- かゆみ・basophils・ILC2sの研究は、かつては臨床的意義が低いように見えたが、JAK阻害薬とFDA承認薬の開発につながる道筋となった
- 初期のtranslational researchは、細胞・動物研究をヒトへ移す一方向の移送のように受け止められており、当時はヒト組織から深い生物学的知見を引き出すのが難しかった
- high-throughput・single-cell sequencing以後、ヒト検体での検証とfirst-in-human研究の地位は高まったが、「マウスはX疾患の不確かなモデル」という批判もまた、動物研究を弱めるレトリックとなった
- JAK1 gain-of-function患者の観察から作られたマウスは、皮膚炎症は再現したが喘息は示さず、Alternaria alternata曝露の後になって初めてアレルギー性肺炎症への感受性が高まった
- JAK1は免疫細胞では炎症を促進する一方、肺の感覚ニューロンでは抗炎症プログラムを与えており、研究分野・モデル・仮説の境界を固定すると発見が制限されうる
かゆみ研究から始まった非典型的な経路
- 10年前、かゆみは多くの医師や科学者にとって些細な感覚と見なされており、postdoctoral fellowshipの時期には、basophilsとILC2sは臨床的意義のない痕跡細胞だと言われた
- 研究では、basophilsとgroup 2 innate lymphoid cells（ILC2s）をヒト皮膚で確認し、これをatopic dermatitis（AD）と結び付けた
- ADは標的治療には複雑すぎる疾患だと考えられていたが、その後研究室は、Janus kinase（JAK）阻害薬がかゆみに対して特有の抗そう痒効果を示すという研究を発表した
- この研究は、かゆみに対する新たな用途特許につながり、ADやあまり知られていないそう痒性疾患のためのfirst-in-class FDA承認薬に関する複数の無作為化臨床試験設計の基盤となった
Translational researchに対する認識の変化
- 科学者としてのキャリア初期、NIHはtranslational researchを2つのカテゴリに定義していた
- T1: 基礎研究から臨床研究への知識移転
- T2: 臨床研究から実臨床への知識移転
- この定義は、translational scienceが細胞や動物からヒトへとイノベーションを移す一方向の移送にしか価値がないかのように見せていた
- 当時、一部の純学問志向の研究者にとって「translational」は、不純さ、厳密性の低さ、機序理解の不足を示唆する言葉のように受け止められていた
- 25年前、high-throughput sequencingやsingle-cell sequencingのような技術が登場する前は、一次ヒト組織から生物学的な深みを引き出すことは難しかった
- ヒト研究をマウス研究により多く結び付けるほど、技術的・記述的な研究に見えてしまうのではないかという懸念も高まっていた
ヒト検証の台頭と動物モデル批判
- 新しい技術が前面に登場すると、translational scienceの位置づけは急速に変わり、高インパクト論文ではヒト検体による検証が事実上の必須要件のようになった
- first-in-human研究は、分野の最前線へ素早く上がるための強力な手法となった
- 「biomarker」と「biobank」は、研究費申請書で重要性を示唆するキーワードとして使われた
- NIHの審査で「マウスはX疾患の不確かなモデル」と言う言い方は、課題を弱めるありふれた批判になった
- かつてtranslational workに向けられていた否定的レトリックに居心地の悪さを感じていたのと同じように、その後は動物研究をめぐる新たな否定的レトリックが現れた
JAK1患者の観察から偶然作られたマウスまで
- 研究室は、マウス研究とヒトでのtranslationalな探索を並行して続けた
- 2017年、感覚ニューロンのJAK1がかゆみの重要な媒介因子であることを確認した後、Stuart Turveyが患者で見つけた最初のgermline JAK1 gain-of-function（GoF）変異を知らせてきた
- JAK1は免疫細胞内で、複数のcytokineシグナルの主要な経路として働く
