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Ablation of interleukin-19 improves motor function in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis

古宮 裕泰 横浜市立大学

2022.03.25

概要

【序論】
神経変性疾患は, 進行性に神経細胞の形態や機能が障害され,それに基づく神経症状を発 現する疾患の総称である. 代表的な神経変性疾患の一つである筋萎縮性側索硬化症 (amyotrophic lateral sclerosis: ALS)は, 進行性かつ不可逆な運動神経細胞の変性・脱落 により運動機能が著しく障害される難病である.ALS の疾患病態として, 従来は神経細胞 自体の機能不全や細胞死が注目されてきたが, 近年, 発生過程で全身に分布し各臓器の自 然免疫と恒常性のセンサーを担う単球系細胞が, 神経系の恒常性破綻に伴って活性化や浸 潤を来たすことで, 疾患が重篤化することが判明しつつある. 本研究では, 単球系細胞のな かでも, 恒常的に中枢神経内に存在するミクログリアに注目した. 我々はこれまでに活性 化ミクログリアからネガティブフィードバック因子として放出されるサイトカインである Interleukin-19 (IL-19) を同定し (Horiuchi. et al., 2015),各種神経疾患との関係を示唆す る知見を得ていたが,IL-19 の神経変性疾患病態における関与については不明であった. そこで,ALS モデルマウスであるヒト superoxide dismutase1 G93A 変異トランスジェニッ クマウス (SOD1G93A Tg マウス) と IL-19 欠損マウス (IL-19-/-マウス) を交配し, その運 動機能, 生存期間,病態・病理を解析することで,ALS の病態形成における IL-19 の役割 の解明をめざした.

【実験材料と方法】
まず ALS モデルマウスである SOD1G93A Tg マウスの病変部位である腰髄と初代培養ミク ログリアから RNA を抽出, complementary DNA (cDNA) を作成し, IL-19 遺伝子発現量の 経時的変化を解析した. 次に SOD1G93A Tg マウスと IL-19-/-マウスを交配することで, IL- 19-/-/SOD1G93A Tg マウスを作成し, 10 週から 25 週前後の雌マウスにおいて, 生存期間, 体 重に加え, Wire hang test, Rotarod test で運動機能を経時的に評価した. さらに, SOD1G93A Tg マウスと IL-19-/-/SOD1G93A Tg マウスを, 病初期 (12 週), 病中期 (16 週), 病後期 (20 週), 病末期 (24 週~26 週) に分け組織学的解析を行った. 病期毎に腰髄のパラフィン, 凍 結切片を作成し, Nissle 染色, 免疫染色を行った. また同マウスの病変部位の腰髄とグリア 初代培養(ミクログリア, アストロサイト)から RNA を抽出, cDNA を作成し, 神経傷害因 子, 神経保護因子の遺伝子発現量をリアルタイム定量 PCR 法で測定した. (承認番号: F-A- 19-032)

【結果】
SOD1G93A Tg マウスの腰髄と初代培養ミクログリアでは, 病勢進行に伴った IL-19 mRNA 発現増加を認めた. IL-19-/-/SOD1G93A Tg マウスは, SOD1G93A Tg マウスに比べ, 生存期間 に有意差は認めなかったが (173 日 vs 178 日, n = 30), 有意な運動機能の改善を認めた. 運 動機能改善を認めた週齢の腰髄では,神経傷害性ミクログリアマーカーである CD68 陽性 ミクログリアの減少と神経保護性ミクログリアマーカーである Arginase1 陽性ミクログリ アの増加が生じていることを明らかにした.また.Tumor necrosis factor alpha (TNF-α), Interleukin-1 beta (IL-1β) , Glial Cell Line-derived Neurotrophic Factor (GDNF), Transforming growth factor-β1 (TGF-β1)の発現増加も認められた. さらに,IL-19-/- /SOD1G93A Tg マウス由来の初代培養ミクログリア, アストロサイトでは, SOD1G93A Tg マ ウスに比べ, TNF-αの産生増加と, それに伴うアストロサイト由来の GDNF 発現の増加を 認めた.

【考察】
本研究では, 活性化ミクログリアからネガティブフィードバック因子として放出される抗 炎症性サイトカイン IL-19 について, 神経変性疾患の病態形成における役割を解析した. 通常, 抗炎症性サイトカインとして作用することの多い IL-19 を欠損させると,神経炎症 の惹起により病態が悪化することを予測していたが, 当初の予測に反し, ALS モデルマウス である SOD1G93A Tg マウスでは運動機能が改善することが明らかになった.本研究では IL-19-/-/SOD1G93A Tg マウス由来の初代培養ミクログリア, アストロサイト,さらに腰髄 において, SOD1G93A Tg マウスに比べ, 炎症性サイトカインとして知られる TNF-α の有意 な産生増加を認めた. 既報告においても, TNF-αの受容体である TNF-α受容体 type1の 欠損が, ALS モデルマウスの生存期間の短縮や, 運動神経の減少に関与するとの報告がある (Brambilla et al., 2016). これは TNF-α受容体を介した TNF-αシグナルが ALS に保護的 に働いてくことを示唆している. 本研究においても, IL-19 欠損は, ミクログリアのフェノ タイプ変化に加え, 炎症性サイトカインと考えられる TNF-αの上昇により, 結果的に神経 保護因子であるアストロサイト由来の GDNF 放出を増加させることで神経保護効果をも たらしている可能性が考えられた.

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