樹状細胞の概要

樹状細胞（DC）は、病原体の自然免疫検出とそれに続く適応免疫応答の活性化において重要な役割を果たします。DCは、主要組織適合遺伝子複合体（MHC）分子上の抗原ペプチドを提示することにより、適応応答を開始してT細胞の活性化と分化を誘導します。また、DCは免疫応答を増強および調節するサイトカインと増殖因子を分泌します。ナイーブT細胞の活性化におけるそれらの役割に加えて、DCは制御性T細胞の分化ならびにT細胞耐性の発現を導く上で重要な役割を果たしていると考えられています。重要な歩哨細胞として、それらは全身、特にリンパ器官ならびに腸や皮膚などの環境境界面に常在します。

DCはそれらの環境を継続的にサンプリングし、炎症シグナルがない場合は、末梢T細胞耐性を強化すると考えられています[1、2]。DCの活性化や成熟は、病原体関連分子パターン（PAMP）またはダメージ関連分子パターン（DAMP）がパターン認識受容体（PRR）により認識されたときに起こります。DCは、表面およびエンドソームのToll様受容体（TLR）、C型レクチン、および細胞質ゾルセンサーなど多岐にわたるPRRを発現します[3]。PRRが活性化されると、DCは代謝、細胞、および遺伝子転写の変化を起こし、Tリンパ球の効率的な活性化因子に成熟します。それらの活性化因子は、MHCクラスII、共刺激分子、および炎症誘発性サイトカインなど抗原提示装置の発現を増加させ（アップレギュレーション）、二次リンパ組織のT細胞領域に遊走し、そこで抗原特異的T細胞をプライムします。

DCの発現は、骨髄で始まる多段階の分化カスケードにより支配されます。DCの精密な上流前駆細胞は長年討議されてきましたが、DCはfms様チロシンキナーゼ3リガンド（Flt3L）依存的に骨髄前駆細胞系統を通じて造血幹細胞に由来するという意見の一致が概して認められます[4]。ほとんどのDCは、標準型／従来型DC（cDC）および形質細胞様DC（pDC）の共通の一般的なDC前駆細胞（CDP）から生じます。pDCの発生は骨髄で継続しますが、cDCは末梢のpre-DCとは異なります[5]。DC様の特性（moDC）を持つさらなる単球由来細胞（MC）は、病原体により開始された炎症中に単球の分化を介して生成される場合があります[6]。

2014年、組織および種に特異的なサブセットの名前が過度に増えて曖昧になるのを防ぐために、従来型または標準的な（cDC）サブセットの統一分類体系が提案されました[6]。この取り決めの下では、2つの主要なサブセットが標準型1型DC（cDC1）と標準型2型DC（cDC2）として記述されています。cDC2細胞は、通常DCファミリーに起因する一般的な機能、MHCクラスII上の抗原提示を介したナイーブCD4⁺ T細胞のプライミング、および共刺激に関与します。cDC1細胞は、交差提示またはMHCクラスI上の外因性抗原の提示に特化して、ナイーブCD8⁺ T細胞が細胞傷害性Tリンパ球（CTL）エフェクター機能を獲得するように誘導します[7]。それらの特化と一貫して、cDC1とcDC2細胞は、CD4⁺またはCD8⁺エフェクターT細胞機能を誘発するのに必要なサイトカインも発現します。cDC2駆動型のヘルパーT細胞分極は、微生物感染や蠕虫感染などの細胞外病原体に対する堅牢な適応免疫応答をもたらします。CD8⁺ T細胞を交叉プライムする能力により、cDC1がCTLを細胞内病原体および腫瘍に応答するように誘導することができます。特筆すべきことに、1868年にPaul Langerhansが論文発表した原型的なDCであるランゲルハンス細胞（LC）は、マクロファージ様胚の起源に関する発見に基づいて、この体系ではマクロファージとして再分類されました[8]。

cDCは、分岐した樹状突起形態と、CD11cやMHCクラスII（ヒトではHLA-DR）などcDCシグネチャー遺伝子の高い表面発現により、他の単核性食細胞と区別できます。マウスcDC1細胞は、それらの常在性組織に応じてCD8またはCD103により識別され、マウスcDC2細胞は、一般的なcDCマーカーに加えてCD11bの発現により区別されます（表1）。ヒトcDC1細胞は、BDCA1およびBDCA3のそれぞれの発現、ならびに追加のマーカーにより、cDC2と区別できます。moDCおよび一部のマクロファージはcDCと区別するのが難しい場合があるため、Ly6CやF4/80などの標準的単球／マクロファージマーカーの除外、ならびにCD64、MAR-1、MerTK、CD88などの特定のマーカーの差次的発現が、cDCを他の細胞種と区別するのに役立つことがあります[9]。

