JPWO2006090874A1 - 哺乳動物t細胞のサイトカインの分析方法と関連する一切の疾患の評価法と予防・治療の分析 - Google Patents

哺乳動物t細胞のサイトカインの分析方法と関連する一切の疾患の評価法と予防・治療の分析 Download PDF

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Abstract

T細胞サブセットが産出するサイトカインの組み合せと疾患の相関関係を明らかにすることにより個体に対する疾患情報の制御を実現するため、哺乳動物のTh1、Th2、及びTh3の各細胞のサイトカインを測定する工程と、各サイトカインのパラダイムパターンを求める工程と、パラダイムパターンと疾患の予防、治療ならびに予後とを関連付ける工程と、を備える。

Description

本発明は、哺乳動物のT細胞サイトカインの分析方法と関連する一切の疾患の評価法と予防・治療に関するものである。
獲得免疫に関与するヘルパーT(Th)リンパ球は、生産するサイトカインの相違によりTh1、Th2をはじめとするいくつかのサブセットに分類される。インターフェロン(IFN)−γ、インターロイキン(IL)−2などを作るものをTh1細胞と呼び、主としてIL−4,−5,−6,−10,−13を作るものをTh2細胞と呼んでいる。Th1サイトカインであるIFN−γはTh2反応を抑制することが知られ、Th2サイトカインであるIL−10はTh1反応を抑制する事が知られている。
近年Th1/Th2細胞の応答性に対して抑制的に機能するTh細胞とT細胞(Tr)の存在が証明され、特に潜在型TGF−βを高濃度に生産する細胞をTh3細胞と呼んでいる。腫瘍やアレルギーをはじめとする様々な疾患において、このような複数のTh反応の強弱やバランスの破綻と疾患の関連性が示唆されている。
関連する従来例として、例えば、特開2005−2028号公報に記載のものがある。このものは、Th1細胞またはTh1細胞に分泌されるサイトカインの反応(Th1反応)により腫瘤の形成が誘導される疾患はTh1−D(Th1疾患)、Th2細胞またはTh2細胞に分泌されるサイトカインの反応(Th2反応)により腫瘤形成が誘導される疾患はTh2−D(Th2疾患)、Th3細胞またはTh3細胞とトランスフォーミング増殖因子(TGF)−βとの反応(Th3反応)により腫瘤形成が誘導される疾患はTh3−D(Th3疾患)のいずれかの疾患において誘導される腫瘤に、インターフェロン−γを主成分とする哺乳動物の免疫反応性腫瘤形成抑制剤を適用することを特徴とするものである。
特開2005−2028号公報
本発明者は、腫瘍やアレルギーをはじめとするレドックス制御、各Th反応すなわちThパラダイムパターンの変動する様々な疾患において、このようなTh反応の強弱やバランスの破綻と疾患の関連性があるとの知見に基づいて、T細胞サブセットが産出するサイトカインの組み合せと疾患の相関関係を明らかにすることにより個体に対する疾患情報の制御が必要であると思い至った。
本発明は、このような課題を達成するために、哺乳動物のTh1、Th2、及びTh3の各サイトカインを測定する工程と、測定結果から各サイトカインのパラダイムパターンを求める工程と、前記パラダイムパターンとその関連疾患の評価法と予防・治療を関連付ける工程と、を備える、哺乳動物のサイトカインの分析方法であることを特徴とするものである。
本発明者が鋭意検討したところ、Th1、Th2、及びTh3の各サイトカインのパラダイムパターンは、個体によって異なり、それによって固体ごとの免疫力の強さが異なり、また、感染症や癌などの疾患を患っている場合にはこのパターンが異なってくる事が判った。この結果、Th1、Th2、及びTh3の各サイトカインのパラダイムパターンを調べる事により、感染症や癌などの疾患の診断や、これら疾患に対する抵抗力など固体の状態を判断することができる。したがって、このパラダイムパターンを求めることによって固体ごとにもっとも適した治療(テーラーメード医療)を適用する事が可能となる。
