GITRは敗血症において翻訳後修飾を介してLPC誘導性のマクロファージ焦燥を悪化させる

感染症学 リウマチおよび免疫学 生命科学 免疫学 医学
GITR マクロファージ NLRP3炎症性体 敗血症 翻訳後修飾

研究背景

敗血症（sepsis）は、微生物感染に対する体の異常な反応によって引き起こされる生命を脅かす臓器機能障害症候群です。その発症率と死亡率は高く、主に過剰な炎症反応と代謝異常によって引き起こされます。研究によると、髄様細胞（単球やマクロファージなど）が敗血症の発症メカニズムで重要な役割を果たしていることが示されています。敗血症の初期段階では、脂質代謝産物が体内に蓄積し、疾患の進行に著しい影響を与えますが、その具体的なメカニズムはまだ明確ではありません。特に、脂質代謝異常とNLPR3インフラマソームの関係は注目に値します。

NLPR3インフラマソームは、センサーNLPR3、アダプターASC、エフェクターcaspase-1を含む多タンパク質複合体です。NLPR3は、様々な病原体や損傷関連分子パターン（PAMPsとDAMPs）を認識し、インフラマソームの組み立てと活性化を引き起こし、最終的にcaspase-1の酵素切断活性化、下流のIL-1βの成熟、およびGasdermin D依存性のパイロプトーシス（pyroptosis）を導きます。

しかし、NLPR3インフラマソームの異常な活性化は、しばしば敗血症初期の過剰な炎症反応を引き起こすため、その活性を厳密に制御する必要があります。タンパク質の翻訳後修飾（PTMs）は、NLPR3インフラマソームの活性化を制御する重要な方法の1つと考えられています。

本論文の研究チームは、糖質コルチコイド誘導性腫瘍壊死因子関連タンパク質（GITR）が、NLPR3のPTMsを調節することで脂質代謝異常関連の全身性炎症損傷をどのように媒介するかを示し、GITRが炎症性疾患の治療のための潜在的なターゲットであることを明らかにしました。

論文の出典

本論文は梁思平らによって執筆され、研究は中山大学中山医学院およびその附属病院で行われました。論文は2024年5月の「Cellular & Molecular Immunology」に掲載され、敗血症におけるGITRの新たな役割を詳細に明らかにしています。

研究ワークフロー

  1. GITRとLPCの関係：研究はまず、敗血症患者の単球におけるGITRの発現を観察し、血清中のLysoPC（リゾホスファチジルコリン）レベルおよび敗血症の重症度との正の相関関係を発見しました。

  2. GITRによるマクロファージのパイロプトーシスの促進：in vitro実験を通じて、LPC処理がマクロファージのGITR発現を誘導し、GITRがLPCの取り込みとNLPR3インフラマソーム介在のマクロファージのパイロプトーシスを増強することを証明しました。

  3. ラットモデルでの検証：盲腸結紮穿刺（CLP）およびLPS誘導敗血症マウスモデルを用いて、LPCが敗血症の重症度と致死率を悪化させることをさらに確認しました。一方、GITR特異的ノックアウトの髄様細胞またはNLPR3/caspase-1/IL-1β欠損マウスモデルでは、敗血症の重症度と致死率が著しく軽減されました。

  4. メカニズム研究：メカニズム的には、GITRはNLPR3の翻訳後修飾（ユビキチン化を減少させアセチル化を増加させる）を調節することで、特異的にインフラマソームの活性化を増強します。GITRはE3リガーゼMARCH7と競合的に結合し、NLPR3のユビキチン化を減少させアセチル化を促進することで、インフラマソームの活性を増加させます。

研究結果の詳細な解釈

単球におけるGITRの発現は敗血症のLPCレベルと関連

研究では、LPCが敗血症患者の単球におけるGITRの発現を著しく誘導し、GITRの発現が血清中のLPCレベルと正の相関を示すことが発見されました。これは、LPCがGITRを介してマクロファージの炎症反応を媒介する可能性を示唆しています。 具体的なデータは以下の通りです： - 高SOFAスコアの敗血症患者では、低密度リポタンパクコレステロール（LDL-C）とLPCレベルが著しく上昇していました。 - フローサイトメトリーにより、敗血症患者のCD11b+単球におけるGITR+細胞の割合が増加し、血清LDL-CおよびLPCレベルと正の相関を示すことが分かりました。 - CLP誘導敗血症マウスでは、PBMCおよび脾臓、肺におけるGITRの発現が著しく増加し、同時に血清LPCレベルも著しく上昇しました。

GITRはマクロファージのLPC取り込みを増加させることでパイロプトーシスを促進

in vitro実験では、LPCがBMDMs（骨髄由来マクロファージ）におけるGITRの時間依存的な発現を誘導しました。GITR欠損BMDMsでは、LPCの取り込みとLPC誘導細胞死が著しく減少し、GITRがLPC誘導マクロファージ炎症損傷に関与していることを示しました。

具体的な実験結果は以下の通りです： - LPCはBMDMsにおけるGITRの発現を誘導しましたが、LPS刺激はGITR発現を誘導しませんでした。 - JAK1/2阻害剤ルキソリチニブ処理により、LPC誘導GITR発現が著しく弱まりました。 - GITR欠損は、IL-1βの分泌およびGSMD-N、caspase-1、成熟IL-1βタンパク質レベルを減少させることで、LPC誘導パイロプトーシスを著しく抑制しました。

GITRはNLPR3のPTMsを調節することでインフラマソームの活性化を促進

実験結果は以下の通りです： - GITR欠損は、NLPR3のユビキチン化レベルを著しく増加させ、GITRがNLPR3のユビキチン化を抑制していることを示しました。 - 共免疫沈降実験により、GITRがMARCH7と競合的に結合し、MARCH7介在のNLPR3ユビキチン化を減少させることが分かりました。 - さらに研究は、GITR欠損がBMDMsにおけるSirt2タンパク質レベル（Sirt2はNLPR3脱アセチル化酵素）を上昇させ、NLPR3のアセチル化レベルを減少させることを示しました。 - 動物実験では、GITR欠損またはNLPR3/caspase-1/IL-1β欠損マウスが敗血症の致死率と炎症損傷を著しく低下させることが示されました。

これらの実験を通じて、GITRがNLPR3のPTMsを調節することで、LPC誘導の様々な炎症損傷において重要な役割を果たすことが証明されました。

研究の意義と価値

この研究は、NLPR3インフラマソームおよび敗血症初期の炎症損傷を調節するGITRの重要な役割を明らかにしました。具体的な結論は以下の通りです： - LPCはGITR発現を上昇させることで、NLPR3インフラマソーム介在のマクロファージパイロプトーシスを増強し、敗血症の重症度を悪化させます。 - GITRは潜在的な治療ターゲットとして、炎症性疾患の調節において重要な意義を持ちます。 - 研究は敗血症におけるLPCとGITRに関する新しい洞察を提供し、敗血症の病理メカニズムと潜在的な治療戦略の理解を進展させました。

この研究は、GITRとNLPR3インフラマソームの関係を明らかにすることで、敗血症およびその他の炎症性疾患の治療に新たな方向性と可能性を提供しました。