血管内皮幹細胞を発見、血友病や虚血性疾患など血管障害の克服に可能性を開く研究成果

2018-02-142021-08-01

2018-02-09 大阪大学,日本医療研究開発機構

研究成果のポイント

血管を作る源となる血管内皮幹細胞※1を発見した。
血管内皮幹細胞は、細胞の表面にCD157※2という抗原を発現している血管内皮細胞※3であることを明らかにした。
血管内皮幹細胞移植を行い肝臓の血管を再生すると、血友病A※4モデルマウスの止血異常を改善できた。
血管内皮幹細胞を血管障害部位に移植すると、血管を再生させる事ができた。血管内皮幹細胞を用いて血管を作ることで虚血性疾患など血管障害の改善が期待できる。

概要

大阪大学微生物病研究所の若林卓研究員、内藤尚道助教、高倉伸幸教授らの研究グループは、血管の内腔を覆う血管内皮細胞の中に血管を作る源となる血管内皮幹細胞が存在することを世界にさきがけて発見しました。幹細胞性を維持した血管再生が可能となり、長期にわたる血管の再構築によって、血友病や虚血性疾患など血管内皮細胞が病態に関与する多くの疾患に対する新たな治療法の開発につながることが期待されます。

本研究成果は、米国科学誌「Cell Stem Cell」に、2月9日（金）午前2時（日本時間）に公開されました。

研究の背景

血管は全身に張り巡らされ、血液を全身に送り、生命の維持に必須の役割を果たしています。血管は内腔を覆う血管内皮細胞と、その周囲を取り囲む壁細胞から構成されています。血管内皮細胞は血管の構成要素となるだけでなく、血液と組織が酸素や栄養素などの物質交換を行う場として働き、さらには様々な生理活性物質を産生して組織や臓器の機能を維持する働きがあります。

これまで、この血管内皮細胞がどのようにして生体中で維持され、障害された時に修復されるか詳しく分かっていませんでした。細胞の維持・修復は、他の多くの組織では幹細胞が存在し、その役割を担っていることが知られています。従来、骨髄に血管内皮前駆細胞（EPC）と呼ばれる細胞が存在して、血管再生が必要な領域で血管内皮細胞に分化して血管の再構築に貢献していると言われてきました。しかし近年、EPCによる血管への貢献性は一過性であり、長期にわたって血管を構築しうる血管の幹細胞は発見されていませんでした。そこで、我々は血管の再生・維持において中心的な役割を果たす幹細胞が血管壁の中に存在しているのではないかという仮説を立て、血管内皮幹細胞を探索する研究に取り組んできました。

本研究の内容

私たちは、これまでに幹細胞の同定法として知られているSide Population（SP）法（原理的には薬剤排出能が高いことで幹細胞を同定する）を用いて、既存の血管の中のごく一部の特殊な血管内皮細胞が大量に血管内皮細胞を産生する能力を有することを報告してきました。そこで、本研究では最初に、その特殊な血管内皮細胞を肝臓の血管から分離して、網羅的遺伝子解析を行うことで、その特殊な内皮細胞に特異的に発現する分子（CD157）を同定しました。CD157陽性の血管内皮細胞は、全身の太い血管の内腔に存在していることが明らかとなりました。またCD157陽性血管内皮細胞は、試験管内で大量に血管内皮細胞をつくり出すことができ、また生体内でも血管が障害された際には多数の血管内皮細胞を作り出して血管を再生させる働きをもつ幹細胞であることが判明しました（図1）。この血管内皮幹細胞を、マウスの血管障害部位に移植すると長期間にわたって血管を再生させることができ、幹細胞を用いた細胞移植法、即ち血管内皮幹細胞移植法をマウスモデルにおいて世界で初めて開発しました（図2）。

