肝臓危険信号が引き起こすTREM2+マクロファージによるMS4A7依存性炎症小体活性化が脂肪性肝炎を駆動する

背景と研究動機

近年、代謝機能障害関連脂肪性肝炎（Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis, MASH）の発病率が増加するに伴い、その病理メカニズムに対する関心が高まっている。MASHは元々非アルコール性脂肪性肝炎（Nonalcoholic steatohepatitis, NASH）と呼ばれていた高級段階の代謝脂肪性肝病であり、肝臓の持続的な損傷、炎症、繊維化が主な特徴である。MASHの原因は主に肝細胞の損傷によって引き起こされる免疫反応に集中している。近年の研究ではTREM2+ NASH関連マクロファージ（NASH-associated macrophages, NAMS）が多くの疾患状態において重要な役割を果たすことが示されているが、MASH発病メカニズムにおける具体的な役割は明らかではない。

この研究(Zhou et al.)の主要な目標は、MASH病程におけるNAMの具体的な病理役割を特定し理解することである。研究では、マウスとヒトのサンプルを分析し、膜横断4ドメイン蛋白質A7（Membrane-spanning 4-domains A7, MS4A7）が特定の病原因子としてMASHの進行を促進することを発見した。

研究の出典

この論文は、アメリカのミシガン大学生命科学研究所、細胞と発育生物学科、分子および統合生理学科など複数の研究機関に所属するLinkang Zhou、Xiaoxue Qiu、Ziyi Mengらによって執筆された。この論文は2024年3月13日に『Science Translational Medicine』に発表された。

研究の進行

研究対象と方法

研究ではマウスモデルを使用し、食事によってMASHを誘導し、広範な遺伝子とタンパク質の発現分析を行った。具体的な手順は以下の通り：

1. 単一細胞RNAシーケンシング（scRNA-seq）：健康なマウスと食事誘導MASHマウスの肝臓中の非実質細胞（NPC）の単一細胞RNAシーケンシングデータを生成し、高TREM2発現マクロファージを特定。
2. 免疫組織化学と蛍光染色（RNA Scope）：MS4A7の発現を検証し、TREM2共発現細胞を特定。
3. 遺伝子ノックアウトマウスモデル：全身及び髄様細胞特異的MS4A7遺伝子ノックアウトマウスを作成し、MASH進行におけるMS4A7の機能を研究。
4. 脂質滴（LD）暴露実験：脂肪肝から抽出した脂質滴を注射し、肝臓マクロファージへの影響を研究。
5. NLPR3炎症小体活性化実験：MS4A7がNLPR3炎症小体活性化に及ぼす影響を探り、マクロファージでの具体的な分子メカニズムを分析。

データ分析アルゴリズム

研究では多種多様なデータ分析アルゴリズムが使用され、単一細胞RNAシーケンシングデータ分析、遺伝子発現定量ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）、ウエスタンブロットなどが含まれる。生物情報学的分析も利用され、トランスクリプトームデータの解析、差異発現遺伝子の特定、経路濃縮分析が行われた。

主要結果

1. MS4A7の特定： MS4A7はマウスとヒトのMASH肝臓で顕著に誘導され、肝損傷の重症度と関連している。食事誘導MASHマウスの肝臓ではMS4A7 mRNAとタンパク質の量が徐々に増加し、MASHの解消後（MASH食事から標準食事への転換）、その発現は顕著に低下した。

2. MS4A7欠失による肝損傷の緩和： MS4A7欠失マウスは高脂肪食誘導MASHモデルにおいて肝繊維化と肝損傷マーカーが軽減し、血漿グルタミン酸アミノトランスフェラーゼ（AST）とアラニンアミノトランスフェラーゼ（ALT）の濃度が低下した。

3. 細胞の再プログラム化： 単一細胞RNAシーケンシングでは、MS4A7欠失マウスの病態関連マクロファージ（NAM）と単球溶解能力（MDM）が減少し、活性化肝星状細胞の割合も低下していたことから、髄様細胞MS4A7シグナルが食物誘導MASHにおいて顕著な病理的変化を引き起こしていることが示された。

4. 脂質滴と肝損傷： 脂質滴暴露によるマクロファージの充墳と肝損傷はMS4A7欠失マウスにおいて顕著に軽減されており、MS4A7が脂質滴による肝損傷に重要な役割を果たしていることが示唆された。

5. NLPR3炎症小体の活性化： MS4A7はNLPR3炎症小体の活性化に重要な役割を果たしており、MS4A7欠失はATPとリポポリサッカライド（LPS）刺激により誘導される炎症小体マーカー（IL-1β）の顕著な減少を示した。

結論と研究意義

この論文はMS4A7に関する詳細な研究を通じて、TREM2+マクロファージがMS4A7依存の炎症小体経路を介してMASH発病における重要な役割を果たすことを明らかにした。具体的には、脂質滴が起動するMS4A7シグナルがNLPR3炎症小体の活性化及び病理状態の細胞状態の形成を促進していることが示された。

論文の主要なハイライトは以下の通り：

1. MS4A7がNAM特異病原因子としてMASHにおける役割を明らかにしたことにより、将来の治療戦略に対する潜在的なターゲットを提供した。
2. TREM2とMS4A7の二つのシグナル経路が疾患進行における対抗作用を示したことにより、肝病免疫環境の複雑性についての理解が深まった。
3. 脂質滴が代謝関連肝病で危険信号として果たす役割のメカニズムを理解することを拡張したこと。

この研究は動物実験と単一細胞トランスクリプトーム分析を統合し、複雑な肝臓疾患発病メカニズムに対する独自の洞察を提供し、科学的および応用的な価値を有している。