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ヘリコバクター・ピロリ感染におけるナチュラルキラーグループ2、メンバーDリガンドのタンパク質分解による免疫回避

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オリジナル研究論文
Front. 免疫学、2024年1月22日
微生物免疫学
第15巻-2024年|https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1282680
ヘリコバクター・ピロリ感染におけるナチュラルキラーグループ2、メンバーDリガンドのタンパク質分解による免疫回避

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2024.1282680/full?utm_source=S-TWT&utm_medium=SNET&utm_campaign=ECO_FIMMU_XXXXXXXX_auto-dlvrit



Margit Anthofer1 Markus Windisch1 Rosa Haller1 Sandra Ehmann1 Sebastian Wrighton1† Michael Miller1 Lorenz Schernthanner1 Iris Kufferath1 Silvia Schauer1 Barbara Jelušić1 Sabine Kienesberger2,3 Ellen L. Zechner2,3 Gernot Posselt4 Mar Vales-Gomez5 Hugh T. Reyburn5 Gregor Gorkiewicz1,3*1
1オーストリア・グラーツ医科大学病理学研究所
2オーストリア・グラーツ大学分子バイオサイエンス研究所
3オーストリア・グラーツ、BioTechMed-Graz、大学間協力
4パリ・ロドロン大学バイオサイエンス・医学生物学部(オーストリア・ザルツブルク
5スペイン国立生物工学センター免疫学・腫瘍学部門(スペイン、マドリッド
背景 ヘリコバクター・ピロリ(H. pylori)は、粘膜免疫を減弱させる様々な戦略を用いて、胃の中に確実に存在する。われわれは最近、ピロリ菌がナチュラルキラーグループ2メンバー2(NKG2D)システムを調節している可能性があるという証拠を発見した。NKG2Dレセプターとそのリガンドは、ナチュラルキラーT細胞と細胞傷害性T細胞の主要な活性化系であり、粘膜免疫と腫瘍免疫監視に重要である。NKG2Dシステムは、感染細胞や形質転換細胞を認識し排除することができるが、ウイルスやがんはしばしばその活性化を阻害する。ここでは、ピロリ菌感染におけるNKG2Dシステムの回避の可能性を明らかにすることを目的とした。

方法 H.ピロリ感染胃炎および胃がん患者の胃組織におけるNKG2Dシステム遺伝子の発現を解析し、H.ピロリのアイソジェニック変異体、上皮細胞株およびNK細胞株を用いて細胞培養に基づく感染実験を行った。

結果 ピロリ菌胃炎患者の生検では、NKG2Dレセプターの発現は低下していたが、NKG2Dリガンドは固有層に蓄積しており、NKG2Dの回避が示唆された。In vitroでは、ピロリ菌は胃上皮細胞においてNKG2Dリガンドの転写およびタンパク質分解脱落を誘導し、これらの作用は特定のピロリ菌病原性因子と関連していた。ピロリ菌による可溶性NKG2Dリガンドの放出は、感染細胞の免疫原性の可視性を低下させ、エフェクター免疫細胞の細胞傷害活性、特にNK細胞の抗腫瘍活性を減弱させた。

結論 ピロリ菌はNKG2Dシステムを操作する。ピロリ菌によるこのような免疫回避の戦略は、慢性的な菌の持続を促進する可能性があり、また、形質転換した細胞が免疫の認識から逃れ、悪性化するまで無制限に増殖することで、胃癌の発生を促進する可能性もある。

1 はじめに
ヘリコバクター・ピロリ(H. pylori)は、慢性胃炎や胃十二指腸潰瘍を引き起こすヒトの主要な病原体である。また、胃腺癌やMALTリンパ腫の発生を促進し、クラスI発癌物質と考えられている(1)。H.ピロリ菌の感染は通常、生後早期に起こり(2)、治療的に除菌しない限り生涯持続する(1)。慢性感染と粘膜の持続性を確立するために、ピロリ菌は免疫を克服する複数の戦略を進化させてきた(3)。これらの戦略には、TLRによる認識を回避すること、好中球やマクロファージによる貪食から生き延びること、胃の上皮細胞における免疫調節タンパク質(PD-L1など)の発現を変化させること、リンパ球の活性化、増殖、分化を調節することなどが含まれる(1, 3, 4)。注目すべきは、ピロリ菌感染において、インターロイキン10(IL-10)を産生する制御性T細胞(Treg)の促進など、特定の抗炎症回路が誘導されることで、喘息などのアトピー性疾患の発症を抑制し、宿主に利益をもたらすことである(3, 5)。しかし、免疫力の低下は癌の発生にも有利である。なぜなら、形質転換した細胞は免疫監視から逃れ、明らかな癌を発生させる可能性があるからである。

ナチュラルキラーグループ2のメンバーD(NKG2D)システムは、感染細胞や形質転換細胞の排除に重要な、よく特徴付けられた免疫監視システムである(6)。NKG2Dレセプターは、ナチュラルキラー(NK)細胞、細胞傷害性Tリンパ球(CTL)、ガンマデルタT細胞(γδT細胞)に発現しており(7、8)、これらはすべて粘膜免疫の一部である(9、10)。NKG2Dは、NKG2Dリガンド(NKG2D-Ls)であるMHCクラスIポリペプチド関連配列A(MICA)、MHCクラスIポリペプチド関連配列B(MICB)、UL16結合タンパク質1-6(ULBP 1-6)を認識する(6)が、これらは主に上皮や他の特定の細胞種によって細胞内に発現している(11, 12)。NKG2D-Lsの細胞表面発現は、感染(8, 13, 14)や癌化(15)のようなストレス条件下で特異的に増加する。受容体とリガンドの相互作用により、細胞傷害性免疫細胞が活性化され、リガンド発現細胞を排除する(7, 8, 13, 16)。NKG2D-Lの発現をダウンレギュレートするか、あるいはNKG2D-Lを可溶性タンパク質として細胞表面から放出し、細胞の免疫学的可視性を低下させることで、このメカニズムから逃れているウイルスもあるが、多くのがんもある(17-19)。可溶性NKG2D-Lはさらに、NKG2Dを発現するエフェクター細胞の抑制因子として働くことによって、免疫反応の強さを減弱させる。可溶性NKG2D-Lが受容体に結合すると、NKG2Dの発現が低下し、NKG2Dが介在する免疫力が低下し、免疫細胞の表現型が全体的に機能低下する(20-23)。

いくつかの研究から、NKG2Dシステムは粘膜のホメオスタシスにおいて重要な役割を担っており、微生物叢やある種の微生物代謝産物(短鎖脂肪酸;SCFAなど)が腸内のNKG2D-L発現を調節できることが示されている(14, 24-26)。興味深いことに、セリアック病(27)やクローン病(28)など、ピロリ菌の感染が有益と思われる疾患では、NKG2D-Lの発現が調節されず、炎症に関与している(5)。我々は最近、ピロリ菌がNKG2Dシステムを調節する可能性を示唆する結果を得た(26)。ここでは、この知見をさらに詳しく調べることを目的とした。ピロリ菌による胃炎および胃癌症例から採取したヒト胃生検の解析と、上皮細胞およびNK細胞を用いた細胞培養ベースの感染モデルを用いることにより、我々はピロリ菌がNKG2Dシステムを積極的に破壊する可能性があることを証明した。これまで知られていなかったこの免疫回避戦略は、ピロリ菌が胃粘膜にとどまることを助ける可能性があり、胃癌の発生を促進する可能性もある。

2 材料と方法
2.1 ヒト胃生検
ホルマリン固定・パラフィン包埋(FFPE)組織サンプルは、グラーツ医科大学病理学研究所のアーカイブから得た(補足表1)。H.ピロリの存在は、Warthin-Starry染色(29)および抗H.ピロリ抗体(クローンSP48;Ventana)によるIHCで判定した。組織使用は、グラーツ医科大学の施設審査委員会の承認を得た(EK-23-212ex10/11)。

