人間のMAIT細胞の機能的可塑性と免疫調節における役割

学術背景

粘膜関連不変T細胞（Mucosal-Associated Invariant T cells, MAIT細胞）は、非伝統的なTリンパ球の一種で、特に粘膜組織に豊富に存在し、健康な人間体内に広く見られます。MAIT細胞は先天的免疫様特性を持ち、微生物のリボフラビン代謝経路から生成される抗原を迅速に認識します。これらの抗原は非多型性のMHC-Ib関連タンパク質（MR1）によって呈示されます。MAIT細胞は抗菌免疫において重要な役割を果たしますが、その機能的異質性の制御メカニズムはまだ明確ではありません。MAIT細胞の機能的可塑性、つまり異なる微小環境条件下で異なる機能状態を示す能力は、近年の免疫学研究の重点の一つとなっています。

本研究の目的は、MAIT細胞が抗原認識時にどのように微小環境中のサイトカイン信号に応じて機能反応を調整するかを探ることです。具体的には、研究チームはMAIT細胞が異なるサイトカイン（IL-12、IL-18など）に露出した際に、炎症や抗炎症反応をどのように制御するかを明らかにし、その背後の分子メカニズムをさらに解析しようとしました。この研究は、MAIT細胞が感染や炎症で果たす役割を理解するだけでなく、MAIT細胞に基づく免疫療法戦略の開発にも理論的基礎を提供します。

論文の出所

本論文は、Caroline Boulouis、Elli Mouchtaridi、Thomas R. Müllerらによる共著で、スウェーデンのカロリンスカ研究所（Karolinska Institutet）、オーストラリアのクイーンズランド大学（The University of Queensland）などの機関の研究チームによって行われました。論文は2025年2月4日にPNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences）誌に掲載され、タイトルは「Human MAIT cell response profiles biased toward IL-17 or IL-10 are distinct effector states directed by the cytokine milieu」です。

研究フローと結果

研究フロー

研究チームは、機能分析と単一細胞転写体組換え（scRNA-seq）を組み合わせた方法を用いて、異なるサイトカイン環境下でのMAIT細胞の機能反応を系統的に研究しました。以下に具体的な研究手順を示します：

1. MAIT細胞の分離と刺激
   健康ボランティアの末梢血からMAIT細胞を分離し、THP-1細胞を抗原提示細胞として使用し、5-OP-RU（MAIT細胞が認識する抗原の一種）を負荷させ、異なるサイトカイン（IL-12、IL-18、IL-23など）の存在下で刺激を行いました。

2. 機能分析
   刺激後のMAIT細胞のサイトカイン分泌状況（IL-10、IL-17、IFNγ、TNFなど）および細胞表面マーカーの表現（CD69、CD107aなど）を流式細胞計測法で検出し、さらにUMAP（Uniform Manifold Approximation and Projection）を用いてMAIT細胞の機能状態を無監督クラスタリング分析しました。

3. 単一細胞転写体組換え分析
   刺激後のMAIT細胞を単一細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）を行い、異なる刺激条件下的にMAIT細胞の転写体組換え特性を解析し、遺伝子セット富集分析（GSEA）と規制ネットワーク解析（PySCENIC）を用いてIL-10とIL-17の表現に関連する転写因子を解析しました。

4. CRISPR/Cas9遺伝子ノックアウト実験
   c-MafとAiolosという転写因子がIL-10の表現に果たす役割を確認するために、研究チームはCRISPR/Cas9技術を用いてこれらの遺伝子をノックアウトし、そのMAIT細胞の機能への影響を観察しました。

5. 機能の逆転性実験
   分泌捕獲技術を用いてIL-10+とIL-17+ MAIT細胞を分離し、2週間培養した後再び刺激し、その機能状態の逆転性を評価しました。

主要な結果

1. サイトカイン環境がMAIT細胞の機能反応に显著な影響を与える
   研究では、MAIT細胞が抗原認識中にIL-12またはIL-23の刺激を受けると、抗炎症サイトカインIL-10を分泌する傾向があることがわかりました。一方、IL-18の刺激下では、MAIT細胞はIL-17、GM-CSFなどの促炎症因子を分泌して強い炎症反応を示しました。特に注目すべきは、IL-18がIL-10の表現に対して明显的な抑制効果をもたらすことです。

2. 転写体組換えがMAIT細胞の機能状態の変化を示す
   scRNA-seq解析によると、異なるサイトカイン刺激を受けたMAIT細胞は独自の転写体組換え特性を持つことが示されました。例えば、IL-12とIL-23は免疫調節に関連した遺伝子表現（IL10、LAG3、CTLA4）を誘導し、IL-18は炎症と遊走に関連した遺伝子（IFNG、CSF2、CCL20）を活性化しました。

3. c-MafはMAIT細胞のIL-10表現に不可欠な転写因子である
   CRISPR/Cas9遺伝子ノックアウト実験により、研究チームはc-MafがMAIT細胞のIL-10表現に不可欠であることを確認しました。一方、AiolosはIL-10+細胞で高レベルに表現されていますが、必須ではないことがわかりました。

4. MAIT細胞の機能状態は逆転性を持つ
   実験結果は、IL-10+とIL-17+ MAIT細胞の機能状態が安定した分化ではなく、微小環境の変化に応じて再調整できる可逆的な効果状態であることを示しました。

結論と意義

本研究は、MAIT細胞が抗原認識時にどのように微小環境中のサイトカイン信号に応じて機能反応を調整するかを体系的に明らかにしました。研究では、MAIT細胞がIL-12とIL-23の刺激下ではIL-10を分泌し、免疫調節機能を示すことがわかりました。一方、IL-18の刺激下では強い炎症反応を示すことが確認されました。c-MafはMAIT細胞のIL-10表現に不可欠な転写因子であることが証明されました。これらの発見は、MAIT細胞の機能的可塑性に対する理解を深めるとともに、MAIT細胞に基づく免疫療法戦略の開発に新たな道を開きました。

研究のハイライト

1. 機能的可塑性の新発見：初めて、異なるサイトカイン環境下でのMAIT細胞の機能的可塑性とその分子メカニズムを体系的に明らかにしました。
   
2. 転写体組換えの応用：scRNA-seqを用いてMAIT細胞の転写体組換え特性を包括的に解析し、その機能制御の理解に新しい視点を提供しました。
   
3. CRISPR/Cas9による確認：遺伝子ノックアウト実験を用いてc-MafがIL-10表現に果たす中心的な役割を確認し、研究結果をさらに支持しました。
   
4. 機能の逆転性の発見：MAIT細胞の機能状態が逆転性を持つことを見出し、免疫調節における応用に新たな可能性を提供しました。

その他の有用な情報

研究ではまた、MAIT細胞が分泌するIL-10が単核球の免疫反応を傍分泌作用を通じて調節し、抗炎症マクロファージの分化を促進することを見出しました。この発見は、MAIT細胞が免疫調節において果たす重要な役割をさらに強調しています。