こんにちは、内科医 ひとちゃんです
8月も終盤（しゅうばん）になっていますね。
暦（こよみ）の二十四節気（にじゅうしせっき）では、
「処暑（しょしょ）」となっています。
「処暑（しょしょ）」という言葉の意味は、厳しい暑さが和らぎ（やわらぎ）、秋の訪れを感じ始める頃という意味であるそうですが・・・
まだまだ、厳しい暑さは続きそうですね。
皆さまの体調は、いかがでしょうか？
(AIで画像を作成）
さて、今回は「iPS細胞」からのエクソソームが「老化細胞」を
正常細胞にもどすというマジックのようなお話をしてみたいと思います。
とうとう、暑さで頭がやられてしまったのだなあ〜と私のことを気の毒に思われる方もいらっしゃるかもしれませんね
実は、これは本当のことなのですね。話を始める前に「iPS細胞由来のエクソソーム」、つまり、「iPS細胞」から放出されている「エクソソーム」には、そのような物質が含まれているのか？・・・をまず、ご説明しておきたいと思います。
在の研究により、iPS細胞由来のエクソソームには多様な生物学的活性分子が含まれていることが明らかになっています。
以下、主要な分子カテゴリーごとに分けて、書き出してみたいと思います。
１マイクロRNA(miRNA)
主要なマイクロRNA群
1)miR-302ファミリー
- miR-302a-5p、miR-302b-3p、miR-302d-3p
- 作用機序: 多能性維持、細胞周期制御、アポトーシス抑制
- 標的遺伝子: TGF-β経路、PI3K/AKT経路の制御
- 治療効果: 心筋保護、再生促進、炎症抑制
2)miR-21-5p
- 作用機序: SORBS2、PDLIM5を標的とした心筋肥大制御
- 機能: 抗アポトーシス作用、血管新生促進
- 臨床意義: 心筋梗塞後の心機能回復に寄与
3)miR-92a
- 作用機序: 内因性抗アポトーシス経路、血管新生促進経路、抗線維化経路の活性化
- 効果: 左室駆出率改善、心筋細胞生存率向上
miR-372-3p、miR-371a-5p
- 特徴: hiPSC由来エクソソームで高発現
- 機能: 細胞周期制御、代謝制御に関与
2.転写因子とタンパク質
多能性関連転写因子
OCT4、SOX2、NANOG:
- 存在確認: iPS由来エクソソーム内でmRNA及びタンパク質として検出
- 機能: 多能性維持シグナルの伝達
- 作用機序: 受容細胞の分化可塑性向上
- 発現パターン: iPS細胞由来エクソソームで高発現
- 機能: DNA複製、細胞増殖促進
- 臨床意義: 組織再生、損傷修復の促進
- 作用機序: TLR4シグナリング活性化 → ERK1/2、p38MAPK経路活性化
- 機能: 血管新生促進、細胞保護効果
- 治療効果: 虚血再灌流障害に対する保護作用
- 機能: 血管新生、細胞増殖促進
- 経路: PI3K/AKT、MAPK経路を介した細胞保護
- 機能: 標的細胞への特異的結合、取り込み効率向上
- 作用機序: インテグリン介在性細胞接着
2)TSG101、Alix:
- 役割: エクソソーム形成・分泌制御
- 意義: エクソソームの品質管理
- 解糖系酵素群: グルコース取り込み促進、ATP産生向上
- 作用機序: 虚血条件下での細胞エネルギー代謝改善
2(抗酸化酵素
- SOD、カタラーゼ、GPX系酵素
- 機能: 酸化ストレス軽減、ROS除去
- 治療効果: 虚血再灌流障害の軽減
- 機能: miRNA-29b-3pとの結合による心筋リモデリング制御
- 作用機序: エピジェネティック制御を介した遺伝子発現調節
- 作用機序: miR-15a-5p/GPX4軸を介したフェロトーシス抑制
- 効果: 細胞死抑制、炎症軽減
- 機能: エクソソーム膜安定性、細胞膜融合効率向上
- 作用機序: 膜タンパク質機能の最適化
(AIで画像を作成）
上記のような多くの物質を含むことから、IPS細胞は、以下のような
医療への応用が期待されているわけです。
【１】心血管疾患治療(参考3)
- 血管新生促進: VEGF/Angiopoietin経路活性化
- 抗炎症効果: NF-κB経路抑制
- 抗線維化作用: TGF-β経路調節
【2】神経保護効果（参考4)
- 神経栄養因子産生促進: BDNF、GDNF発現向上
- シナプス可塑性向上: CREB経路活性化
- 神経炎症抑制: ミクログリア活性化抑制
【3】組織再生促進
- 幹細胞活性化: 内因性幹細胞の動員・活性化
- 細胞分化誘導: 特異的分化因子の供給
- 細胞外マトリックス再構築: コラーゲン合成調節
さて、ここまでご説明したところで（少し長すぎましたが・・・）
なぜ、皮膚の真皮層に存在する「老化細胞」が「iPS細胞由来のエクソソーム」の投与により「正常細胞」に一部は戻る(もどる）ことができるのでしょうか？
「老化細胞」についての一般的な話題は、次のようなものでしたね。
細胞分裂をするたびに「テロメア」が短くなる。
