科學研究 - 【自噬開創的新世界】（三）發現多種功能並實用化，期待實施健康長壽社會

吉森保
大阪大學研究生院醫學系研究科/生命機能研究科教授
2017年入選CREST研究代表

證明自噬是哺乳動物的共同機制
引發研究熱潮

隨着自噬研究不斷髮現相關的基因簇和機制，開始有越來越多的聲音期待將其應用於各種疾病的冶癒。嘗試將自噬的基礎研究成果投入實用化的，正是大阪大學研究生院醫學系研究科/生命機能研究科的吉森保教授。吉森目前還在CREST「起因於細胞外顆粒的生命現象闡明及對其進行控制的基礎技術開發」研究領域的「基於自噬的細胞外顆粒響應及形成」研究中擔任研究代表。

吉森從研究生時代就開始研究以哺乳動物的細胞爲物件的細胞生物學，他是受到東京工業大學的大隅良典特任教授邀請才開始研究自噬的。吉森回憶說：「當時大隅博士在自然科學研究機構基礎生物學研究所成立了研究室，邀請我做副教授。我當時馬上就要30歲了，正在尋找可以作爲畢生事業的研究課題。聽完大隅博士的介紹後，直覺告訴我，這是一份值得做的工作。」

當時，大隅博士剛剛在酵母中發現了14種與自噬有關的基因，整個領域還沒有那麼熱門。但他確信這種現象是生物的基本功能，於是邀請正在研究哺乳動物細胞的吉森加入。這樣研究物件就從酵母擴大到了哺乳動物中。他的決定非常正確，2000年吉森在哺乳動物中也發現了與自噬有關的蛋白質，並證明自噬的基本機制是所有真核生物共有的細胞内淨化連串裝置回收系統。

吉森發現的是相當於酵母的Atg8蛋白的自噬體膜結合蛋白LC3。另外還發現，LC3會被其他自噬相關的蛋白質組脂質化，可以穩定存在於自噬體中。如今LC3已被全球廣泛用作自噬的檢測標志物，爲自噬研究的崛起創造了機會。

識別並消除有害物質
與免疫也有關聯

證明自噬能滅絕病原菌也是吉森取得的重要成果之一（圖1）。在此之前，雖然知道處於飢餓狀態時自噬爲確保營養會分解蛋白質，但根據吉森的發現明確了自噬與免疫也有關。進一步的研究表明，不僅是細菌，自噬還會選擇性消除各種對細胞有害的物質。

圖1：擷取侵入細胞的A組鏈球菌的自噬體電子顯微鏡照片

一般來說，從細胞外部進入内部的物質會被名爲内體的胞器吸收並篩選。病原菌也會被内體吸收，但它們會試圖刺破内體膜逃到細胞質中，或者透過在内活體內開孔來運送自己的蛋白質。吉森仔細觀察這種情況發現，包裹細菌的内體膜受損後會發生名爲泛素化的蛋白質修飾，起動自噬所需的Atg蛋白由此聚集起來。

根據這個結果，吉森開始認爲自噬可能並不會識別和消除病原菌，而是一種爲消除受損的内體而發生的現象。他認爲，如果這個假說是正確的，那麼還可以解釋自噬爲何能消除表面結構各異的各種病原菌。

吉森利用内體打孔的人造珠子驗證了這個假說，果然發生了自噬，人造珠子被自噬體擷取。由此明確了自噬是如何選擇各種分解物件的。

從意外的結果到新發現
開墾傷害的新途徑

接下來，吉森開始調查與内體一樣也屬於胞器之一的溶體的開墾機制。他認爲，如果假說正確，其開墾程序將以與内體相同的機制進行。溶體負責細胞内外成分的分解，囊泡内部爲酸性，含有各種水解酶。進行自噬時會用自噬體包裹要分解的物質，並將其移送到溶體中進行分解。

當溶體受損時，酸性内容物會泄露到細胞質中，引起發炎和氧化壓力，甚至細胞死亡。例如，腎臟中堆積的草酸鈣晶體會傷害腎小管細胞中的溶體，導致結晶性腎病的病情惡化。吉森實際觀察受損溶體開墾的樣子發現，像預期那樣發生泛素化，而自噬則選擇性地對其進行了隔離和開墾。

然而，透過進一步分析獲得了新的發現。本來應該存在於自噬體中的脂質化LC3還出現在了受損的溶體中。詳細調查這個意料之外的結果發現，LC3與在溶體膜上控制鈣出入的鈣通道相輔作用，促使鈣流出。控制基因表現的轉錄因子TFEB由此被激活，促進了開墾（圖2）。

圖2：溶體受損時，脂質化LC3與溶體上的鈣通道TRPML1相輔作用，促進鈣從溶體流出。由此會激活轉錄因子TFEB（負責激活與溶體的生物合成和自噬有關的蛋白質的基因表現），促進了溶體的開墾。

由此應答LC3獨立於自噬的溶體開墾功能發揮作用，並獲得了超出吉森預期的結果。他說：「假說被證明是正確的當然很開心，但發現意料之外的現象更令人興奮。此次也得到了非常有趣的結果。」

吉森抑制患結晶性腎病的模式小鼠的TFEB發揮作用後還應答，與普通的結晶性腎病模式小鼠相比，受損溶體增多，腎病惡化（圖3）。今後如果能開發出作用於參與溶體開墾的兩種途徑的化合物，那麼不僅是結晶性腎病，還有望冶癒與溶體傷害有關的各種疾病。

