西川 義文

【研究テーマ】
研究トピックス：原虫の垂直感染に関わる原虫伝搬因子の解明

ネオスポラ（Neospora caninum) 感染による重篤な病態発症には、感染により誘導される過剰な炎症反応が引き金になることをウシで証明しました。これらの結果は、ネオスポラが産生する特定の分子が免疫細胞を過剰に刺激し宿主免疫を撹乱する病原性因子として機能することを強く示唆しています。これまでの研究で、ネオスポラの宿主体内伝搬には原虫由来の遊走因子が作用し、炎症反応と連動しながら単球系の細胞をハイジャックして原虫の運び屋として利用していると推測されます。免疫反応の制御は、転写因子nuclear factor-kappa B（NF-kB）による調節、Mitogen-activated protein kinases (MAPK)の経路による調節等が知られています。それゆえ、原虫因子がこれらの経路を制御していれば、妊娠子宮での環境を劇的に変化させていると仮定できます。実際、ネオスポラの近縁原虫であるトキソプラズマ（Toxoplasma gondii）の分泌オルガネラであるロプトリー (ROP) やデンスグラニュル（GRA）から放出されたタンパク質が免疫細胞のNF-kB やMAPK経路を制御しています。我々の最新の研究結果で、TgGRA7, TgGRA14もNF-kB経路を制御し、宿主免疫の活性化に関与していることが明らかとなりました。ネオスポラとトキソプラズマはゲノムレベルでも相同性が高いため、ネオスポラの分泌オルガネラから放出される様々な原虫因子が妊娠子宮の細胞に作用することが想定されます。実際、我々は免疫反応に関与するネオスポラ分子NcGRA7を同定し、NcGRA7破壊原虫株は宿主体内伝搬能力と病原性が減弱していました。これらの事実は、垂直感染に関与する原虫伝搬因子の存在を強力に支持するものであり、その同定を目指した研究を進めています。

1. 原虫病をコントロールするワクチンを開発する！
原虫とは癌細胞と同様に単一の真核細胞で構成され、動物体内で無限に増殖する感染病原体のことを指します。医学分野で重要なマラリア原虫は、世界で年間3～5億人が罹患、年間200万人もの命を奪っています。わが国にも存在するトキソプラズマはその感染による流産や新生児の先天性トキソプラズマ症を引き起こし、少子化が進む現代社会には無視できない問題です。また畜産業界では、家畜原虫感染症による家畜の生産性の低下が問題視され、ネオスポラの感染による牛の流産例が全国的に見つかっており、被害の拡大が懸念されています。多くの研究者が原虫の増殖を不活化できる中和抗体（Th2免疫）誘導型ワクチンの開発を試みましたが、病原性原虫がもつ独自の抗原変異機構（Th2免疫からの免疫回避機構）に阻まれてその実現には至っていません。
近年の研究により、マラリア原虫は赤血球内に寄生し、免疫複合体の形成や脾臓内のマクロファージなどによる貪食作用により宿主の防御機構が働くこと、トキソプラズマやネオスポラはマクロファージを含む様々な細胞内に寄生し、Th2免疫と共にマクロファージのT細胞依存性活性化等のTh1免疫が重要な排除エフェクターとなることが明らかにされています。従って、“如何にして原虫に特異的なTh1免疫を強力に誘導できるか”が直面する次の重要研究課題であると考えます。すなわち、抗原変異に影響を受けないTh1免疫を人為的に誘導できる技術シーズこそが原虫ワクチンの開発を成功させる鍵を握っているのです。私たちは、ワクチン抗原を封入した多機能性リポソームを作製し、これら原虫病に対するワクチン開発を進めています。

