#5: アトピー性皮膚炎の上皮微小環境では何が起こっているか？

おはようございます。ミロ@miro_bipolarです。

今日は、アトピー性皮膚炎と乾癬という2つの病態における、上皮免疫微小環境「EIME」という概念を提唱した総説をご紹介します。

参考文献

www.nature.com

概要

皮膚は、外部の脅威に対する物理的なバリアと免疫的なバリアの両方を提供する。

皮膚の保護機構は、病原体を排除し物理的な危険から保護するために進化しており、この機構の調節の異常は、感受性のある人々で炎症性皮膚疾患の発症と拡散を引き起こす可能性がある。

不全なバリアと微生物の異常は、アトピー性皮膚炎においてはインターロイキン4（IL-4）ループを促進し、一方で乱れた角質細胞のシグナル伝達とTh17型免疫応答への傾向は、乾癬において病原性のIL-17ループを促進する。

ここでは、アトピー性皮膚炎と乾癬の病因を、微生物叢、角質細胞、感覚神経に焦点を当てて、それに伴う炎症性ループについて議論する。

＜今回はこのうち、アトピー性皮膚炎に関する部分を抽出して紹介します＞

背景知識

皮膚は、生物を病原体や物理的な危険から守るために進化してきた、物理的なバリアと免疫器官としての両方の機能を果たす。

皮膚は表皮、真皮（乳頭：上層および網様：下層）、および皮下脂肪から構成されており、表皮はバリアを形成する外層で、表皮角層とタイトジャンクションを介してバリアを構築する。

免疫環境では、主に皮膚の表面の最も浅い部分である表皮と乳頭真皮が関与する。

皮膚には自然免疫系と獲得免疫系の両方の皮膚内および浸潤性の免疫細胞によって、さまざまな防御的および病原性の免疫応答が引き起こされる。

角質細胞（ケラチノサイト）などの非免疫皮膚構成要素も、可溶性のメディエーター（サイトカインなど）を通じて炎症性皮膚での免疫細胞のリクルートと活性化に重要な役割を果たす。

免疫機構は、毒物、ダニ、寄生虫、菌などの外部の要因に対抗し、それぞれを適切に排除する障壁および先天的および適応的免疫によって皮膚で機能する。

免疫応答はアトピー性皮膚炎（AD）や乾癬などの炎症性皮膚疾患を引き起こす可能性があり、これらの疾患には特にT細胞などの免疫細胞が関与している。

一方で、免疫細胞の活性化、角質細胞、末梢神経、および皮膚微生物叢の局所的な相互作用がADと乾癬の病因にどのように寄与するかはまだ明確ではない。

現在の皮膚の免疫応答の理解から、皮膚の免疫応答は主に表皮と乳頭真皮の表皮免疫環境（EIME）で大部分が決定され、組織されていることが示唆されている。

表皮はバリアの形成、可溶性メディエーターの放出、外部要因の直接感知に寄与し、乳頭真皮は免疫細胞と非免疫構成要素が相互作用する場所である。

さらに、皮膚微生物叢と末梢神経もEIMEの重要な構成要素である。

ここではADと乾癬の臨床研究に基づいて、皮膚の免疫メディエーターの機能を再検討し、EIMEが病原性な炎症ループを生成し維持する過程にどのように寄与するかを考察する。

アトピー性皮膚炎（AD）の病因

ADは慢性かゆみのある湿疹性の皮膚病変であり、免疫グロブリンE（IgE）の血清濃度が上昇している特徴がある。

ADの発症は2つの年齢ピークを持ち、乳児期と20〜29歳に見られる。

乳児期のADは大部分が思春期に自然に改善される。

Th2型の炎症がADの発症において重要であると考えられている。

発表された研究によれば、IL-4およびIL-13の両方の受容体であるIL-4Rαのブロック（Dupilumab）は、ADの治療に非常に効果的であり、これはIL-4およびIL-13のシグナル伝達がADの発症において重要な役割を果たしていることを示唆している。

