好中球の群れ

好中球の群集運動は、急性の組織炎症または感染に反応して作用する協調的な好中球運動の一種である。 ^[1]この用語は、感染に対する好中球の行動に似た昆虫の群集運動特性に由来する。これらのプロセスは主にマウスの組織で研究されており、マウスの耳組織の研究は好中球運動の観察に非常に効果的であることが証明されている。好中球の群集運動は通常、組織の表面層に凝集するため、マウスの耳組織の薄さはこのプロセスを研究するための良いモデルとなる。^[2]さらに、ゼブラフィッシュの幼生は主に発育後数日間は半透明であるため、好中球運動の研究に使用されている。ゼブラフィッシュの好中球を蛍光標識するトランスジェニック系統を使用すると、炎症反応の過程で細胞を落射蛍光顕微鏡または共焦点顕微鏡で追跡することができる。 ^[3]この方法により、好中球の特定のサブポピュレーションを追跡し、炎症の誘発と解消中にそれらの起源と運命を観察することができます。ゼブラフィッシュを使用して好中球の群れを研究するもう1つの利点は、この生物の適応免疫が約4週間齢まで発達しないことです。これにより、適応免疫応答とは独立して、好中球の動きと他の宿主免疫応答を研究することができます。^[4]

もともと、好中球は完全に均質な（同じタイプの）集団であると考えられていましたが、最近、そうではないことを示す発見がありました。代わりに、好中球は成熟した好中球の混合物（異質性）であり、TLR（Toll様受容体）のサイトカイン発現、免疫応答におけるマクロファージの活性化、宿主抵抗、そして最後に、in vitro血管新生と腫瘍形成に基づいて分類されています。^[1]

好中球には、同型と異型の 2 種類のコミュニケーション形式があります。好中球と別の好中球の間の同型コミュニケーションは、好中球の体が感染や炎症と闘っているときのシグナル伝達に関与しています。このタイプのコミュニケーションを実行するには、好中球は血管内皮と基底膜を通過して間質腔 (IF) に移動する必要があります。これは、好中球間で相互作用してこのシグナル伝達を実行する化学誘引物質勾配とシグナル リレーによって支援されます。好中球は、互いのコミュニケーションに加えて、好中球の体内で免疫機能に直接関与する白血球 (白血球) ともコミュニケーションする必要があります。これは、異型コミュニケーション形式 (好中球から白血球) と見なされます。異型間コミュニケーションの機能には、エフェクター分子の分布を制御したり、免疫反応を誘導したり、除去された後も細胞に永続的な影響を残したりすることなどがある。このタイプのコミュニケーションはクロストークとも呼ばれる。^[1]

耳介に寄生虫を注入して感染させたマウスのリンパ節を調べたところ、一過性と持続性の2種類の好中球群集が明らかになった。一過性群集は、10～150個の好中球のグループが10～40分以内に複数の小細胞クラスターを形成し、すぐに分散するのを特徴とする。分散した好中球は他の近くの群集中心に加わり、好中球グループが好中球を募集するために戦うため、競争が発生することが多い。持続性群集では、300個を超える好中球のクラスターが見られ、募集は40分以上続いた。これらの持続性群集は、大細胞のクラスター形成を伴う好中球の継続的な募集が特徴で、一過性群集よりも安定しており、長期間（数時間）続く。一過性および持続性の群れの両方において、形成された好中球クラスターは互いに競合し、より大きなクラスターが小さなクラスターから好中球を引き寄せているように見えました。この研究では、群れの形成には2つの異なる段階があることも明らかになりました。最初の段階は、少数の「先駆者」好中球が最初のシグナルに反応して小さなクラスターを形成するときに発生し、その後、好中球の大規模な移動が起こり、複数の細胞クラスターの成長につながる第2段階が続きます。移動に関しては、好中球は、集積（向かう）または移動によって群れの中心に出入りする、走化性移動と呼ばれる動作を行います。もう1つの動きは、競合しているときに個々の好中球が1つの群れから別の群れへと移動する動きです。これら2つの群れのタイプに関する興味深い事実の1つは、同じ破壊された組織内でそれらが協力して、炎症を起こした組織を元の構成に戻すことができることです。^[5]

