概要

哺乳類における脈管系は血管系とリンパ管系で構成されるからだのライフラインです。血管系は、動脈・静脈・毛細血管からなる秩序だった高次構造を形成して、全身に血液を輸送し末梢組織に酸素や栄養素などの物質を供給する上で重要な役割を果たしています。一方、リンパ管系は血管系と密接な位置に存在し、毛細血管領域から漏出したタンパクや組織間液を吸収して静脈角から血管系に戻す役割を果たしています。この二つの脈管系は発生学的に近縁関係にありますが、末梢ではお互いに吻合することなく、それぞれが独自の役割を果たしています。

私たちは、これまで血管・リンパ管発生の分子機構について研究する中で、胎生期に体液調節機構の軽微な変化があって浮腫(むくみ)を示しながら成体まで正常に発育する遺伝子変異マウスがいることを見出しました。このような研究の流れを背景に、血管・リンパ管の発生機構とその異常が引き起こす胎児浮腫の研究から、将来のヒト周産期・小児医療への応用に資する基盤構築を目指しています。


(1) 胎児浮腫をきたす遺伝子変異と病態

近年、ヒト妊娠中に超音波検査が日常的に実施され、様々な子宮内症例が発見されるようになってきました。その内の一つである首の後ろにみられる胎児後頸部透亮像(項部浮腫,increased Nuchal Translucency)については、ダウン症(21トリソミー)などの染色体異常が原因として知られていますが、臨床的に羊水検査で染色体異常と確定診断されるのは10%程度で、NT≧3.5mm であっても染色体正常で出生した児は90%強の無病生存が期待できる*1とされています。しかし、大多数の症例で遺伝学的原因や予後が明らかにならないことから、告知された妊婦さんの多くは妊娠中のみならず出産後においても精神的不安を強いられています。これらを背景として、超音波検査で見つかる胎児浮腫に関して社会的問題が生じており、新聞等のメディアでも報じられています。

                     

                             ヒト胎児の項部浮腫(矢頭)*2

*引用元
  1. 産婦人科診療ガイドライン−産科編2014、編集・監修:日本産科婦人科学会/日本産婦人科医会
  2. Haak MC and van Vugt JM. Hum Reprod Update. 2003 Mar-Apr;9(2):175-184より改変

(a) Aspp1のリンパ管形成における役割と分子機構

胚性幹細胞(ES細胞)の分化培養系を用いて内皮細胞特異的に発現する分子の探索を行い、Aspp1を同定しました。Aspp1のノックアウト(Aspp1-/-)マウスを作製・解析したところ、 胎生期におけるリンパ管形成の異常と皮下浮腫を見出しました。著明な浮腫にもかかわらず、ほとんどのAspp1-/- マウスは出生し、乳児期に軽い成長障害が見られるものの成体まで正常に発育することが明らかになりました。成体Aspp1-/- マウスにおいては浮腫を認めないものの、本来は血管と伴走する集合リンパ管が蛇行や融合をするなどの特異なパターンとなることが分かりました。私たちは、Aspp1がどのようにリンパ管内皮細胞を制御しているのかについて研究を続けています。

        

       Aspp1-/- マウス胎児は項部浮腫(矢頭)を示し、皮膚にリンパ管の島様構造(矢印)がみられる

(b) VEGF受容体の脈管形成と体液調節における役割

脈管の解剖学的構造と微小形態はその機能と密接に関係しており、その発生・分化、そして維持機構に重要な因子として 血管内皮増殖因子(Vascular Endothelial Growth Factor; VEGF)ファミリーが同定されてきました。 近年、血管新生を伴う病気である緑内障、加齢黄斑変性症、進行性腫瘍や腫瘍転移などの治療標的として注目されており、VEGF-A中和抗体などを用いた治療が行われています。VEGF-Aは受容体型チロシンキナーゼFlk1とFlt1を持ち、血管内皮細胞の増殖および血管透過性の亢進などを促します。 ノックアウトマウスの解析から、Flk1は血管内皮細胞の発生・分化に必須であり、Flt1はVEGF-Aの局所濃度を調節することが主な役割であると考えられていますが、この2つの受容体が司る分子機構には未だ不明な点が多く残されています。

