S100A9 aggravates hepatic ischemia–reperfusion injury associated with hepatocyte CCL2 expression and macrophage recruitment

外科医が腫瘍の切除や移植の準備のために、肝臓の一部への血流を一時的に停止させるとき、その臓器は逆説的な危険に直面します。血液が再び流れ込んだ瞬間、それは激しい自責的な炎症の嵐を引き起こす可能性があるのです。この現象は「虚血再灌流障害」として知られており、酸素と栄養の突然の回帰が、本来救うべき組織を傷つけるような形で免疫系を覚醒させてしまうために起こります。血流不足によってすでにストレスを受けている肝細胞は、白血球を呼び寄せるための信号を放出します。これらの到着した免疫細胞は、損傷を片付けることを目的としていますが、しばしばさらなる害をもたらし、腫れや細胞死、時には臓器不全を引き起こします。この連鎖反応がどのように始まり、どのように広がるのかを正確に理解することは、肝臓手術や移植における成果を向上させるために極めて重要ですが、必要な医療処置をいかにして危険な炎症イベントへと変えてしまうのかという具体的な分子レベルのトリガーは、これまである種隠されたままとなってきました。

中国の中南大学の研究者たちは、この混沌とした状況の中に特定の経路を突き止め、損傷した肝細胞と免疫系の間の危険な伝令役として機能する鍵となるタンパク質を特定しました。高度なコンピュータによる遺伝子およびタンパク質データの解析と、マウスおよびヒト細胞を用いた実験を組み合わせることで、研究チームはS100A9と呼ばれるタンパク質が、血流回復後の肝損傷を悪化させる中心的な役割を果たしていることを発見しました。彼らは、このタンパク質が組織内に受動的に留まっているのではなく、ストレスを受けた肝細胞に対して化学的な標識（ビーコン）を放出するよう能動的に指示し、より多くの免疫細胞を呼び寄せる循環を作り出していることを突き止めました。これは、標的を絞った治療によって阻止できる可能性のある一連の損傷サイクルです。

調査は、手がかりを探す広範な探索から始まりました。科学者たちは、ヒトの肝切除手術を模した処置（肝臓の血流の70％を1時間遮断した後に再開する処置）を受けたマウスの肝臓組織を取り出しました。彼らは、この組織を、血流遮断を行わずに同じ手術を受けたマウスの肝臓組織と比較しました。強力なシーケンシングツールを用いて、彼らは遺伝的な指示を読み取り、両方のグループにおけるタンパク質レベルを測定しました。この膨大なデータ比較により、S100A9が有力な容疑者として浮上しました。損傷した肝臓では、このタンパク質のレベルが健康なものよりも有意に高く、遺伝コードと実際のタンパク質構造の両方において一貫して現れていました。研究者たちはその後、標準的な実験室技術を用いてこの発見を確認し、このタンパク質が損傷した組織に豊富に存在し、損傷の初期段階に現場へ駆けつける白血球の一種である好中球と密接に関連していることを示しました。

S100A9が単なる傍観者ではなく、実際に害を与えていることを証明するために、チームはそれを阻止する2つの異なる戦略をテストしました。第一のアプローチでは、S100A9を中和するように設計された特殊な抗体をマウスに注入し、その機能を効果的にブロックしました。第二のアプローチでは、S100A9を生成する遺伝子を完全に欠損するように遺伝子操作されたマウスを使用しました。どちらの方法も、同様に心強い結果をもたらしました。すなわち、肝損傷が大幅に軽減されたのです。ブロック抗体を受け取ったマウス、あるいはタンパク質を欠損していたマウスは、対照群のマウスと比較して、腫れが少なく、死滅した細胞が少なく、血液中の有害な炎症性化学物質のレベルも低い状態を示しました。これは、S100A9が単なる症状ではなく、損傷の機能的な駆動源であるという強力な証拠となりました。

研究は、この損傷の背後にあるメカニズムを理解するために、細胞レベルへと進みました。研究者たちは、手術中に見られるような酸素とグルコースの欠乏状態を模倣した条件にマウスの肝細胞を曝露させ、その後、通常の条件に戻しました。これらのストレスを受けた細胞にS100A9を加えると、細胞の死滅率が高くなったことから、このタンパク質が直接的に細胞死を悪化させることが確認されました。さらに重要なことに、彼らはこのタンパク質が細胞に対して次に何をさせるのかという指示の内容を発見しました。S100A9に曝露された細胞の遺伝活動を分析したところ、細胞がCCL2と呼ばれる化学信号を大量に生成し始めていることが分かりました。この化学物質は、マクロファージとして知られる免疫細胞を引き寄せるための「誘導灯（ホーミング・ビーコン）」として機能します。

チームは、肝細胞がS100A9によって処理された際、その周囲の液体がマクロファージにとって非常に魅力的なものとなり、より積極的に引き寄せるようになることを示すことで、この関連性を検証しました。逆に、S100A9を欠損したマウスでは、肝組織がこの化学的標識をはるかに少なく生成し、損傷部位に蓄積するマクロファージも著しく少なくなりました。これにより、明確な一連の出来事が明らかになりました。すなわち、初期の損傷がS100A9の放出を引き起こし、それが生存している肝細胞に強制的にCCL2を産生させ、それがひいてはさらなる損傷をもたらす免疫細胞を呼び寄せるという流れです。研究者たちはまた、部分的な肝切除を受けているヒトの患者についても調査しました。手術前後の血液サンプル中のS100A9レベルを測定したところ、処置後にレベルが有意に上昇しており、マウスで見られた変化を反映していることが分かりました。これは、ラボで観察された生物学的プロセスがヒトにおいても起きていることを示唆しています。

本研究は、S100A9、化学的標識であるCCL2、そして到着する損傷細胞の間の強い関連性を確立していますが、著者らは、この特定のつながりをブロックすることが、この損傷を止める唯一の方法であることをまだ証明できていないと述べています。彼らは、S100A9が他の経路を通じても作用する可能性があることや、タンパク質の主要な供給源としての好中球の正確な役割については、まだ十分に解明されていないことを示唆しています。しかし、得られた証拠は、S100A9が肝切除後の炎症の嵐における主要なプレイヤーであることを示すには十分に強固なものです。このタンパク質とその活性化経路を特定することで、研究者たちは、血流が再開された直後の重要な局面において肝臓を保護するために、免疫反応を鎮める薬剤の新たな標的を提示しました。この研究は即効性のある治療法を提供するものではありませんが、回復過程における危険な障害物の明確な地図を提供しており、肝切除を患者にとってより安全にするための将来の治療への道筋を示しています。