2.2 病理組織学とIHC
FFPE組織は標準的なH&E染色を行った。免疫組織化学のために、厚さ2μmの切片をCD45に対する抗体(Clones 2B11 + PD7/26, Cat# GA75161-2, Agilent Technologies, RRID: AB_2661839)、CD8(クローンC8/144B、Cat# GA62361-2、Agilent Technologies)、CD56(クローンMRQ42;760-4596、Ventana Medical Systems)およびNKp46(クローン195314、MAB1850、R and D systems、RRID:AB_2149153)。CD45とCD8の検出のために、スライドをDako Omins装置でEnVision FLEX染色システムを用いて染色し、CD45の検出にはEnVision FLEX TRS、High pH、97℃で30分間Antigen-Retrievalを用い、CD8の検出にはEnVision FLEX TRS、Low pH、95℃で24分間EnVision FLEX TRSを用いた。EnVision FLEX Peroxidase-Blocking-Reagent で3分間ブロッキングし、一次抗体を36℃で20分間インキュベートし、検出にはEnVision FLEX HRPとEnVision FLEX Mouse Linkerを使用しました。CD56とNKp46の検出には、CC1 Standard (Ventana)を用い、CD56検出には95℃で32分間、NKp46検出には95℃で64分間、スライドをVentanaシステムで染色した。CD56抗体はすぐに使用でき、36℃で16分間インキュベートし、NKp46抗体は1:100に希釈し、36℃で1時間インキュベートした。検出にはultraView Universal DAB Detection Kit(Ventana)を使用した。MICA/Bの検出には、クエン酸ナトリウム緩衝液pH6.0(Gatt-Koller)中、マイクロウェーブで40分間抗原回収を行った。内因性ペルオキシダーゼ活性は、メタノール中 3% H2O2 で 15 分間阻害した。非特異的タンパク質結合のブロッキングと検出には、UltraVision LP Detection System HRP Polymer (Ready-to-use) (TL-060-HL; Thermo Scientific)を用いた。切片を一次MICA/B抗体(クローンF-6; 希釈度1:100; Santa Cruz Biotech, RRID: AB_2143751)とRTで1時間インキュベートした。切片はMayer's hemalum solution(Merck)で対比染色し、Entellan(Merck)をマウントメディウムとして用いた。病理学者(GG)がすべての免疫組織化学を評価し、採点した。CD45、CD8、CD56およびNKP46は、組織切片1mm2あたりの陽性細胞を定量することにより評価した。MICA/B染色は、上皮細胞および固有層における染色の強さを評価することによりスコア化した(0=欠失、0.5=非常に弱い、1=弱い、1.5=弱~中、2=中、2.5=中~強、3=強)。さらに、個々のスナップ凍結(2-メチルブタン)胃生検切片をMICA/B染色に供した。

2.3 qPCR
FFPEサンプル(7切片、厚さ各5μm)からの全RNAは、脱パラフィン液(Qiagen)およびDNase処理工程を含むRNeasy FFPEキット(Qiagen)を用いて単離した。細胞培養物からの全RNAは、NucleoSpin® RNA extraction kit(Machery-Nagel)またはTRIzol reagent(Invitrogen)を用いて単離した。RNAの質と量は、NanoDrop™ 2000c(Thermo Fisher Scientific)を用いて分光光度法で測定した。cDNA合成には、High Capacity cDNA Reverse Transcription kit(Applied Biosystems社製)とRNAase inhibitor(Applied Biosystems社製)を用いた。qPCRは、CFX384 qPCR thermocycler(BioRad 社製)を用い、SYBR® Green PCR Master Mix(Applied Biosystems社製)を用いて行った。SYBR® Greenの標準プロトコルは、95℃で10分、97℃で15秒、60℃で1分のサイクルを39回行い、その後60℃で15秒、95℃までの最終融解ステップを行った。本研究で使用したオリゴヌクレオチドプライマーを補足表2に示す。参照遺伝子としてグリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼ(GAPDH)を用いた。qPCRデータは、図1Cでは-ΔCtとして、他のすべての図では相対発現比として報告されている。相対発現比はPfafflの方法(式1)に従って計算した(30)。相対発現比を算出するための対照群として、時点 0 h で採取した細胞を用いた。

図1
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図1 ピロリ菌感染と胃がんにおける炎症とNKG2Dシステム。健常対照者(Healthy)、ピロリ菌胃炎症例(HpG)、胃腺がん症例(Cancer)の胃生検で免疫表現型を解析した。 A, B)白血球(CD45)、CTL(CD8)、NK細胞(CD56, NKp46)のH&EおよびIHC染色。(A)代表的な画像、スケールバー: 100 µm。(B)組織1mm2あたりの陽性細胞の定量化 n=10-30/群、データは正規分布に従わない、中央値±四分位範囲、Kruskal-Wallis検定およびDunn検定。(C)NKG2D、MICA、MICBのqPCR解析、各群n=8-16。データはShapiro-Wilk正規性検定、平均値±SD、一元配置分散分析、Tukeyの検定に合格した。*P <0.05; **P <0.01; ***P <0.001; ****P <0.0001. nsは有意ではない。

2.4 細胞株
ヒト胃上皮細胞株AGS(雌性、ATCC番号:CRL-1739、RRID:CVCL_0139)はCell Lines Service(Eppelheim、ドイツ)から入手し、ヒト胃上皮細胞株MKN28(雌性、RRID:CVCL_1416)はSilja Wessler博士(Department of Biosciences and Medical Biology, Paris Lodron University of Salzburg, Austria)の好意により提供されたもので、もともとはJapanese Collection of Research Bioresources(JCRB;http://cellbank.nibio.go.jp/)から入手した。これらの細胞株へのピロリ菌の接着は確認され、感染に対する細胞応答はSchneiderらによって特徴づけられた(31)。AGSおよびMKN28細胞は、2 mmol/L L-グルタミン(ギブコ)、5 mmol/L HEPES(ギブコ)および10%ウシ胎児血清(FBS)(ギブコ)を添加したRPMI 1640培地(ギブコ)で培養した。ヒトナチュラルキラー細胞株NKL(雄性、RRID:CVCL_0466)は、Francisco Borrego博士(Biocruces Bizkaia Health Research Institute、Barakaldo、スペイン)のご厚意でいただいた。慢性骨髄性白血病細胞株K562(雌、RRID:CVCL_0004)はATCCから入手した(cat # CCL-243)。NKLおよびK562細胞は、100単位/mlペニシリン、100mg/mlストレプトマイシン(ギブコ)、1mmol/Lピルビン酸ナトリウム(ギブコ)、0,1mmol/L非必須アミノ酸(ギブコ)および58μmol/L 2-メルカプトエタノール(シグマ・アルドリッチ)を添加したRPMI1640培地で培養した。K562細胞にはさらに10% FBS(ギブコ)を添加した。NKL細胞には、50units/ml組換えヒトIL-2(Peprotech)、5%ヒト正常血清(MP Biomedicals™)、5%FBS(Gibco)を追加補充した。全ての細胞は、37℃、5%CO2 の飽和水蒸気中で培養した。

2.5 細菌
ピロリ菌P12野生株(Western cagA EPIYA-ABCCを発現し、遺伝子型がvacA s1/m1のもの)(32, 33)、およびアイソジェニック変異株P12 ΔcagA、ΔcagL、ΔvacAは、Silja Wessler博士(Department of Biosciences and Medical Biology, Paris Lodron University of Salzburg, Austria)の好意により提供された。ピロリ菌は10%ウマ血清を含む寒天平板上で、37℃の微好気条件下で培養した。C. acnes PA-2.2株の由来と培養については、最近述べた(26)。

2.6 感染アッセイ、酪酸処理およびメタロプロテアーゼ阻害
AGS、AGS-MICAおよびMKN28細胞を6ウェルプレートに播種し、70%コンフルエントになるまで48時間培養した。H. pylori株は寒天プレート上で48時間培養した後、細胞培養培地で採取し、感染に使用した。C.acnesは寒天プレート上で72時間培養した後、細胞培養培地で光学密度(OD600)が0.1になるまで採取し、さらに24時間培養した。その後、H. pylori P12とこれらの胃上皮細胞株を用いて感染実験を行った他の研究(34, 35)に従って、感染倍率(MOI)50で細胞を感染させ、24時間および48時間培養した。これらの感染条件は、過剰な細胞死を引き起こすことなく、上皮細胞株に著しい表現型の変化を引き起こす(補足図1)。ピロリ菌WT株への感染は、ハチドリ表現型[CagAにより誘導される(36)]と液胞形成[VacAにより誘導される(37)]を誘導した(補足図12)。これらの表現型の変化は、細胞をそれぞれの変異株(ΔcagAおよびΔvacA)に感染させた場合には起こらなかった。ΔcagL株への感染でもハチドリ表現型は誘導されなかったが、これはCagLが宿主細胞へのCagA移行とそれに続くCagA依存的な細胞改変に必須であるという考え方と一致する(38)。対照処理として、MICA/Bの発現を誘導することが示されている2mmol/L酪酸(Sigma Aldrich)を用いた(26, 39)。メタロプロテアーゼ阻害のために、MMPおよびADAMプロテアーゼの広範な阻害剤であるバチマスタット(BB94)(Sigma Aldrich)をDMSOで希釈し、AGSおよびMKN28細胞に10μmol/Lで、ピロリ菌または酪酸塩と同時に添加した(40)。溶媒対照としてDMSOのみを添加した。

