概要

発表内容

〈研究の背景〉
　多発性硬化症は、中枢神経系に炎症性の脱髄病変が時間的・空間的に多発することを特徴とする慢性疾患であり、多様な神経症状を引き起こします。世界では約280万人の患者がいると推定されていますが、その有病率には大きな地域差があり、ヨーロッパ人集団における有病率は東アジア人集団の10倍以上と報告されています。この違いには、遺伝的要因と環境要因の双方が関与すると考えられています。
　これまでのGWASにより、多発性硬化症に関連する200以上のゲノム領域が同定されてきました。しかしその大半はヨーロッパ人集団を対象としたものであり、東アジア人集団を対象とした大規模なGWASは行われていませんでした。そのため、日本人集団において明確に同定されていたリスク領域はMHC領域に限られていました。
　また、同定された遺伝的変異がどの細胞で機能するのかを検討した既存の研究では、免疫細胞やミクログリアの重要性は示されてきたものの、非免疫系の細胞の関与については十分に検討されていませんでした。さらに、多発性硬化症は、脳病変の空間的な広がりや不均一性を特徴とする疾患であるにもかかわらず、組織内での位置情報を保持したまま遺伝子発現を測定する空間トランスクリプトーム解析を用いて遺伝的リスクを検討する研究は、これまで十分に行われていませんでした。
　本研究では、これらの課題に取り組むため、日本人集団を含む多様な人種集団の大規模ゲノムデータと、シングルセル・空間オミクスデータを統合的に解析しました。

   〈研究の内容〉
　研究グループはまず、Japan MS/NMOSD Biobank、大阪大学医学部附属病院、およびバイオバンク・ジャパンから収集した計688名の多発性硬化症患者と205,199名の対照者を対象に、日本人集団としては初となる大規模なGWASを実施しました。
　その結果、ゲノムワイド有意水準を満たす2つの領域が同定されました（図1左上）。1つはHLA遺伝子を含むMHC領域であり、もう1つは11q24に位置する新規のリスク領域（rs2199759-T、オッズ比1.58、P = 2.1×10⁻⁸）でした。この変異はこれまでいずれの人種集団においても報告がなく、他集団のGWASでも関連は認められませんでした。この変異の近傍に位置するETS1遺伝子は、リンパ球系細胞の分化に必須の転写因子をコードしており、脳血管内皮細胞におけるETS1の発現低下が血液脳関門の機能不全を引き起こすことも報告されています。これらのことから、当該領域がETS1の発現を調節し、免疫の制御異常や血液脳関門の破綻を介して発症に寄与する可能性が示唆されました。
　次に研究グループは、本研究の日本人GWASに加え、既報の研究成果、UKバイオバンク、Million Veteran Program、FinnGen、All of Us、Genomics Englandといったバイオバンクのデータを統合し、日本（東アジア）・ヨーロッパ・アフリカ・アメリカ大陸系の4つの人種集団、計29,374名の患者と1,843,563名の対照者を対象とするGWASメタ解析を実施しました（図1）。その結果、合計22か所の新規疾患感受性領域が同定されました。これらの中には、実験的に多発性硬化症との関連が示されているSEMA4DやPRF1の近傍に位置する変異も含まれていました。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　図1： 各人種集団におけるGWASの結果

　X軸は染色体上の位置、Y軸は関連の強さ（−log10(P)）を表す。赤色の領域は本研究で新規に同定された疾患感受性領域である。
　　 左上が日本人集団、右上がヨーロッパ人集団、左下がアフリカ人集団、 右下が日本・ヨーロッパ・アフリカ・アメリカ大陸系の4つの人種集団
　　 のメタ解析の結果。



