内皮細胞向性

内皮細胞向性または内皮向性は、病原体が内皮細胞を認識して感染する能力を特徴付ける組織向性または宿主向性の一種です。ウイルスなどの病原体は、特定の組織タイプまたは複数の組織タイプを標的とすることができます。他の細胞と同様に、内皮細胞は、細胞表面受容体、免疫応答、およびその他の毒性因子など、細胞への増殖性ウイルス感染をサポートするいくつかの機能を備えています。^{[1]内皮細胞は、人体の}毛細血管、静脈、動脈など、さまざまな組織タイプに見られます。内皮細胞はこれらの血管や、さまざまな人間の臓器系へのアクセスを広げる重要なネットワークの内側を覆っているため、これらの細胞へのウイルスの侵入は、宿主系全体にわたるウイルスの拡散に悪影響を及ぼし、病気の臨床経過に影響を及ぼす可能性があります。ウイルスが内皮機能と宿主応答に付着、侵入、および制御する方法のメカニズムを理解することは、感染症の理解と医療対策に役立ちます。

細胞向性に影響を及ぼし、最終的には内皮細胞の活性化と機能不全、さらにはウイルスのライフサイクルの継続に寄与する内皮細胞の特徴は数多くあります。

ウイルス病原体は、遍在する細胞表面受容体を利用し、付着して最終的には細胞内に侵入するための多様なリガンドを認識できます。これらのリガンドは、内因性タンパク質だけでなく、細菌やウイルスの産物も含まれています。ウイルスが細胞表面に固定されると、ウイルスの取り込みは通常、エンドサイトーシスなどの宿主メカニズムを使用して発生します。^{[2] [3]ウイルスの取り込み方法の1つは、}クラスリン介在性エンドサイトーシス（CME）です。 ^[4]細胞表面受容体は、細胞への付着と侵入のための結合ポケットを提供するため、細胞の感染感受性に影響します。さらに、内皮細胞表面の受容体密度も、ウイルスが宿主細胞に侵入する効率に影響します。たとえば、細胞表面受容体密度が低い内皮細胞は、細胞表面受容体密度が高い内皮細胞よりもウイルス感染の影響を受けにくい場合があります。内皮には、免疫細胞の接着や輸送、血液凝固、血管拡張、バリア透過性などの機能に関連する無数の細胞表面受容体が含まれています。^[5]これらの重要な機能を考慮すると、これらの受容体とウイルスの相互作用は、炎症、血管透過性の増加、血栓症など、ウイルスの病因中に現れる症状への洞察を提供します。

細胞内に侵入した後、これらの細胞内寄生虫は、ウイルスの複製と子孫ウイルス粒子の放出をサポートするために宿主細胞内の因子を必要とする。具体的には、宿主因子には、ウイルスゲノムの複製を助ける転写因子やポリメラーゼなどのタンパク質が含まれる。[ 7 ^]そのため、生きた宿主に侵入しただけでは、必ずしもウイルスの子孫が増殖するわけではない。細胞にはウイルス複製に不可欠な転写因子やポリメラーゼが含まれていない可能性があるからだ。さらに、ウイルスゲノム内には、ウイルスタンパク質を合成するための指示だけでなく、遺伝子、細胞構造、病原体が宿主の抗ウイルス応答を制御できるようにするその他の調節プロセスなど、他の毒性因子もある。^{[8]これらの毒性因子は、宿主の}免疫システムを介して感染を排除しようとする宿主防御機構に対抗することができる。

内皮細胞には、宿主の免疫系を利用して感染と戦ったり、ウイルスの複製を制限したりする固有の抗ウイルス反応もあります。^{[9] [10]}細胞内でのウイルス産生に反応して、宿主細胞は免疫反応のシグナルとなるサイトカイン様インターフェロン (IFN)などのタンパク質を放出します。IFN は、免疫系の他の細胞にシグナルを送って感染を阻止することで、ウイルスの複製を「妨害」します。他の細胞メカニズムも、さまざまな細胞内レベルにあります。具体的には、TLR7やTLR8 (RNA を検出)、TLR9 (DNA を検出) などの細胞パターン認識受容体があります。^[11]これらのToll 様受容体は、宿主細胞内にウイルス核酸があるかどうかを識別でき、同様に免疫反応を引き起こして細胞にフラグを立て、病原体を排除しようとします。ウイルスの侵入、ウイルスの複製、宿主免疫反応の阻止を成功させるこれらのメカニズムの組み合わせは、生産的なウイルス感染と複製に貢献します。