2.7 ELISA法
細胞培養上清を0.22 µMの滅菌フィルターに通し、Amicon® Ultra-2 mL Centrifugal Filters(MerckMillipore社製)を用いて濃縮した。Amicon® Ultra-2 mL Centrifugal Filtersには、すべての培養上清を同じ開始量(2 ml)で添加し、すべてのサンプルが500 µl以下になるまで遠心した。この手順ですべてのサンプルがわずかに異なる容量になったため、次に新しい試薬希釈液の量を変えてサンプルに加え、すべてのサンプルを等容量の500 µlに調整した。この4倍濃度を考慮するため、ELISA測定値を4で割り、この最終値を図2、3に報告した。ELISAは、Human MICA Duoset ELISA kit(R&D社製)およびHuman MICB Duoset ELISA kit(R&D社製)を用い、メーカーのプロトコールに従って実施した。読み出しはSPECTROstar Omega Plate Readerで行った。

図2
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図2 ピロリ菌に依存したNKG2D-Lの発現調節とタンパク質分解による可溶性放出。MKN28細胞にC. acnes、酪酸、H. pylori WTを24時間および48時間作用させた(A)。(B)細胞培養上清中の可溶性MICAおよびMICBレベルをELISAで測定した。実験は3回行った。平均値±SD、一元配置分散分析およびTukeyの検定(ns、有意ではない、*P <0.05; **P <0.01; ***P <0.001; ****P <0.0001)。(C)MKN28およびAGS細胞を、H. pylori WTまたは2mM酪酸で48時間チャレンジした。同時に、細胞をDMSOに溶解した10μmol/Lバチマスタット(=バチマスタット+)または溶媒対照としてDMSOのみで処理した(=バチマスタット-)。細胞培養上清中の可溶性MICAおよびMICBタンパク質をELISAで測定した。実験は3回行った。平均値±SD、batimastat -対batimastat +のt検定、各処置群について(ns、有意ではない、*P <0.05; ***P <0.001; ****P <0.0001)。

図3
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図3 H. pylori病原因子に依存したNKG2D-L発現および可溶性放出の調節。MKN28細胞にH. pylori WTおよびアイソジェニック変異体ΔcagA、ΔcagL、ΔvacAを24時間および48時間作用させた(A)MICAおよびMICBのmRNAレベルをqPCRで測定した。(B)細胞培養上清中の可溶性MICAおよびMICBレベルをELISAで測定した。(C-E)AGS-MICA細胞にH. pylori WTおよびアイソジェニック変異体ΔcagA、ΔcagLおよびΔvacAを24時間チャレンジした(C)MICA mRNAレベルはqPCRで測定した。(D)細胞溶解液中のMICAタンパク質をウェスタンブロットで測定した。(E)細胞培養上清中の可溶性MICAタンパク質をELISAで測定した。実験は3回行った。平均値±SD、一元配置分散分析およびTukeyの検定(ns、有意ではない、*P <0.05; **P <0.01; ***P <0.001; ****P <0.0001)。

2.8 AGS細胞のトランスフェクション
MICA対立遺伝子019(A5)を発現するAGS細胞(AGS-MICA細胞と呼ぶ)の作製には、Paul Lehner教授(Cambridge Institute for Medical Research、英国ケンブリッジ)から贈られたレンチウイルスベクターpHRSIN(41)を用い、脾臓集束形成ウイルス(SFFV)プロモーターの制御下でMICA019を発現させ、構成的で高レベルの遺伝子発現を行った。MICA*019は、これらの対立遺伝子変異体(42)に典型的な特徴をすべて備えた完全長のMICAタンパク質をコードしている。レンチウイルスは、プラスミドpCMVR8.91およびpMD2GとともにpHRSINで293T細胞をトランスフェクションすることによって作製した。トランスフェクションの2日後、レンチウイルスを含む培養液を採取し、濾過して-80℃で保存した。各レンチウイルス導入について、0.3×106個のAGS細胞を、1μmol/LのTBK1阻害剤BX795(InvivoGen)および8μg/mLのPolybrene(Sigma-Aldrich)の存在下、0.75mLのウイルス上清と混合し、6ウェルプレート(BD Biosciences)の1ウェルに播種した。遠心後、ウイルス上清を除去することなく、5%CO2雰囲気下、37℃で4~6時間インキュベートし、同じ条件で再度遠心した。ウェルから上清を除去し、新しい増殖培地を加えた。2週間の培養後、AGS-MICAトランスフェクタントをAlexa Fluor® 647抗ヒトMICA/MICB Antibody (BioLegend Cat# 320914, RRID: AB_2266419)で染色し、FACSでソートした。

2.9 ウェスタンブロット
細胞培養のタンパク質溶解液を、0.1 mmol/L Pefabloc、1 mmol/L DTT、cOmplete Mini EDTA-free、PhosSTOP(Roche)を含むRIPAバッファー(Merck Millipore)で調製した。タンパク質濃度は、BioRad Protein Assay Dye Reagent(BioRad Laboratories)を用いて測定した。タンパク質を10%(v/v) (SDS)-ポリアクリルアミドゲルにロードし、電気泳動にかけた後、PVDF膜(Immobilon-P, Merck Millipore)にブロッティングした。ブロッティング効率はPonceau S溶液(Sigma Aldrich)で染色することにより決定した。非特異的結合は、0.1%(v/v)Tween20(Merck Millipore)を加えたトリス緩衝生理食塩水(TBS)中、5%(w/v)脱脂乾燥乳(Bio-Rad Laboratories)で1時間ブロックした。その後、膜を一次抗体MICAビオチン化抗体(R&D Systems Cat# BAF1300、RRID: AB_355943、1:2000)と4℃で一晩インキュベートし、続いてストレプトアビジン-HRP(R&D Systems DY998、1:5000)とRTで1時間インキュベートした。ローディングコントロールとして、膜をGAPDH抗体(Cell Signaling Technology #2118 、1:1000)と4℃で一晩インキュベートし、続いてウサギIgG HRP連結F(ab′)2(Merck、GENA9340-1ML、1:5000)とRTで1時間インキュベートした。免疫標識はECL™ Select Western Blotting Detection Reagent(Merck、GERPN2235)を用いて検出し、ImageQuant™ LAS 500で可視化した。バンド強度の定量は、Image Lab Software(Bio-Rad)を用いて行った。

2.10 フローサイトメトリー
細胞をAccutase®(Thermo Fisher Scientific)で回収し、Alexa Fluor 647抗ヒトMICA/B抗体(BioLegend, Cat# 320914, RRID: AB_2266419)で4℃、1時間染色した。フローサイトメトリーは、CytoFLEX Sフローサイトメーター(Beckman Coulter)を用い、製造元のプロトコールに従って行った。フローサイトメトリーデータの解析には、ソフトウェアCytExpert(Beckman Coulter)を使用した。フローサイトメトリーの結果は、蛍光強度の中央値(MFI)で表した。

2.11 免疫蛍光
細胞をflexiPERM®(Sarstedt社製)を用いた粘着性スライド(QPath社製)上で増殖させ、感染アッセイを上述のように実施した。その後、細胞を4%ホルムアルデヒド(Thermo Scientific #28906 )で固定し、Alexa Fluor® 647抗ヒトMICA/MICB抗体(BioLegend Cat# 320914, RRID: AB_2266419, 1:100)とインキュベートする前に0,1%サポニンで透過処理した。核のカウンター染色には4',6-Diamidin-2-phenylindol (DAPI)を用いた。蛍光染色は、Zeiss LSM510 Meta Confocal Microscopeを用いて解析した。細胞あたりの蛍光強度の定量には、NikonのソフトウェアNIS-Elements General Analysis (GA3)を使用した。

2.12 MICAジェノタイピング
MICA遺伝子の膜貫通領域におけるマイクロサテライトリピート多型のジェノタイピングは、記載(43)に従って行った。断片サイズはPeak Scanner v1.0 software (Applied Biosystems)を用いて決定した。細胞株Jurkat (A5.1/A6)、J82 (A5.1/A6)、RT4 (A5.1)およびRT112 (A4)を対照として用いた。