群れの正確な大きさや期間は、感染部位の組織の種類だけでなく、特定の炎症状態によっても異なります。群れの表現型に影響を与えるいくつかの要因は、初期の組織損傷の大きさ、病原体の存在、二次細胞死の誘発、および動員された好中球の数です。^[6]針刺しによる無菌マウス組織の大規模な組織損傷とレーザー光線による小さな損傷を比較した研究では、針刺しの方がより大きく長い群れ反応を引き起こしました。針による損傷後、数百から数千の好中球が動員され、安定した細胞クラスターを形成し、時には数日間持続しました。^[7]比較すると、レーザー誘発損傷から生じた好中球の群れでは、約50〜330の好中球が動員され、数時間持続しただけです。病原体の存在も好中球群の規模を拡大させる可能性があるが、これは必ずしも異物として存在するからではなく、感染部位で病原体が引き起こす追加の細胞死によるものである。感染部位で細胞が溶解すると、その部位への好中球の動員を増やすさまざまなシグナル伝達因子が放出される。さらに、群がっている間に好中球が死滅すると、より多くの好中球を動員するためのシグナル伝達因子が放出されるため、最初に動員される好中球の量は群がっている間に伝播効果の大きさに影響を与える。^[6]

好中球の群集プロセスは、群集の開始、群集の増幅、細胞間シグナル伝達によるさらなる群集の増幅、群集の凝集と組織のリモデリング、骨髄細胞の動員と群集の解消の5つの段階に分類されます。好中球群集の第一段階では、「先駆者」好中球が感染部位や炎症部位に反応します。損傷部位に近い好中球は、5～15分以内にランダム運動から走化性運動に切り替わり、感染部位に向かって群集します。^[8]第二段階では、先駆者好中球が組織のより遠い領域から来る第二波の好中球を引き付けます。損傷部位への移動方法は、好中球が移動している組織環境によって異なります。皮膚の結合組織などの血管外空間における好中球の群集は、インテグリンタンパク質の助けを借りずに、走化性因子の勾配による好中球の誘引によって移動します。好中球は、アクトミオシン細胞骨格によって生成された力によって誘導され、感染部位への抵抗が最も少ない経路を通過します。^[9]しかし、血管内組織環境では、好中球の動きは、内皮細胞の内腔表面のインテグリンと走化性因子シグナルに依存しています。このプロセスでは、遠方の好中球が炎症シグナルによってリクルートされ、血管壁に沿ってインテグリンを介した移動を行い、好中球群集部位に到達します。^[10]

第 3 段階では、群発する好中球はロイコトリエン B4 ( LTB4 )による細胞間コミュニケーションを通じてフィードフォワード方式でその動員を増幅することができます。好中球動員の伝播により、炎症部位に複数の密な好中球細胞クラスターが形成されます。2013 年の研究では、LTB4 の高親和性受容体 (LTB4R1) を欠損した好中球では、群発後期に好中球の動員が減少することが示されました。さらに、炎症部位の近位細胞は対照細胞と同様の走化性を示しましたが、遠位細胞はほとんど引き付けられませんでした。この知見は、初期に動員される近位の好中球は LTB4R1 欠損の影響を受けないが、好中球群発の伝播に必要な遠位の好中球は群発部位に動員できないことを示唆しています。これらの結果は、LTB4が長期にわたる好中球群集反応と組織の遠隔領域からの好中球の動員の重要なシグナル伝達分子であることを示しています。^[11]

