肺病理研究

2021.08.30

「呼吸（酸素を取り入れ細胞まで運搬する事）の確保」は、コロナ肺炎などの問題もあり、急性や慢性の肺病変において、さらには、異常気象など続く昨今、災害時は勿論、人類が地球以外の場所などでも未来にサバイブする為にも重要な課題です。「呼吸の確保」の為の肺の機能や様々な肺病変の病態解析の重要度は、ますます大きくなっており、私たちは以下の研究を行っています。

早期肺線維化巣に着目した臨床応用研究

多彩で予後の違うびまん性肺病変の中でも、肺の難治性の間質性肺炎（interstitial pneumonia; IP）について、早期線維化巣の病態に違いに着目した研究を行っています。

1）予後が良く治るIP（特発性器質化肺炎 cryptogenic organizing pneumonia; COP）では、早期線維化巣はポリープ状で肺胞隔壁の癒合を来たしにくく、上皮形成因子のエピモルフィンが良く発現し、細胞外基質（extracellular matrix; ECM）分解酵素のmatrix metalloproteinase-2（MMP-2）発現が優位で、上皮再生や血管新生が良く、早期線維巣の消退が促進している事を見いだしました1-4。

2）予後が悪く進行性で治らないIP（特発性肺線維症 idiopathic pulmonary fibrosis; IPF/UIP）では、壁在型の早期線維化巣がみられ肺胞隔壁の癒合を来たし、ECM分解酵素を抑制する酵素tissue inhibitors of metalloproteinases（TIMPs）が優位でした3,4。また、Type IV collagen α1鎖とα2鎖が良く発現し、血管新生を阻害し、線維芽細胞の遊走を抑制し、早期線維化巣で持続するECM産生から難治性線維化に繋がる事を見いだしました5。
近年では、IPF/UIPの早期線維化巣では、肺の難治性線維化の血清バイオマーカーとして注目されるペリオスチンもリン酸化Smad3を伴い高発現し、インテグリンVβ3/β5、Smad3への収束を介したTGF-βとのクロストークを見いだし、これを阻害するインテグリン低分子阻害剤での治療応用研究を佐賀大学と共同で行っています6。

3）上葉優位型肺線維症7,8や移植肺にみられる弾性線維増生の特徴がある肺線維化病変なども、東大外科との共同研究で、移植動物実験モデルやヒト移植肺を用い、同様に肺の早期線維化巣に着目したバイオマーカー検索など臨床応用研究を展開しています9。

  1. Terasaki Y., Fukuda Y., Ishizaki M., Yamanaka N. Increased expression of epimorphin in bleomycin-induced pulmonary fibrosis in mice. Am J Respir Cell Mol Biol, 2000; 23:168-174.
  2. Terasaki Y. Epimorphin in bleomycin-induced pulmonary fibrosis in mice. Chest, 2001; 120:30S-32S.
  3. Terasaki Y., Fukuda Y., Suga M., Ikeguchi N., Takeya M. Epimorphin expression in interstitial pneumonia. Respir Res, 2005; 6:6.
  4. Takahashi M., Kunugi S., Terasaki Y. et al. The difference of neovascularization in early intra-alveolar fibrosis between nonspecific interstitial pneumonia and usual interstitial pneumonia. Pathol Int, 2013; 63:237-244.
  5. Urushiyama H., Terasaki Y., Nagasaka S. et al. Role of α1 and α2 chains of type IV collagen in early fibrotic lesions of idiopathic interstitial pneumonias and migration of lung fibroblasts. Lab Invest, 2015; 95:872-885.
  6. Nanri Y., Nunomura S., Terasaki Y. et al. Cross-Talk between Transforming Growth Factor-β and Periostin Can Be Targeted for Pulmonary Fibrosi. Am J Respir Cell Mol Biol, 2020; 62:204-216.
  7. Ishii H., Watanabe K., Kushima H. et al. Pleuroparenchymal fibroelastosis diagnosed by multidisciplinary discussions in Japan. Respir Med, 2018; 141:190-197.
  8. Watanabe K., Ishii H., Kiyomi F., Terasaki Y. et al. Criteria for the diagnosis of idiopathic pleuroparenchymal fibroelastosis: A proposal. Respir Investig, 2019; 57:312-320.
  9. Takahagi A., Sato M., Chen-Yoshikawa T. F. et al. LPS-induced Airway-centered Inflammation Leading to BOS-like Airway Remodeling Distinct From RAS-like Fibrosis in Rat Lung Transplantation. Transplantation, 2020; 104:1150-1158.