SARS-CoV-2はCOVID-19を引き起こすウイルスで、さまざまな細胞型に感染しますが、多臓器の血管障害も示しています。重症の場合、SARS-CoV-2は内皮機能障害または損傷を引き起こす可能性があります。このウイルス誘発性の内皮反応は、血栓症、うっ血、および細小血管症につながる可能性があります。^[12]ウイルスの侵入に関連する細胞表面受容体には、ACE2と共受容体TMPRSS2が含まれます。TMPRSS2は、スパイクタンパク質を切断してウイルスを細胞膜に融合するために必要です。しかし、最近の研究では、内皮細胞でのACE2の発現が低いと、細胞表面に侵入ポイントがないため、ウイルスの増殖能力が低下することが実証されています。^[13]

デング熱は、デング熱を引き起こす蚊媒介フラビウイルスの一例です。デング熱が標的とする細胞タイプは内皮細胞ではありませんが、ウイルスは内皮細胞上のさまざまな細胞表面受容体に結合し、特にヘパラン硫酸を含む細胞表面受容体を介して増殖感染します。^[14]これらの受容体を介した内皮の感染は、重要な免疫反応を損ない、毛細血管の透過性を変化させ、それが病気の臨床経過に影響を与えることが示されています。^[15]

エボラウイルスは、エボラウイルス病（EVD）を引き起こすウイルス性出血熱ウイルスの1つです。この病気から回復しなかった人のサンプルを分析したところ、内皮が健康な状態から大幅に変化していることが示されました。^{[16] [17]}恒常性からの変化には、内皮細胞におけるウイルス抗原の広範な発現が含まれます。^{[18]ウイルスの}糖タンパク質は、細胞へのウイルスの「鍵」として機能し、内皮に大きな損傷を与えることが示されています。^[16]たとえば、肝臓は感染時の損傷領域として深く関与しています。肝洞内皮細胞（LSEC）は、肝臓の老廃分子を除去するのに重要なFcγRIIb2やマンノース受容体などのさまざまなスカベンジャー受容体を発現しますが、CME経路を介してリガンドを貪食します。^[19]これらの受容体への相互作用は、ウイルスの侵入を促進するだけでなく、感染を緩和するために投与された医薬品の 除去を妨げる可能性もある。

インフルエンザA H1N1はインフルエンザウイルスのサブタイプで、肺などの呼吸器系の内皮細胞を標的にして感染します。ウイルスはこれらの器官系の粘膜上皮も標的とします。 ^{[20]ウイルス粒子は内皮の内腔から出る傾向があり、血液や}リンパ管内皮細胞にウイルス抗原が見つかります。しかし、このウイルスが広がると、例えば脳ではなく肺の内皮細胞を標的とします。

病原体レベルまたは保護レベルとしても知られるバイオセーフティレベル（BSL）に応じて、病原体の研究に必要な生物学的封じ込めと承認のレベルが異なります。この保護レベルは、病原体の研究方法と場所に影響します。 ^{[21]これらの要約は内皮細胞の向性に焦点を当てていますが、これらの技術は}ウイルス学のさまざまな方法にも広く適用されます。これらの要約は包括的なリストを提供するものではありませんが、新興感染症を研究するための一般的なプラットフォームの代表例です。

不死化細胞は、さまざまな病原体を研究するための再生可能なリソースを提供します。内皮向性の特性評価により、研究者は細胞を改変して、ウイルスの糖タンパク質が細胞に付着するために相互作用する受容体を表示することができます。ただし、これらの2D 細胞培養は、必ずしも体内でのウイルスの増殖や宿主応答を模倣することを意図しているわけではありません。これらの形式のバイオアッセイにより、ウイルスの調査が可能になり、細胞表面受容体や細胞向性に関与する他の因子を特定できる可能性があります。通常、免疫蛍光法や免疫組織化学法などの分子生物学的方法により、研究者は受容体が細胞のどこに存在するかを視覚化できます。逆に、サロゲートウイルスまたは擬似型ウイルスを使用することも、細胞向性を理解する方法です。簡単に言えば、これらのアプローチでは通常、水疱性口内炎ウイルス (VSV)などの特性評価のよく行われた異なる病原体を取り上げ、別の対象のウイルスの糖タンパク質を表示するように改変します。 ^[22]糖タンパク質は細胞への「鍵」として機能するため、この方法では、ウイルスのライフサイクルの他のプロセスとは独立して細胞への侵入を研究することができます。この組み換えウイルスをさらに増殖させたり、連続的に継代したりすることで、ウイルスがどのように進化または変異して感染効率を高めるかを実証できます。