Th2細胞がADにおいてIL-4およびIL-13の主な産生源であるが、好塩基球と2型自然リンパ球ILC2も潜在的な産生源である可能性があります。

疾患の発症時にIL-4およびIL-13はTh2細胞の分化と活性化を誘導し、またIgEへの免疫グロブリンクラススイッチを誘導する。

ケラチノサイトの分化障害によるバリアの機能不全が、皮膚抗原の増加した浸透を許容し、ADの発症を引き起こすと考えられている。

さらに、慢性のかゆみとその後のStaphylococcus aureusによる優勢な定着による微生物叢の異常は、AD病態の維持に不可欠と見なされている。

このため、臨床的な証拠は、IL-4およびIL-13がタイプ2の炎症ループを促進し、これがADの持続性に中心的な役割を果たしていると示唆される。

臨床研究は、IL-5やIgEなどの他のTh2メディエーターはADの病因に対してはそれほど重要でないと示唆している。

これはおそらく、これらがタイプ2の炎症ループを推進していないためである。

たとえば、IL-5拮抗薬のモノクローナル抗体をAD患者に投与しても末梢好酸球が減少するものの、病状が十分に改善しなかったとされている。

一方でIgEに結合するフリーIgEの受容体FcεRIへのモノクローナル抗体の効果については議論の最中にあり、対IgEの生物学的製剤であるomalizumabやligelizumabは、ADで臨床的な効果を示さなかったものの、これらの薬物の効果の可能性は現在、子供や重度のADにおいて探索されている。

IL-22はタイプ17サイトカインだが、IL-22への抗体の臨床試験の結果は、IL-22がADの重症症例において病原性の役割を果たしている可能性があることを示唆している。

合併症およびゲノム研究からの病原学的特徴

ADはしばしば気管支喘息や食物アレルギーなど、他のTh2細胞介在のアレルギー性疾患と関連しており、「アトピー性アレルギーマーチ」と呼ばれる。

しかし、ADの合併症の発症率は、本質的な免疫学的特性だけでなく、上皮因子も寄与していることがゲノムワイド関連研究（GWAS）で示されている。

発表された研究によれば、ADは喘息といったTh2細胞関連の遺伝子（例：IL13）で各病の発症に共通するいくつかの単一塩基多型（SNP）を共有しているとされ、これはTh2細胞関連の疾患との関連においてTh2反応への固有の傾向が重要であることを示唆している。

一方で、表皮バリアのタンパク質であるフィラグリンをコードするFLGのノンセンス変異とADの発症の関連性、さらには喘息との関連性も指摘されており、これによって皮膚バリアの欠陥が皮膚内でのTh2反応への逸脱と、その後のTh2細胞関連疾患（例：肺）との共存をもたらすという新しいパラダイムが確立されている。

最近のGWASでは、C11orf30のAD関連遺伝子座と、上皮自己免疫疾患および上皮由来のがんとも関連することが示され、また、皮膚バリアの形成を制御する分子をコードするOVOL1およびLCE3Aも同様に特定されている。