cDC1細胞の発生にはBATF3が必要です[10]。選択的枯渇研究で、ウイルス免疫および細胞内感染からの防御におけるcDC1の重要性が示されています[7]。cDC1の導出は、CTLを介した抗腫瘍応答を引き起こす可能性があるので、DCに基づくがん治療の狙いです[11]。RelB、RBP-J、IRF4、およびIRF2などいくつかの転写因子は、cDC2の発生にとって重要です[12]。

形質細胞様DCは、I型インターフェロン（IFN）を分泌するという専用の機能を備えたDCの特有なサブセットです[13、14]。それらは、高い基礎レベルの転写因子IRF7およびエンドソームTLRを発現することにより、ウイルス感染に応答して大量のIFNアルファとベータを迅速に分泌できます[15]。pDCは、形質細胞という名前の由来を彷彿させる分泌形態、CD11cやMHCクラスIIなどのcDCシグネチャー遺伝子の非定型発現、および特異的なpDCマーカーの検出により、表現型的にcDCと区別できます（表1）。中程度レベルのCD11cはマウスpDCで検出されるにもかかわらず、CD11cはヒトpDCでは検出されません[16]。むしろ、pDCはヒトではCD123とCD303の発現、マウスではBst2とB220の発現により、cDCと区別が可能です[16、17]。

pDCの発現は、Eタンパク質転写因子E2-2による制御に依存しています[18]。cDCと同様に、pDCとその上流の前駆細胞はFlt3リガンドシグナル伝達に依存することが明らかにされています。それらの特有の表現型に加えて、pDCはリンパ球系統のいくつかの代表的な特徴を発現します。これは転写因子E2-2への依存に起因するとされています[19]。E2-2は、リンパ球系の関与に不可欠であることが知られている制御因子のEタンパク質ファミリーに帰属します。より最近、単一細胞の転写分析では、一部のpDCがリンパ球前駆細胞を介して発生することが再び示唆されています[20]。それらの起源にかかわらず、pDCは骨髄細胞とリンパ系細胞の両方の属性を明らかに共有しています。これは、最初の記述以来、この細胞種の明確な特徴です。

選択的枯渇研究では、ウイルス感染の制御におけるpDCの重要性が示されています。たとえば、pDCは、マウス肝炎ウイルス（MHV）やマウスコロナウイルスの感染を制御するために必要です[19]。これとは対照的に、pDCは、全身性エリテマトーデス（SLE）のような自己免疫障害など激烈なIFN産生が関与する疾患において病原としての役割を果たします[19]。まれに認められる侵襲性の白血病である芽球性形質細胞様樹状細胞新生物（BPDCN）は、pDCに由来します[21]。

表1.樹状細胞サブセットに関連する主要な転写因子、表面マーカー、および機能。

従来のアプローチと組み合わせた単一細胞分析により、古典的に定義された各DCサブセット内にかなりの不均一性が認められることが明らかとなりました。たとえば、cDCとpDCの両方の特性を共有する非標準的AXL ⁺ヒトDCが、同様の発現プロファイルを共有するマウスの対応するDCとともに特定されています[22、23、24、25]。これらのDCは抗原を提示しますが、I型IFNを産生せず、移行期のDCサブタイプを表すと考えられています。DCの不均一性については、発生系統ではなく、免疫調節状況の観点からも説明できます。たとえば、肺癌組織の機能が低下したヒトおよびマウスのDCは、免疫調節分子が豊富な成熟DC（mregDC）と呼ばれる保存されたプログラムにより特定されます[26]。

DCは、がんに対する免疫応答における不可欠な決定因子です。循環血中のDCの相対レベルは、後期メラノーマ（黒色腫）患者および乳癌患者でレベルの低下が認められているため、がん進行のマーカーとして役立ちます[11]。DCは、腫瘍を特定して浸潤させ、腫瘍の微小環境を調整する可溶性因子を分泌し、腫瘍関連抗原を提示してT細胞応答をプライムすることにより、がん免疫を促進します[27]。とりわけ、DC、特にcDC1が抗原を交差提示し、CTL活性を促進する能力は、MHCクラスIの発現を減弱させる（ダウンレギュレーション）腫瘍の検出に役立ちます。実際、cDC1の増殖はいくつかのがんにおける治療効果の増加と患者の生存に関連付けられます[28]。これに対して、腫瘍微小環境内の機能障害性または免疫寛容性（寛容原性）のDCは、腫瘍の増殖を促進する免疫抑制機能を促進することができます[[27]]。