圖3：TFEB的功能是預防結晶性腎病惡化。結晶性腎病（草酸鈣腎病）模式小鼠的腎組織影像（上）和腎組織免疫染色影像（下）。在TFEB缺陷小鼠的腎臟中觀察到更多的受損溶體（右下、紅色），腎病惡化（右上）。（紅色：受損溶體，綠色：近端腎小管標誌物，藍色：細胞核）

與醫學部成立研究中心
研究自噬與疾病發病的關係

吉森還取得了其他重要成果。即發現了抑制自噬的分子「Rubicon」。Rubicon是抑制與溶體融合（自噬的最終階段）的蛋白質。到目前爲止，我們一直試圖促進自噬，但如果能控制發揮制動器作用的Rubicon，或許有助於推進藥物開發。吉森就這項重要成果表示：「如果能減量Rubicon，自噬將更加活躍地發生。有望開發相關疾病的冶癒藥物，應該還有助於延長健康壽命。」

事實上，近些年已透過研究證明，Rubicon會隨着年齡的增長而增加；當Rubicon被抑制時，線蟲和果蠅的自噬功能被激活，致使壽命延長（圖4）。另外還發現，抑制了Rubicon的小鼠，即使投餵高脂肪食物，肝臟中的脂肪堆積和由此引發的肝傷害也會受到抑制，由此Rubicon受到的期待和關注不斷升高（圖5）。

圖4：自噬功能隨着年齡的增長而降低的機制。隨着年齡的增長，Rubicon會增加，導致自噬功能下降，發生老化現象。抑制Rubicon的表達，可以延長壽命並改善老化導致的運動功能下降等，觀察到與老化相關的表型改善。

圖5：高脂肪飲食小鼠的肝臟及肝細胞比較。抑制Rubicon的表達後，因高營養飲食而肥大的肝臟恢復正常大小，抑制了細胞内的脂肪（下圖，紅色）積累。

爲這種推進醫療應用的研究提供支援的，是2015年成立的大阪大學醫學部附屬自噬中心。吉森正與專門研究各種疾病的醫學部臨牀教室開展聯合研究。他高興地說：「醫學部的教授們也認爲一些疾病可能與自噬有關。自噬中心的建立使聯合研究變得更加方便，並取得新的成果。」

另一方面，並非所有與自噬有關的生命現象都已被闡明，還有很多人仍在等候冶癒藥物。基礎研究的重要性仍未改變，但已經明確的成果必須儘快透過臨牀進行驗證。吉森就今後的構想表示：「今後的研究將不會過度偏重基礎研究或應用研究的某一方，而是應該像車的雙輪那樣齊頭並進。」

建立一個研究生態系統
驗證效果推出值得信賴的產品

不僅僅是上述事例，自噬研究的應用範圍正在大幅擴大（圖6）。吉森爲響應這些社會期待，儘快將研究成果回報給社會，於2019年成立了大阪大學校辦初創企業「AutoPhagyGo」（圖7）。他作爲該公司的技術顧問支援研發，2020年7月推出了第一款商品——與UHA味覺糖公司共同開發的有助於健康長壽的營養食品「自噬習慣」。可以說迅速實施了研究成果的實用化。

圖6：自噬的主要功能

圖7：AutoPhagyGo的業務模式

爲了實施健康長壽的社會，不僅是食品，AutoPhagyGo還在以化妝品和膳食補充劑等爲中心，與多家企業推進聯合研究。但是，吉森的目標不僅僅是實用化。他表示：「AutoPhagyGo的目標是透過與多家企業推進聯合研究，將實用化獲得的利潤用作接下來的研究經費，建立研究一個生態系統。」投資也僅限於贊同這種理念的機構和個人。

到目前爲止，大學等的研究都是利用以JST爲首的公共研究支援機構提供的研究經費開展的。然而，隨着研究經費的逐年消減，許多研究人員發現在不穩定的僱傭制度下，每天都在爲新的申請書而煩惱。吉森就成立初創企業的終極因數表示：「爲了繼續操作產生好的成果，在穩定的環境中靜下心來開展研究非常重要。因此，我們希望建立一個能從民營企業募集研究經費，也可以將研究獲得的利潤用作研究經費的體制，所以選擇了初創企業這種形式。」

爲建立這種機制，還成立了一般社團法人日本自噬聯盟。與吉森等衆多學術界的研究人員一起，AutoPhagyGo和各行各業的著名企業等16家企業作爲企業會員加入了該聯盟。在這裏可以共用最前緣的研究成果，並向公衆傳播基於科學的準確資訊，目標是讓整個行業贏得信任。吉森表示：「爲了獲得信任，充分進行效果驗證非常重要。全行業將相互學習最新的研究成果，並開發衡量效果的技術。」

自1992年大隅博士發現自噬以來已經過去30年。我們現在終於可以享受其中的部分成果了。但是，這也是一個至今仍存在未知領域的深奧世界。令吉森等衆多研究人員着迷的自噬世界今後會取得什麼樣的成果呢，讓我們拭目以待吧。

日語原文

文：JSTnews 11月號
翻譯編輯：JST客觀日本編輯部