ADおよび喘息で共有される他のリスク遺伝子座には、サイトカイン受容体IL-33RおよびIL-18Rの構成要素をコードする複数の遺伝子が含まれている。

これらの発見から、アトピー性疾患の合併症はTh2反応への傾向を超えて主に上皮の傾向によって決定される可能性があると考えられている。

したがって、遺伝的な証拠からは、上皮因子がADおよびそのTH2細胞関連の合併症の発症において重要な役割を果たすと考えられる。

臨床および実験的な証拠は、それゆえにEIME（表皮免疫環境）における炎症ループがADの主要な特徴を決定していることを示唆している。

ADにおける炎症ループ

外部刺激は皮膚に居住する樹状細胞（DCs）や他の免疫細胞を刺激し、それらが炎症性サイトカインの産生を誘発し、ケラチノサイトを活性化させる。

逆に、外部刺激は直接ケラチノサイトの応答を誘発し、それが後続の炎症イベントに影響を与えることもある。

これらのケラチノサイトの応答は、アトピー性炎症および乾癬炎症の両方でEIMEの形成を引き起こし、それにより疾患が体と外部環境の境界面での進展および慢性化する。

バリアの損傷はケラチノサイトの応答、皮膚の微生物叢の不均衡、かゆみを加速し、それにより皮膚バリアへの損傷が進む。

皮膚、肺、および腸のTh2型炎症の主要なイニシエーターはいくつかの提案がありますが、基本的な主導者は依然として議論の余地がある。

これには好塩基球、DCs、ILC2s、および上皮細胞などが含まれる。

現在の理解では、上記のすべての候補がTh2型炎症の誘導に関与していると考えられている。

アレルゲン、プロテアーゼ、結晶、および感染因子に対する応答として、上皮細胞はTSLP（胸腺基質リンホポエチン）、IL-33、GM-CSF、およびIL-25などの上皮型Th2サイトカインを放出する。

これらの上皮サイトカインは、皮膚内の好塩基球、ILC2、およびDCsを活性化し、Th2サイトカインの産生を誘導する。

これらのTh2サイトカインは直接、上皮細胞がその受容体を介して上皮型Th2サイトカインをさらに産生するよう促し、これによりTh2型炎症ループが完成する。

したがって、表皮とTh2細胞（好塩基球、マスト細胞、ILC2、DCs、TH2細胞を含む）の組織間の相互作用が、ADにおけるTh2型炎症ループを促進すると考えられている。

この分野での進展にもかかわらず、ADに特有の上皮細胞応答を開始および伝播させるメカニズムは依然として不明確である。

ADおよび乾癬における皮膚の微生物叢

S. aureusは長らくADの発症における重要な要因として知られている。

皮膚の微生物叢の研究は、共生バクテリアが皮膚の免疫的なホメオスタシスに与える影響だけでなく、腸のホメオスタシスとの関連、皮膚の微生物の不均衡や『ディスバイオシス』と炎症性皮膚疾患の発症の関係を示している。

皮膚のディスバイオシスは免疫系に直接感知される可能性がある。

さらに、ディスバイオシスは皮膚の他の分子・細胞にも直接影響を与える可能性がある。

例えば、S. aureusの増殖がプロテアーゼ介在のバリア破壊を引き起こす、ディスバイオシスはケラチノサイトを介して感知される病原体関連分子パターンの構成の変化を引き起こす、Candida albicansはTRPV1+感覚神経を活性化させるなど。

そのため、ディスバイオシスはADにおいて特に、原因であるか結果であるかにかかわらず、皮膚の後続の炎症ループに関与している。

16SリボソーマルRNAの遺伝子配列解析の研究は、健康な皮膚がS. aureusで主に占有されていることを明確に示している。

それに一致して、AD患者の皮膚微生物叢は細菌の多様性が減少し、S. aureusでの主な占有が増加している。

また、特定のS. aureusの株はより重症なADと関連している。

S. aureusがADの病因にどのように関与しているかは動物研究によって提案されている。

S. aureusのセリンプロテアーゼはバリアの破壊とTh2型炎症に関与している。

S. aureusのδ-トキシンは真皮のマスト細胞の脱顆粒を誘導し、それに続くTh2反応と皮膚の脱層を引き起こす。

これまでに、EIMEでの微生物叢の相互作用がADにおけるTh2炎症ループの発展に寄与することが十分に実証されていますが、これが乾癬におけるTh17炎症にも当てはまるかはまだ示されていない。