ある時点で、それ以上は分裂ができない「ヘイフリックの限界」という状態まで「テロメア」が短くなることにより、細胞分裂は止まるわけです。
細胞分裂ができなくなった細胞は、一部は「アポトーシス（プログラムされた細胞死）」を起こしますが、残った細胞は「老化細胞」になる。
「老化細胞」は、炎症性サイトカインを放出する「SASP（老化関連分泌表現型）」となり、周囲の細胞を障害して、それらを「老化細胞」化するという性質を持つ。
このことから、「老化細胞」には「ゾンビ細胞」という異名（いみょう）もありましたね。
この話からすると・・・「老化細胞」を「正常細胞」に戻すことなど、「夢のまた夢」のお話に聞こえるかもしれませんね。
皮膚真皮層の「線維芽細胞」の「老化細胞」は、以下のように分類できることが知られています(参考5.6)
1) 複製老化（Replicative Senescence）
- 原因: テロメア短縮によるヘイフリック限界到達
- メカニズム:
- テロメア長が臨界的短縮（約4-6kb以下）
- ATM/ATR→p53→p21経路活性化
- Rb経路による細胞周期停止
- 特徴: 正常な生理的老化プロセス
- 原因：酸化ストレス、UV照射、化学物質暴露（ばくろ）
- メカニズム: DNA損傷→p53/p21経路またはp16/Rb経路
b)顔遺伝子誘導性老化（OIS ;Oncogene-induced Senescence)
- 原因: RAS、MYC等の癌遺伝子活性化
- メカニズム: 異常増殖シグナル→p16/Rb、p53/p21経路
c) DNA損傷応答性老化
- 原因: 電離放射線、化学変異原による直接的DNA損傷
- メカニズム: ATM/ATR→Chk1/Chk2→p53経路
- 原因: ヒストン修飾、DNA メチル化パターンの異常
- メカニズム: クロマチン構造変化による遺伝子発現制御異常
<ブログ後記 > 8月26日
8月も残りが少なくなってきましたね。
夏もそろそろ、終わりか・・・なんて言葉も頭に浮かんだのですが
実際には、東京都心の最高気温が35.1℃に達し、年間猛暑日（ねんかんもうしょび）の日数は22日目となったそうです。
この年間猛暑日の日数は、2023年の過去最多記録に並んだそうです。これで猛暑日が終わるとは思えないので、今年は「過去最多の猛暑日があった」と記録されるかもしれません。
今回は「老化細胞」が生じる原因は、テロメアの長さがそれ以上は分裂できなくなる理由ばかりではなく、複数のメカニズムが存在することについて、お話をさせていただきました。
そのメカニズムの違い（ちがい）とは関係なしに、一旦（いったん）「老化細胞」に変化してしまえば・・・「SASP(老化細胞分泌表現型) 」という状態になります。
「SASP」とは、「老化細胞」が分泌するタンパク質が変化し、「炎症性サイトカイン」、「成長因子」、「プロテアーゼ」などを大量に分泌するなど「老化細胞」に特有の現象となります。
これらの「分泌物質」が、周囲に存在する「正常細胞」に以下の影響を与えることがわかっています。
◎慢性炎症の誘発
IL-6、IL-8、TNF-αなどの炎症性サイトカインにより、組織の慢性炎症状態を引き起こします。
この炎症性サイトカインは、「正常細胞」の機能低下や損傷を招き、周囲の正常細胞も老化細胞化させる「老化の伝播（でんぱ）」現象」を起こすとされていますよね。
これにより組織全体の「老化」が加速されていくと考えられているわけです、
「IPS細胞由来エクソソーム」の投与により、「老化細胞」が「正常細胞」に戻る可能性があるのではないか・・・ということになります。
しかしながら・・・「老化細胞」のうち、テロメア短縮により「ヘイフリックの限界」となり、それ以上の分裂はできない「老化細胞」は難しいわけですが・・・。
実は・・・厳密（げんみつ）にお話すると「正常細胞」に戻すというのは・・・かなりの「誇大表現（こだいひょうげん）」であるという研究者もいます。
では、どのような表現が正しいのか？・・・と言いますと
「老化細胞」の部分的な機能改善効果であるといった方が正確なのではないかというのですね。
いったい、どのようなことかと言いますと・・・次のようになります。
「ヒト皮膚線維芽細胞」について、具体的に検証してみると、次のようになります。
「iPS細胞由来エクソソーム」が、「ヒト皮膚線維芽細胞」において、
どのような効果を持つ可能性があるのか？
というのは、2018年の論文で、次のように示されています（参考7)
この論文では、iPS細胞由来のエクソソームが、加齢した「ヒト真皮線維芽細胞（HDF）」への影響を調べています。その結果、
【１】「老化関連βガラクトシダーゼ（SA-β-Gal）」の発現レベルを有意に減少させることが確認できたというのですね。
この論文の詳細な内容を確認しますと、次のような内容となります。「光老化」の実験もされているのですが・・・自然老化を誘導するため、真皮層の線維芽細胞30回以上の継代培養したという実験したのですね。