2. トキソプラズマ感染による動物の行動変化（原虫はエイリアン？）
トキソプラズマ感染による宿主の行動の変化は以前から知られており、この行動変化がトキソプラズマの生活環を活性化しているという推測は興味深いと思われます。迷路学習の実験モデルで、トキソプラズマ感染マウスは学習能力や記憶に劣ることが示されました。さらに、感染マウスは未知のものに対する警戒感が希薄となり、ネコの匂いにも鈍感になります。感染マウスあるいはラットのこのような行動変化は、補食動物であるネコから逃げるのには致命的でありますが、原虫側から見ればより効率的に終宿主に到達できることになります。
トキソプラズマ感染によるヒトの行動変化の研究も歴史があります。トキソプラズマに感染している人は、統合失調症、性格の変化、交通事故のリスク増加に関与しているという報告もあります。男女間で多少の差はあるものの、精神運動に支障をきたし、不安な状態になりやすく、幻覚、認知障害などを示す場合もあります。
トキソプラズマ感染による宿主動物の行動変化に関するメカニズムについては一定の見解が示されているものの、その多くは謎のままです。私たちは脳内に寄生する原虫に着目し、宿主の行動変化を引起すメカニズムの解明と生態系に与える影響に関する研究を進めています。

3. 細胞内寄生性原虫の感染ダイナミクス
宿主細胞寄生性の原虫は、宿主の増殖メカニズムを巧みに利用することにより生存する事が可能です。トキソプラズマ原虫は様々な有核哺乳動物細胞に能動的に侵入し、宿主の免疫機構からの逃避と宿主細胞から栄養物質の強奪を行うために寄生胞を形成します。
これまでに、宿主細胞への接着や侵入に関わる原虫側の因子が研究され、MIC、ROP、GRAなど数多くの分泌蛋白質の存在が明らかにされてきました。私たちは、この感染ダイナミクスを詳細に解明するために、新規原虫由来因子の探索を進めています。
また、トキソプラズマ原虫が宿主細胞の栄養物資を取り込む機構としては、宿主細胞がLDL受容体依存的に取り込んだコレステロールを原虫自身の生存に利用していることが報告されています。しかしながら、トキソプラズマ原虫の感染に関与する宿主細胞由来の分子、あるいは宿主細胞のタンパク質や遺伝子と相互作用する原虫由来の分子については不明な部分が多いのが現状です。私たちは、原虫の持つ宿主の栄養を強奪するメカニズムの解明を進めています。
トキソプラズマ原虫が感染した宿主細胞は、原虫自身が宿主細胞で分裂・増殖するために宿主のシグナル伝達経路を巧みに変化させ、宿主側のストレス応答に対して抵抗性になります。さらに、原虫にとって有害な免疫担当細胞を自殺に追い込む機構が存在すと考えています。私たちは、原虫のストレス回避機構の研究を進めています。 これまでに、トキソプラズマ由来の免疫活性化分子を同定し、トキソプラズマの生存戦略への関与を明らかにしてきました。

4. 流産メカニズムと病原性因子
ネオスポラ原虫は 、牛に流産、死産或いは子牛の神経症状を主徴とする異常産を高率に引き起こします。 私たちは、この原虫の垂直感染マウスモデルを確立し、母子免疫の基礎的な研究を展開しています。また、生化学的アプローチによるネオスポラ原虫の持つ病原性因子の探索も進めています。

5. 社会実装可能な感染症診断システムの開発
フィールドでの診断・疫学調査に適応可能な診断システムの開発を進めています。現場（農場、臨床獣医師、家畜保険衛生所）と連携し、社会実装可能な感染症診断システムを現場へ提供することで、日本をはじめ世界のネオスポラ、トキソプラズマ、クリプトスポリジウムの汚染状況の把握と、対策提言を行っています。

6. 生物資源からの有用物質の発見
原虫は、ウイルスや細菌と比較して極めて複雑な生活様式を持っています。さらに、宿主由来のストレス反応を巧妙に制御する原虫の生存戦略は、薬剤やワクチンの開発を困難にさせています。私たちは、原虫の持つ生存戦略に着目し、原虫ライブラリーから新規の生理活性物資のスクリーニングを行っています。また、海洋生物や微生物の持つ天然物化合物からも有用物質の同定を進めています。これら物質を利用して、ヒトや動物を対象とした疾患治療への応用を目指しています。