骨髄、循環血中の単球、および人工多能性幹細胞（iPSC）などさまざまなソースからDCを増殖させるための培養方法が報告されています[29]。In vitro培養系の主要な限界は、cDCやpDCよりも単球由来細胞を生成する傾向があるという偏り（バイアス）です。マウス骨髄からDCを誘導するための2つの主な方法が広く用いられています。1）GM-CSF由来の培養物を使用できますが、顆粒球、MC、およびcDC様細胞などの細胞が不均一に混在することになります[30]。2）Flt3L由来の培養物は、cDC様細胞とpDC様細胞の両方を生成するために使用でき、また、比較的純粋かつ機能的なDC集団を生成できるのでよく選択されます。ヒトPBMCからのGM-CSF由来の培養は、代替のヒト造血源がない場合でも、moDCを生成する依然として主要な方法です。広く使用されているヒトまたはマウスのcDC細胞株はほとんどありませんが、pDC特性のあるいくつかのヒト細胞株を使用してヒトpDCの特徴が研究されています。しかし、ヒトやマウスで培養されたDCの結果を解釈する場合は注意が必要です。これは、in vivo生物学の側面に近似しているだけです。

活性化：LPS、CpGを含む核酸、その他の病原体または損傷に関連する刺激物質や模倣物などさまざまな分子を使用してDCを活性化または成熟させることができます。成熟は、MHCクラスIとIIおよび共刺激分子およびサイトカイン分泌の発現増加（アップレギュレーション）により測定できます。

DCや他の細胞種は、抗体に非特異的に結合できるFc受容体を発現します。そのため、Fc受容体遮断剤を抗体に基づくフロー分析と組み合わせて使用することにより、非特異的結合を防止する必要があります。

ヒトおよびマウスのDCゲーティング対処法のためのOMIP-044およびOMIP-061：OMIP（最適化された多色免疫蛍光パネル）は、特定の細胞状態または応答の多色特性評価にともに使用できる、徹底的に試験され検証された抗体と試薬のセットを指します。雑誌Cytometry Part A（Wiley Online Library）に掲載されたこれらのOMIPは、フローサイトメトリー用に設計されています。しかし、OMIPは画像サイトメトリー、蛍光顕微鏡法、およびその他の多色蛍光に基づく方法に限定される場合もあります。

表2.樹状細胞の特性評価用に設計されたCytometry Part A OMIP。

サイトカインFlt3L、SCF（幹細胞因子）、およびGM-CSF（顆粒球マクロファージコロニー刺激因子）は、血液中に認められるDCサブセット（従来型と形質細胞様の両方）の発生において決定的な役割を果たします。これらのサイトカインは、線維芽細胞、内皮細胞、マクロファージ、肥満細胞、NK細胞、および活性化T細胞などさまざまな組織間質により産生されます。DCは、IL-4およびGM-CSFで処理することにより、in vitroで単球から誘導することもできます。TLRリガンドや微生物などの活性化刺激に曝露されると、休止DCは成熟プロセスの一部としてさまざまな機能的および表現型の変化を起こし、IL-1、IL-4、TNF、1型インターフェロン、およびTSLPなどのサイトカインにより、オートクライン（自己分泌）またはパラクライン（傍分泌）様式でさらに影響を受ける場合があります。

表3：樹状細胞の分化、活性化、および分泌に関与する重要なサイトカイン。

成熟DCは、Th1経路またはTh2経路に沿ったナイーブT細胞の極性化を通じて、炎症環境または免疫抑制環境につながり得る刺激に基づいた特徴的なサイトカイン分泌パターンを提示できる重要な抗原提示細胞として機能します。たとえば、DCにより分泌されるIL-12はTh1分化を誘導することができ、それは次にIL-6やIL-1βのようなサイトカインを介して免疫刺激環境を促進することができます。また、DCは炎症を起こした組織に対する免疫応答の異なる時間でさまざまな免疫細胞種（未成熟DC、単球、T細胞）を誘引するCCL2、CCL3、CCL4、CCL5、CXCL9、およびCXCL10などの数多くのケモカインを分泌します。Invitrogen 65-plexヒト免疫モニタリングパネルは、成熟DCにより分泌性サイトカインおよびケモカインをプロファイルするための包括的な方法をもたらします。