ステージ 1～3 の後、好中球は細胞クラスター内で動きが鈍くなり、凝集体を形成し始めます。この第 4 ステージでは、好中球凝集体が周囲の細胞外組織領域の再配置を助け、炎症中心にコラーゲンのない領域を作り、最終的に創傷シールを形成してその部位を組織の残りの部分から隔離します。この正確なメカニズムは不明ですが、細胞クラスターからの好中球プロテアーゼが周囲の組織環境を除去する役割を果たしていると考えられています。^[8]これらの好中球凝集体は、クラスター内での高化学誘引物質濃度の発生により、ステージ 1～3 での絶え間ない動きとは対照的に安定し、クラスター内での局所的な好中球相互作用が促進されます。さらに、好中球はクラスター内で接着移動モードに切り替わり、凝集体がさらに安定し、好中球がクラスターを離れるのを防ぐことができます。このスイッチは、好中球凝集体内のLTB4やその他の化学誘引物質の追加分泌によって引き起こされると考えられています。^[11]

ステージ 5 では、炎症が治まると、群発反応は終了し、クラスターは溶解します。このステージのメカニズムについてはほとんどわかっていませんが、プロセスは好中球または組織環境からの外部要因によって制御されている可能性があります。レーザー誘発皮膚損傷モデルでは、好中球の凝集は通常 40～60 分後に停止し、これは二次的な骨髄細胞群の出現と同時に発生します。ノックインマウスの研究では、このステージでは骨髄細胞は好中球よりも動きが遅く、好中球凝集体の周囲に集まることが示されています。これらの骨髄細胞は、好中球化学誘引物質の伝播シグナルを妨害するか、組織空間に競合する誘引物質を作り出して、好中球凝集を弱める可能性があります。^{[8] [11]}

好中球の群集について議論する場合、これらの好中球が集団であれ個々であれ、移動する際に何が起きているかに影響を与える外部環境の他の要因について検討することが重要です。好中球の大きな影響は、何らかの炎症性の問題が生じている場合に発生します。これは、好中球自体のクラスター化とリクルートメントに関与するオートクリンおよびパラクリンシグナル伝達に影響を与えるためです。好中球の群集は、関与する組織の種類、近くの組織特異的細胞、および化学誘引物質と呼ばれるもの（または細菌が濃度が増加する方向に移動するように影響を与える化学物質がある場合）という 3 つの主な外部要因の影響を受けます。コミュニケーションの発生方法に影響を与える外部要因の 1 つは組織のコンテキストです。これらはそれぞれ、群集（好中球群のサイズと持続性）に影響を与える可能性のある特定のシグナルを持っています。これらのタイプには、血管外群集と血管内群集の 2 つがあります。血管外集塊は、インテグリン非依存性の間質運動と、好中球誘引に影響を及ぼすLTB4などの可溶性方向性因子の使用によるものです。血管外集塊は線維性（例：皮膚）と細胞が豊富なもの（例：リンパ節）で構成されますが、血管内集塊は洞内集塊で構成され、肝臓がその例です。^[5]

好中球の群発を引き起こす2つの要因には、PAMP（病原体関連分子パターン）とDAMP（損傷関連分子パターン）がある。好中球群発の注目すべき特徴の1つは、組織が破壊されたときに反応する保存された保護メカニズムであることだ。これは、耳、肝臓、肺、皮膚など、体のさまざまな組織で発生する可能性がある。好中球の温暖化は、病原体の封じ込めを活性化し、異物を局所的に保ち、後で治療して体から排除しやすくすることにも関与している。^[12]

上の図では、好中球の群集が始まる際に、外傷、真菌、または細菌のいずれかが原因となっていることがわかります。上で説明したように、PAMP と DAMP が最初の好中球の群集を引き起こします。次に、LTB4 と CXCL2 という化学誘引物質が、混乱や異物に対する細胞内反応の連鎖を引き起こすシグナルを促進します。これらにより、群集凝集と呼ばれるプロセスが開始され、細菌やその他の物質がすべて集まって、1 つの巨大な細菌の「ボール」を形成します (上の図の 2 番目の緑の矢印の後を参照)。画像の別の部分には、LTB4 と CXCL2 の上のボックスがあり、カルシウム、補体、ATP、コネキシン 43、インテグリンが含まれています。これらも化学誘引物質のシグナルを増幅し、群集凝集をさらに前進させることで寄与します。しかし、以下はNADPHオキシダーゼ2またはNOX2が化学誘引物質の負の調節因子であり、イベントの進行を妨げる可能性があります。これらのイベントは、好中球の群れがどのように始まるかを示していますが、次のステップでは、細菌、真菌、または損傷が解消され、体が健康と幸福のためにこれを必要としなくなったときにこのプロセスが終了することを説明します。好中球の群れを終わらせる最も重要なステップは、GPCRキナーゼ2またはGRK2がGPCR（Gタンパク質結合受容体）をリン酸化または脱感作したときです。その後、他の3つ、リポキシンA4、分解E3、およびw-OH-LTB4がGRK2を支援してこのプロセスを完全に停止します。^[12]