パラダイムパターンとはヘルパーT細胞であるCD4陽性細胞、Th1であるIFN−γ陽性CD4陽性細胞、Th2であるインターロイキン4陽性CD4細胞、Th3であるトランスフォーミンググロウスファクターβ1陽性CD4陽性細胞の各細胞数をフローサイトメトリー法により測定し、得られた散布図からヘルパーT細胞中のTh1,Th2,Th3の各細胞の割合を算出したパターンであり、このパターンから免疫反応の質といえるTh1/Th2バランスと免疫制御の強さを示すTh3の割合を導き出すことができる
Th1、Th2、及びTh3の各サイトカインのバランスの正常レベルからのずれは、後述の適した薬剤を哺乳動物個体に適用することによって補正することができる。治療の過程で、このバランスをチェックすれば、治療効果の程度を評価することが可能となる。
本発明において、前記Th1、Th2、及びTh3のサイトカインの代表例は、順番に、IFN−γ、IL−4、TGF−β1である。さらに、本発明は、前記Th1、Th2、及びTh3の少なくとも一つのTh反応を制御する薬剤を哺乳動物に投与する工程を含む方法である。さらに、本発明において、パラダイムパターンを求めるために必要なサイトカインの測定の代表例は、各サイトカイン反応を発揮するTh細胞数、即ち、各サイトカインを生成する細胞の数をフローサイトメータを用いて測定することである。これに代えて各サイトカインの濃度を測定してもよい。サイトカインの反応には、人為的な活性化刺激を加えていない無刺激のTh細胞におけるTh反応と人為的な活性化刺激を加えたTh細胞におけるTh反応がある。前者のTh反応は哺乳動物個体における免疫反応を表すものであるので、表現型Th反応あるいは活性型Th反応と言うことにする。後者のTh反応は哺乳動物が持っている潜在的な免疫反応を表すものであるので、細胞内在型Th反応或いは潜在型Th反応という。
本願の第2の発明は、哺乳動物のTh1、Th2、及びTh3の各サイトカインを測定する第1工程と、測定値をコンピュータに入力する第2工程と、コンピュータを用いて各サイトカインのパラダイムパターンを求める第3工程と、前記パラダイムパターンをモニターに表示する工程と、コンピュータの演算手段が、当該パラダイムパターンと、予めメモリに記憶された、各疾患に於ける既知のパラダイムパターンとを比較する第4工程と、を備える、哺乳動物のサイトカインの分析方法である。
このパラダイムパターン同士を比較するために、パラダイムパターンのグレートを示す、基準線(グレーティング直線)をパラダイムパターンから求め、この基準線のグレートをデータベースと比較して、哺乳動物固体のTh反応の傾向、或いは哺乳動物個体の疾病診断、或いは疾病予測を知ることができる。正常でないパラダイムパターンを正常タイプに変化或いは復帰させるために、パラダイムパターンから使用可能な薬剤を予測することができる。
更に本発明は、コンピュータの演算手段が、前記比較の結果、測定されたパラダイムパターンから、測定対象固体の疾患或いは疾患の治療状態を特定する第5工程を備える。さらに他の発明は、この分析方法を実施するためのコンピュータ装置である。
TGF-βは活性型(酸化)と潜在型(latent form)があり、潜在型は、酸やプラスミンなどにより活性型(activated form)に変換される。本発明では、TGF-βは腫瘍性疾患の評価の修飾因子となることを明らかにした。このサイトカインはレドックス制御と関連して病態を進展させる。