2.13 NKL細胞におけるNKG2D発現の解析
AGS-MICA細胞は、上記のようにピロリ菌に感染させないか、感染させた。24時間後、細胞培養上清を回収し、0.22 µMの滅菌フィルターを通し、遠心フィルター(Amicon Ultra-15, PLGC Ultracel-PL Membran, 10 kDa, Merck Millipore)で濃縮した。細胞培養上清を10倍に濃縮し、新鮮なRPMI培地で2倍希釈(5倍濃縮上清を作製)、5倍希釈(2倍濃縮上清を作製)した。次に、これらの上清(10倍、5倍、2倍濃縮)50 µlを、1ウェルあたり50 µlのNKL細胞に加え、さらに2倍希釈し、最終的に5倍、2,5倍、1倍濃縮上清でNKL細胞を処理した。NKL細胞を、5μg/mlのヒトMICA/B抗体(R&D Systems Cat# MAB13001、RRID: AB_2143621)またはマウスIgG2Aアイソタイプコントロール(R&D Systems Cat# MAB003、RRID: AB_357345)の存在下、これらの細胞培養上清で処理した。24時間後、NKL細胞をFITC抗ヒトCD94抗体(BioLegend Cat# 305504, RRID: AB_314534)またはヒトNKG2D/CD314抗体(R&D Systems Cat# MAB139, RRID: AB_2133263) で染色し、続いて予め吸着させたヤギF(ab')2抗マウスIgG - (Fab)'2 (PE) (Abcam Cat# ab5889, RRID: AB_955482)で4℃、30分間染色した。フローサイトメトリー測定値は、蛍光強度中央値(MFI)として表した。

2.14 NK細胞の細胞傷害性脱顆粒の解析
上記のように、NKL細胞をAGS-MICA細胞の細胞培養上清で処理した。FITC抗ヒトCD94抗体(BioLegend Cat# 305504, RRID: AB_314534)およびAPC抗ヒトCD107a(LAMP-1)抗体(BioLegend Cat# 328620, RRID: AB_1279055)で4℃、30分間染色した。フローサイトメトリー測定値は、CD94+細胞のうち、LAMP-1+細胞の割合で表した。

2.15 統計分析
細胞培養アッセイでは、3つの独立した実験から得られたデータを組み合わせ、パラメトリック検定を実施して、群間の統計学的有意差を決定した。一元配置分散分析(ANOVA)は、3つ以上の群を比較するために使用され、Dunnettの多重比較検定は各群の平均を1つの対照群の平均と比較するために、Tukeyの多重比較検定は各群の平均を他の各群の平均と比較するために使用された。独立した2群の比較には、対応のない両側Studentのt検定を用い、1群の平均と理論平均1との比較には1標本のt検定を用いた。患者の生検データは、Shapiro-Wilk検定を用いて正規性を検定した。その後、正規分布の標本集合についてはt検定またはANOVAによる統計解析を行い、ノンパラメトリック解析についてはKruskal Wallis検定による解析を行った。ポストホック検定として、ダンの多重比較検定を適用し、各群の平均順位と他の各群の平均順位を比較した。P<0.05の値を有意とした(*P <0.05; **P <0.01; ***P <0.001; ****P <0.0001)。統計解析はGraphPad Prism 9を用いて行った。

3 結果
3.1 ピロリ菌感染と胃がんにおけるNKG2Dシステムの変化
ピロリ菌は胃粘膜に強い炎症を惹起するが、免疫浸潤におけるCTLやNK細胞のようなNKG2Dレセプターを保有するエフェクター細胞の寄与については十分に説明されていない(44)。我々は、健常対照者(Healthy)、ピロリ菌胃炎症例(HpG)および胃腺癌症例(Cancer)の生検を免疫組織化学(IHC)により免疫表現型分類した(図1A、B)。HpGは健常対照と比較して粘膜中の白血球数(汎白血球マーカーCD45)が有意に多かった。白血球数もまた、癌では健常対照群と比べて有意に多かった(図1A、B)。しかし、CTL(CD8)とNK細胞(CD56、NKp46)の数は、HpGでは健常対照と変わらなかった。がんでは、CTL(CD8)は健常対照と比べて有意に少なく、NK細胞(CD56、NKp46)は健常対照と比べて有意に多かった(図1A、B)。全体として、HpGと対照群では、NK細胞マーカーCD56とNKp46では、まばらなNK細胞シグナルしか検出されなかった。追加のNK細胞マーカー遺伝子の遺伝子発現解析により、HpGではNK細胞誘導が観察されないことが確認された(補足図3)。次に、NKG2D系遺伝子(NKG2D、MICA、MICB)の発現をqPCRで評価した(図1C)。NKG2D受容体の発現は、健常対照と比較してHpGでは有意に低く、がんではさらに低かった(図1C)。リガンドであるMICAの発現は、HpGでは変化しなかったが、がんでは健常対照と比較して低かった。MICBの発現は、健常対照と比較して両条件で有意に高かった(図1C)。リンパ球マーカーおよびNKG2D系遺伝子の発現には、性別による有意差は認められなかった(データは示さず)。まとめると、H. pyloriに関連した病態では全体的な免疫活性化が強いにもかかわらず、胃炎ではCTLおよびNK細胞の数は健常者と比べてそれほど変化していないようである。重要なことは、NKG2Dレセプターの発現が有意に低下し、NKG2D-L MICBが誘導されることである。ほとんどのがんサンプルがピロリ菌陰性であったことから、NKG2DとMICBの調節異常は、がんによる免疫回避によるものと考えられた。しかしHpGでは、これらの遺伝子の調節が観察されたことから、ピロリ菌がNKG2Dシステムを操作していることが示唆された。

3.2 ピロリ菌に依存したNKG2D-Lの発現調節とタンパク質分解による可溶性放出
NKG2Dの回避は通常、NKG2D-Lの発現抑制か、細胞表面からの可溶性NKG2D-Lの放出によって起こる(17, 18)。MICAおよびMICB遺伝子の発現調節におけるピロリ菌の潜在的役割を明らかにするため、胃上皮細胞株MKN28にピロリ菌P12野生型(WT)株を感染させた。以前にNKG2D-Lの発現を誘導することが示されているCutibacterium acnes(C.acnes)とSCFAである酪酸での処理が対照となった(26, 39)。24時間と48時間の処理後、MICAとMICBのmRNA発現をqPCRで測定した(図2A)。酪酸は非感染細胞と比較して両遺伝子を誘導したが、C. acnesはMICBのみに大きな影響を与えた(図2A)。重要なことは、H. pylori WT感染は非感染細胞に比べてMICAとMICBのmRNAレベルを有意に増加させ、誘導は時間の経過とともに増加したことである(図2A)。MICBはMICAよりも誘導され、誘導の程度はこれらの細胞株におけるMICAおよびMICBのベースラインmRNA発現レベルと負の相関があるようであった(補足図4)。H.ピロリ菌感染はまた、非感染細胞と比較して、NKG2D活性化因子インターロイキン15(IL-15)、NKG2DリガンドULPB1およびULBP2、NKG2D阻害因子トランスフォーミング増殖因子β(TGF-β)の遺伝子発現を上昇させたが、NKG2D阻害因子マクロファージ遊走阻止因子(MIF)は誘導されなかった(補足図5、6)(45, 46)。

次に、ピロリ菌感染が可溶性NKG2D-Lsの放出に影響するかどうかを調べた。これを決定するために、感染したMKN28細胞の細胞培養上清中の可溶性MICA(sMICA)と可溶性MICB(sMICB)のレベルをELISAで分析した(図2B)。酪酸は、非感染細胞と比較して、特に48時間でsMICAおよびsMICBレベルを誘導したが、C. acnesは誘導しなかった(図2B)。このことは、この細菌がNKG2Dシステムを回避するのではなく、活性化するという考え方と一致している(26)。重要なことに、ピロリ菌のWT感染は、非感染細胞に比べてsMICAとsMICBを、特に48時間において有意に増加させた(図2B)。ピロリ菌感染後の胃上皮細胞株AGSでは、MICB遺伝子の発現誘導はわずかであったにもかかわらず、sMICBも有意に増加した(補足図7)。AGS細胞の上清にはsMICAが検出されなかったが、これはこの細胞株がタンパク質のフォールディングを阻害する1個のアミノ酸置換(46)のためにMICAタンパク質を欠損しているためである(47)。