ADにおけるバリア

ケラチノサイトは、バリアのリリース、細胞内物質の放出、および上皮細胞メディエーターの新規生成という3つの層の役割を果たしている。

角質層は主に皮膚の生理的なバリアーを制御している。

角質顆粒層のタイトジャンクションを含む上皮細胞間の接触もこの機能に寄与し、どちらかに欠陥があるとTh2応答に関連する可能性がある。

皮膚のバリア機能の障害は、ADの中心的な要因と考えられている。

FLG（フィラグリン）の欠失変異は、AD患者の約20〜40％で見られる。

フィラグリンの発現は、FLGの変異に関係なく、中等度から重度のADのほぼすべてのケースで低下している。

上皮細胞間の接触の欠陥もAD様皮膚炎と関連している可能性がある：タイトジャンクションの欠陥はADと関連している。

SAM症候群（重度皮膚炎、多発アレルギー、代謝消耗症候群）は上皮細胞間の接触の構成要素をコードする遺伝子の変異に関連しており、DSG1（デスモグレイン1）やDSP（デスモプラキン）などが関与している。

バリア機能を改善する皮膚保湿剤の毎日の使用は、重症度に関わらず患者に推奨され、乳児のAD発症の発生率を著しく低減させる。

既知のように、Th2サイトカインは角質形成を妨げ、タイトジャンクションを減少させて皮膚のバリアー形成を妨げる。

その結果、Th2炎症とADの慢性化の正のループが考えられる。

ただし、宿主の防御の観点からは、Th2サイトカインによるバリアの損傷は諸刃の剣であると考えられる。

なぜなら、角質層の脆弱性は、Th2反応によるかきむしり行動によってダニや毒物と共に除去される一方で、これらの外部物質が体内に侵入する可能性をもたらすからである。

そのため、Th2ループは皮膚の守護免疫反応の過程で厳格に制御されていると仮定されるが、ADでは制御が効かない可能性がある。

バリアの欠陥とTh2応答のメカニスティックな関連は依然として不明確である。

バリアの障害は、アレルゲンなどの外部物質が皮膚に侵入し、その後の免疫細胞の活性化を促進することが期待される。

これに合致する形で、LCsはマウスでの抗原による外因性感作化においてTh2応答を誘導する上で重要な役割を果たす。

バリアーの障害はまた、ケラチノサイト、感覚神経、および皮膚の微生物叢にも影響を与え、それらがTh2応答の開始と伝播に関与する可能性がある。

特に、金属プロテアーゼADAM17のないマウスがアトピー様表現型を持つことは、3つの方法で解釈されています：それはバリアの変形に起因するものである、ケラチノサイトのNotchシグナリングの欠陥によってTSLPなどの上皮性メディエーターの異常な生成が生じる、または微生物が出現し、その後ディスバイオシスが生じることが許される。

したがって、バリアとADの病因の関連性はかなり合理的で理解可能ですが、ADを健康な皮膚や他の皮膚疾患と区別するバリアの損傷の病理学は依然として不明確である。

なぜなら、健康な人々では皮膚バリアーの損傷だけではTh2ループを起動させるのに十分ではないからである。

したがって、物理的な欠陥とバリアの独自の構成要素における追加の欠陥の両方が、Th2反応の誘導とそれに続くADの発症に特に重要である可能性が推測される。

ADにおけるケラチノサイトの反応

ADにおいて、ケラチノサイトの貢献は、主に損傷に関連する分子パターンの非特異的な放出に依存するのではなく、上流のイベントに対する転写開始に続く、Th2メディエーターの活発な生成に依存する。