レドックス制御とは、酸化ストレスにより細胞が発現する機能を修飾することをいう。レドックス(redox)とは酸化・還元が関与する化学反応やその環境をいう。生体内で生じた酸化ストレスは、情報分子としてシグナル伝達系を作動してレドックス制御系に影響する。酸化ストレスの原因となる活性酸素は、ミトコンドリア電子伝達系、好中球のオキシダーゼ、放射線、重金属、アルキル化剤などによって生じる。レドックス制御状態が酸化型に傾いた状態では、細胞が活性酸素などを除去する能力は低下し、高い酸化ストレス下ではDNAが損傷するなどさまざまな障害が発生して、Th反応性は低下する。TGF−βは抗酸化酵素であるカタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼGPX、スーパーオキシドジスムターゼSOD、などの遺伝子発現を抑制する。特に、慢性炎症などでTGF-βの産生が高まると、このような抗酸化酵素の発現が抑制され、ますます活性酸素の蓄積を招く結果となる。本発明者は、レドックス制御がTh3反応の動態を規定するとの知見を得た。さらに、活性型TGF-βはTh1反応に抑制的に作用して、繰り返し産生されることにより、症状が悪化していく方向性を固定する作用を有することを明らかにした。本発明における哺乳動物とは、ヒト、ヒト以外の犬や猫などの家畜やその他のものをいう。
本発明によれば、Th反応の強弱やバランスの破綻と疾患の関連性があるとの知見に基づいて、T細胞サブセットが産出するサイトカインの組み合せと疾患の相関関係を明らかにすることにより個体に対する疾患情報の制御が可能となった。
実施例1
5才令の雄のゴールデンレトリバー(顔面腫瘍及び左眼球突出の症状)を使用した。MR撮像によりシストを伴った腫瘤を確認し、ダイナミックMR撮像法により悪性腫瘍と診断した。
ヘパリン0.5mlを加えたシリンジにて頚静脈より採血し、血液をPBSに倍希釈し、Ficoll氏液に重層、遠心して末梢血中単核球(PBMC)を分離した。この単核球を4×10個/mlとなるように10%牛血清加RPMI1640メディウムに浮遊させる。この細胞浮遊液を刺激群(細胞内在型)と無刺激群(表現型)に分ける。刺激群には、PMA40ng/ml、Ionomycin4μg/mlを添加しポリクローナルなリンパ球活性化刺激を加える。その後、使役群、無刺激群とも37℃、5.0%二酸化炭素存在下で一定時間インキューベーションする。それぞれのサイトカインの産生量は、IL−4が刺激後4時間程度でピークを迎え、IFN−γ、TGF−βは4時間程度でプラトーとなる。このため、インキューベーションは4時間行う。
インキュベート終了2時間前に、細胞内タンパク質輸送阻害剤であるBrefeldin Aを40μg/ml加え、産生サイトカインを細胞内(ゴルジ装置内に)にトラップする。インキュベート終了後、冷PBSを加えて活性化リンパ球の反応を止め、4℃にて遠心洗浄を2回行う。上清を除去し、50μl×サンプル数の10%FBS加RPMI1640を加える。各サンプルに細胞表面抗原に対する標識抗体を加え、氷上で45分培養してCD4やCD8などの細胞表面タンパク質を染色する。
それぞれのサンプルにIntraprep Reagent1(Beckman Coulter社)を100μl加える。室温で15分インキュベートし、PBSを加えて遠心洗浄する。上清を除去し、それぞれのサンプルにIntraprep Reagent2(Beckman Coulter社)を100μl加え、室温で5分間インキュベートする。表面タンパクの染色後、5.5%ホルムアルデヒドにより細胞を固定し、サポニン処理により細胞膜透過性を高め、表現型あるいは細胞内在型Thサイトカインを測定するサンプルにそれぞれのサイトカインに対する標識抗体を入れ、室温にて20分間インキュベートする。PBSを加えて遠心洗浄する。次いで、0.5%ホルムアルデヒド加PBS500μlに浮遊させ、フローサイトメーターによりTH1/2/3反応を分析する。