次に、sMICAとsMICBの可溶性放出の様式を明らかにすることを目指した。NKG2D-Lsは、細胞種、対立遺伝子、処理条件によって、タンパク質分解による脱落、 あるいは細胞外小胞(EVs)を介して、細胞表面から放出される(補足図8)(48, 49) 私たちの細胞株の遺伝子型を調べたところ、MICA対立遺伝子A5(AGS)とA6(MKN28)のホモ接合体であることがわかった。MICBに関しては、細胞外小胞放出に関連する対立遺伝子は知られていない。H.ピロリ感染細胞の上清から調製した細胞外小胞濃縮調製物は、細胞外小胞を含まない上清と比較して、MICA/Bタンパク質の量はごくわずかであったことから、これらの細胞株ではMICA/Bの細胞外小胞放出が関連しないことが示唆された(補足図9)。次に、MICA/Bの可溶性放出を誘導するために、MKN28およびAGS細胞をピロリ菌WTまたは酪酸で処理し、同時にDMSOに溶解した広域メタロプロテアーゼ阻害剤batimastatを添加した(40)。溶媒対照として、DMSOのみを添加した。処理48時間後、ELISAでsMICAとsMICBを評価した(図2C)。バチマスタットは、MKN28細胞およびAGS細胞からのsMICAおよびsMICBの放出を有意に阻害した(図2C)。このことは、H. pyloriおよび酪酸によって誘導されるsMICA/Bの放出、およびその構成的放出は、特異的に阻害できるメタロプロテアーゼによって媒介されることを示している(図2C)。ADAM17とMMP9のサイレンシングは、MICA/Bのタンパク質分解性遊離に以前から関連していた2つのプロテアーゼ(40, 50-53)であるが、遊離頻度に有意な影響はなかった(補足結果および図10)。従って、H. pylori感染におけるMICA/Bの脱落に関与する特異的なメタロプロテアーゼは、まだ明らかにされていない。以上より、ピロリ菌のWT感染は胃上皮細胞においてNKG2D-Lsの遺伝子発現とタンパク質分解による脱落を誘導し、NKG2Dシステムの回避を示唆している。

3.3 H. pylori病原因子に依存したNKG2D-Lの発現と可溶性放出の調節
NKG2D-Lの調節におけるH. pyloriの主要な病原因子の役割の可能性を明らかにするために、細胞毒素関連遺伝子A(ΔcagA)、細胞毒素関連遺伝子L(ΔcagL)および液胞化細胞毒素A(ΔvacA)の同系変異体をMKN28細胞に感染させた(3)。ΔcagAおよびΔcagL変異体による感染では、MICAおよびMICBのmRNA発現レベルがわずかに低下しただけであったが、ΔvacA変異体による感染では、WTによる感染と比較して、MICAおよびMICBのmRNA発現レベルが大幅に低下した(図3A)。したがって、vacAはNKG2D-L mRNAの発現を誘導するために特に重要であるようである。可溶性NKG2D-Lに関しては、3つの変異体(ΔcagA、ΔcagL、ΔvacA)すべてに感染させるとsMICAレベルが低下し、ΔcagAおよびΔcagL変異体に感染させると48時間後のsMICBレベルがWTに感染させた場合と比較して有意に低下した(図3B)。そこで我々は、cagAとcagLがNKG2D-Lsの可溶性放出を誘導するのに重要である可能性を推測した。注目すべきことに、ΔvacA変異体を感染させた細胞は、24時間から48時間まで、MICB mRNAレベルの増加なしにsMICBレベルの増加を示した。また、ΔcagAおよびΔcagL変異体に感染した細胞は、MICB mRNAレベルが有意に低いにもかかわらず、同様のsMICBレベルを示した。これらの観察に基づき、我々は、ピロリ菌がNKG2D-L遺伝子の発現に対する影響とは無関係に可溶性NKG2D-Lsの放出を誘導している可能性があると仮定した。NKG2D-L遺伝子の発現に対する影響とは無関係に可溶性NKG2D-Lsの放出に対するピロリ菌の影響を具体的に調べるために、我々は、NKG2D-L遺伝子およびタンパク質の発現がピロリ菌の影響を受けない細胞株を使用することを目的とした。この目的のために、MICA mRNA発現がH. pylori感染の影響を受けず(補足図7A)、MICAタンパク質欠損の細胞株AGSを用いた(補足図7B)(47)。ピロリ菌の影響を受けにくい構成的なMICAタンパク質発現を達成するために、脾臓集束形成ウイルス(SFFV)プロモーターによって駆動されるMICA過剰発現構築物でAGS細胞をトランスフェクトした(このトランスフェクタントをAGS-MICAと呼ぶ)。予想通り、AGS-MICAトランスフェクタントにH. pylori WTまたはΔcagA、ΔcagL、ΔvacA変異体を感染させても、全細胞溶解液中の総MICA mRNA発現量(図3C)および総MICAタンパク質レベル(図3D;補足図11)に有意な影響はなかった。重要なことに、AGS-MICA細胞の細胞培養上清中のsMICAレベルは、H. pylori WTによるチャレンジ後、非感染細胞と比較して有意に増加した(図3E)。これは、MICA遺伝子およびタンパク質発現に影響がない場合でも、H. pyloriが可溶性MICAの放出を誘導することを示している。sMICAの増加もΔvacA株感染後に認められたが、ΔcagA株およびΔcagL株感染後には非感染細胞と比較して認められなかった(図3E)。以上のことから、MICA/B遺伝子の発現誘導はvacA依存的なプロセスであり、MICAの可溶性放出はcagA/L依存的であると考えられる。これらの病原性因子依存的な作用が組み合わさると、大量の可溶性NKG2D-Lが放出され、一方、上皮細胞は細胞表面のNKG2D-Lのレベルが低下し、免疫監視から保護される可能性がある。

3.4 H. pylori感染によるNKG2D-Lsのトランスロケーション
ピロリ菌がNKG2D-Lsの細胞表面発現に及ぼす影響を調べるため、フローサイトメトリーで細胞表面のMICA/Bタンパク質を測定した(図4A)。非感染AGS-MICA細胞では、細胞表面のMICA/B染色は時間とともに増加したが、これはこれらの細胞でMICA/Bが継続的に産生されているためと考えられる(図4A)。ピロリ菌に感染した細胞は、72時間後、非感染細胞と比較して有意に低いMICA/B表面染色を示したが、これはおそらく細胞表面からの可溶性MICA/Bの持続的放出によるものであろう(図4A)。免疫蛍光法による可視化でもこれらの所見が確認され、ピロリ菌感染細胞は72時間後、非感染細胞と比較してMICA/B染色が有意に少なかった(図4B、C)。

図4
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図4 ピロリ菌感染によるNKG2D-Lsのトランスロケーション。AGS-MICA細胞をH. pylori WTに24、48および72時間感染させた(A)MICA/B細胞表面発現をフローサイトメトリーで定量した。実験は3回行った。(B、C)透過処理した細胞内の全細胞性MICA/Bタンパク質を、抗MICA/B抗体(赤)とDAPI(青)による免疫蛍光(IF)染色で可視化した。(B)代表的な画像、スケールバー: 50μm。(C)IF顕微鏡写真における細胞あたりのMICA/B染色強度の定量化。実験は6回行った。aおよびcに示したデータは平均値±SDで表し、各時点における感染細胞対非感染細胞について、対にしない両側スチューデントのt検定を行っている(*P <0.05)。(D, E)健常対照(Healthy)、ピロリ菌胃炎症例(HpG)および胃腺癌症例(Cancer)の胃生検(FFPE)におけるMICA/BのIHC染色。(D) 代表的な画像。矢印は基底側上皮染色を、星印は固有層染色を示す: スケールバー:100µm。(E)0(=染色なし)から3(=強い染色)までの上皮および薄層前膜染色強度のスコアリングによる生検におけるMICA/Bの定量化、各群n=10-27、データは正規分布に従わない、バイオリンプロット(中央値、四分位数、全ポイント)、クラスカル・ワリス検定およびダンの多重比較検定(*P <0.05; **P <0.01; ****P <0.0001)。(F)凍結HpG生検の染色。明瞭な上皮下MICA/B沈着(矢印)を示す: スケールバー:50μm。

次に、ヒト胃生検におけるMICA/Bタンパク質の局在をIHCで評価した(図4D-F)。健常対照群では、上皮細胞に強い細胞内MICA/B染色が観察され(図4D、E)、推定される細胞内MICA/Bタンパク質局在化(11、12)と一致し、細胞がストレスに応答するための構成的準備態勢を示すと思われた。健常対照者では、薄層前膜にMICA/B染色がまばらにしか検出されなかった(図4D、E)。HpGでは、上皮のMICA/B染色は健常対照と比較して有意に低いか、全く見られなかった(図4D、E)。しかし、HpG症例では豊富なMICA/B染色が固有層に認められ、それは免疫浸潤に伴っているか、あるいは細胞結合を伴わずに遊離していた(図4D, E)。HpGのMICA/B染色は、上皮細胞の下に縁取りとして見られたことから(図4F)、上皮のMICA/Bが基底膜側から固有層側に移動していることが示唆された。胃癌では、上皮性MICA/B染色も健常対照と比較して低く、薄層前膜染色も高かったが、HpGほどではなかった(図4D、E)。性別によるMICA/B発現の有意差は認められなかった(データは示さず)。これらのデータを総合すると、HpGおよび胃腺がんでは、NKG2D-Lの上皮から固有層への転位が起こっている可能性が高い。その結果、薄層前膜の可溶性NKG2D-Lsは、NKG2Dを発現するエフェクター細胞と出会い、その細胞毒性を減弱させる可能性がある。