シグナル伝達の調節因子の 1 つにカルシウムがあります。これは、LTB4 や CXCL2 などの化学誘引物質に対する正の調節因子の 1 つです。カルシウムを得るために、細胞は細胞内小胞体 (ER) または細胞外マトリックスからカルシウムを取得する必要があります。小胞体カルシウム隔離のために、細胞は SOCE (ストア作動性カルシウム流入) と呼ばれるプロセスを使用し、受容体を介してシグナル伝達のカスケードを誘導し、次に ER からのカルシウムの放出を刺激します。細胞外からカルシウムを持ち込むには、CRAC (カルシウム放出活性化カルシウム チャネル) (ORAI ファミリー メンバーと呼ばれるものも含まれています) を使用して、はるかに複雑なプロセスが発生します。しかし、これが起こる前に、間質相互作用分子タンパク質（STIM）がカルシウムを検出する必要があります。これにより、ERは変化を感知して形状を変え、これらのCRACチャネルが細胞内ERと細胞外空間の間をゲートし、カルシウムが細胞内に通過して、カルシウムに依存していた下流のメカニズムを駆動できるようにします。群がっている間、好中球は群の中心で持続的なカルシウム活性を示し、カルシウム波を生成します。^{[13] [14]}

制御のもう 1 つの部分には、ケモカインとサイトカインが含まれます。好中球の群集形成に協力して働くケモカインは CXCL2 と LTB4 の 2 つです。CXC​​L2 が実際に群集形成を助け、群集形成の促進に顕著な影響を与えることを突き止めるために、研究者らはテストを行いました。しかし、それは 1 つのケモカインだけよりも少し複雑でした。CXCR1 と BLT1 および BLT2 の阻害と相まって、化学誘引物質の誘導 (走化性指数とも呼ばれる) が減少しました。要約すると、CXCL8 と呼ばれるケモカインがあり、これは基本的に CXCR1 と 2 のリガンドであり、LTB4 とともに好中球の群集形成を積極的に促進します。^[1]

好中球の群れを正しく理解するには、好中球の構造と機能の基本も理解する必要があります。好中球は体内で最も多く存在する白血球 (WBC) であり、免疫システムでの役割で知られています。

^[15]

図 2 では、好中球が外来抗原または細菌を攻撃して排除する主な 3 つの方法を示しています。左上は脱顆粒を示しています。これは、好中球自体が分解し、細菌が存在する外部循環にその物質を放出するプロセスです。これらの内容物は細菌を破壊/分解する働きをします。右上の 2 番目の方法は、貪食を示しています。これは、細菌が細胞膜によって好中球に取り込まれ、取り込まれて液胞が形成される場合です。貪食プロセスは細菌から始まり、液胞を形成し始めるとファゴソームに変わり、最後に、分解された細菌と好中球環境からの内容物を内部に含むファゴリソソームになります。これらの内容物には、細菌を分解する酵素があり、内部環境の pH が低いことが原因です。最後に、画像の下部は NETosis を示しています。他の細菌と比較して、細菌ははるかに大きいため、このプロセスに対抗する必要があります。これには、ヒストンやミエロペルオキシダーゼやエラスターゼなどのタンパク質に巻き付いた DNA で構成される NET または好中球細胞外トラップの生成が含まれます。これらの DNA ストリング拡張はヘルパータンパク質とともに細菌を包み込み、細菌を分解します。これら 3 つのプロセスはすべて、好中球が異物を標的にして破壊するという、体内での主な仕事の作用を示しています。^[16]