シングルセル解析によるHTLV-1病態解明研究

ヒトT細胞白血病ウイルス1型（HTLV-1）は主にCD4陽性T細胞および少数のCD8^陽性T細胞に感染し、長い潜伏期間を好む。 感染者の約95%は無症候性キャリア（AC）のまま、3～5%は成人T細胞白血病（ATL）を発症し、1%以上はHTLV-1関連脊髄症/熱帯性痙性対麻痺（HAM/TSP）として知られる神経炎症性疾患を発症する。 同じレトロウイルスであるHTLV-1が2種類の異なる疾患を引き起こすことから、それぞれの疾患の病態を研究することが非常に重要となっている。我々の研究室では、単一細胞アプローチを用いてATLとHAM/TSPの疾患メカニズムの解明を目指している。 

Points

単一細胞シーケンシングによるATL疾患メカニズムの解明

単一細胞解析により我々は以下のことを明らかにした：

• HTLV-1による白血病化は、生理的なT細胞活性化からのシームレスな移行であり、活性化状態の感染細胞がさらにATL細胞へ転化しつつ、その活性化表現型を維持している

• HTLV-1感染CD4⁺T細胞はHLAクラスII分子を発現増加させるが、T細胞活性化に必要な共刺激分子の欠如により、これらの細胞はむしろT細胞無反応性を引き起こし、感染細胞が免疫監視を逃れることを可能にする
• 本研究成果は、HTLV-1による白血病発生と免疫回避の理解を深め、HLAクラスIIなどの新規分子を免疫療法の潜在的標的として同定することを可能にした

熊本大学ヒトレトロウイルス感染症共同研究センターの佐藤頼文教授が率いる共同研究グループは、HTLV-1感染CD4⁺T細胞が免疫監視を逃れATL細胞へ分化するメカニズムを解明する単一細胞解析を完了した。本研究はインペリアル・カレッジ・ロンドンの小野正弘博士との共同で実施された。 本成果は2021年、Journal of Clinical Investigation誌に掲載された。

単一細胞シーケンシングによるHAM/TSPの病態解明

現在、当研究室では患者由来の末梢血単核球（PBMC）および脳脊髄液（CSF）サンプルを用いて、HAM/TSPの詳細な病態メカニズムの解明に取り組んでいる。以下の点を明らかにすることを目的としている。

• 無症状キャリア期から、どの因子がHAM/TSPの発症を促進するのか？
• なぜ、どのようにして一部の感染T細胞が髄液へ浸潤するのか？
• 炎症部位における感染T細胞と非感染T細胞の役割は何か？

研究概要

ヒト体内では、CD4陽性T細胞が病原体やがんに対する免疫応答の調節に重要な役割を果たしている。外来/がん抗原を認識すると、これらの細胞は活性化され、体内の他の免疫細胞と共に効果器機能を発揮して侵入した病原体を排除する。これは「生理的T細胞活性化/分化」と呼ばれる。

この障壁を克服するため、ヒトT細胞白血病ウイルス1型（HTLV-1）はCD4陽性T細胞自体を感染させ、成人T細胞白血病/リンパ腫（ATL）と呼ばれる特定の白血病を引き起こす。日本では少なくとも110万人のHTLV-1感染者が存在し、年間約1,500人の新規ATL患者が診断されている。 複数の研究により、HTLV-1がCD4⁺T細胞の分化、活性化、生存経路を変化させ、ATLへの形質転換を引き起こすことが報告されている。この過程は「HTLV-1媒介性白血病形質転換」と呼ばれる。しかし、生理的なT細胞活性化とHTLV-1媒介性活性化/形質転換との関連は依然不明である。

本研究では、HTLV-1感染者と健常者の免疫細胞を単一細胞レベルで解析するため、単一細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）を適用した。HTLV-1媒介性白血病形質転換は、生理的T細胞活性化経路の延長線上にあることを示した。すなわち、活性化状態のHTLV-1感染細胞はその表現型を維持したまま、さらにATL細胞へ形質転換する。

さらに、HTLV-1感染CD4⁺T細胞はHLAクラスII分子も発現亢進する。HLAクラスII分子は共刺激分子CD80/CD86と共に、T細胞活性化に重要な表面タンパク質である。 しかしながら、HTLV-1感染CD4⁺T細胞はCD80/CD86を発現せず、従ってこれらの細胞はT細胞を活性化できず、むしろT細胞の無反応状態（アナーギ）または不活化を誘導する。これにより免疫応答が抑制され、ウイルスおよび感染細胞が免疫監視を逃れることが可能となる。

結論として、scRNA-seq を用いて、HTLV-1 が白血病化のために生理的な T 細胞活性化メカニズムを利用していることを示し、HLA クラス II をアップレギュレートすることにより、HTLV-1 に感染した CD4⁺T 細胞が人体の免疫監視を逃れることができることを実証しました。 これは、HTLV-1 による白血病発生の理解を深め、免疫療法の新たな分子候補を特定する上で、単一細胞解析法が持つ大きな可能性を示すものである。

論文情報

論文名：HTLV-1 infection promotes T-cell activation and malignant transformation into adult T-cell leukemia/lymphoma
著者：Benjy Jek Yang Tan, Kenji Sugata, Omnia Reda, Misaki Matsuo, Kyosuke Uchiyama, Paola Miyazato, Vincent Hahaut, Makoto Yamagishi, Kaoru Uchimaru, Yutaka Suzuki, Takamasa Ueno, Hitoshi Suzushima, Hiroo Katsuya, Masahito Tokunaga, Yoshikazu Uchiyama, Hideaki Nakamura, Eisaburo Sueoka, Atae Utsunomiya, Masahiro Ono and Yorifumi Satou
掲載誌：Journal of Clinical Investigation