- その患者たちは多臓器にわたる炎症性病理を示し、重症AD、asthma、food allergyなどの疾患を含んでいた
- JAK1 GoF変異を持つ子どもたちは、高用量のsteroidにもかゆみが反応しなかったが、JAK1/JAK2を阻害する経口ruxolitinib投与後、初めてかゆみが軽減した
- この患者観察はマウスでの結果とかみ合い、JAK1が患者の神経系におけるかゆみの重要な駆動因子でありうることを示した
仮説のないモデルと一致しない表現型
- 患者で見つかった正確なJAK1変異を条件付きで発現するマウスを作ることにしたが、明確な仮説はなかった
- 当初はヒトJAK1 GoF変異を感覚神経のみに導入する予定だったが、誤解のため、患者のようにgermline方式で変異が発現するマウスが作られた
- このマウスは患者と同様にAD様の皮膚炎症を自然発症したが、子どもたちとは異なりasthmaは発症しなかった
- 研究室は「ヒトはマウス疾患の不確かなモデル」という結論に達した
- 間違って作られたマウス、不明確な仮説、一致しない表現型のためにプロジェクトを捨てる理由は多かったが、その混乱の中から新しい肺神経免疫機構が明らかになった
環境アレルゲンが明らかにした遺伝子-環境相互作用
- マウスがasthma-like diseaseを示すには、アレルゲン曝露が必要だった
- 実験用マウスとヒトの重要な違いの一つとして、実験用マウスは環境アレルゲンにほとんど曝露されないという点を想定した
- asthma関連アレルゲンであるAlternaria alternataでchallengeすると、JAK1 GoFマウスはアレルギー性肺炎症に対する感受性が増加した
- この結果は、遺伝子と環境が相互作用して臨床表現型を作るという古典的シナリオと一致した
- ここで止まらずさらに掘り下げた結果、JAK1の細胞型ごとの機能差が明らかになった
肺感覚ニューロンにおけるJAK1の逆の機能
- 免疫学の中心的前提の一つは、cytokineが肺のようなepithelialまたはstromal tissueに効果を及ぼすには、downstream JAK signalingに依存することが多いというものだ
- germline JAK1 GoFマウスではすべての細胞でJAK1シグナルが増強されていたため、免疫細胞における過剰なJAK1シグナルが本当に必要なのかという問いが生まれた
- これを試すため、epithelial・stromal cellはJAK1 GoF変異を持ち、免疫細胞はwild-type変異を持つbone marrow chimeric miceを作製した
- 結果は予想と逆だった
- 免疫細胞は動員されなかった
- 肺のJAK1活性化が、むしろ免疫細胞の動員を抑制した
- 約1年にわたり結果の解釈に混乱した末、JAK1活性化は免疫細胞では炎症促進的だが、肺を支配する感覚ニューロンでは抗炎症プログラムを与えるという結論に至った
- JAK1は神経系の中で、免疫系のバランスを維持するまったく別の機能も果たしている
分野と定義が研究の方向を制限するとき
- この研究経路はbench to bedsideではなく、ヒトでの観察から始まり、事前データなしに意図せずマウス疾患を作り、そこから再び機序を探るという形で進んだ
- 出発点では、何がイノベーションで何がインパクトなのか、さらにはどの臓器で結果が現れるのかさえ明確には言えなかった
- 研究は既存のgrantの範囲を大きく超えており、一般にtranslational research proposalで避けるべきだと教えられるやり方とは逆だった
- basic vs. translational researcher、hypothesis-driven vs. exploratory、immunologist vs. neuroscientist、allergist vs. dermatologist、itch vs. inborn error of immunityといった区分を固定しない姿勢が、学際的な発見を可能にした
- discipline、field、modelは有用な概念的枠組みだが、より大きく考える能力を妨げるなら、継続的に無視されるべきだ
1件のコメント
Hacker News のコメント