図1：青で血管内皮細胞、緑で血管内皮幹細胞と幹細胞から生じた細胞を示す。血管内皮幹細胞から新たに血管が伸長し、置き換わっていく。

図2：内皮幹細胞移植により置き換わった血管を黄色で示す。

血友病Aでは血液を固める血液凝固因子のうち、肝臓の血管内皮細胞で産生される凝固第Ⅷ因子が低下または欠乏しています。そこで、血管内皮幹細胞移植法を用いて血友病マウスに第Ⅷ因子を産生することができる内皮幹細胞の移植を行うと、肝臓の血管内皮細胞を置き換えることができ、長期間にわたって第Ⅷ因子を作り出すことが可能となり、血友病Aモデルマウスの止血異常を改善することができました（図3）。

図3：左図は血友病マウスの尻尾を切開し、止血するまで出血した血液を1分ごとに濾紙に付着させた結果である。血友病マウスでは自然には止血せず、 60分以上出血が続くが、内皮幹細胞を移値したマウスでは、約5分で止血する。右図は血中の第VIII因子活性を示す。内皮幹細胞により凝固因子の補充が必要のないレベルまで第VIII因子活性は改善する。

本研究により発見された血管内皮幹細胞をより詳細に解析することで、今後血友病や虚血性疾患など血管内皮細胞の機能障害が原因で生じる様々な疾患に対する新たな治療法の開発に大きく貢献することが期待されます。

本研究成果の意義

本研究成果により、血管内皮幹細胞が存在することが世界で初めて明らかとなりました。この幹細胞を用いることで、血管の再生や障害された血管内皮細胞の置換が可能となり、今後、血友病や虚血性疾患など血管内皮細胞の機能障害が原因で生じる様々な疾患に対する新たな治療法の開発に貢献することが期待されます。

用語説明

※1 幹細胞: 分裂して自分と同じ細胞を作る自己複製能と、特定の働きをもつ細胞を作る分化能を持ち、生涯にわたって増殖できる細胞と定義される。血液を作る造血幹細胞、腸上皮を作る腸管上皮幹細胞などが知られている。
※2 CD157: 糖鎖に富むグリコシル-ホスファチジルイノシトール（GPI）結合型膜タンパク質。リンパ系及び骨髄系の前駆細胞に発現を認め、免疫応答に関与する。パーキンソン病、慢性関節リウマチとの関与も報告されている。
※3 血管内皮細胞: 血管の内表面を覆う扁平で薄い細胞。血液と周囲の組織との間での細胞移動や、栄養素や老廃物、酸素や二酸化炭素などの物質交換を担っている。内皮細胞の機能低下は動脈硬化の誘因となる。
※4 血友病: 血液を固める凝固因子の一部の活性が低い、または欠けているため、止血に時間がかかる先天性止血異常症のひとつ。11種類の血液凝固因子のうち、血液凝固第VIII(8)因子が欠乏、または機能低下している病気を血友病A、血液凝固第IX(9)因子の欠乏、または機能低下による病気を血友病Bという。

掲載論文・雑誌

本研究成果は、2018年2月8日（木）午後12時（米国東部時間）〔2月9日（金）午前2時（日本時間）〕に米国科学誌「Cell Stem Cell」（オンライン）に掲載されます。
“CD157 marks tissue resident endothelial stem cells with homeostatic and regenerative properties”「血管の恒常性維持と再生に貢献するCD157陽性組織常在型血管内皮幹細胞の同定」
Taku Wakabayashi, Hisamichi Naito, Jun-ichi Suehiro, Yang Lin, Hideya Kawaji, Tomohiro Iba, Tsukasa Kouno, Sachi Ishikawa-Kato, Masaaki Furuno, Kazuhiro Takara, Fumitaka Muramatsu, Jia Weizhen, Hiroyasu Kidoya, Katsuhiko Ishihara, Yoshihide Hayashizaki, Kohji Nishida, Mervin C. Yoder, Nobuyuki Takakura

特記事項

本研究は、科学研究費補助金、日本医療研究開発機構（AMED）再生医療実現拠点ネットワークプログラム「再生医療における血管形成制御技術の開発」（平成25～29年度）、次世代がん医療創生研究事業（P-CREATE）「腫瘍血管正常化によりがん悪性化を制御する治療法の開発」（平成28～30年度）、老化メカニズムの解明・制御プロジェクト「個体・臓器老化研究拠点」の研究支援（平成29～33年度）を受けて実施されました。