科学者たちは長い間、組織が幹細胞を使い果たすと、損傷は永久的だと考えてきました。イスラエルからの新しい研究は、そうではない可能性を示唆しています。体は自身の老化細胞の時計を戻し、それらを新たな幹細胞に変換して、内部から自らを修復できる可能性があります。

研究者たちは、角膜の成熟した老化細胞が活動的な幹細胞に戻り、損傷した組織を再生できることを発見しました。これは、人体が自らを修復するこれまで知られていなかった方法である可能性があります。

彼らが発見した主なトリガーは免疫系です。通常は損傷部位で感染と戦うために働くマクロファージが、老化細胞を再び幹細胞にするよう促す信号も放出します。科学者がこの自然な過程を活用し、制御する方法を学べば、失明や障害、慢性疾患を引き起こす状態の治療において、将来的に移植の必要性を減らせる可能性があります。
 

自己修復のための細胞の再プログラミング

『ネイチャー・コミュニケーションズ』に最近掲載された研究で、研究者たちはマウスの透明な角膜の幹細胞を色とりどりのマーカーで標識する特別なシステムを用い、これらの細胞が時間とともにどのように振る舞うかを観察するとともに、幹細胞を除去してもこの組織が自らを修復できるかを調べました。

ライブ追跡では、角膜の端に位置する幹細胞が通常、週に約2回分裂し、老化するにつれて目の表面の中心に向かってゆっくりと移動する新しい細胞を作り出すことが示されました。

研究者たちは、マウスで幹細胞が通常生息する目の外輪にある角膜輪部幹細胞領域を完全に除去することで、目の成熟細胞が幹細胞状態に戻る仕組みを研究しました。

幹細胞領域を除去することで、目は残った成熟した角膜細胞だけを使って自らを修復せざるを得なくなり、その適応能力が試験されました。研究者たちは、成熟細胞が分子プロファイルを健康な幹細胞に似たものに変え、真の細胞再プログラミングを示していることを発見しました。

この過程で鍵となる役割を果たすのは免疫系、特にマクロファージと呼ばれる免疫細胞です。これらの細胞は損傷部位に到着して感染を防ぎ、老化細胞を幹細胞へと若返らせる信号を放出します。

「幹細胞がすべて破壊された後でも角膜が自らを再生できることを発見して驚きました」と、研究著者のルビー・シャロム＝フォイアシュタイン氏は声明で述べています。

シャロム＝フォイアシュタイン氏は、修復過程には成熟した老化細胞が再プログラミングされて幹細胞となり、長年機能して疾患を防ぐことが含まれると付け加えました。

この種の再生能力は以前、四肢を再生できる単純な生物に限られていると考えられていましたが、新しい知見は、複雑な動物（マウスや、潜在的にはヒト）もその能力の一部を保持していることを示唆しています。

発見のほとんどは生きたマウスモデルでの細胞追跡実験に基づいていましたが、研究者たちは知見を検証するため、実験室で初代ヒト角膜上皮細胞も用いました。

マクロファージ由来の同じサイトカインを培養皿で培養した成熟ヒト角膜細胞に適用すると、これらの細胞もより幹細胞らしい性質を示すようになり、細胞の逆転を担う生物学的経路が両種で共通していることが示されました。

幹細胞が残っていなくても組織は回復し、もともと幹細胞ではなかった細胞からまったく新しい集団が形成されました。成熟した老化細胞はマクロファージのシグナルによって再プログラミングされ、その後も長期間機能できる幹細胞になったと研究者は述べています。

他の成熟細胞も幹細胞に再プログラミングできるかどうかを明らかにするには、今後の研究が必要だと研究者たちは述べています。これは、成熟細胞が以前の状態に戻れることを示した最初の研究だと彼らは言います。
 

眼の治療への示唆

角膜は、角膜輪部と呼ばれる境界にある小さな幹細胞の予備によって自らを更新します。

それらの幹細胞が化学火傷、重度の感染、または遺伝的な病気によって失われると、角膜は自ら表面を再形成できなくなり、視界が曇ります。

現在、そのような損傷は幹細胞移植や組織移植によって治療されます。どちらの選択肢もドナー組織や患者のもう一方の目の組織に依存し、供給や拒絶の問題があると、ヒューストンのSuraVisionの認定眼科医で、白内障・角膜・屈折外科医であるクリシュナ・スラパネニ医師はエポックタイムズに語りました。彼はこの研究には関与していませんでした。

「目自身の修復細胞を再活性化する再生的アプローチは、原理的には両方の問題を同時に回避できる可能性があります」とスラパネニ氏は述べています。「拒絶される異物がなく、別の部位から採取するものもないからです」

長期的な希望は、患者自身の残った眼細胞を幹細胞の役割を担うよう促し、他の場所の組織で置き換えるのではなく、自ら表面を再構築させることだと彼は言います。

「それは意味のある転換になるでしょう。限られたドナー材料の供給に頼るのではなく、目自身の生物学と協働するからです」とスラパネニ氏は述べています。
 

楽観の理由

スラパネニ氏は知見を「本当に興奮させるもの」と呼びましたが、これはまだ主にマウスを対象とした研究であり、実験室でのヒト細胞を用いた初期段階の励みになる結果にとどまると述べています。研究者たちは今、同じ自然な再生過程がヒトに存在するかどうか、そして最終的にどのように活用できるかを調査しています。

「マウスで機能する仕組みと患者のための安全で信頼できる治療の間のギャップは広いです」とスラパネニ氏は述べています。「それは月単位ではなく、年単位で測られます」

それでも、この研究は、組織が幹細胞を失うと衰退は一方通行だという仮定に挑戦しています。

「成熟細胞を修復の役割に再び誘導できるなら、それは目での治癒について、そしておそらくそれを超えて、私たちが考える方法を変える可能性があります」とスラパネニ氏は述べています。
 

毒素と代謝ストレス要因が過程を妨げる可能性がある

細胞再プログラミングに関する他の研究は、特定の毒素、環境曝露、代謝ストレス要因が、老化した成熟細胞が幹細胞状態に戻ることを大きく妨げたり、完全に阻害したりする可能性があることを示唆しています。

酸化ストレス：タバコの煙、農薬、重金属、放射線は酸化ストレスを引き起こし、DNA、タンパク質、細胞膜を損傷し、細胞が自らをリセットしにくくするゲノム不安定性を生み出す可能性があります。

エピジェネティックな変化：幹細胞への逆転には、細胞が成熟したアイデンティティのエピジェネティックな「記憶」を消去することが必要です。有害化学物質、代謝副産物、慢性炎症への長期間の曝露は、細胞を現在の状態に固定するような形でエピゲノムを変化させる可能性があります。

細胞廃棄物の蓄積：不良な代謝健康と毒性曝露の組み合わせは、脂肪滴やミスフォールドタンパク質の蓄積を引き起こす可能性があります。細胞の廃棄物除去システムが圧倒されると、幹細胞になるために必要な更新過程が停滞する可能性があります。

（翻訳編集　日比野真吾）