リポアラビノマンナン

リポアラビノマンナンはLAM とも呼ばれ、糖脂質であり、結核の原因となる細菌である結核菌に関連する毒性因子です。その主な機能は、マクロファージを不活性化し、酸化ラジカルを除去することです。

マクロファージが不活性化されると、結核菌が体の他の部位に拡散するようになります。酸化フリーラジカルは、体が感染を排除しようとする重要なメカニズムであるため、酸化フリーラジカルが破壊されると、細菌は生き残ることができます。

リポアラビノマンナンは、リポグリカンであり、マイコバクテリウム属細菌の主要な毒性因子である。主要な細胞壁成分として働くことに加え、免疫調節作用および抗炎症作用を持つモジュリンとして働くと考えられている。これにより、細菌は宿主の抵抗力および獲得免疫応答を弱めることで、ヒトのリザーバー内で生存を維持することができる。^[1]これらのメカニズムには、T 細胞の増殖の阻害、およびIFN-γ応答の減少によるマクロファージの殺菌活性の阻害が含まれる。 ^{[2]リポアラビノマンナンのその他の機能には、マクロファージによって生成される細胞毒性酸素フリーラジカルの中和、}タンパク質キナーゼ Cの阻害、および早期応答遺伝子の誘導が含まれると考えられている。 ^[3]

リポアラビノマンナンは、一連のマンノシルトランスフェラーゼによってホスホイノシトールにマンノース残基が付加されて合成され、PIMとリポマンナン（LM）が生成される。 ^{[4] [5] [6]}次に、PIMとLMはアラビナンでグリコシル化されてLAMが形成される。^[7] LAMには3つの主要な構造ドメインがあることが知られている。これらには、分子を細胞壁に結合させるグリコシルホスファチジルアンカー、炭水化物骨格として機能するD-マンナンコア、およびやはり炭水化物骨格を構成する末端D-アラビナンが含まれる。^[7]多くのアラビノフラノシル側鎖がマンノースコアから分岐している。^[8]この末端D-アラビナンへの共有結合修飾によって、宿主内での細菌の生存を仲介する独自の機能を備えたさまざまなLAM構造が形成される。キャッピングの存在と構造により、LAM分子を3つの主要なクラスに分類できる。

マンノシル化LAM（ManLAM）は、末端D-アラビナンにマンノシルキャップが存在することが特徴です。これらのタイプのLAMは、M.tuberculosis、M.leprae、M.bovisなどのより病原性の高いMycobacterium種で最も一般的に見られます。ManLAMは、 in vitroでヒト樹状細胞とヒトマクロファージによるTNF-αとIL-12の産生を阻害し、宿主マクロファージのマンノース受容体に結合することでM.tuberculosis誘導性マクロファージアポトーシスを調節する抗炎症分子であることが示されています。^{[1] [9]}これは、宿主マクロファージを不活性化して細菌がその中で生存し増殖できるようにする上で特に重要です。^[2]

ManLAMの機能には多くのメカニズムが提案されています。PI3K経路の活性化は、ManLAM による Bcl-2 ファミリー メンバー Bad のリン酸化を誘発するのに十分です。ManLAM はリン酸化を介してセリン/スレオニン キナーゼ Akt を活性化することができ、それが Bad をリン酸化することができます。脱リン酸化 Bad はプロアポトーシス タンパク質として機能し、その活性化により細胞が生き残ることができます。これは、細菌がシグナル伝達経路をアップレギュレーションして宿主細胞のアポトーシスを制御できる、毒性に関連するメカニズムの 1 つを示しています。^[8]

ManLAM は、活性化シグナルの終結に関与することが知られているホスホチロシンホスファターゼであるSHP-1を直接活性化する可能性もあります。SHP-1 は、IFN-γ およびインスリンの作用に関連する経路を負に制御します。LAM は、直接的な相互作用、リン酸化、および細胞内局在を含む複数のメカニズムによって SHP-1 を制御します。活性化されると、SHP-1 は細胞質から膜に移行します。ホスファターゼを活性化することにより、LAM は単球におけるLPSおよび IFN-γ 誘導性タンパク質チロシンリン酸化を阻害できます。これにより、M. tuberculosis に対する肉芽腫形成に必要な分子であり、窒素酸化物生成を介した細菌に対するマクロファージ防御に重要な分子である TNF-α の生成が減少します。LAM による SHP-1 の活性化は、IL-12 を不活性化する働きもあります。IL-12 は、M. tuberculosis 感染に対する自然抵抗性に重要です。 ManLAMはIFN-γを産生するナチュラルキラー細胞を活性化し、マクロファージを活性化します。ManLAMはSHP-1活性化によってこれら2つの分子の機能を損なうことで、細胞内生存を促進する可能性があります。^[2]