私たちは、Flt1のヘテロ欠損マウスが胎生期に一過性の項部浮腫をきたすことを見出しました。Flt1+/-マウスでは、もう一つの受容体であるFlk1シグナルが亢進して血管の透過性が亢進していることが分かりました。そこで、Flk1をヘテロ欠損させることでFlt1へテロ欠損による浮腫が抑制されるかどうか調べましたが、Flk1+/-; Flt1+/-マウスとFlt1+/-マウスでは同程度の浮腫を示しました。驚いたことに、Flk1+/-; Flt1+/-マウスの一部では、出生後に眼房水の調節異常で生じる牛眼が発症することが分かりました。このことから、一見正常に見えるFlk1+/-マウスにも軽微な異常が潜んでいる可能性があり、私たちが興味を持っている研究課題の一つです。

     

(c) 胎児浮腫をきたす原因遺伝子の探索と病態・予後

リンパ管形成遅延をきたすAspp1-/-マウスと血管透過性が亢進しているFlt1+/-マウスは、どちらも一過性の胎児浮腫を示すだけで成体まで顕著な異常を示さず発育します。私たちは胎生期における体液調節異常が胎児の生存に影響を与えるかどうか調べるために、両方のマウスを交配して解析しました。両方の遺伝子欠損をもつFlt1+/-; Aspp1-/-マウスでは、重度の浮腫を認め、その大部分が生まれてこないことが分かりました。これらのことから、非致死性の変化であっても複数のリスクが重なると、胎児に重篤な異常をきたすことが分かりました。私たちは、マウスの発生遺伝学的研究で遺伝学的原因を同定してそれぞれのケースにおける病態・予後を解明し、ヒト胎児を対象とした様々な診断法や病態制御法の開発に繋げることを目指しています。

     


(2) リンパ管形成を制御する血管由来因子

マウスにおいて頸部静脈から分化したリンパ管内皮細胞は、二つの経路に分かれてリンパ管形成に関わると考えられています。1)頸部静脈の近傍で互いに接着して初期リンパ嚢を形成し、それらがお互いに融合して管腔形成しながら伸長します。2)頸部静脈に由来するリンパ管内皮細胞の一部は体表まで遊走して皮膚のリンパ管形成に貢献します。この遊走の際には先に形成されている血管とりわけ動脈の上を移動することが知られています。このように、リンパ管内皮細胞の分化とその後の形態形成は血管と密接な関連があります。私たちは、血管内皮細胞から産生・分泌されるセマフォリンや血管内を循環する血小板がリンパ管形成に果たす役割について研究してきました。

(a) セマフォリン3G

セマフォリン3G(Sema3G)はガイダンス因子セマフォリンファミリーの一つで、クラス3に属する分泌型タンパクです。その発現様式は特徴的で、皮膚においては動脈の内皮細胞が特異的に発現しています。実は、頸部静脈の内皮細胞から分化・発生したリンパ管内皮細胞は動脈の上を遊走して皮膚まで到達します。私たちは、Sema3G-/-マウスにおいて、皮膚のリンパ管網が動脈に異常に近接していることを見出しました。同様の異常はセマフォリン受容体であるPlexin D1を欠損するマウスでも見られました。 Sema3Gは共受容体Neuropilin-2との結合を介して、Plexin D1依存的にリンパ管の分布を制御していることを明らかにしました。リンパ管分布を制御する反発因子としては最初の報告例だと思います。これから病態との関連などを含めて、研究を深めていきたいと思っています。

          

(b) 血小板

血小板は血液に含まれる細胞成分の一種で、血管壁が損傷した時に凝集して傷口を塞ぐのに重要な役割を果たしています。近年の研究から、血小板の活性化がリンパ管と血管の分離に重要であることが示唆されています。私たちは、山梨大学の井上克枝先生らとの共同研究で、血小板機能異常に基づく血管・リンパ管分離不全マウスの解析を行ってきました。リンパ管の独自性を守る血小板の作用機構は大変興味深い研究課題です。