得られたデータからTh1/2/3 パラダイムパターン(paradigm pattern)を解析し、病期、病態・病勢、薬剤耐性、薬効の評価、薬剤の選択などを評価する。Th1,Th2,Th3の濃度のバランスをグラフ化するに際して、CD4〔グラフの軸〕とCD8(グラフの軸)というふたつの基準によって、Th1サイトカイン(INF−γ)、Th2サイトカイン(ILー4)、Th3サイトカイン(TGF-β1)の産生細胞のそれぞれの数を「点」とした散布図をフローアイトメトリーによって得た。なお、Th反応とはCD4という印のついたリンパ球(ヘルパーT細胞)と各Thサイトカインの作用と機能を併せ持った集合体の事である。次いで、各Th反応を有するCD4(+)CD8(−)細胞の数を散布図のなかからカウントし、これを三つの棒グラフとして表した。
図1は、表現型Th1/2/3反応における、正常犬と担癌犬とにおける、Th1/2/3のパラダイムパターンを示し、図2は細胞内在型Th1/2/3反応における、正常犬と担癌犬とにおける、Th1/2/3のパラダイムパターンを示した。
パラダイムパターンの映像化は、次のようにして行われる。哺乳動物のTh1、Th2、及びTh3の各細胞数をコンピュータに入力し、コンピュータを用いて各サイトカイン細胞のパラダイムパターンが計算され、これがモニターに表示される。
図1及び図2に示すように、固体(正常犬か担癌犬)の相違によって、ヘルパーT細胞(Th)のサブセットが呈する複数のサイトカインの強弱のバランスが異なることが確認できた。したがって、サイトカインのパラダイムパターンと固体の性質や状態を関連付けることができ、このことは、パターンを調べる事によって遺伝子の診断をすること無く、固体の状態を診断することができることを実証したものである。図1及び図2において、図の縦軸はCD4陽性細胞に対する各Thサイトカイン陽性CD4陽性細胞の割合(%)を意味する。すなわち、
(Thサイトカイン陽性CD4陽性細胞数/CD4陽性細胞数)×100(%)、
によって定義される。
次に、Th1/2/3反応の少なくとも一つを制御する物質を投与することによって、Th1/2/3のパターンを変えることができた。克元勝(マンネンタケ菌糸抽出物)の45g/headを1日1回を哺乳固体に経口投与した。この物質は、Th2反応を抑制し、同時にTh1反応を増強する薬剤である。これを用いて表現型Th2反応が優位であった症例に投与した。その結果、Th1反応が上昇して病的Th反応のインバランスが改善された。
DB菌(枯草菌の一種の菌体成分)、120mg/head s.i.dを1日1回哺乳固体に経口投与した。この菌は数日間の投与により薬剤耐性を誘導する薬剤である。この薬剤耐性は、TGF-βの増量によりSmad−7が同時に増加し、結果的にNK/NKT活性を抑制した。
担癌宿主では血漿中のTGF−βは正常犬と比較して高値を示し、特に第5病日に高い値を認めた。細胞内サイトカインについては正常犬と比較するとPMA添加Ionomycine刺激に対するリンパ球の活性は弱かった。各サイトカインの動態は第5病日にIFN−γが高値を示し、IL−4は低値を示した。TGF−βは大きな変動は見られなかった。NK細胞活性は第3,5病日に著しく上昇したが第7病日には低下が認められた。
本症例のTh反応パラダイムは高濃度のTGF−βの抑制によるアナジーの状態であると考えられた。NK細胞活性は通常、放射線治療により著しく低下するが、BRM投与によりNK細胞活性を増強すると、Th2細胞からIL−4産生が抑制され、IFN−γ産生が促進されることから、腫瘍の増大、転移の抑制に有効なTh1反応が強化されると考えられる。
実施例2
次に良性腫瘍の例について説明する。レドックス状態が酸化を呈したので、腫瘤中の活性型TGF−β(Transforming Growth Factor-β1:Th3反応) を測定した結果は以下の通りである。
活性型あるいは潜在型Th2反応サイトカイン/TGF−βの産生
潜在型/活性型TGF−β( ng /ml )
血漿中 正常値1.70(イヌの潜在型、活性型は検出-)
血漿中 潜在型4.94 活性型 -
腫瘤内 潜在型 +↑ 活性型18.88
このような結果、治療法を変更して治療したところ活性型TGF−βは検出されず臨床症状(治療法変更後56日現在)は著しく改善された。
実施例3