角質細胞は、バリアの損傷に応じてTSLP、IL-25、IL-33などのサイトカインを生成する。

角質細胞由来のサイトカインは、ADの病変皮膚で増加しているILC2sを刺激し、IL-5とIL-13を生成し、AD特有のタイプの免疫応答に関与している。

角質細胞でNotch1およびNotch2を同時に減少させるか、転写調節因子RBP-Jを減少させると、TSLPの産生とAD様皮膚炎の発症が誘導される。

TSLPはDCの成熟を促進し、抗原の上皮感作においてTSLP受容体を介したLCのシグナルがTH2応答の誘導に不可欠な役割を果たす。

ただし、角質細胞からのTSLPの誘導は、以前に考えられていたほどTh2応答の誘導および伝播に不可欠ではないとする実験的な証拠も示唆されている。

具体的には、TSLPを角質細胞から特異的に減少させると、動物モデルでのビタミンD3アナログMC903または表皮への卵白アルブミン感作において、IL-4産生、IgE産生、アトピー様皮膚炎の発症は損なわれるが、角質細胞からビタミンD受容体を減少させると、MC903の局所処置後におけるTSLP発現の誘導とそれに続くAD様の皮膚炎の発生が完全に消失する。

これに合わせて、AD様皮膚炎を有するNetherton症候群の動物モデルの研究では、角質細胞でのプロテアーゼ活性化受容体PAR2を介したシグナリングがTSLPの発現に関与しているが、Th2型免疫応答の誘導には不可欠ではないことが示唆されている。

角質細胞でのアリルヒドロカーボン受容体（AhR）を介したシグナリングは、TSLPおよびアルテミンの発現に寄与し、これは大気汚染とADの発症の関連性と関連していると考えられている。

角質細胞はIL-4Rを恒常的に発現しており、Th2サイトカインはADにおける炎症ループの第2フェーズで直接ケラチノサイトを活性化する。

Th2サイトカインによる角質細胞の直接刺激は、上皮型のTh2メディエーター（TSLPなど）の発現とバリアの損傷をさらに誘発し、IL-4の産生のループを完成させ、Th2炎症の伝播をもたらす。

長い間、ケラチノサイトの応答がADの炎症の誘導と伝播において明確な役割を果たしているとされているが、実験動物モデルを除いて、Th2応答に必要な上皮要因や特定の細胞機構は特定されていない。

ADにおける感覚神経

皮膚は、まばらな自律神経線維と感覚神経線維が豊富に存在する末梢神経の網の中で内在化されている。

また、ADの病状を悪化させるかいずれかの手段として機能するTSLP、IL-4、IL-31などの炎症性Th2メディエーターが豊富に存在している。

これによって引き起こされるかゆみに疑問を投げかける：ここで問いたいのは、かゆみがADの初発病因に関与しているかどうかである。

IL-4やIL-13などのTh2サイトカインは、マウスとヒトの両方で感覚ニューロンを直接活性化する。

慢性のかゆみは、MC903塗布誘発皮膚炎においてIL-4RαおよびJAK1を介した神経シグナリングに依存している。

他の免疫抑制療法に耐性のある慢性かゆみを有する患者は、JAK阻害剤で治療されると著しく改善する。

ADにおいては、TSLPが上皮細胞によって分泌され、かゆみを促進するために皮膚感覚ニューロンを直接刺激する。

TSLPは、TRPA1+感覚ニューロンのサブセットに作用して強力なかゆみに関連する行動を引き起こす。

IL-31は主に活性化されたT細胞、特にＴＨ２細胞によって分泌される。

IL-31受容体はマウスとヒトの末梢神経に発現しているため、Th2細胞が分泌するIL-31がADに関連するかゆみを引き起こすために直接末梢神経に作用する可能性がある。

リガンド結合後、IL-31シグナリングはJAK–STAT1–STAT5（シグナル伝達および活性化の統制）、ERK（MAPK）、PI3K（ホスホイノシチド3キナーゼ）シグナリング経路の活性化によって仲介される。

IL-31受容体へのモノクローナル抗体であるNemolizumabは、皮膚炎には限定的な影響を与えながら、ADに関連するかゆみを緩和するのに効果的である。

これに合わせて、MC903誘発性のAD動物モデルにおいて、神経でJAK1が特異的に欠損しているマウスは、野生型の対照に比べて掻破行動が少ないことが示されており、ADの病態形成は影響を受けていない。

