発表者
藤原　祐樹(東京大学大学院農学生命科学研究科　応用動物科学専攻　修士課程:研究当時)
中村　達朗(東京大学大学院農学生命科学研究科　応用動物科学専攻　特任講師:研究当時)
前原　都有子(東京大学大学院農学生命科学研究科　獣医学専攻　博士課程:研究当時)
林　亜佳音(東京大学大学院農学生命科学研究科　獣医学専攻　博士課程)
村田　幸久(東京大学大学院農学生命科学研究科　獣医学専攻　准教授)

発表のポイント

  • 皮膚にある免疫細胞のマスト細胞は、痒みなど不快なアレルギー反応を引き起こす原因となる細胞ですが、本来はヘビやハチからの毒による攻撃から身を守るために必要な細胞であると考えられています。しかし、これまでこの細胞がどのようにして毒から身を守っているかは完全にはわかっていませんでした。私たちは今回、マウスを用いた実験でこのメカニズムの一端を明らかにしました。
  • ハチ毒が生体内に侵入すると、マスト細胞はプロスタグランジンD2(PGD2)と呼ばれる生理活性物質を産生し、体内への毒の吸収を抑えることが分かりました。このメカニズムとして、産生されたPGD2が皮膚の毛細血管に多く発現しているDP1と呼ばれる受容体を刺激することで、血管のバリアを強化することが分かりました。
  • ハチ毒によって活性化したマスト細胞は、毒を分解する酵素も同時に産生します。このことから、マスト細胞はPGD2を放出することで毒を皮膚の局所に留め、効率よく分解して、体内への侵入をとどめる働きをもつと推測されます。

発表概要

　皮膚に多く存在するマスト細胞と呼ばれる免疫細胞は、ハチに刺されたり、ヘビに咬まれた際に、侵入してくる毒から体を守るための重要な役割を果たすと言われてきました。我々は、ハチ毒によって刺激を受けたマスト細胞から出るプロスタグランジンD2(PGD2)が、ミツバチの毒に対する宿主の防御を強化し、毒の吸収を抑制することで、生体を毒から守る働きを持つことを新たに発見しました。その機構として、マスト細胞から産生されたPGD2は皮膚の血管のバリアを強固にすることで、毒の吸収を止めることも明らかにしました。これらの成果は、皮膚に存在するマスト細胞は宿主の防御に不可欠な免疫細胞であることをさらに裏付けるとともに、PGD2がその一役を担うことを証明するものです。

発表内容

図1:皮膚の血管(赤)の傍には多くのマスト細胞(緑)がいます。(拡大画像↗)


図2:マスト細胞からPGD2が産生されないように遺伝子改変した動物(H-pgdsΔmastマウス)では、ハチ毒が起こす体温低下が激しくなり、血中の毒濃度がより高く上昇することが分かりました。(拡大画像↗)


図3:概念図。ハチ毒の侵入により活性化したマスト細胞から産生されるPGD2は、血管のDP受容体を刺激することで毒の吸収を抑えていることが明らかとなりました。皮膚局所での解毒を助け、血中への侵入をおさえていることが推測されます。(拡大画像↗)

研究の背景
　我々の皮膚には、マスト細胞と呼ばれる免疫細胞が多く存在しています。この細胞が異常に活性化すると私たちにとって不利益なアレルギー反応が惹起されることが知られています。しかし一方で、この反応は体に侵入してきたハチやヘビなどの毒に対する防御に重要であるとも考えられてきました。これまで実際に、ⅰ)ハチの毒にはマスト細胞を活性化する成分が含まれており、ⅱ)マスト細胞が活性化すると皮膚で強い炎症反応が起こり、体温や血圧が下がることで毒の体内循環がおさえられ、生体が防御されること、ⅲ)活性化したマスト細胞からは、血液の凝固を抑えるヘパリンや、解毒に働くプロテアーゼやペプチダーゼが産生されること、が報告されてきました。
　我々は活性化したマスト細胞が解毒酵素と同様に大量に産生することが報告されているもう1つの生活性物質であるプロスタグランジンD2(PGD2)の役割に注目し、ハチ毒に対する生体防御にマスト細胞がどのような役割を果たすのか、マウスを用いて調べました。