次に、パラダイムパターンから、疾病の診断や予測を自動的に可能にする例について説明する。正常犬、非正常犬(悪性腫瘍、良性腫瘍や感染症など)について、実施例1に基づいて各サイトカイン反応を測定する。Th1,Th2,Th3の各軸からなる3次元の座標空間に、各サイトカインの反応量(細胞数)をトラップする。次いで、この素データを最小二乗法によって因子軸を決定する。この因子軸に直角に交わる因子軸を追加して、この二つの2次元の座標軸に基づいて、各測定値の相関係数を算出する。
次いで、正常犬の群と、各異常犬の群(例えば、悪性腫瘍、或いは良性腫瘍)について、各群の相関係数からTh反応のパラダイムパターンを作成する。各群についえ、各Thの相関係数の平均を算出する。図3は、パラダイムパターンの一例である。このパラダイムパターンの傾向(グレーティング)が、基準線によって決定される。図3において、30が基準線の一例である。Th1とth2との関係が相互に相反する状態、即ち、Th1サイトカインである、INF−γはTh2を抑制し、Th2サイトカインであるIL−10はTh1を抑制する関係にあることから、Th1の最大値とTh2の最小値(零)との結線と、Th2の最大値とTh1の最小値との結線との交点を通過するものとして、基準線が定義される。この基準線の傾き32がグレーティングとして評価される。
正常犬の群と、各症例の異常群のそれぞれについて、グレーティングを求めることにより、グレーティングのレベル、例えば、正常レベル、小異常レベル(+)、中異常レベル(+++)、大異常レベル(+++)を策定することができる。グレーティングが高くなるほど、異常レベルが高いことになり、例えば、癌であれば悪性度が高いことを示している。例えば、a<b<(a,bは、正の値)としたときに、
正常レベル:グレーティング≦a
良性腫瘍 :a<グレーティング≦b
悪性腫瘍 :b<グレーティング
の関係を定めることができる。したがって、ある検査対象である固体についての各Th反応を測定し、その測定値に基づいてパラダイムパターンを形成して基準線を求め、これを予め定まっているグレーティングのレベルと比較することによって、外科的な検査や遺伝子診断などの、本願発明の検査項目として説明されたもの以外の検査を行うことなしに、検査固体の疾病診断或いは将来の発症を予見することができる。なお、グレーティングのレベルの決定に必要な検査対象固体として、種別、体重別、年齢別、性別などの区別は必要ではないが、ある項目について検査対象固体を区別してもよい。
このグレーティングのレベルはデータベース化されて、コンピュータシステムのメモリに予め記憶されている。検査固体のTh測定値から既述の基準線、グレーティングを求める過程はコンピュータプログラムによって自動化されている。また、検査して得られたグレーティング値とデータベースのグレーティングレベルとの比較、比較のための演算もコンピュータプログラムによって自動化されている。図4は、コンピュータシステムを示すものであり、検査データを入力する入力装置10と、データベース16を備えるメモリ14と、測定値とデータベースを比較して各種演算を実行する演算装置を備えている。データベースは、CDやDVDのような外部記録媒体によって提供されてもよい。
実施例4
図5は、実施例1と同様にして得た、良性腫瘍の場合におけるパラダイムパターンである。表現型Th1/Th2/Th3反応、細胞内在型Th1/Th2/Th3反応のいずれにおいても、Th3の割合が少ないことが分かる。即ち、既述のグレーティングの評価とTh3の割合の評価によって、悪性腫瘍と良性腫瘍の区別をTh反応のパラダイムパターンから可能になることが分かる。なお、悪性腫瘍および良性腫瘍の場合のパラダイムパターンにおいて、Th1に対してTh2の値が増加している点において共通するものの、Th3の値については、後者のものが前者のものに比較して顕著に小さくなっていることがわかる。すなわち、Th1に比較してTh2が大きい場合に腫瘍の存在が疑われ、Th3の値が大きいことによって悪性腫瘍の存在が疑われる。さらに、良性腫瘍の場合、各Th反応のパラダイムパターンを表現型および内在型で比較すると、表現型のものではTh3では、基準線より上に相関係数の値が位置しているのに対して、内在型ものでは基準線より下に相関係数の値が位置している。悪性腫瘍の場合は、Th3の相関係数の値は表現型および内在型とも基準線より上に位置している。これによっても、悪性腫瘍および良性腫瘍の区別が可能となる。
