- 第5回:アンチエイジング効果
- 心血管恒常性の向上

[特別寄稿 – イ·ビョンチョン ソウル大学獣医学部教授]

老化は、人類が直面している主な問題の一つであり、人類の歴史は、不老長生の追求とも呼ばれている。これまで繰り返された多くの研究を通じて、間葉系幹細胞は、老化を克服するために大きな役割を果たすことが既に明らかになっている。

老化と幹細胞の枯渇は、老化の重要な指標であり、老化の発生と進行を導く重要な要因である。研究者たちは、副作用なしに高齢者の老年症候群の症状を改善するために、若いMSCを投与することができる。MSCの安全性と有効性が証明されており、高齢者をより老化させず、その状態を維持することも可能になった。

その結果、ますます多くの研究者がMSCをアンチエイジングに適用する研究に集中している。ヒト胚性幹細胞、間葉系幹細胞、誘導多能性幹細胞においては、ヒトの老化を遅らせることが知られているZKSCAN3を遺伝子編集技術を用いて除去したところ、ヒト幹細胞老化を遅らせることが既に確認されている。従って、ヒト幹細胞の恒常性を調節し、老化を抑制するためのエピジェネティクス調節器としてのZKSCAN3の新しい機能とメカニズムが確認された。

これらの知見は、老化のエピジェネティクスメカニズムの理解を介して幹細胞の老化を遅延させ、老化関連疾患を予防するための手がかりとしてアイデアを提供した。また、YAP(Yes‐associated protein)と呼ばれる酵素はヒト幹細胞の若年状態を維持することができる単一タンパク質因子であることも明らかになった。

研究者はまた、YAP遺伝子が除去されたヒト胚性幹細胞および間葉系幹細胞を産生したとき、YAPが欠けている幹細胞において深刻な老化が起こることを発見した。逆に、YAP欠損幹細胞にYAPを人工的に再発現させることは、細胞の老化を効果的に逆転させることができ、YAPがヒト体性幹細胞の若い状態を維持する上で重要で、「老化の減少」の役割を果たすができることを証明した(図2)。

図2.CRISPR/Cas9遺伝子編集技術により、ZKSCAN3、YAP、DGCR8遺伝子調節中間葉幹細胞を作製した。変形性関節症を治療するために、このような「幹細胞の老化防止因子」を導入した細胞を利用して遺伝子治療の実現可能性が立証された。骨粗しょう症を治療するために、ヒト胚性幹細胞におけるFOXO3タンパク質のうち2つのエクソン3の単一ヌクレオチドが置換され、細胞内FOXO3タンパク質のリン酸化と低下を抑制し、核内FOXO3の集積を促進し、ダウンストリーム標的遺伝子の発現を活性化した。これにより、細胞老化は効果的に遅延し、外部ストレスに抵抗し、心血管恒常性を改善することができる。 (出典: Human Cell. 2021 Jul 16;1-16. doi: 10.1007/s13577-021-00578-0.)

一方、ヒト誘導多能性幹細胞(iPSC)と誘導間葉幹細胞(iMSC)は臨床応用に有用な間葉系幹細胞として知られている。iMSCは、ドナーの年齢および採取臓器にかかわらず、幹細胞の活性化を誘導することができる。この誘導多能性幹細胞は、一般幹細胞の特性を持ちながら、私たちが人為的に必要とする遺伝子を発現させることができる。これは、高齢者が誘導する多能性幹細胞由来のMSCが「若返り」することを意味する。

さらに、幹細胞の老化は、変形性関節症が進行する重要な要因の一つとして考えられる。 YAPはTEADと協力してFOXD1の発現を活性化する。ヒト幹細胞の老化および変形性関節症の治療において、YAP‐FOXD1は若年期の道(若年期)において重要な役割を果たすことが判明した。高齢者の幹細胞に「若返り」因子を導入し、変形性関節症の治療と老化関連疾患の治療のための新しい方法を提示することができる。

研究者はまた、PRC1の成分であるCBX4が遺伝子発現を中断させて、細胞の健康性と私たちの体の臓器の完全な発達を維持するために重要な役割をするという事実を明らかにした。まず、CBX4タンパク質は、ヒト早期老化幹細胞、クローン性老化幹細胞、高齢者から分離した直後に幹細胞で低発現を示すため、CBX4遺伝子を老化ヒト幹細胞に置いたとき、CBX4遺伝子を導入する幹細胞は、急速な成長特性を回復する若さ(図2)に方向を変えることが実験により明らかになった。研究者は、細胞の老化を防ぐために、CBX4の重要な役割を明らかにして、老化関連疾患の治療のために活用する可能性は高く評価した。

研究者はまた、miRNA合成経路の重要な要素であるDGCR8がヒトMSCの老化を抑制して、長期の老化を遅延させ、老化関連疾患を予防することも研究した。DCR8欠損ヒト幹細胞をCRISPR/Cas9遺伝子編集技術と幹細胞誘導分化により作製し、これらの欠損時にどのような現象が現れるかを確認した。DCR8を過剰発現した幹細胞を注入すると、マウス関節組織の老化を効果的に抑制し、関節軟骨の再生を促進し、損傷性骨関節炎と高齢者性骨関節炎の病態を緩和できた。DCCR8(表2)に対する変形性関節症の遺伝子治療のための新しい方法の可能性を示した。

これは、幹細胞「若さ因子」CBX4および「若さ経路」YAP-FOXD1に続く変形性関節症遺伝子治療のもう一つの革新的な発見である。変形性関節症の遺伝子治療に「幹細胞老化因子」(図2)を導入する臨床的可能性を示唆した。最近の研究では、MSCから派生したエクソソーム(または同様の粒子)が変形性関節症の進行を抑制することも研究されている。これは、変形性関節症の臨床治療の新しい可能性を指す(表2)。

最後に、FOXOが老化と寿命を決定する重要な要因であることが一貫して証明された。また、哺乳動物にはFOXO1、FOXO3、FOXO4、FOXO6という4つのFOXO遺伝子が存在した。

研究によると、骨髄由来幹細胞におけるFOXP1の発現は、加齢とともに減少し、加齢の指標であるp16(INK4a)の発現レベルとは対照的である。骨髄幹細胞におけるFOXP1の条件的除去は、骨髄肥満の増加、骨量減少、幹細胞損傷などの早期老化の特徴を示した。以上より、FOXP1はMSCの老化を遅らせ、ヒト骨粗しょう症の治療に有望な標的因子である可能性が示唆された。FOXO3は細胞老化を遅らせ、外部ストレスに抵抗し、心血管恒常性を高めることと密接に関連している。FOXO3の活性化は、腫瘍抑制遺伝子の発現を誘導することによって、腫瘍細胞の悪性化に抵抗することができる。