研究の内容
・ハチ毒を野生型(WT)マウスの皮下へ投与すると、その体温が低下しました。マスト細胞を欠損したマウス(KitW-sh/W-sh)にハチ毒を投与すると、WTマウスよりも有意な体温低下をもたらしました。ハチ毒の投与24時間後にすべてのWTマウスは生存していましたが、マスト細胞を欠損したマウスはほとんど(4/5)が死亡しました。つまりマスト細胞はハチ毒に対する生体防御に必要であることが分かりました。
・WTマウスから単離したマスト細胞をマスト細胞欠損マウスに移植しておくと、ハチ毒の投与によるマウスの体温の低下と生存率の低下が、WTマウスと同様にまで回復しました。一方で、PGD2産生能を欠いたマスト細胞をマスト細胞欠損マウスに移植しても、ハチ毒投与後に見られる体温低下や生存率の回復は見られませんでした。
・マスト細胞特異的にPGD2産生能を欠いた遺伝子改変(Mcpt5Cre+ H-pgdsfl/fl、図ではH-pgdsΔmast)マウスを作製して同様に毒に対する反応を検討しました。その結果、このマウスではやはり、皮下にハチ毒を投与した際の、体温や生存率の低下が対照動物(マスト細胞がWTのマウス)と比較して著しく悪化することが分かりました。またこの時、WTのマウスの皮膚ではPGD2が産生されており、マスト細胞特異的にPGD2産生能を欠いたマウスではこれが減少することも確認されました。
・生体内イメージング技術により、蛍光標識したハチ毒の吸収を観察したところ、マスト細胞特異的にPGD2産生能を欠いたマウスの皮膚では、毒の吸収が早まることが分かりました。また、血中のハチ毒濃度を測定したところ、皮下に投与したハチ毒の血中濃度が、このマウスでは高いことが分かりました。
・生体内イメージングの結果から、WTマウスでは皮下に投与されたハチ毒は、リンパ管によって吸収されていく様子が観察されました。しかし、マスト細胞特異的にPGD2産生能を欠いたマウスでは、リンパ管に加えて毛細血管からも毒が吸収されていく様子が観察されました。皮膚組織の免疫染色をおこなったところ、このマウスの毛細血管の内皮細胞では、バリア機能を担う接着結合分子が断裂しており、毒が吸収されやすい状態になっていることが分かりました。
・最後に、血管内皮特異的にPGD2受容体を欠損した(Cdh5Cre+ERT2 Dpfl/fl)マウスを作製して実験に用いました。その結果、このマウスでもハチ毒の皮下投与による体温低下や生存率が悪化することが確認されました。

結論と意義
　これまでマスト細胞は、ヘパリンやプロテアーゼを放出することで、ハチ毒を無毒化する働きを持つことが示唆されてきました。今回の研究では、ハチ毒によって活性化したマスト細胞が出すPGD2という物質が、血管内皮細胞のDP1受容体を刺激して、皮膚血管のバリア機能を促進し、ハチ毒を皮膚に留めて吸収を抑えることを発見しました。そのため、PGD2はハチ毒を皮膚に保持することで、ヘパリンやプロテアーゼによる毒の分解を補助して毒の全身循環を防ぐ役割があると推測されます。ヒトにおいても同様の防御システムが存在していれば、薬物によるDP1刺激が、ハチ刺されに対する治療に応用できるかもしれません。
　私たちは過去に、2回目以降のハチ毒の侵入時におこるアレルギー反応も、生体防御に働くことを証明しています(Kida FASEB J 2021)。マスト細胞は無害な食べ物や花粉、ダニなどに対して活性化してアレルギー反応を起こす悪役としてのイメージがありますが、本来はハチ毒やヘビ毒など体の表面に入ってきた生物毒を、局所で強力に解毒し、排除する働きを担う細胞である可能性が示されました。

発表雑誌

雑誌名
Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
論文タイトル
Mast cell-derived prostaglandin D2 limits the subcutaneous absorption of honey bee venom in mice
著者
Yuki Fujiwara, Tatsuro Nakamura, Toko Maehara, Akane Hayashi1, Kosuke Aritake, Takahisa Murata.
DOI番号
10.1096/fj.202002748RR
論文URL
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2300284120

問い合わせ先

東京大学大学院農学生命科学研究科　獣医学専攻　獣医薬理学研究室
准教授　村田 幸久(むらた　たかひさ)
Tel:03-5841-7247
Fax:03-5841-8183
E-mail:amurata<アット>mail.ecc.u-tokyo.ac.jp 　<アット>を@に変えてください。

関連教員

村田　幸久