内在性ヘルペスウイルス6Bは自己免疫疾患のリスク因子である〜ウイルスと免疫疾患やCOVID-19の関連を解析～

2025-01-03 大阪大学

研究成果のポイント

内在性ヒトヘルペスウイルス6B(HHV-6B)^※1が、全身性エリテマトーデス(SLE)や肺胞蛋白症(PAP)の遺伝的リスク因子であることを見出した。また、内在性HHV-6BをもつSLE患者では特徴的な免疫応答が認められることを発見した。
重度のアネロウイルス^※2感染がSLEや関節リウマチ、新型コロナウイルス感染症(COVID-19)と関連することを見出した。
これらは免疫関連疾患の臨床的なバイオマーカーとなり、発症予防や個々の患者に合わせた医療の質向上へ貢献すると期待される。

概要

大阪大学大学院医学系研究科の佐々暢亜助教(遺伝統計学/耳鼻咽喉科・頭頸部外科学/理化学研究所生命医科学研究センターシステム遺伝学チーム客員研究員/東京大学大学院医学系研究科遺伝情報学　客員研究員)、岡田随象教授(遺伝統計学/ 東京大学大学院医学系研究科遺伝情報学教授/ 理化学研究所生命医科学研究センターシステム遺伝学チームチームリーダー)、理化学研究所生命医科学研究センター免疫器官形成研究チームのニコラス・パリッシュ客員主管研究員、小嶋将平基礎科学特別研究員、小出りえ研究員らの共同研究グループは、SLEなど5つの自己免疫疾患およびCOVID-19と、内在性HHV-6およびアネロウイルス感染の関連を調べました(図1)。

その結果、内在性HHV-6BがSLEの発症や疾患の活性化に大きな影響を及ぼすことを発見しました。また、内在性HHV-6B陽性SLE患者では、特有の免疫応答が引き起こされることを明らかにしました。

本研究成果によって内在性ウイルスやウイルス感染と免疫関連疾患との関連の理解が進み、将来的に、発症予防や層別化医療へ貢献することが期待されます。

本研究の背景

アネロウイルス感染は、健康な人の8%以上の血液の全ゲノムシーケンス^※3データから検出されます。しかし、無症状であるため臨床的な重要性はまだわかっていません。

ヒトヘルペスウイルス(HHV-6)というウイルスは、約1%の人々で遺伝性の内在性HHV-6としてゲノムに組み込まれています。内在性HHV-6は、ウイルスに対する免疫反応を引き起こす可能性がありますが、解析に使用するヒトのゲノム(参照ゲノム^※4)に含まれていないため、これまで見落とされてきた遺伝的要因です。

ウイルス感染に対する過剰あるいは異常な免疫応答が、特定の自己免疫疾患と類似しているパターンがいくつか知られています。また、重症なCOVID-19の場合、ウイルス感染と自己免疫疾患の両方から引き起こされる「サイトカインストーム^※5」と呼ばれる免疫応答が観察されます。しかしながら、内在性ウイルスを含むウイルスと自己免疫疾患の関係についてはまだ完全には理解されておらず、上記のウイルスと自己免疫疾患との関連や、ウイルス感染を自己免疫疾患の発症や悪化に導く具体的な要因が何なのかまだわかっていません。

本研究の成果

まず、本研究グループは、5つの自己免疫疾患とCOVID-19および健常対照群の全ゲノムシーケンスデータを用いて、内在性HHV-6を同定し、各疾患との統計的関連を調べました。さらに、ファージ免疫沈降シーケンス(PhIP-seq)^※6やシングルセルRNAシーケンス(RNA-seq)^※7を用いて内在性HHV-6B陽性のSLE患者と、陰性の患者の免疫応答の違いの解明を目指しました(図2)。

その結果、SLEやPAPの患者では、健常人に比べて内在性HHV-6B陽性例が多く、関連解析では既知の遺伝的・環境的要因より大きい効果量でSLEやPAP発症のリスクに寄与していることを発見しました(図2a)。また、内在性HHV-6Bの有無とSLEの活動性の指標(SLEDAIスコア^※8)の関連解析では、内在性HHV-6B陽性SLEのSLEDAIスコアは有意に高値であり、内在性HHV-6Bが疾患活動性に大きな影響を及ぼしうることがわかりました(図2b)。