アカゲザルなどの非ヒト霊長類は、生物学的現象を他の種で研究できない場合に、多くの BSL4 病原体の動物モデルの「ゴールド スタンダード」アプローチとして機能します。^[23]多くの感染症は本質的に人獣共通感染症であるため、ヒトと生物学的類似性があるこれらのマカク属でこれらの疾患をモデル化することで、ウイルスが十分に理解されておらず、治療オプションが限られているか存在しない状況で、疾患の理解に関する洞察が得られます。これらのモデルの読み取り値は、たとえば組織サンプルまたは血液サンプルを通じて評価できます。ただし、げっ歯類や非ヒト霊長類モデルなどのこれらの生体内感染モデルは、動物を実験室に閉じ込めて疾患を引き起こすため、倫理的な懸念と欠点を示しています。^[24]ヒト化またはトランスジェニックげっ歯類モデルを含む高度な生体内モデルの出現は、マカク属シリーズの代替を提供しますが、これらのモデルが人間の生理機能を再現したり、疾患または治療に対する人間のような反応を予測したりするかどうかについても懸念があります。これらのモデルでは、遺伝子組み換えや、げっ歯類モデルへのヒト組織の移植が行われる。^{[25]これらの}生体内モデルは、 in vitro細胞ベースのアッセイと併せて、新薬の発見と開発中に治療法を検証するために重要である。

内皮細胞の向性は、新興感染症に対する医療対策に役立ちます。これらの医療対策には、小分子化合物やワクチンなどの治療薬の開発方法が含まれます。

抗ウイルス薬は、人体が感染を排除し、感染の症状を緩和し、および/または病気の臨床経過を短縮するのを助ける治療薬です。内皮細胞の向性の理解は、抗ウイルス薬のターゲットの発見に使用されます。これらの治療薬の作用機序の多くは、まずウイルスのライフサイクルをターゲットとしています。^{[26]これらの薬は、小分子化合物またはその他の}生物学的治療薬（モノクローナル抗体療法など）の形で提供されます。細胞ベースのハイスループット薬物スクリーニングでは、細胞向性は細胞タイプの選択中に重要な考慮事項です。これらのアッセイにおける細胞タイプは、薬物の提案された作用機序を代表的に検証し、in vitroでの効力、安全性、および有効性を 判断するために、標的受容体を提示する必要があります。^[27]さらに、内皮細胞の向性のその他の側面は、治療アプローチに役立ちます。これらの側面には、内皮細胞がウイルスを検出し、感染に反応する多様なメカニズムが含まれます。例えば、内皮バリアは保護バリアと異物に対する免疫反応のメディエーターの両方の役割を果たします。しかし、内皮バリアはウイルス感染の結果損傷を受けます。損傷した内皮バリアの完全性を強化または回復させる治療薬は、COVID-19、エボラ、デング熱などの新興感染症の潜在的なターゲットと考えられています。^{[1] [28]}全体として、内皮細胞の向性を調べることで、適切な治療介入への洞察が得られます。

ワクチンは感染症の予防策となる治療薬です。これらの治療薬は、特定の病原体に対する適応免疫を体に提供します。基本的に、ワクチンは免疫反応を誘発して患者を保護し、侵入する病原体から身を守るのに役立つ抗体を生成します。これらのワクチンの開発、製造、および世界的な配布は、パンデミックの可能性のある病原体の予防、制御、根絶に不可欠です。具体的には、細胞培養ベースのワクチン技術は、ワクチン開発に使用されるウイルス株を新しい細胞に適応させるために、幅広いウイルス向性を持つ細胞株を利用します。^[34]この細胞向性の応用は、この目標を達成するために、多様なウイルス侵入経路と宿主受容体を評価します。さらに、内皮細胞の活性化と機能不全の側面は、感染症の多くの臨床経過の特徴の一部であるため、ワクチン開発中の重要な読み取り値になります。エボラに対する最も有望なワクチン候補の1つは、メルクの組み換えVSV-EBOVワクチンであるErveboです。このワクチンは、2014年末から2015年にかけてギニアで発生したエボラ出血熱の流行時に極めて重要であった。エルベボは非ヒト霊長類で有効であることが示され、その後ギニアで認可されたヒト有効性試験中にヒトに対しても高い予防効果があることが示された。このワクチンは、エボラ糖タンパク質を提示​​するためにVSVを代替物として用いている。^[35] VSVはヒトに病気を引き起こさないため、ザイールエボラウイルスの重要なタンパク質を保持する有用なバックボーンとなる。ワクチンを投与すると、組み換えVSVが機能的なエボラウイルス糖タンパク質を導入し、これが内皮細胞バリアと相互作用して、患者に病気を引き起こすことなく迅速な免疫反応を誘発する。したがって、ワクチンの開発と拡大には、内皮細胞向性に対する重要な考慮が含まれる。