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10.1016/j.cell.2024.08.006で論文を検索できる組織工学が大規模に初めて、あるいは唯一十分に使われる場面は、移植用臓器の培養やラボ培養肉のような派手な分野ではなく、製薬の毒性スクリーニング用の肝切片を大量に育てることになる可能性が高い
動物の権利の問題を完全に脇に置いたとしても、毒性学モデルとしてはかろうじて使える程度だと分かっていながら、あまりにも多くの時間とお金を費やしてマウスを殺している
研究室を連続フロー方式の肝切片培養槽で満たせるなら、結果は早く出て、時間と費用は大幅に減り、はるかに正確な結果が得られる
人間の健康において安全性とイノベーションのバランスを取るのは本当に難しい
FDA 批判というより、難しさと機会を同時に示す事実に近い
人間が安全に食べている一部の食品も、主要化合物に対するマウスの反応が異なるため、マウスには毒性があったり有害だったりすることがある。よくある例として、チョコレートのテオブロミン、コーヒーのカフェイン、トウガラシのカプサイシンがある
規制しようとする対象よりはるかに小さく、支援も少なく、連邦機関と民間企業の間の天下り問題も知られている。食品と医薬品を一つの機関が規制するという自然な任務も、現在の社会・政治環境ではもはや妥当ではないように見える
興味深い前提ではあるが、スマートフォンでは緑の部分しか読めない。ここでかゆみが何を意味するのか、もっと要約された内容があるのか気になる
文章の要点は、人間に似た遺伝的背景なら喘息が起きるように作ったマウスで、喘息が現れなかったということ。理由は実験室環境が清潔すぎてマウスがアレルゲンに曝露されていなかったためで、アレルゲンを投与すると予想どおり喘息が起きた
この場合、人間がマウス疾患の不安定なモデルになるわけだ。人間は非常に多様で汚れた環境で暮らしており、遺伝型によって特定の表現型を誘導する環境条件に曝露されることがある。そうした環境背景を理解しないまま実験室で遺伝型だけをモデル化すると、その遺伝型で予想した表現型が出ないことがある
全文を読めるなら面白い記事。生物医学研究の進め方に関する興味深く賢明な内容がいくつもあり、タイトルだけでは予想しにくい一文が特に目を引く
「NIH の審査部会で研究費申請を台無しにするよくある方法は、『マウスは X 疾患の信頼できるモデルではない』と示唆することだ」という箇所だ。実際、X や Y についてマウスが良いモデルではないと自信を持って言う科学者の大半は、この複雑なテーマを判断できるほどマウス遺伝学と生物学を十分に理解していない
長所と短所の両方がある理由から、マウスを用いた生物医学研究の大部分、おそらく 90% 以上は、C57BL/6、略して B6 という完全近交系マウスの一系統で行われている。ほぼすべてのノックアウトマウスとトランスジェニックマウスは B6 系統で、最初に塩基配列が解読された系統もこれだ。長所は遺伝的均一性であり、短所も遺伝的均一性である
Kim が言うように、誰かが「マウスは X 疾患の信頼できるモデルではない」と言うとき、それはたいてい、ある疾患像が B6 マウスでは現れないという意味だ。それは正しいが、別の種類のマウスでは現れる可能性があり、実際よく現れる。確かめるには 5〜100 種類の多様なマウス系統を研究する必要があり、そのうち一つまたは複数が探していた疾患を持つ可能性がある。人間の疾患変異と大きくは違わない
Kim の記事の一部を見ると、これに加えて環境も重要だという、非常に重要で事実ではあるがそれほど驚くことではない結論が付く。研究チームは JAK1 の機能獲得変異を持つマウスを作り、皮膚炎症は患者と同様に生じたが、喘息は起きなかった。ところが喘息関連アレルゲンである Alternaria alternata に曝露すると、アレルギー性肺炎症への感受性が高まり、結局、遺伝子と環境が臨床表現型を共に作るという古典的な図式が示された
逆に、マウスも人間の疾患の不安定なモデルになり得る https://www.youtube.com/watch?v=hKTV2R6TT0Y [動画][31分]
Weinstein の拡張仮説のほうが、この論文よりはるかに興味深く説得力がある
より近いモデルとしてマカクザルを使うこともできるが、どういうわけか人々は反対する