SLEの血漿または血清を用いたPhIP-seqでは、HHV-6AペプチドやHHV-6Bペプチドに対する抗体が認められ、中には内在性HHV-6B陽性例に特異的な抗体も確認されました(図2c)。HHV-6Bゲノムをヒトゲノムの一部として保有している内在性HHV-6B保有者では、HHV-6Bペプチドに対する免疫応答は自己免疫性を示す可能性があります。SLEの末梢血単核細胞を用いたシングルセルRNA-seqを行い、内在性HHV-6Bの有無で抗ウイルス応答に関連するインターフェロン誘導遺伝子(ISG)スコア^※9を比較したところ、内在性HHV-6B陽性例では単球系細胞においてISGスコアが有意に高いことを発見しました。これらの結果から、SLEにおいて内在性HHV-6B陽性例と陰性例では異なる免疫応答が認められ、発症や重症化に寄与する可能性が示唆されました。

次に、全ゲノムシーケンスデータからアネロウイルス感染を定量化し、各疾患との関連を解析しました。その結果、軽度のアネロウイルス感染や重度のアネロウイルス血症の割合はSLE、関節リウマチ、COVID-19で健常群に比べて有意に高く、尋常性乾癬にも高い傾向が認められました。さらに、SLEでは免疫抑制剤やステロイドの使用があると、アネロウイルス陽性の割合が高くなることを見出しました。

内在性HHV-6やアネロウイルス感染を有する症例が自己免疫疾患患者やCOVID-19患者に占める割合は比較的低いですが、これらが陽性であることは、これまでに同定された遺伝・環境因子よりも、各疾患のリスクや臨床的表現型に顕著な影響を与えることがわかりました。これらの結果は免疫関連疾患におけるリスク因子としての内在性ウイルスやウイルス感染の重要性を示しています。

図2: 内在性HHV-6Bと疾患(特にSLE)との関連

図3: 各疾患におけるアネロウイルス感染の割合

本研究が社会に与える影響(本研究成果の意義)

本研究では、内在性HHV-6Bやアネロウイルス感染と自己免疫疾患などの免疫関連疾患の関連を明らかにしました。特に、SLEでは内在性HHV-6Bが保有者特有の免疫応答を誘導し、疾患の活性化に影響を与えることがわかりました。

これらのウイルスが新たな、そして臨床的に有用なバイオマーカーとなる可能性を示唆しました。本研究の成果は、将来的に、免疫関連疾患の発症予防や個々の患者に合わせた医療の質を高めることに貢献すると期待されます。

研究者コメント

<佐々暢亜　助教>
COVID-19パンデミックを経て、ウイルス感染とヒト疾患の関連性が改めて注目されています。私たちの研究が、自己免疫疾患やCOVID-19などの免疫関連疾患の病態理解を深めるとともに、将来的な全ゲノム解析の臨床応用において、見過ごされがちなウイルスゲノム解析の重要性を広める一助となれば幸いです。本研究は大規模なゲノムデータの活用により達成されました。この場を借りて、全ての共同研究者、研究支援機構、並びにサンプルをご提供いただいた皆様に心より感謝申し上げます。

用語説明

※1　ヒトヘルペスウイルス6B(HHV-6B)
ヒトヘルペスウイルス6はヘルペスウイルス科ロゼオロウイルス属に属する二本鎖DNAウイルスで、HHV-6AとHHV-6Bの2種類がある。およそ1%のヒトでは、これらが内在性ウイルスとしてゲノムに組み込まれていることが知られている。特にHHV-6Bは小児期の突発性発疹の原因ウイルスであり、90%以上の成人の体内に潜伏感染していると考えられている。HHV-6の再活性化と、脳炎などの多くの神経疾患の関連が示唆されている。

※2　アネロウイルス
アネロウイルス科に属する一本鎖DNAウイルスの総称。血液細胞に感染するウイルスで、80%以上の成人に潜伏感染していると考えられており、膨大な遺伝的多様性を特徴とする。最初に発見されたアネロウイルスであるTTVは日本で輸血後肝炎患者の血液から発見された。

※3　全ゲノムシーケンス
生物ゲノム全体の塩基配列を高精度に解読する技術であり、次世代シーケンシング技術の進歩によるコスト削減やスループットの向上などから、臨床的な利用の拡大が期待されている。今回は血液サンプルから抽出したDNAを対象に実施した。

