われています。医療技術の進展にもかかわらず、Mtbが宿主の免疫システムを回避し、慢性感染を引き起こす能力は、結核病根絶の大きな障壁の一つです。Mtbは特に感染部位へのT細胞の動員を遅延させることで、宿主免疫による排除を回避しています。この遅延は、Mtbが宿主内で生存し慢性感染を確立する主要な戦略とされています。
結核感染の進行中、適応免疫反応は特に重要であり、CD4+ T細胞とCD8+ T細胞が中心的な役割を果たします。CD4+ T細胞はインターフェロン-γ（IFN-γ）を分泌することでマクロファージを活性化し、殺菌能力を高めます。一方、CD8+ T細胞は感染細胞を直接的に殺傷し、菌量を削減します。しかし、Mtbはさまざまなメカニズムを使ってT細胞の動員と機能を抑制し、宿主の免疫反応が感染を効果的に制御できないようにしています。このため、Mtbが代謝を再プログラムして宿主免疫反応（特にT細胞の動員と機能）にどのように影響を与えるのかを明らかにすることは、科学的にも治療的にも重要です。
# 研究背景と動機
近年、トリプトファン代謝（tryptophan metabolism）が免疫調節において果たす役割が注目されています。トリプトファン代謝産物であるキヌレニン（kynurenine, Kyn）は、免疫抑制分子として知られており、芳香族炭化水素受容体（aryl hydrocarbon receptor, AHR）を活性化することでT細胞機能を抑制します。Mtb感染後には宿主マクロファージでトリプトファン代謝が著しく上昇し、Kynの産生が増加します。このKynはAHRを活性化し、さらにJAK-STAT1シグナル経路を抑制してCXCL9およびCXCL10の分泌を減少させ、T細胞の感染部位への動員を阻害します。この仕組みは、Mtbが免疫系の攻撃を回避する主要な戦略の一つと考えられています。
しかし、具体的にKyn-AHR経路が結核感染でどのように作用しているかは十分には明らかになっていません。本研究では、Mtbが宿主トリプトファン代謝をどのように操作してT細胞の動員と機能を抑制しているのか、特にIDO1（indoleamine 2,3-dioxygenase 1）-Kyn-AHR経路を通じてそのメカニズムを解明することを目的としました。この研究により、結核病の免疫療法に向けた新たな標的と戦略を提案することを目指しています。
# 研究チームと発表情報
本研究は北京胸科病院、首都医科大学、蘇州大学附属伝染病病院などの研究チームにより実施されました。主要な著者にはXin Liu、Mengjie Yang、Ping Xuらがおり、通信著者はJinfeng YuanとYu Pangが務めています。本研究は2024年10月22日に《Cellular & Molecular Immunology》誌に「Kynurenine-AHR reduces T-cell infiltration and induces a delayed T-cell immune response by suppressing the STAT1-CXCL9/CXCL10 axis in tuberculosis」というタイトルで発表されました。
# 研究の流れと実験デザイン
## 1. 結核患者血清中のKynレベルとT細胞浸潤の関連性
研究ではまず、液体クロマトグラフィー質量分析（LC-MS）を用いて健康な個体および活動性結核患者における血清Kynレベルを測定しました。その結果、結核患者の血清Kynレベルが健康対照群よりも著しく上昇していることが示されました。さらに、結核患者を高Kyn群と低Kyn群に分けた結果、高Kyn群では肺組織中のCD4+およびCD8+ T細胞の浸潤が顕著に減少していることが明らかになりました。また、KynレベルはT細胞エフェクター因子であるIFN-γおよびTNF-αの発現と負の相関を示し、一方で抑制受容体（PD-1、TIM3、LAG3など）の発現と正の相関を持つことが分かりました。これらの結果は、Mtbが宿主トリプトファン代謝を誘導し、大量のKynを産生することでエフェクターT細胞の肺での浸潤と機能に影響を与え、免疫回避を実現している可能性を示しています。