他のモデルでは、ManLAMはLPS誘導性IL-12 p40タンパク質産生の抑制を介して免疫抑制効果を媒介すると示唆されている。ManLAMは、IL-1受容体関連キナーゼ（IRAK）-TRAF6相互作用、IκB-αリン酸化、およびc-Relとp50の核移行を阻害し、IL-12 p40産生を減少させると考えられている。^[10]

ホスホイノシトールでキャップされたLAMSは、 M. smegmatisなどの非病原性種に典型的に見られます。ManLAMとは対照的に、PILAMは炎症誘発性です。マクロファージ上に存在する認識受容体CD14は、 Toll様受容体2（TLR2）と関連しており、PILAMの受容体であると説明されています。^[11] PILAMが受容体に結合すると、細胞内シグナル伝達カスケードが活性化され、炎症誘発性サイトカイン遺伝子の転写を開始する転写因子が活性化されます。これにより、TNF-α、IL-8、IL-12が活性化され、マクロファージのアポトーシスが引き起こされる可能性があります。^{[1] [12]}

M. chelonae や実験室株 (H37Ra) などの急速に増殖する細菌の特定の種には、マンノースキャップとホスホイノシトールキャップの両方が欠如した LAM が含まれています。^[1]この形態の LAM は、他の結核菌種で一般的に見られる 1,2 ではなく、1,3 -マンノシル側鎖を特徴とします。^[12]これらの形態は、マクロファージ活性化に関連する機能を誘導する点で、マンノースキャップされた ManLAM よりも強力であると考えられています。^{[9] AraLAM は、} c-fos 、KC、JEなどの初期遺伝子の刺激に加えて、マクロファージによって特徴的に産生されるサイトカイン (TNF-α、IL 1-α、IL 1-β、IL-6、IL-8、IL-10 など) の mRNA の転写を誘導します。^{[2] [9]}がん原遺伝子c-fosとc-mycは遺伝子転写の調節に関与し、JEとKCは好中球と単球の特異的走化性因子として機能するペプチドサイトカインである。^[13] TNF-αの活性化は、組織壊死、神経損傷、防御免疫などの疾患の病理学的徴候を引き起こす。 ^[14]アラビノマンナン部分のO-アシル基は、発熱、体重減少、壊死などの結核症状を引き起こすTNF誘導活性に関与している可能性がある。^[15] しかし、ManLAMの存在はAraLAM活性を低下させ、免疫応答を抑制する。^[9]

富士フイルムSILVAMP TB LAMは、銀塩増幅技術を使用したLAMベースの尿ポイントオブケア検査です。 ^[16] HIV感染者の最大60％は痰サンプルを採取することができないため、これらの患者の結核診断が遅れ、それがしばしば致命的となります。^[17]革新的新診断財団（FIND）と富士フイルムが開発したこの検査は、HIVと結核の負担が最も大きい低所得の環境で特に有用です。検査時間は1時間で、電気を必要とせず、医療従事者のトレーニングもほとんど必要ありません。^[18] 968人のHIV陽性入院患者を対象とした研究では、富士フイルムSILVAMP TB LAM検査はAlere Definitely TB LAM Agよりも感度が28.1％高く、富士フイルムSILVAMP TB LAMは24時間以内に活動性結核患者の65％を診断できることがわかりました。^[19]入院患者と外来患者1,595人を対象としたメタ分析では、HIV感染者における結核診断の感度は富士フイルムSILVAMP TB LAMで70.7%、特異度は90.9%であることが示された。さらに、FujiLAMは肺外結核（EPTB）の検出感度が47～94%と良好であり、EPTBのさまざまな形態で良好な結果を示した^[20]。また、12週間以内に死亡したHIV陽性入院患者の最大89%で結核を迅速に診断できた可能性がある。^[21]この検査はHIV陰性の外来患者で高い陽性予測値（95.2%）を示しており、一般集団のポイントオブケアにおける尿に基づく迅速な結核診断を改善する可能性がある。^[22]大規模な前向き研究が進行中である。^[23]