表現型TH1/2/3(無刺激群)におけるサイトカイン産生の割合をビジュアル化したグラフである。 細胞内在型TH1/2/3(刺激群)におけるサイトカイン産生の割合をビジュアル化したグラフである。 各Th反応の相関係数と基準線戸の関係を示す特性図である。 各Th反応の結果の測定値に基づいて、疾患の予測、診断を自動化するコンピュータシステムのブロック図である。 良性腫瘍における、各Th反応のパラダイムパターンを示したものであり、(1)は表現型のパラダイムパターンであり、(2)は内在型のパラダイムパターンである。

Claims (13)

  1. 哺乳動物のTh1、Th2、及びTh3の各細胞内のサイトカインを測定する工程と、各サイトカインのパラダイムパターンを求める工程と、パラダイムパターンと疾患とを関連付ける工程と、を備える、哺乳動物のサイトカインの分析方法。
  2. 前記パラダイムパターンに基づいて、特定疾患に罹患する可能性を決定する請求項1記載の方法。
  3. 前記パラダイムパターンと特定疾患の予防又は治療を関連付ける請求項1又は2記載の方法。
  4. 前記Th1、Th2、及びTh3のサイトカインが順番に、主としてインターフェロン−γ、インターロイキン−4、TGF−βである請求項1記載の方法。
  5. 前記Th1、Th2、及びTh3の少なくとも一つのあるいは複数のTh反応を制御する薬剤を投与する工程を含む請求項1記載の方法。
  6. 前記サイトカインを測定する工程は、体液中と細胞内の前記サイトカインを測定する工程を備える、請求項1記載の方法。
  7. 前記サイトカインを測定する工程は、表現型Th反応と細胞内在型Th反応を測定する工程を備える、請求項1記載の方法。
  8. 前記パラダイムパターンに、レドックス制御、TGF-β1の活性化の行程の評価結果、NK及び/又はNKT細胞活性の測定値の少なくとも一つを組み合わせて、疾患を関連付ける請求項1の方法。
  9. レドックス制御が表現型あるいは細胞内在型TGF-βに規定される前記Th3反応を調整する請求項1又は3記載の方法。
  10. 哺乳動物のTh1、Th2、及びTh3の各サイトカインを測定する第1工程と、測定値をコンピュータに入力する第2工程と、コンピュータを用いて各サイトカイン反応のパラダイムパターンを求める第3工程と、前記パラダイムパターンをモニタに表示する工程と、コンピュータの演算手段が、当該パラダイムパターンと、予めメモリに記憶された、各疾患に於ける既知のパラダイムパターンとを比較する第4工程と、を備える、哺乳動物のサイトカイン、Th反応の型ならびに感染症などの病態の分析方法。
  11. コンピュータの演算手段が、前記比較の結果、測定されたパラダイムパターンの図示化から、測定対象個体の疾患或いは疾患の病態とその治療・方法を特定する第5工程を備える請求項10記載の方法。
  12. Th反応が変化する疾患、とくにTh1/2/3病に対するTh1/2反応のパターンとレドックス制御、Th1/2/3反応のパターンによりクロストークすることと、これに基づいた治療法。
  13. Th3サイトカインである表現型TGF-βの増加と異常な上昇の確認と、これに関連したTh3反応の優位性(増強)、さらにレドックス制御の偏重固定化、その結果誘導される細胞内型Th1反応とTh2反応のアンバランスならびに反応性の低下に基づくテーラーメイド療法の評価方法。
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