## 2. MtbがIDO1-Kyn代謝経路を介してT細胞浸潤を抑制
次に、Mtbがどのようにしてマクロファージ内のトリプトファン代謝を操作しT細胞浸潤を抑制するかを調べました。qPCRとWestern blot解析により、Mtb感染によって炎症性マクロファージのIDO1発現が顕著に上昇する一方で、他のトリプトファン分解酵素（IDO2、TDO2など）の発現には顕著な変化がないことが確認されました。さらに、IDO1の発現レベルはMtbの感染強度および感染時間に比例して増加しました。加えて、MtbはIDO1 mRNAの安定性を高めることでIDO1の発現を促進していました。LC-MSによる分析では、Mtb感染後のマクロファージ内部でKynレベルが著しく上昇していることが示されました。
体外T細胞移動実験では、IDO1をノックダウンするとCD4+とCD8+ T細胞の移動が顕著に増加する一方、IDO1を過剰発現させるとT細胞の移動が抑制されることが明らかになりました。さらに、外因性Kynを追加することで、IDO1ノックダウンによるT細胞移動の増加が逆転することが示され、IDO1がトリプトファンを代謝してKynを生成しT細胞移動を抑制していることを示唆しています。
## 3. IDO1がSTAT1-CXCL9/10シグナル経路を介してT細胞浸潤を抑制
研究ではまた、IDO1がSTAT1シグナル経路を介してCXCL9およびCXCL10の発現を減少させ、T細胞の移動を阻害していることも明らかにしました。STAT1をノックダウンすることで、IDO1ノックダウンに起因するCXCL9およびCXCL10の発現増加が消失しました。さらに、KynはAHRを活性化することによってSTAT1のリン酸化を抑制し、CXCL9およびCXCL10の発現をさらに抑制していました。
## 4. AHRがSOCS3を上昇させることでSTAT1シグナル経路を抑制
さらに、研究ではAHRがSOCS3の発現を上昇させることでSTAT1シグナル経路をどのように抑制しているかを検討しました。qPCRとWestern blot解析を使用して、AHRが直接SOCS3のプロモーター領域に結合し、その発現を増加させることを示しました。SOCS3はJAK-STATシグナル経路の負の調節因子としてSTAT1の活性化を阻害します。SOCS3をノックダウンすることで、T細胞の移動能力が著しく増加し、CXCL9およびCXCL10の発現が上昇しました。これらの結果は、Kyn-AHRがSOCS3を介してSTAT1シグナル経路を抑制しT細胞動員を妨げていることを示しています。
## 5. Kyn-AHR経路がT細胞浸潤に与える影響の体内検証
小鼠モデルを用いてKyn-AHR経路が結核感染におけるT細胞浸潤に及ぼす影響をさらに検証しました。実験では、Mtb感染後に小鼠の血清Kynレベルが著しく上昇することが確認されました。また、Kyn投与によって肺組織内のCD4+およびCD8+ T細胞の浸潤が著しく低下する一方、AHR欠損マウスではT細胞浸潤が有意に増加し、CXCL9およびCXCL10の発現レベルも上昇していました。
さらに、Kyn投与はT細胞の機能障害を引き起こし、抑制受容体の発現増加およびエフェクター因子（IFN-γ、TNF-α）の分泌減少を引き起こしました。一方、AHRを欠損したマウスではT細胞の機能が改善され、細菌量の減少が観察されました。
# 研究結論と意義
本研究では、Mtbが宿主トリプトファン代謝を操作し、特にIDO1-Kyn-AHR経路を通じてSTAT1-CXCL9/10シグナル経路を抑制することで、T細胞の動員と機能を抑制し免疫回避を実現しているメカニズムを解明しました。この発見は、Mtbの免疫回避メカニズムの理解を深めるとともに、結核病の免疫療法に新たな標的を提供します。AHR活性を抑制することで、T細胞の免疫応答を加速し、宿主によるMtb感染の制御を強化する可能性があります。これは結核病の治療およびワクチン開発に新たな道を開くものと期待されます。
# 研究のハイライト
1. **重要な発見**：MtbがIDO1-Kyn-AHR経路を介してT細胞動員を抑制しているメカニズムを初めて明らかにし、新しい視点を提供しました。
2. **多面的な方法論**：LC-MS、qPCR、Western blot、免疫蛍光、マウスモデルなどの先端技術を駆使して包括的に検証しました。
3. **潜在的な応用可能性**：研究結果はAHRとIDO1を結核病治療のターゲットとする可能性を示しており、免疫療法の新たな戦略を提供します。
# 結論
本研究は、Mtbが宿主トリプトファン代謝を操作し、T細胞免疫応答を抑制する分子メカニズムを解明しました。この発見により、結核病をターゲットとした免疫療法の新たな可能性が示されました。AHR阻害剤の利用を含めた今後の研究が、結核病治療の新しいアプローチを提供する可能性を秘めています。