特定のmRNA発現レベルは定量的リアルタイムPCR（qPCR）で評価した。自然老化のマーカーとして老化関連の「β-ガラクトシダーゼ（SA-β-Gal）活性」を測定しています。
そして、「iPS由来のエクソソーム（iPSCs-Exo）」を加えて、老化した線維芽細胞の変化を確認したわけです。
その結果、「iPS由来のエクソソーム（iPSCs-Exo）」老化した線維芽細胞において「SA-β-Gal」および「MMP-1/3」の発現レベルを著しく低下させ、「I型コラーゲン」の発現を回復させることを実証したというわけです。
下の図の「A」の左の写真は、若い時の線維芽細胞を示しており
中央が「老化」した「線維芽細胞」になるわけですが、青く染まっているのが「SA-β-Gal」という
老化細胞の指標となります。右の写真は、中央の老化細胞の散在していたサンプルに「iPS由来のエクソソーム（iPSCs-Exo）」を加えて、培養した後のものです。
右の写真では、わかりにくいかもしれませんが、青く染まっている細胞が減少しており、老化細胞が減少していることが確認できたという結果になっています。
下の図の「B」の図は、黒く示されているのが「SA-β-Gal」が強く発現している「老化細胞」の割合を示しており、灰色の部分は、「SA-β-Gal」が中等度発現している「老化細胞」を示しています、
そして、左の写真は、若い時の線維芽細胞を示しており、「SA-β-Gal」は発現しておらず、老化細胞」がないことが確認できます。
中央が「老化」した「線維芽細胞」になるわけですが、「SA-β-Gal」が強く発現している「老化細胞」と「SA-β-Gal」が中等度発現している「老化細胞」が混在しているのが確認できます。
そして、右のグラフは、右のグラフは、中央で示した「老化細胞」の散在していたサンプルに「iPS由来のエクソソーム（iPSCs-Exo）」を加えて、培養した後のものです。
その結果、「iPS由来のエクソソーム（iPSCs-Exo）」を加えますと、驚くことに・・・
「SA-β-Gal」が強く発現していた「老化細胞」と「SA-β-Gal」が中等度発現していた「老化細胞」の割合が減少することが示されています。
その他のデータとして
【2】MMP-1/3（マトリックスメタロプロテアーゼ）発現を抑制し、
【3】「コラーゲンタイプI」の発現を回復させる
ことが実証されています（参考7)。
ここで、ちょっと復習（ふくしゅう）しておきますと・・・
「ヒト皮膚線維芽細胞」が、「老化細胞」に変化した主要な指標は、
1. SA-β-Gal（老化関連βガラクトシダーゼ）の上昇
SA-β-Galは最も信頼性の高い細胞老化のマーカーです
正常細胞では低発現ですが、老化細胞では著明に上昇します
2. MMP-1/3（マトリックスメタロプロテアーゼ）の発現増加
MMP-1：コラーゲンⅠ型・Ⅲ型を分解する主要酵素
MMP-3：多様な細胞外マトリックス成分を分解
老化細胞ではSASPの一環としてMMPが過剰産生され、周囲の組織構造を破壊することが知られています。
3. コラーゲンタイプⅠの発現低下
コラーゲンタイプⅠは皮膚の主要構造タンパク質（全コラーゲンの約80-90%）であり、
老化に伴い合成能力が低下し、同時にMMPによる分解が亢進（こうしん）します。
この結果、皮膚の弾力性と強度が失われるわけですね。
・・・ことになります。
上記の事象は、「ヒト皮膚線維芽細胞」が確実に「老化細胞」化していることを示す確定的な証拠といえます。
逆に、先ほどの「iPS細胞由来エクソソーム」は、これら全ての指標を改善方向に導くため、抗老化効果があると評価されているのですね（参考7)
その他の多くの研究結果から、「iPS細胞由来エクソソーム」は、老化細胞を完全に正常細胞に戻すことはできない可能性もあるものの、老化の進行を遅延させ、一部の機能を改善する効果があると考えられます。
具体的には、以下のことがわかっています。
○老化細胞のマカーーカー(SA-β-Gal)の発現減少以外に
○コラーゲン産生の回復
○炎症性サイトカイン分泌（IL-1α、IL-6、TNF-α）の減少
○細胞増殖能力の部分的回復
○p53-p21経路の抑制により、細胞周期停止が解除される
→細胞が増殖する
○DNA修復能力の向上
○エラスチンやヒアルロン酸の産生が促進される
○組織再生能力の回復
○真皮の厚さと弾性の回復する
（老化細胞が多くなると、真皮層は薄くなり、弾性は低下します）
などが実際に報告されていルわけですね（参考8.9)、
「iPS細胞由来エクソソーム」の投与により、「老化」の改善された
線維芽細胞の機能は、数週間から数ヶ月間持続することや
また、（細胞移植と異なり、エクソソームは複製能を持たないため）腫瘍化のリスクが低いことが確認されています。
さらに、「iPS細胞由来エクソソーム」には、PRDX1とPRDX2などという抗酸化酵素が高濃度で含まれています