※4　参照ゲノム
染色体(1から22までの常染色体、XおよびYの性染色体)およびミトコンドリアDNAの配列を含むヒトゲノムの標準的な塩基配列。1990年から2003年にかけて行われた国際的なヒトゲノム計画(Human Genome Project; HGP)の一環として構築されて以降、ゲノム解析や遺伝学研究における基準として使用されている。

※5　サイトカインストーム
サイトカインは細胞間のコミュニケーションを助ける小さなタンパクで、主に免疫細胞が分泌し、代表例としてインターロイキンやインターフェロンなどがある。サイトカインストームは免疫系が過剰に反応して大量のサイトカインを放出する現象で、重篤な炎症反応や組織損傷を引き起こすことがある。COVID-19では、特に重症例においてサイトカインストームを引き起こすことがあり、急性呼吸窮迫症候群(ARDS)を引き起こし、重篤な肺損傷や死亡につながることがある。

※6　ファージ免疫沈降シーケンス(PhIP-seq)
Phage Immunoprecipitation Sequencing、ファージディスプレイ技術と次世代シーケンシングを組み合わせた解析技術で、抗原抗体反応を高スループットで調べることができる。今回はファージにHHV-6AペプチドとHHV-6Bペプチドをディスプレイさせるファージライブラリを作成し、HHV-6のタンパク質に対する抗体の有無を調べた。

※7　シングルセルRNAシーケンス(RNA-seq)
個々の細胞内のmRNA分子をシーケンシングする技術。従来のバルクRNA-seqでは細胞集団全体の平均的な遺伝子発現プロファイルしか得られないが、シングルセルRNA-seqでは単一細胞レベルの遺伝子発現プロファイルを得ることができる。

※8　SLEDAIスコア
SLE Disease Activity Index、SLE患者の症状や臨床所見、検査結果を基にして計算され、病態活動性を定量的に評価するスコアリングシステム。高いSLEDAIスコアは高い病態活動性を示す。

※9　インターフェロン誘導遺伝子(ISG)スコア
インターフェロン誘導遺伝子(IFN-Stimulated Gene; ISG)は、ウイルス感染に対する宿主防御メカニズムとして重要なインターフェロンのシグナル伝達によって発現が誘導される遺伝子群を指す。ISGスコアは特定のISGの発現レベルを測定し、体内のインターフェロンシグナル伝達経路の活性を評価するために使用される。今回は抗ウイルス応答で誘導されるとされるISGを用いて測定した。

特記事項

本研究成果は、2025年1月3日(金)19時(日本時間)に米国科学誌「Nature Genetics」(オンライン)に掲載されました。

【タイトル】
“Blood DNA virome associates with autoimmune diseases and COVID-19.”

