加齢による免疫低下を克服？胸腺の詳細マッピングが示す生涯免疫の仕組みと応用

この研究成果は、2024年11月20日付の科学誌Natureに「A Spatial Human Thymus Cell Atlas Mapped to a Continuous Tissue Axis（発達中のヒト胸腺の空間細胞アトラス：連続組織軸へのマッピング）」というタイトルで発表されました。本研究は、ヒト細胞アトラス（Human Cell Atlas）プロジェクトの一環として実施されており、このプロジェクトでは、ヒトのあらゆる細胞の包括的なマップの作成を目指しています。

胸腺とT細胞の役割：生涯にわたる免疫の基盤を形成

免疫システムは、多様なT細胞（白血球の一種）によって、病原体やがん細胞の排除を行っています。T細胞は、体外からの脅威を識別するだけでなく、自己組織を誤って攻撃しないよう訓練を受ける必要があります。このT細胞の教育が行われるのが、胸骨の後ろに位置する小さな臓器「胸腺（Thymus）」です。

胸腺の機能異常は、免疫不全や自己免疫疾患の原因となります。例えば、1型糖尿病や関節リウマチなどの自己免疫疾患は、免疫システムが誤って自己組織を攻撃することで発症します。にもかかわらず、胸腺の発生過程は未解明の部分が多いのが現状です。胸腺は主に幼少期に機能し、加齢とともに徐々に退縮するため、その早期発達を研究することで、なぜ加齢によって免疫が低下し、ワクチンへの反応が弱くなるのかを理解する手がかりとなるかもしれません。

胸腺の発達過程を追跡——免疫システムの基盤が胎児期早期に形成される

ウェルカム・サンガー研究所とその共同研究者らは、胎生11週目から生後3年目までの胸腺とT細胞の発達を追跡し、シングルセル解析（Single Cell Sequencing）と高度な空間マッピング技術を用いて解析しました。その結果、胸腺の基本的な構造と機能が胎生12週目にはすでに確立されていることが明らかになりました。これは、妊娠初期の環境が生涯の免疫機能により大きな影響を与える可能性を示唆しています。

また、T細胞の発達過程には重要な違いがあることも発見されました。例えば、一部のT細胞は免疫応答を調整する役割を持ち、他のT細胞は病原体やがん細胞を直接攻撃する機能を担っています。この発見は、がん免疫療法において、特定のT細胞を強化する方法や、自己免疫疾患や移植時の拒絶反応を抑えるための治療法の開発につながる可能性があります。

人工胸腺の開発に向けた新たな知見

研究チームは、胸腺内の前駆細胞の位置を特定し、これらの細胞がT細胞の発達を助けるサポート細胞に分化することを明らかにしました。このサポート細胞は、T細胞が自己組織を攻撃しないように教育する役割を持つため、これらの細胞の機能を人工的に再現することで、人工胸腺の作製につながる可能性があります。将来的には、高齢者や免疫機能が低下した患者に対する再生医療の一環として、人工胸腺を利用する治療法が開発されるかもしれません。

新たな高解像度空間マッピング技術「OrganAxis」

この研究の大きな成果の一つは、胸腺の発達過程を比較するための新たな標準化手法「OrganAxis」の開発です。これは、異なる発達段階にある胸腺組織を従来よりもはるかに高い解像度で比較できる技術です。肝臓や腎臓など、時間とともに大きく変化する臓器にも応用可能と期待されています。

「胸腺は生涯の免疫機能を決定する極めて重要な臓器ですが、その発達段階を比較するのは極めて困難でした。OrganAxisを使うことで、異なる空間データを統合し、個別のデータでは見逃されていた特徴を発見できるようになりました。」
— ナダブ・ヤヨン博士（Dr. Nadav Yayon）, 本研究の筆頭著者、ケンブリッジ大学幹細胞研究所

「健康な胸腺の発達マップは、特に高齢者や胸腺機能が低下した患者の免疫機能を向上させる新たな戦略につながる可能性があります。」
— ヴェロニカ・ケドリアン博士（Dr. Veronika Kedlian）, 本研究の筆頭著者、ケンブリッジ大学幹細胞研究所

「この胸腺マップは、単一細胞レベルと遺伝子発現レベルで完全な臓器モデルを作成した初の研究です。免疫不全や自己免疫疾患を理解するための重要な手がかりとなるでしょう。」
— サラ・タイヒマン博士（Dr. Sarah Teichmann）, 本研究の責任著者、ヒト細胞アトラス共同創設者、ケンブリッジ大学幹細胞研究所

 [News release] [Nature article]