リンパ球浸潤性肺疾患に着目した臨床応用研究

リンパ球増殖性肺病変は、IgG4やMulticentric Castleman’s Disease（MCD）の肺病変、膠原病肺、薬剤性肺障害など多彩で、症例数も増え、予後も違い、その診断の鑑別と治療は今後ますます問題となってきています。私たちは、様々なリンパ球浸潤性肺疾患についての研究を症例やモデルを使って行っています10-13。その中でも鑑別が問題となる、IgG4とMCDの肺病変を東京びまん性肺疾患研究会を通じ、全国レベルで症例を集積し病理学的に解析してきました。両者は、共に気管支血管周囲など広義間質中心のリンパ球増殖性病変でしたが、IgG4は広義間質自身の幼若な線維化で、MCDでは成熟した硝子線維化が中心で嚢胞化が目立つという違いを報告しました14-17。この報告はIgG4肺病変の診断基準の元になる重要な研究でしたが15,18,19、リンパ球浸潤所見は共通でも、線維化タイプや嚢胞化などベクトルが大きく違う病変の理由はまだ明らかではありません。

この2種の病変の肺局所のリンパ球、形質細胞の性質自体に大きな違いがあり、これを調べると病態の違いが分かりやすいのでないかと仮説を立てています。これを実施する希少なヒト検体を保有しており、この病変からのリンパ球自身を病理ならではのマイクロダイセクション法でピンポントでサンプリングする手法を用い、蛋白、遺伝子の網羅的な解析を行い、病態関連因子を抽出し、動物モデルも応用してバイオマーカーとして開発、治療応用を目指す研究を展開しています。多様なリンパ球浸潤性病変の病態解明の突破口になり得る研究であり、広く肺の線維化や嚢胞化の病態解明にも繋がる研究でもあります。

  1. Kokuho N., Terasaki Y., Urushiyama H. et al. Pulmonary mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma associated with pulmonary sarcoidosis: a case report and literature review. Hum Pathol, 2016; 51:57-63.
  2. Kokuho N., Terasaki Y., Kunugi S. et al. Localized pulmonary crystal-storing histiocytosis complicating pulmonary mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma presenting with multiple mass lesions. Hum Pathol, 2017; 65:180-186.
  3. Kokuho N., Terasaki Y., Kunugi S. et al. Analyses of alveolar epithelial injury via lipid-related stress in mammalian target of rapamycin inhibitor-induced lung disease. Lab Invest, 2019; 99:853-865.
  4. Kashiwada T., Saito Y., Terasaki Y. et al. Interstitial lung disease associated with nanoparticle albumin-bound paclitaxel treatment in patients with lung cancer. Jpn J Clin Oncol, 2019; 49:165-173.
  5. Matsui S., Hebisawa A., Sakai F. et al. Immunoglobulin G4-related lung disease: clinicoradiological and pathological features. Respirology, 2013; 18:480-487.
  6. 寺崎 泰弘, 福田 悠. IgG4関連疾患-わが国から発信された疾患概念: 肺・呼吸器領域とIgG4関連疾患．腎と透析, 2012; 73:681-685.
  7. Terasaki Y., Ikushima S., Matsui S. et al. Comparison of clinical and pathological features of lung lesions of systemic IgG4-related disease and idiopathic multicentric Castleman’s disease. Histopathology, 2017; 70:1114-1124.
  8. 寺崎泰弘. 呼吸器病変　病理．In 最新 IgG4 関連疾患改訂第2版（岡崎和一 川茂幸編）, 2019; pp.81-88, 診断と治療社.
  9. 寺﨑泰弘. 肺・呼吸器領域の IgG4 関連疾患の特徴と鑑別　病理学的診断基準にむけて. In びまん性肺疾患調査研究報告書, 2013; pp.165-173.
  10. Matsui S., Yamamoto H., Minamoto S., Waseda Y., Mishima M., Kubo K. Proposed diagnostic criteria for IgG4-related respiratory disease. Respir Investig, 2016; 54:130-132.

マイクロダイセクション法を用いて、形質細胞を細胞レベルで別々にサンプリングした微量検体を質量分析で解析すると、組織球内結晶貯留が特徴のcrystal storing histiosytosis (CSH)の細胞内結晶には、軽鎖可変領域のコンポネントが異常に多く見つかりました。細胞外結晶のcrystalglobulinemia syndrome (CGS)の症例では、細胞外結晶は形質細胞由来のIg の比較的ブロードなコンポネントが単に濃縮されていました11。このようなプロテオミクス解析や遺伝子発現アレイ解析により、結晶化の他、リンパ球浸潤性病変の多彩な線維化や嚢胞化の病態解析に応用しています。

マイクロダイセクションにより細胞別に切り出した検体の質量分析

びまん性肺病変の病態把握には、特に早期病変の解析が重要である事を報告してきましたが、微細な構造解析を簡便・迅速に行う事は困難でした。近年、低真空走査電子顕微鏡（Low-vacuum Scanning Electron Microscope; LV-SEM）が開発され、腎臓など簡便・迅速に電顕レベルでの微細形態の３次元的な解析が可能になりました20。パラフィン包埋された経気管支肺生検（TBLB）検体も解析可能である為、上皮と毛細血管の微細構造からなる腎糸球体と似通った肺胞領域での解析でもLV-SEMは有用と思われ、炎症性びまん性肺病変で解析を試みています。特に早期病変の詳細な微細肺胞構造の解析を行い、付随する線維化・嚢胞化などリモデリングについて予後予測に繋がる病態の解明を目指し、免疫染色と併せて微細構造変化を把握する研究を展開しています。

パラフィン組織切片病変（出血を伴う胞隔炎像）の低真空走査電子顕微鏡による3次元微細構造解析
  1. Kajimoto Y., Endo Y., Terasaki M. et al. Pathologic glomerular characteristics and glomerular basement membrane alterations in biopsy-proven thin basement membrane nephropathy. Clin Exp Nephrol, 2019; 23:638-649.