これらの結果から、かゆみはADの病因の主原因ではなく、皮膚でのTh2サイトカインの産生の鍵となる結果である可能性がある。

ADにおいてかゆみには他の内部および外部のかゆみ誘発物質とそれに対応する受容体も関与している。
ヒスタミンはよく知られたかゆみ誘発物質ですが、抗ヒスタミン薬によってADのかゆみは十分にコントロールされない。

また、サブスタンスP、マスト細胞からの内因性トリプターゼ、ダニやS. aureusからの外因性プロテアーゼもADのかゆみに関与していることが知られている。

感覚神経がTh2型皮膚反応にどのような役割を果たすかはまだ分かっていないが、感覚神経とTh17応答の関係については研究されている。

ただし、動物研究では、腸と肺においてβ2-アドレナリン受容体の欠如がILC2応答およびTh2炎症の誇張をもたらし、神経由来の要因がTh2炎症の調節的な役割を果たしている可能性が示唆されている。

さらに、S. aureusは直接痛覚神経と相互作用し、感染誘発性の痛みと炎症を抑制する。

細菌性のホルミルペプチドは痛覚神経を活性化し、α-ヘモリシンはカルシウム流入を引き起こす孔形成を誘導する。

したがって、S. aureusが感覚神経を直接活性化することで、Th2反応およびADの病態形成に関与しているかどうかは興味深い点である。

これまでに、Th2の反応が直接感覚神経を刺激し、逆に感覚神経の刺激がTh17の反応を直接誘発すると考えられてきた。

総括：新しい治療開発

このレビューではADのTh2炎症と乾癬のTh17炎症の正のフィードバックループを示した。

上皮組織と免疫系の相互作用が各炎症ループを完成させる。

上皮細胞の要因なしにはループは存在しないことに留意する必要がある。

微生物叢と免疫系のループおよび感覚神経と免疫系のループの両方の発生において、バリア機能の不全またはケラチノサイトの可溶性メディエータの生成は不可欠な要素である。

上皮組織は、身体の最も外側の表面で発生する宿主防御系のTh2 EIME（AD）およびTh17 EIME（乾癬）を組織する上で初期の出来事に関与していると考えられている。

炎症性皮膚疾患における病原性免疫応答は、病原体に対する保護的な免疫応答を模倣する可能性がある。

したがって、炎症性皮膚疾患における免疫応答の型を決定する中心的な役割を果たすと考えられる。

この視点は、皮膚の健康と皮膚疾患の境界線、つまりどの種類の皮膚免疫が発生するかを決定する本質に関する研究へのさらなる探求を刺激する。

さらに、他の器官におけるEIMEが、保護的な免疫応答と免疫障害の病理学に共通または器官特異的な役割を持つかどうかも興味深い。

EIMEは将来の疾患特異的なEIMEを調節する新しい治療標的となり得る。

特に乾癬の治療においては、必要に応じて重要なサイトカインをブロックするバイオロジクスは有力なツールである。

しかし、これまでに、そのようなバイオロジクスの持続的な治療が乾癬の炎症ループを永続的に停止させるためには必要かもしれないという認識があった。

ここで説明したTh2 EIMEとTh17 EIMEの特徴は、将来的には疾患固有のEIMEを調節する新しい治療法の開発につながることが期待されている。

＊＊＊＊＊＊＊＊＊

私見

はい、すごいボリュームでしたね。10000字いきそうな勢いです笑

この総説はアトピー性皮膚炎における「上皮系・免疫系・神経系・細菌叢の相互作用」を理解する上でとても重要な文献です。

相互作用と上流・下流の関係性が把握できると、より効果的なアトピー性皮膚炎に対する治療法開発につながると期待されます。

我々も、アトピー性皮膚炎に対する新規治療法の確立に向け、今後も邁進していく所存です。