3.5 H. pylori感染上皮の可溶性NKG2D-LsはNKG2Dレセプターの表面発現とNK細胞の細胞傷害性脱顆粒を減少させる。
可溶性NKG2D-Lsは、エフェクター細胞のNKG2D発現を低下させ、それによってNKG2Dを介するエフェクター細胞の細胞傷害性を低下させることにより、NKG2Dを介する免疫の強力な抑制因子として働く(20-22)。H.ピロリ誘発可溶性MICA/Bがエフェクター細胞のNKG2D発現に及ぼす影響を調べるため、H.ピロリ感染細胞または非感染AGS-MICA細胞のフィルター滅菌細胞培養上清(「H.ピロリ感染上清」および「非感染上清」と呼ぶ)でNK細胞(NKL細胞株)をチャレンジした。上清はフィルターで濃縮し、3つの濃度(1倍、2.5倍、5倍濃縮)で適用した。sMICA/Bの影響を中和するために、抗MICA/B中和抗体(「α-MICA/B」と呼ぶ)を培養液に添加した。あるいは、アイソタイプコントロール抗体(「アイソタイプ」と呼ぶ)を用いた。チャレンジ24時間後、NK細胞タンパク質の細胞表面発現をフローサイトメトリーで解析した(図5A-C)。NK細胞表面マーカーCD94のコントロール測定では、いずれの処理後にも変化が見られなかったことから、NK細胞表面タンパク質の発現に対する上清の非特異的影響は除外された(図5B)。NKG2Dの発現は、未処理のNK細胞と比較して、H. pylori感染上清+アイソタイプで処理することにより減少し、その減少は濃度依存的であり、5倍濃縮上清で最大の減少が誘導された(図5B、C)。非感染上清+アイソタイプでの処理も、未処理のNK細胞と比較してNKG2D表面発現を低下させたが、H. pylori感染上清+アイソタイプと比較するとその程度は小さく(図5B、C)、AGS-MICA細胞からのNKG2D-Lの構成的脱落(図3E)と一致していた。重要なことに、抗MICA/B抗体の添加は、NKG2Dのダウンレギュレーションを有意に減弱させ(図5B、C)、上清中のsMICA/Bタンパク質がNKG2Dの発現低下を引き起こすことを示している。H. pylori感染上清の効果は抗MICA/B抗体の添加によっても完全には消失しなかったことから(図5B, C)、これらの上清中の他の因子もNKG2Dの発現低下に寄与していることが示唆された。

図5
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図5 H. pylori感染上皮由来の可溶性NKG2D-Lsは、NKG2Dレセプターの表面発現およびNK細胞の細胞傷害性脱顆粒を低下させる。(A)実験セットアップのスキーム。(B,C)NK細胞株NKLを、非感染AGS-MICA細胞(「非感染上清」)またはH. pylori感染AGS-MICA細胞(「H. pylori感染上清」)のフィルター滅菌細胞培養上清でチャレンジした。上清をフィルターで濃縮し、3種類の濃度(1x、2.5x、5x)で培養し、中和抗MICA/B抗体('α-MICA/B')またはアイソタイプコントロール抗体('isotype')のいずれかを添加した。24時間後、CD94とNKG2Dの細胞表面発現をフローサイトメトリーで解析した。5倍濃縮上清処理後のNKG2D発現を個別に示す(C, D) NKL細胞を上記のように5倍濃縮上清で24時間処理した後、K562細胞と2時間共培養した LAMP-1+細胞(CD94+細胞から)の割合をフローサイトメトリーで測定した。実験は3回行い、平均値±SD。一元配置分散分析およびTukeyの検定(*P <0.05; **P <0.01; ***P <0.001, ns, not significant)。

NKG2Dの発現低下の機能的帰結を明らかにするため、NKL細胞を腫瘍細胞株K562と2時間共培養した後、細胞傷害性脱顆粒のマーカーとしてNKL細胞上のリソソーム関連膜タンパク質1(LAMP-1)の細胞表面発現を測定し、腫瘍細胞に対するNK細胞の細胞傷害性反応性を示した(54)。K562細胞との共培養により、未処理のNKL細胞でLAMP-1の発現が著しく増加したことから(図5D)、腫瘍細胞への曝露によりNK細胞の細胞傷害性脱顆粒が活性化されることが確認された。次に、K562細胞との共培養の前に、上記のようにH. pylori感染または非感染AGS-MICA細胞の細胞培養上清でNKL細胞を前処理した。H.ピロリ感染上清+アイソタイプで前処理したNKL細胞は、未処理のNKL細胞と比較してLAMP-1の発現が有意に減少した(図5D)。この減少は、前処理中に抗MICA/B抗体を添加することで有意に逆転した(図5D)。このことは、H. pylori感染上清中のsMICA/Bタンパク質が、NK細胞の細胞傷害性脱顆粒を抑制するように作用していることを示している。非感染上清+アイソタイプで前処理したNKL細胞も、未処理のNKL細胞と比較してLAMP-1発現の減少を示したが、H. pylori感染上清+アイソタイプで前処理したNKL細胞と比較してその程度は低かった(図5D)。この減少は抗MICA/B抗体の添加では逆転しなかった(図5D)。従って、この減少はMICA/Bによるものではなく、これらの胃上皮細胞から分泌される他の免疫調節因子によるものであろう。注目すべきことに、ピロリ菌感染上皮細胞の上清でNKL細胞を前処理した場合、未処理のNKL細胞や非感染上皮細胞の上清で前処理したNK細胞と比較して、腫瘍細胞の殺傷力も低下した(補足図13)。まとめると、これらのデータは、ピロリ菌感染が胃上皮細胞から可溶性NKG2D-Lsの放出を誘導し、それがNKG2D受容体の発現低下とNK細胞の細胞傷害性脱顆粒の減弱につながることを示している。したがって、ピロリ菌によるNKG2Dシステムの障害は、免疫監視機能を弱め、胃癌の発生を促進する可能性がある(図6)。

図6
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図6 ピロリ菌によるNKG2Dシステムの調節を強調した図式。健康な上皮はMICAとMICBタンパク質を細胞内に貯蔵している。ストレスが加わると、MICA/Bは細胞表面に発現し、免疫受容体NKG2Dと結合し、NKG2Dを阻害するエフェクター細胞による免疫攻撃を活性化する。ピロリ菌感染時には、病原因子CagAとVacAがMICA/Bの発現とタンパク質分解排出を変化させる。可溶性MICA/Bタンパク質は、NKG2Dと結合することによって免疫回避につながり、その結果、NKG2Dは内在化され、ダウンレギュレーションされ、リンパ球の細胞傷害性が抑制される。胃の固有層におけるNK細胞や細胞傷害性T細胞の機能低下は、形質転換細胞が免疫監視から逃れ、腫瘍の発生を促進する可能性がある。スキームはBioRender (https://biorender.com)で描いた。

4 考察
免疫活性化レセプターNKG2Dとそのリガンドは、感染や癌化などの細胞ストレスに応答してNK細胞、細胞傷害性T細胞、γδT細胞を活性化するのに重要な免疫認識系である(6)。NKG2D系は粘膜免疫に関与し(24)、胃炎、セリアック病、クローン病などの消化管病態で変化する(26-28)。また、NKG2Dは腫瘍の免疫監視にも重要な役割を果たしており、腫瘍だけでなくウイルスもNKG2D依存性免疫から逃れるメカニズムを獲得している(17)。ヒト組織と細胞培養ベースの感染モデルを用いて、我々はNKG2Dシステムがピロリ菌によって影響を受ける可能性があることを示した。NKG2D-Lの発現誘導と可溶性分子としてのこれらのリガンドの放出は、ピロリ菌の病原性因子に依存した過程であり、粘膜のNKG2D-L沈着はピロリ菌に関連した病態において明らかであった。可溶性NKG2D-Lのエフェクター細胞への影響をモデル化することにより、我々はピロリ菌がNKの細胞傷害活性を減弱させる能力を検証し、この著名なヒト病原体によるこれまでにない免疫回避機構の証拠を得た。