　次に、日本人集団においてMHC領域と多発性硬化症の関連について詳細な解析を行った結果、クラスII HLA遺伝子に4つの独立した関連（HLA-DQβ1のアミノ酸9番目のフェニルアラニン、HLA-DQA1*03:01、HLA-DRB1*15:01、HLA-DQβ1のアミノ酸125番目のグリシン）が同定されました（図2）。日本人集団における多発性硬化症とHLAの関連解析としては、これまでで最大規模かつ最も網羅的な解析です。
　このうちHLA-DRB1*15:01はヨーロッパ人などの他の集団でも共通する代表的なリスクとして知られる一方、残る3つは欧州系集団では報告されていません。また、東アジアに特異的なリスクとされてきたHLA-DRB1*04:05の関連は、HLA-DQβ1のアミノ酸9番目の多型によって大部分が説明され得ることが示され、アミノ酸レベルの高解像度な解析の重要性が明らかになりました。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

図2：HLAファインマッピングの結果

　X軸は6番染色体上の位置、Y軸は関連の強さ（−log10(P)）を表す。HLA-DQβ1のアミノ酸9番目のフェニルアラニンが最も強い関連として検出された。


　続いて、多発性硬化症患者の末梢血単核球についてシングルセルRNAシークエンスを実施し、上記のGWASの結果と統合を行いました（図3左）。これにより、CD4陽性T細胞、とりわけナイーブT細胞、セントラルメモリーT細胞、エフェクターメモリーT細胞に加えて、メモリー制御性T細胞において遺伝的リスクの有意な集積が認められました。
　さらに、多発性硬化症患者の脳皮質下病変のシングルセルデータを用いた解析（図3右）では、T細胞・骨髄球系細胞・B細胞に加え、血管内皮細胞に有意な関連が認められました。これは、従来注目されてきた免疫細胞以外にも、血液脳関門を構成する血管内皮細胞も多発性硬化症の発症病態に関与している可能性を示唆する結果です。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　図3：多発性硬化症GWASのシングルセルデータへの投影

　多発性硬化症GWASの結果を末梢血単核球（左）および脳皮質下病変（右）のシングルセルデータに投影することによる、1細胞ごとの疾患との関連
　　  スコア。有意な関連が示された細胞種を青字で記載している。


　シングルセル解析では細胞の空間的な位置情報が失われてしまいます。そこで研究グループは、多発性硬化症の脳皮質下病変の空間トランスクリプトームデータ（活動性病変8検体、非活動性病変4検体）とGWASの結果を統合する解析を行いました（図4）。
　その結果、遺伝的リスクは病変内で均一に分布するのではなく、血管周囲の免疫細胞浸潤領域、病変辺縁部、病変中心部、病変周囲白質に有意に集積していることが分かりました。この集積は非活動性病変よりも活動性病変で顕著であり、とりわけ血管周囲の免疫細胞浸潤領域と病変辺縁部で明瞭でした。前者は免疫細胞が中枢神経系へ浸潤するという多発性硬化症の基本的な病態を反映し、後者は脱髄を担うマクロファージや単球に富む領域であることと整合します。
　多発性硬化症において慢性的に炎症がくすぶり続ける病変は疾患の進行と強く関連し、既存の疾患修飾薬では十分な効果が得られないことが知られています。本研究では、こうした持続的な活動性の高い病変に遺伝的リスクが強く集積することが示され、遺伝的要因が発症のみならず脳内での病態進行にも影響を及ぼす可能性が示唆されました。



　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　図4：多発性硬化症GWASの空間トランスクリプトームデータへの投影

　（左）活動性病変と非活動性病変の空間トランスクリプトームデータにおけるアノテーション（遺伝子発現量や位置情報を元に割り振られたラベル）、および多発性硬化症GWASの結果を投影したことによるスポットごとの関連の強さ。（右）各スポットの関連を統合することで得られた、アノテーションごとの関連の強さ。


　
　〈今後の展望〉
　本研究は、多発性硬化症の遺伝的背景を多様な人類集団にわたって明らかにするとともに、疾患の遺伝的リスクを細胞種と組織内の位置という解像度でとらえる解析の枠組みを提示しました。今後、こうした空間・細胞レベルでの疾患遺伝学の統合解析は、ゲノム研究において重要性を増していくと考えられます。