これらのPRDXは、「老化線維芽細胞」に直接送達され、細胞内の「活性酸素（ROSなど）」の発現レベルを劇的に低下させることが知られているのですね。
老化した線維芽細胞では、通常PRDXレベルが低下していますが、エクソソーム投与により内因性の「抗酸化能力」が回復します。
この直接的な酵素補充により、DNA損傷マーカー（γH2AX）の減少や細胞増殖能の回復が起こることが確認されています（参考10)。
これらの結果は、私個人は、驚くべきことであると思うのですが・・・やはり「完全な若返り」ではなく、「老化」の進行抑制と機能の部分的改善」として理解するのが適切であるかのもしれませんね。
ただし、実際に「老化細胞」を除去する際には、組織全体の「老化細胞」を一定期間、減少させることが可能であることは、
何らかの「老化細胞除去療法」を行う際には、一度に大量の「老化細胞」が破壊（アポトーシス）されることを防ぎ、「組織の損傷」や「機能障害」が生じることを防ぐ方法になり得る・・・のではないかなんて思います。
またまた、長文になってしまいましたね。
今回も最後までお付き合いいただき
誠にありがとうございました
1) Stem Cell Res Ther. 2022 Sep 5;13(1):449.
Youkun BIら
Ji-Hye Jungら
3) J Extracell Vesicles. 2020 Aug 26;9(1):1809064.
Extracellular vesicles from human iPSC-derived neural stem cells: miRNA and protein signatures, and anti-inflammatory and neurogenic properties
Raghavendra Upadhyaら
4)Inflamm Regen. 2022 Apr 2;42(1):11.
The roles and mechanisms of senescence-associated secretory phenotype (SASP): can it be controlled by senolysis?
Naoko Ohtaniら
5)Front Cell Dev Biol. 2021 Mar 29:9:645593.
Mechanisms of Cellular Senescence: Cell Cycle Arrest and Senescence Associated Secretory Phenotype
Ruchi Kumanら
6)Int J Med Sci. 2018 Jun 9;19(6):1715.
Exosomes Derived from Human Induced Pluripotent Stem Cells Ameliorate the Aging of Skin Fibroblasts
Myeongsik Ohら
7)Int J Mol Sci. 2018 Jun 9;19(6):1715.
Exosomes Derived from Human Induced Pluripotent Stem Cells Ameliorate the Aging of Skin Fibroblasts
Myeongsik Oh ら
8)Stem Cell Res Ther. 2019 May 21;10(1):142.
Human embryonic stem cell-derived exosomes promote pressure ulcer healing in aged mice by rejuvenating senescent endothelial cells
Bi Chen ら
9)Cell Metab. 2025 Feb 4;37(2):527-541.
Exosomal miR-302b rejuvenates aging mice by reversing the proliferative arrest of senescent cells
Youkun Bi ら
10) Cells. 2021 Jul 12;10(7):1763.
Extracellular Vesicles under Oxidative Stress Conditions: Biological Properties and Physiological Roles
Elisabetta Chiaradia ら
（筆者撮影）
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院長
小笠原 均 (Hitoshi Ogasawara)
医学博士, 内科医
（総合内科、リウマチ専門医）
(新潟大医学部卒)
<今週、なんとなく聞いてみたい曲>
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