膵島細胞の増殖に成功　糖尿病を根治する新たな再生治療法に希望　MYCL遺伝子により体外で膵島細胞を増幅

膵島細胞の自己増幅技術の開発をめざした研究

　研究は、東京大学医科学研究所先進病態モデル研究分野の平野利忠氏、山田泰広教授、京都大学、愛知医科大学らの研究グループによるもの。研究成果は、英医学誌「Nature Metabolism」にオンライン掲載された。

　糖尿病は膵臓に存在する膵島β細胞から分泌されるインスリンの絶対的もしくは相対的不足により発症する。成人膵島細胞には自己複製能がほとんどないことから、膵島細胞の機能は再生しない。

　そこで、糖尿病の根治をめざしてiPS細胞などの多能性幹細胞からインスリン産生細胞を作製し、細胞移植による再生医療に応用する取り組みも進められているが、多能性幹細胞由来のインスリン産生細胞は、機能的に未熟であることが大きな問題となっており、医療応用にはいたっていない。

　もしも、試験管内での膵島細胞の増幅や、遺伝子治療による生体内での膵島細胞の増殖誘導が可能になれば、糖尿病の根治をめざした新たな再生治療法となる可能性がある。

　そこで研究グループは、出生前後の膵島細胞が自己複製能をもつことに着目し、成熟した膵島細胞の自己増幅技術の開発をめざした。着目したMYCL遺伝子は、核内のDNAに結合して働く転写因子で、MYCファミリー遺伝子のひとつ。細胞増殖を活性化させるなど多彩な機能をもち、iPS細胞作製過程でも重要な役割をもつ。

　今回の研究では、出生前後に増殖する膵島細胞でMYCL遺伝子が発現し、MYCLを働かせると成熟した膵島β細胞に活発な自己増殖が誘発できることを発見した。

　さらに、体内でMYCLを発現誘導する、あるいはMYCLにより試験管内で増幅させた膵島細胞を移植することで、モデルマウスの糖尿病を治療できることを確かめた。

MYCL遺伝子が出生前後の膵島細胞の増殖を制御

　膵島細胞は出生前後で活発に増殖する一方で、発生とともにその増殖能は急激に失われ、成熟した膵島細胞には自己複製能はほとんどない。そこで研究グループは、増殖する膵島細胞の特性を理解し、成熟膵島細胞の増殖誘導に応用するために、胎生期のマウス膵臓における1細胞遺伝子発現解析を行った。

　増殖誘導活性をもつMYCファミリー遺伝子群(MYC、MYCN、MYCL)に着目したところ、膵島細胞に限局してMYCLが発現していることが分かった。また、ヒトiPS細胞から膵島細胞様細胞への分化過程でも、膵島前駆細胞でMYCLが一過性に発現していることが分かった。

　さらに、MYCL遺伝子を破壊したマウスでは出生前後の膵島細胞で増殖活性が低下することを見出した。このことから、MYCLが発生・分化過程での膵島細胞の増殖を制御することが明らかとなった。

MYCLの発現が成熟膵島細胞の増殖を誘導

　次に、MYCLを膵島細胞へ発現させることで、成熟膵島の自己増殖の誘導を試みた。まず、成体マウスより単離した膵島細胞に、試験管内でMYCLの発現誘導を行ったところ、活発な細胞増殖が誘導された。

　また、加齢したマウスの膵島細胞や、ヒト脳死ドナー由来膵島細胞、さらには、マウスの生体内の膵島細胞でも同様の自己複製の誘導を確認した。

　MYCLを発現誘導させたマウスおよびヒト膵島細胞の1細胞遺伝子発現解析を行ったところ、MYCLの発現により遺伝子発現状態が胎生期に類似した状態に変化していることが分かった。

　これらの結果から、MYCLが成熟膵島細胞の遺伝子発現状態を胎生期様の状態へと「リプログラミング」させ、増殖活性を付与していることが示唆された。

成熟膵島細胞増幅による糖尿病モデルマウスの治療

　最後に、MYCLにより増幅させた膵島細胞の機能性を評価した。まず、マウスにストレプトゾトシン(STZ)を投与することで糖尿病にさせ、その後生体内でMYCLの発現誘導を行った。

　その結果、MYCL発現誘導後に速やかに血糖値の改善が認められた。また、MYCLにより単離した膵島細胞を試験管内で増幅させたのちに、糖尿病マウスに移植したところ、血糖値の改善が認められた。

　これらの結果から、MYCLの発現により生体内外で増幅させた膵島細胞が高い機能性をもち、糖尿病マウスを治療できることが示された。

　糖尿病を根治させるためには、生体内の膵島β細胞量を増やす必要がある。現在の細胞移植治療は、脳死ドナー由来の膵島細胞を使用するが、ドナー不足が問題となっている。この問題点を改善するために、多能性幹細胞からの分化誘導による膵島細胞の作製による細胞移植治療の開発が盛んに行われている。しかし、成熟した機能性の高い膵島細胞の作製はハードルが高く、未だ医療応用にいたっていない。

膵島細胞の再生医療開発への応用に期待

　「研究では、マウス膵島細胞の発生過程にMYCL遺伝子が発現上昇することを見出し、出生前後の膵島細胞の増殖にMYCL遺伝子が重要な役割を果たすことを示しました。さらに、成体マウス生体内で一時的なMYCL遺伝子の発現誘導を行うことで、現在まで不可能であると考えられてきた成熟膵島細胞の増幅に成功しました」と、研究グループでは述べている。

　「また生体内で増殖させた膵島細胞は高い機能性をもち、糖尿病モデルマウスの治療が可能であることを確認しました。試験管内でも成熟膵島細胞の自己増殖誘導は可能であり、試験管内で増幅させた膵島細胞の移植によりマウス糖尿病を治療可能であることを示しました。さらに、ヒト膵島細胞の分化過程でもMYCL遺伝子が発現上昇すること、MYCL遺伝子の誘導により、脳死ドナー由来のヒト膵島細胞に自己増殖活性を付与できることを示しました」としている。

　研究成果は、MYCL遺伝子により体外で増幅させた膵島細胞を再び体のなかに戻す細胞移植療法や、MYCL遺伝子治療による体内での膵島細胞増幅技術の開発といった、膵島細胞の再生医療開発への応用が期待されるとしている。

東京大学医科学研究所先進病態モデル研究分野
MYCL-mediated reprogramming expands pancreatic insulin-producing cells (Nature Metabolism 2022年2月10日)