新規リウマチ肺動物モデル研究

遺伝子改変D1CCマウスは、関節にリウマチ病変が発症した上で肺病変を来たす、これまでにないリウマチ肺モデルマウスです。このマウスモデルを新規に導入し、解析を始めました。気管支血管周囲の広義間質から周囲末梢肺にリンパ球、顆粒球の細胞浸潤と線維化病変の伸展してく動態がみられ、ヒト関節リウマチ（rheumatoid arthritis; RA）に伴う肺病変に類似し、リンパ球浸潤性肺病変のモデルとして重要と考えられました21。

  1. Terasaki Y., Terasaki M., Kanazawa S. et al. Effect of H2 treatment in a mouse model of rheumatoid arthritis-associated interstitial lung disease. J Cell Mol Med, 2019; 23:7043-7053.

酸化ストレスが関わる肺病態モデル研究

マクロファージの酸化ストレス制御に関わる機能について、CCR2やCD204欠損マウスを用いた傷害モデルで明らかにしています（熊本大・竹屋教授との共同研究）22-25。また、発癌や遺伝子変異に関与した核酸損傷の指標のニトロ化修飾核酸8ニトログアノシンが、ヒト肺線維症ではマクロファージや気道化生上皮の細胞質の核周囲のミトコンドリア表層に強く生成される事を見いだし、肺での傷害を受けた上皮再生、化生における変異原性や遺伝子傷害、発癌機構への関与を報告しています（東北大・赤池教授との共同研究）26。このように多様な呼吸器疾患の病態には、酸化ストレスの関与が強く示唆されており、その効果的な除去は、疾患治療における新たな手段となります。

近年、私たちの共同研究者の大澤（東京都健康長寿医療センター）が見いだした水素（H2）独特の抗酸化作用は、in vitroでH2がヒドロキシラジカル（・OH）などの強い活性酸素種を選択的に還元する事と、H2分子が生体膜を速やかに通過しうる事などの利点が考えられ、様々な酸化障害動物モデルで抗酸化による障害抑制効果を示し、副作用の少ないこれまでにないタイプの独創的な抗酸化剤として、その臨床応用が期待されています。そこで、水素(H2)独特の抗酸化作用を利用した、肺疾患への新しい治療と予防の研究を行っています。ヒドロキシラジカル（・OH）による障害が主体である放射線肺障害の病態を、H2治療は細胞レベルでも動物レベルでも抑制しました27,28。高濃度水素水の飲水でも、ゲフィチニブの急性肺障害抑制効果29や慢性リウマチ肺線維症モデルD1CCマウスの肺線維化病変を抑制しました21。酸化ストレスの関与が多岐にわたる肺疾患モデルでH2の効果を検討する試みにより、呼吸器疾患領域でのH2の臨床治療応用を目指して、研究を展開しています。

Reduction by H2 of irradiation-induced •OH in cultured cells
Possible mechanisms by H2 in irradiation damage
  1. Jinnouchi K., Terasaki Y., Fujiyama S. et al. Impaired hepatic granuloma formation in mice deficient in C-C chemokine receptor 2. J Pathol, 2003; 200:406-416.
  2. Okuma T., Terasaki Y., Kaikita K. et al. C-C chemokine receptor 2 (CCR2) deficiency improves bleomycin-induced pulmonary fibrosis by attenuation of both macrophage infiltration and production of macrophage-derived matrix metalloproteinases. J Pathol, 2004; 204:594-604.
  3. Okuma T., Terasaki Y., Sakashita N. et al. MCP-1/CCR2 signalling pathway regulates hyperoxia-induced acute lung injury via nitric oxide production. Int J Exp Pathol, 2006; 87:475-483.
  4. Kobayashi H., Sakashita N., Okuma T. et al. Class A scavenger receptor (CD204) attenuates hyperoxia-induced lung injury by reducing oxidative stress. J Pathol, 2007; 212:38-46.
  5. Terasaki Y., Akuta T., Terasaki M. et al. Guanine nitration in idiopathic pulmonary fibrosis and its implication for carcinogenesis. Am J Respir Crit Care Med, 2006; 174:665-673.
  6. Terasaki Y., Ohsawa I., Terasaki M. et al. Hydrogen therapy attenuates irradiation-induced lung damage by reducing oxidative stress. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2011; 301:L415-426.
  7. Terasaki Y., Terasaki M., Shimizu A. Protective Effects of Hydrogen against Irradiation. Curr Pharm Des, 2021; 27:679-686.
  8. Terasaki Y., Suzuki T., Tonaki K. et al. Molecular hydrogen attenuates gefitinib-induced exacerbation of naphthalene-evoked acute lung injury through a reduction in oxidative stress and inflammation. Lab Invest, 2019; 99:793-806.

(准教授　寺崎 泰弘)

 

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