【著者名】
Noah Sasa^1,2,3*, Shohei Kojima^4*, Rie Koide^4*, Takanori Hasegawa⁵, Ho Namkoong⁶, Tomomitsu Hirota⁷, Rei Watanabe^8,9, Yuumi Nakamura^10,11, Eri Oguro-Igashira^12,13, Kotaro Ogawa^14,1, Tomohiro Yata^14,1, Kyuto Sonehara^1,3,15, Kenichi Yamamoto^1,16,17, Toshihiro Kishikawa^1,2,18, Saori Sakaue^1,19,20,21, Ryuya Edahiro^1,12, Yuya Shirai^1,12,22, Yuichi Maeda^12,13, Takuro Nii^12,13, Shotaro Chubachi²³, Hiromu Tanaka²³, Haruka Yabukami⁴, Akari Suzuki²⁴, Kimiko Nakajima²⁵, Noriko Arase²⁶, Takashi Okamoto²⁷, Rika Nishikawa²⁸, Shinichi Namba^1,15,3, Tatsuhiko Naito^1,3,15, Ippei Miyagawa²⁹, Hiroaki Tanaka²⁹, Masanobu Ueno²⁹, Yosuke Ishitsuka^8,9, Junichi Furuta⁹, Kayo Kunimoto³⁰, Ikko Kajihara³¹, Satoshi Fukushima³¹, Hideaki Miyachi¹⁰, Hiroyuki Matsue¹⁰, Masahiro Kamata³², Mami Momose³³, Toshinori Bito²⁸, Hiroshi Nagai²⁸, Tetsuya Ikeda³⁴, Tatsuya Horikawa³⁵, Atsuko Adachi³⁶, Tsukasa Matsubara³⁷, Kyoko Ikumi³⁸, Emi Nishida³⁸, Ikuma Nakagawa³⁹, Mayu Yagita-Sakamaki^12,13, Maiko Yoshimura⁴⁰, Shiro Ohshima⁴⁰, Makoto Kinoshita¹⁴, Satoru Ito⁴¹, Toru Arai⁴², Masaki Hirose⁴², Yoshinori Tanino⁴³, Takefumi Nikaido⁴³, Toshio Ichiwata⁴⁴, Shinya Ohkouchi⁴⁵, Taizou Hirano⁴⁶, Toshinori Takada⁴⁷, Ryushi Tazawa⁴⁸, Konosuke Morimoto⁴⁹, Masahiro Takaki⁵⁰, Satoshi Konno⁵¹, Masaru Suzuki⁵¹, Keisuke Tomii⁵², Atsushi Nakagawa⁵², Tomohiro Handa⁵³, Kiminobu Tanizawa⁵⁴, Haruyuki Ishii⁵⁵, Manabu Ishida⁵⁵, Toshiyuki Kato⁵⁶, Naoya Takeda⁵⁶, Koshi Yokomura⁵⁷, Takashi Matsui⁵⁷, Akifumi Uchida⁵⁸, Hiromasa Inoue⁵⁸, Kazuyoshi Imaizumi⁵⁹, Yasuhiro Goto⁵⁹, Hiroshi Kida^12,60, Tomoyuki Fujisawa⁶¹, Takafumi Suda⁶¹, Takashi Yamada⁶², Yasuomi Satake⁶², Hidenori Ibata⁶³, Mika Saigusa⁶⁴, Toshihiro Shirai⁶⁴, Nobuyuki Hizawa⁶⁵, Koh Nakata⁶⁶, Japan COVID-19 Task Force, Shinichi Imafuku⁶⁷, Yayoi Tada³², Yoshihide Asano^68,69, Shinichi Sato⁶⁹, Chikako Nishigori²⁸, Masatoshi Jinnin³⁰, Hironobu Ihn³¹, Akihiko Asahina³³, Hidehisa Saeki⁷⁰, Tatsuyoshi Kawamura²⁷, Shinji Shimada²⁷, Ichiro Katayama^26,71, Hannah M. Poisner⁷², Taralynn M. Mack⁷², Alexander G. Bick⁷², Koichiro Higasa^73,74, Tatsusada Okuno¹⁴, Hideki Mochizuki¹⁴, Makoto Ishii^23,75, Ryuji Koike⁷⁶, Akinori Kimura⁷⁷, Emiko Noguchi⁷⁸, Shigetoshi Sano²⁵, Hidenori Inohara², Manabu Fujimoto^26,9, Yoshikazu Inoue⁴², Etsuro Yamaguchi⁴¹, Seishi Ogawa^79,80,81, Takanori Kanai⁸², Akimichi Morita³⁸, Fumihiko Matsuda⁷³, Mayumi Tamari⁷, Atsushi Kumanogoh^12,83, Yoshiya Tanaka²⁹, Koichiro Ohmura⁸⁴, Koichi Fukunaga²³, Seiya Imoto⁸⁵, Satoru Miyano⁵, Nicholas F. Parrish⁴^†, Yukinori Okada^1,3,22,15,86^†.

大阪大学大学院医学系研究科　遺伝統計学
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関西医科大学附属生命医学研究所ゲノム解析部門
名古屋大学医学系研究科　呼吸器内科学
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慶應義塾大学医学部　内科学教室(消化器)
大阪大学　免疫学フロンティア研究センター(IFReC)　感染病態
神戸市立医療センター中央市民病院　膠原病・リウマチ内科
東京大学医科学研究所　附属ヒトゲノム解析センター　健康医療インテリジェンス分野
大阪大学　ヒューマン・メタバース疾患研究拠点(PRIMe)

*コロナ制圧タスクフォースメンバー全員のリストは論文中に記載

DOI:10.1038/s41588-024-02022-z

本研究は、JSPS科研費、国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)ムーンショット型研究開発事業、武田科学振興財団、大阪大学大学院医学系研究科バイオインフォマティクス・イニシアティブ、大阪大学先導的学際研究機構、大阪大学感染症総合教育研究拠点(CiDER)、大阪大学ワクチン開発拠点先端モダリティ・DDS研究センター(CAMaD)の支援を受けて行われました。

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