大阪大学大学院医学系研究科　大学院生の木庭太郎さん（博士課程/医学部附属病院 医員）と武田吉人准教授（呼吸器・免疫内科学）らの研究グループは、慢性閉塞性肺疾患COPD（Chronic Obstructive Pulmonary Disease）において、血中を流れる細胞外小胞（エクソソーム）の蛋白網羅的解析により、肺の伸び縮みを担う弾性線維の成分ファイブリン-3（Fibulin-3）を新規バイオマーカーとして同定しました。

COPDは、喫煙や大気汚染が原因で発症する慢性炎症性肺疾患で、呼吸機能検査により診断されるものの、初期は無症状で、ゆっくりと進行するため、未受診・未診断のまま放置されるケースが多いのが現状です。しかしながら、一旦進行してしまうと、元通りには治らないため、早期に発見し、治療することが重要です。さらに、COPDは新型コロナ肺炎における重症化や死亡の危険因子と考えられているため、多くの隠れCOPD患者を診断する必要があります。

今回、研究グループは血中を流れるエクソソームが、細胞や組織間コミュニケーション手段として機能しており、がんの早期発見や治療への応用が注目されていたことから、血清中のエクソソームに着目し、新規COPDバイオマーカーとしてファイブリン-3を発見しました（図１）。本成果により、呼吸機能検査が必須であったCOPDの診断が、血液1滴で可能となることが期待されます。さらに、同様の手法を用いることで、バイオマーカーのない病気や難病にも応用可能であるだけでなく、最近注目されている個別化医療への応用も期待されます。

本研究成果は、欧州呼吸器学会誌「ERJ Open Research」に、3月8日（月）午後５時３０分（日本時間）に公開されました。

図1 血清エクソソームの解析により、COPDの新規バイオマーカーとして、ファイブリン-3が有用であることを同定

タバコ煙を主とする有害物質が原因で発症する慢性閉塞性肺疾患（COPD：Chronic Obstructive Pulmonary Disease）は世界の死因第3位と推定され、国内500万以上の患者が推計されているものの、病院で治療を受けている患者は22万人（５％）程度です（図２）。診断には呼吸機能検査（スパイロメトリー）が必須とされていますが、十分に実施されていないのが現状です。治療法として、長時間作用性の気管支拡張剤があるものの、未診断のまま放置されるケースも多くあります。COPDは肺炎や肺癌の危険因子であるのみならず、新型コロナウイルス肺炎の重症化因子であることも注目を浴びています。このような背景から、呼吸機能検査をしなくても診断できる有用なバイオマーカーの開発が喫緊の課題でした。

血液（血清）は最も簡単に診断や病勢を測定できるサンプルですが、アルブミンなど夾雑物が大量に含まれるために未知の分子を探索する網羅的解析には不利でした。最近、血中を流れるエクソソームが、細胞や組織間コミュニケーション手段として機能しており、がんの早期発見や治療への応用が注目されていました。とりわけ、脂質二重膜で囲まれたメッセージカプセルであるエクソソームは、タンパクの網羅的解析（プロテオミクス）に有利な理想的サンプル（リキッドバイオプシー）とみなされることから、研究グループは血清エクソソームに着目し、新規バイオマーカーの探索を試みました。

図2 COPDの診断率及び世界における死亡原因の推移

研究グループは、COPD患者及びCOPDマウスの血清エクソソームの解析から、共通のバイオマーカー20種類を絞り込み、最新の蛋白網羅的解析（プロテオミクス）を駆使したアプローチにより、新規バイオマーカーの同定に成功しました。特に、肺の弾性線維成分であるファイブリン-3は、COPD患者で増加するだけでなく、呼吸機能低下やCTで検出される肺気腫と相関することがわかりました。

さらに、ファイブリン-3を欠損させたマウスを作成し、解析しました。その結果、欠損マウスは、加齢とともにCOPDを自然発症することから、ファイブリン-3がCOPD発症における鍵分子であることが示唆されました（図3）。

図3 ファイブリン-3欠損マウスの解析 （WT：野生型マウス、KO：遺伝子欠損マウス）
（左）KOマウスにおける皮膚弛緩
（中央）KOマウスにおける肺胞径拡大（肺気腫）
（右）電子顕微鏡下に肺の弾性線維の配列不正と断裂

本成果により、取り残された21世紀の国民病　COPDの患者が、未診断のまま放置される機会が減少し、COPD治療薬により健康な生活を過ごすことが可能となります。また、新型コロナウイルス肺炎のリスクとされるCOPDを早期に発見し、COPD治療薬による恩恵を届けることが可能となります。さらに、本発見から見出された新規バイオマーカーは、COPD病態形成と密接に関わるため、新規治療薬開発に繋がることも期待されます。

本研究成果は、2021年3月8日（月）午後5時３０分（日本時間）〔3月8日（月）午前8時３０分（グリニッジ標準時）〕に欧州呼吸器学会誌「ERJ Open Research」（オンライン）に掲載されました。
【タイトル】 “Proteomics of serum extracellular vesicles identifies a novel COPD biomarker, fibulin-3 from elastic fibres”
【著者名】 ¹Taro Koba, ¹Yoshito Takeda*, ²Ryohei Narumi, ²Takashi Shiromizu, ³Yosui Nojima, ³Mari Ito, ¹Muneyoshi Kuroyama, ¹Yu Futami, ⁴Takayuki Takimoto, ¹Takanori Matsuki, ¹Ryuya Edahiro, ⁵Satoshi Nojima, ¹Yoshitomo Hayama, ¹Kiyoharu Fukushima, ¹Haruhiko Hirata, ¹Shohei Koyama, ¹Kota Iwahori, ¹Izumi Nagatomo, ¹Mayumi Suzuki, ¹Yuya Shirai, ¹Teruaki Murakami, ¹Kaori Nakanishi, ¹Takeshi Nakatani, ¹Yasuhiko Suga, ¹Kotaro Miyake, ¹Takayuki Shiroyama, ¹Hiroshi Kida, ⁶Takako Sasaki, ⁷Koji Ueda, ³Kenji Mizuguchi, ²Jun Adachi, ²Takeshi Tomonaga, and ¹Atsushi Kumanogoh （＊責任著者）
【所属】
1.大阪大学大学院医学系研究科　呼吸器・免疫内科学
2.国立研究開発法人 医薬基盤・健康・栄養研究所　プロテオームリサーチプロジェクト
3.国立研究開発法人 医薬基盤・健康・栄養研究所　バイオインフォマティクスプロジェクト
4.国立病院機構　近畿中央呼吸器センター　呼吸器内科
5.大阪大学大学院医学系研究科　病態病理学講座
6.大分大学医学部　マトリックス医学講座
7.公益財団法人がん研究所　がんプレシジョン医療研究センター