胃のピロリ菌感染は粘膜の顕著な炎症を特徴とし、炎症促進性(例えば、Tヘルパー細胞Th1、Th17)だけでなく抗炎症性(例えば、Treg)を持つ血漿細胞、B細胞、T細胞が豊富に浸潤する。これらの白血球の個々の構成は、疾患の経過に影響を及ぼす(44, 55)。ピロリ菌陰性および陽性の人の胃におけるCTLとNK細胞の役割はあまり定義されておらず(44)、これらの細胞型の量も様々であることが報告されている(56-59)。われわれは、ピロリ菌胃炎では全般的な免疫浸潤が強いにもかかわらず、IHCによるNK細胞およびCTL数の誘導を見いださなかった。NKG2DはNK細胞の主要な活性化レセプターの一つであり、CTLの主要な共刺激レセプターでもある(6)。我々は、qPCRによってNKG2D遺伝子の有意な発現低下を観察した。並行して、NKG2D-L MICBは胃炎および腺がん症例で有意に発現上昇しており、NKG2D系の調節異常が示唆された。NKG2D-L以外にも(60)、ある種のサイトカインがNKG2Dレセプターの発現を制御している可能性があり、例えばIL-15は誘導因子として、TGF-βやMIFは抑制因子として作用する(45, 46)。我々は、ピロリ菌感染がAGS細胞とMKN28細胞においてIL-15とTGF-βを誘導するのに対し、MIFは誘導されないことを見出した。これらのサイトカインは、上皮細胞だけでなく、白血球や間質細胞など他の細胞型でも産生される可能性があることから、様々な細胞型が、様々な胃病態におけるNKG2Dシステムの調節異常に影響を及ぼす可能性がある。

NKG2D-Lは健康な状態では一般的に細胞表面には存在しない(12)。腸内では、NKG2D-Lの発現は微生物叢によっても制御されている(25)。しかしながら、感染症や腫瘍性形質転換のようなストレス状態は、NKG2D-Lの新規発現と表面表示を誘導する(8, 13-15)。このような表面発現の誘導は、ウイルスや腫瘍によって、NKG2D-Lの発現をダウンレギュレートするか、NKG2D-Lを細胞表面から可溶性タンパク質として放出することで克服することができる(17-19, 61, 62)。可溶性NKG2D-Lは、NKG2Dを発現するエフェクター細胞の抑制因子として働くことにより、免疫反応の強さを減弱させる。NKG2D-Lsがレセプターに結合すると、NKG2Dのダウンレギュレーションが起こり、NKG2Dが介在する免疫が低下し、エフェクター細胞の機能が全般的に障害される(20-23)。細胞培養に基づく感染モデルを用いて、ピロリ菌が胃の上皮細胞に感染すると、NKG2D-LsであるMICAとMICBの遺伝子発現と可溶性放出の両方が誘導され、MICA/Bの細胞表面発現が低下することを見出した。生体内では、胃炎および腺癌症例において、MICA/Bは上皮細胞で減少したが、固有層に蓄積した。NK細胞は発がんの早期発見に必須であることから(63)、胃炎の薄層前膜における可溶性NKG2D-Lsは、自然発生的な形質転換細胞の駆除を阻害し、それによって発がんを促進する可能性がある。胃腺癌では、通常ピロリ菌は進行すると胃から消失し(64)、臨床的な癌の診断までには検出されなくなるため、固有層におけるMICA/Bレベルの上昇は、癌自身による免疫回避の結果である可能性が高い。可溶性NKG2D-Lsの放出は進行がんで一般的であり、可溶性NKG2D-Lsの高い血清レベルは、NKG2D発現の全身的低下と相関し、高いがん病期、転移性疾患、全体的な予後不良と相関する(20, 65-67)。がんにおけるNKG2D系の回避を克服する治療への応用は、他の腫瘍免疫療法を補完するものとして有用であり、現在研究が進められている(18)。我々の研究では、NKG2Dを介する免疫反応において最も広く研究されている細胞型であるNK細胞に焦点を当てた。γδT細胞のような他のNKG2D発現細胞型も腫瘍免疫において重要な役割を果たすことが示された(15, 68)。γδT細胞は上皮内リンパ球(IEL)として腸粘膜に多く存在し、免疫監視と組織の恒常性維持に重要な役割を果たしている(69)。従って、ピロリ菌によるγδT細胞の阻害は、細菌の持続と腫瘍性プロセスの促進にも寄与する可能性がある。

H.ピロリ株は、主要な病原性因子であるvacAとcagAの対立遺伝子組成が異なる。vacAは孔を形成する毒素であり、すべての菌株がvacA遺伝子を保有しているが、異なる対立遺伝子が存在し、s1、m1、i1の対立遺伝子は胃がんのリスクが高いことに関連している(1)。CagAは宿主細胞の様々なシグナル伝達プロセスを阻害し、cagA遺伝子は癌遺伝子と考えられている(70)。CagAはIV型分泌系(T4SS)によって宿主細胞に注入され、CagLというタンパク質がCagAのトランスロケーションに重要な役割を果たす。すべての株がcagAを保有しているわけではなく、cagA対立遺伝子によって病原性が異なる(71)。興味深いことに、cagA対立遺伝子とvacA対立遺伝子は遺伝的関連性を示す。CagA陽性株は通常、より病原性の高いvacA対立遺伝子を持ち、2つの毒素は互いの作用を相殺しあって粘膜の害を軽減し、H. pyloriの持続的なコロニー形成を可能にしているようである(1, 37)。われわれはこの相乗作用の別の例を同定した。vacAはNKG2D-L遺伝子の発現を誘導し、感染した上皮細胞に対する免疫反応を活性化すると思われたが、cagAはNKG2D-Lの脱落を誘導し、細胞の免疫原性の可視性を低下させると思われた。両毒素の複合作用により、可溶性NKG2D-Lの放出量が増強され、その結果、NKG2Dを介する免疫が強く抑制される可能性がある。vacA依存的なNKG2D-L遺伝子発現誘導を示した本研究で用いたピロリ菌P12株は、高病原性vacA対立遺伝子s1m1を保有している(33)。注目すべきことに、病原性の低いvacA対立遺伝子s2m2を持つH. pylori株PMSS1およびSS1を用いた我々の以前の研究では、NKG2D-L遺伝子の発現誘導は見られなかった(26, 72)。このように、NKG2D-L遺伝子の発現誘導は特定のH. pylori株と関連している可能性が高く、疾患の転帰は様々である(1)。これまでのところ、ピロリ菌がNKG2D軸に及ぼす影響について述べた報告は1つしかない(73)。熱で死滅させたピロリ菌はMICBではなくMICA遺伝子の発現を誘導したが、これはピロリ菌-LPSが胃上皮細胞株のTLR4を刺激し、末梢血リンパ球の細胞毒性も活性化させたことによる。我々の研究の重要なメカニズム上の違いは、ピロリ菌-LPS単独とは対照的に、TLR4を刺激しない生きたピロリ菌を用いたことである(74)。さらに、熱で死滅させたピロリ菌は、我々がNKG2D-L調節の主要な促進因子として同定した病原性因子VacAとCagAを産生することができない。

NKG2D-Lの可溶性放出は、メタロプロテアーゼを介したタンパク質分解による脱落(40, 52, 75)、あるいはEV上での放出(42)によって媒介される。広範なメタロプロテアーゼ阻害剤batimastatを用いて、我々はMKN28およびAGS細胞において、可溶性NKG2D-LsのH. pylori誘導放出がメタロプロテアーゼによって特異的に媒介されることを見出した。ADAM17は、NKG2D-Lの排出に関するメタロプロテアーゼの中で最もよく研究されている。この宿主プロテアーゼは細胞膜に埋め込まれ、α5β1インテグリンから解離すると活性化される(76)。不思議なことに、T4SS装置の先端に位置するCagLタンパク質は、α5β1インテグリンと結合し、それによってADAM17を解離・活性化することが示された(34)。この研究では、cagLまたはcagAのいずれかを欠失させると、MICA脱落の誘導が有意に阻害された。ADAM17のサイレンシングは遊離頻度に有意な影響を与えず、cagA/cagL依存的にH. pylori感染で誘導される宿主プロテアーゼであるMMP9のサイレンシングも同様であった(77)。MICA/Bの切断に他のプロテアーゼが関与しているのか、あるいは特定のプロテアーゼの相乗作用が関与しているのかは、まだ明らかにされていない(52, 53)。細菌プロテアーゼもまた、NKG2D-Lの放出に関与している可能性がある。なぜなら、細菌プロテアーゼは重要な病原因子であり、様々な方法で宿主細胞を修飾するからである(78)。しかしながら、H. pyloriの主要なプロテアーゼであるHtrAは、セリンプロテアーゼであり、バチマスタットによる阻害に感受性がないため、観察された菌体排出を説明することはできなかった(79)。

MICA遺伝子とMICB遺伝子は、多型性の高い主要組織適合性複合体(MHC)クラスI遺伝子座にあり、遺伝子重複に由来する(80, 81)。この2つの遺伝子は非常に相同性が高いが、多数の変異を示し、現在531のMICA対立遺伝子と244のMICB対立遺伝子が知られている(http://hla.alleles.org/alleles/classo.html、2023年3月)(82)。これらの遺伝子変異はMICA/Bの発現と制御に影響を与えることが示されている(18, 51, 83-89)。我々は、細胞株AGSとMKN28において、MICAに比べてMICBのベースライン遺伝子発現が低く、誘導性が高いことを検出した(補足図4)。NKG2D-Lの発現における調節性の違いは、病原体や腫瘍の回避戦略に対応した、進化的な選択圧から生じるのかもしれない。加えて、このような変異は、様々なストレス因子に対するシステムの多様な反応を可能にするかもしれない(6)。興味深いことに、特定のMICA/B対立遺伝子は、セリアック病(90)、潰瘍性大腸炎(91)などの特定の疾患と関連しており、また胃腺癌はMICA対立遺伝子A9および009/049と関連している(80, 92)。MICA A9は、タンパク質分解切断部位の近くに長い膜貫通ドメインがあるため、プロテアーゼ脱落に対する感受性が高いのかもしれない(52, 92, 93)。対照的に、頻度の高い対立遺伝子MICA008 (A5.1)は、集団によって頻度は異なるが、ヒトの20-55%に見られ(42, 82, 94-96)、膜貫通ドメインが切断されているため、タンパク質分解による脱落の影響を受けにくい(補足図8)(42)。従って、特定のMICA/B対立遺伝子は、H. pylori誘発の脱落に対する感受性が異なり、このことが胃癌を含むH. pylori誘発の病態の発症リスクに影響する可能性がある(92)。

結論として、我々の研究はピロリ菌がNKG2Dシステムを積極的に操作していることを示している。このことは、細菌が定着した上皮部位を免疫攻撃から守ることに役立ち、その結果、ピロリ菌を除菌から守り、胃粘膜におけるピロリ菌の持続的な定着に寄与している可能性がある。さらに、このメカニズムは、NK細胞やCTLに代表される腫瘍監視機能を低下させることにより、胃癌の発生を促進する可能性がある(97)。我々の研究は、ピロリ菌によるプログラム細胞死1リガンド1(PD-L1)調節(98)や微生物によるToll様受容体(TLR)のタンパク質分解切断(99)と同様に、微生物叢による能動的な免疫受容体および/またはリガンド調節の新しい例を提示している。我々のデータは、微生物によって誘導されるタンパク質分解性エクトドメインの排出を支配する分子原理について新たな洞察を与え、病原体が用いる感染戦略に関する知識を深めるものである。さらに、これらの知見は、腫瘍の免疫逃避機構の特徴をより明確にすることをサポートし、免疫療法アプローチの開発を促進する可能性がある。

データの利用可能性に関する声明
本研究で発表された原著論文は、論文/補足資料に含まれている。その他のお問い合わせは、対応する著者にお願いします。

倫理声明
商業的に入手可能な樹立細胞株のみを使用したため、ヒトを対象とした研究に関しては、現地の法律および施設要件に従った倫理的承認は不要であった。組織の使用は、グラーツ医科大学の施設審査委員会(EK-23-212ex10/11)の承認を得た。

著者貢献
MA:データキュレーション、形式的解析、調査、方法論、可視化、執筆(原案)、執筆(校閲・編集)。MW:形式分析、調査、執筆-校閲・編集。RH: 形式分析、調査、執筆-校閲・編集。SE: 形式分析、方法論、執筆-校閲・編集。SW: 形式分析、調査、執筆-校閲・編集。MM: 形式分析、調査、執筆-校閲・編集。LS: 形式分析、調査、執筆-校閲・編集。IK: 方法論、執筆 - 校閲・編集。SS:方法論、執筆-校閲・編集。BJ: 方法論、執筆-校閲・編集。SK: 方法論、監督、執筆-校閲・編集。EZ: 方法論、監督、執筆-校閲・編集。GP: 方法論、リソース、執筆-校閲・編集。MV-G: 概念化、方法論、リソース、監督、執筆 - レビューと編集。HR: 方法論、リソース、監督、執筆 - レビューと編集。GG:概念化、形式分析、資金獲得、調査、プロジェクト管理、監督、視覚化、執筆-原案、執筆-校閲・編集。

資金提供
著者は、本論文の研究、執筆、および/または出版のために財政的支援を受けたことを表明する。オーストリア科学基金(FWF、DK-MOLIN W1241および "Cluster of Excellence")の助成を受けた: Microbiomes Drive Planetary Health")およびスペイン科学技術省(Ministry of Science and Innovation)の助成金(PID2021-123795OB-I00, PID2020-115506RB-I00)[Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (MCIU)/Agencia Estatal de Investigación (AEI)/European Regional Development Fund (FEDER, EU)]による。

謝辞
胃上皮細胞株とピロリ菌を提供してくれたSilja Wesslerに感謝する。Ana Montalban-Arques、Philipp Wurm、Nandhitha Madhusudhan、Marija Durdevic、Onur Özbeöz、Leon Gorkiewicz、Matthew Madsen、Ane Calvo、Carmen Campos-Silva、Gloria Esteso、Maren Kramer、Yaiza Cáceres-Martell、Christina Skofler、Florian Kleinegger、Anton Ibovnik、 Peter Abuja、Paul Vessely、Alejandro Majali-Martinez、Nassim Ghaffari-Tabrizi-Wizsy、Agnes Mooslechner、Esther Föderl-Höbenreich、Antonio Kouros、Sonja Rittchen、Stefan Schild、Franz Zingl、Herbert Strobl、Karin Wagner、Birgit Galle、Hannes Angerer、Dominic Sudy、Markus Absenger、Jennifer Ober、Heimo Strohmeier。

利益相反
著者らは、本研究が利益相反の可能性があると解釈されるような商業的または金銭的関係がない中で行われたことを宣言する。

発行者注
本論文で表明された主張はすべて著者個人のものであり、必ずしも所属団体や出版社、編集者、査読者の主張を代表するものではない。本論文で評価される可能性のあるいかなる製品、またはその製造元が主張する可能性のある主張も、出版社によって保証または支持されるものではない。

補足資料
本論文の補足資料は、https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2024.1282680/full#supplementary-material。

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キーワード ピロリ菌、免疫回避、NK細胞、細胞傷害性T細胞、胃がん、腫瘍免疫、胃微生物叢、NKG2D(ナチュラルキラーグループ2メンバーD)

引用 Anthofer M, Windisch M, Haller R, Ehmann S, Wrighton S, Miller M, Schernthanner L, Kufferath I, Schauer S, Jelušić B, Kienesberger S, Zechner EL, Posselt G, Vales-Gomez M, Reyburn HT and Gorkiewicz G (2024) Helicobacter pylori感染におけるナチュラルキラーグループ2、メンバーDリガンドのタンパク質分解脱落による免疫回避。Front. Immunol. doi: 10.3389/fimmu.2024.1282680.

受理された: 2023年8月24日;受理された: 2024年01月02日;
発行:2024年1月22日

編集者

マーティン・ジェームズ・ホランド(ロンドン大学、英国
査読者

ソラヤ・メズアール、エクス・マルセイユ大学、フランス
ファロク・ジャル・ドティワラ、オクジェン社、米国
Copyright © 2024 Anthofer, Windisch, Haller, Ehmann, Wrighton, Miller, Schernthanner, Kufferath, Schauer, Jelušić, Kienesberger, Zechner, Posselt, Vales-Gomez, Reyburn and Gorkiewicz. これはクリエイティブ・コモンズ表示ライセンス(CC BY)の条件の下で配布されるオープンアクセス記事である。原著者および著作権者のクレジットを明記し、学術的に認められている慣例に従って本誌の原著を引用することを条件に、他のフォーラムでの使用、配布、複製を許可する。これらの条件に従わない使用、配布、複製は許可されない。

*文責 Gregor Gorkiewicz, gregor.gorkiewicz@medunigraz.at

本論文の著者: Sebastian Wrighton、ルンド大学臨床科学部、ルンド、スウェーデン

免責事項:本論文で表明された主張はすべて著者個人のものであり、必ずしも所属団体や出版社、編集者、査読者の主張を代表するものではない。本記事で評価される可能性のあるいかなる製品、またはその製造元が主張する可能性のあるいかなる主張も、出版社によって保証または支持されるものではない。

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