科学者たちは頑固な傷を治す驚くべきタンパク質を発見

SerpinB3 は、皮膚や肺などの体のバリア組織ががんや長期の病気によって強い負担にさらされている時期を明らかにするのに役立つ重要なタンパク質として知られています。これは通常、これらの保護面に問題がある兆候と見なされてきました。

アリゾナ州立大学の科学者らの最近の研究は、予想外の展開を加えています。彼らの研究は、長い間主に病気のマーカーとして考えられてきたセルピンB3が、創傷治癒をサポートすることによって身体の自己修復を助けるという自然な役割も果たしていることを示しています。

慢性的な傷、高額な費用

皮膚の傷は依然として大きな医学的課題です。米国では毎年推定 600 万件の傷が発生しており、その多くは治癒が遅かったり、管理が困難であったりします。これらの治療が難しい怪我は、糖尿病、火傷、感染症、高齢と関連していることが多く、合わせて年間約200億ドルの費用がかかると考えられています。

新しい研究で、共著者のジョーダン・ヤロン氏、カウシャル・レーゲ氏および生体材料イノベーション・トランスレーション・バイオデザインセンターの同僚らは、セルピンB3が人体自身の創傷治癒ツールの1つであることを発見した。彼らの結果は、このタンパク質が損傷後の損傷した皮膚の回復を助けることを示しています。

この研究は新たな医療戦略への扉を開きます。セルピンB3の活性を増加させると、いつか創傷の修復が早まる可能性があり、その活性を制限することで悪性度の高いがんを遅らせたり制御したりする方法になる可能性がある。この研究はまた、セルピンB3が皮膚疾患から喘息に至るまでの炎症性疾患にどのように寄与するのかを明らかにする可能性がある。

この発見は米国科学アカデミー紀要で報告されています。

生体材料、セルピン、組織修復の関連性

この研究は、チームの研究室における 2 つの主要な取り組みの交差点から生まれました。創傷修復を促進する生理活性物質に関する広範な研究と、セルピン (セリン プロテアーゼ阻害剤の略) として知られるタンパク質ファミリーに関する専門知識です。セルピンは、血液凝固や免疫反応などの体内の多くのプロセスの調節に役立ち、このファミリーのいくつかのメンバーは、組織の破壊と組織修復のバランスを保つのに役立っているようです。

「当社の生物活性ナノマテリアルが組織修復にどのように役立っているかをさらに詳しく調べたところ、もともと癌に関与すると考えられていたタンパク質であるSerpinB3が、ナノマテリアルによる創傷治癒と相関する重要な要素として注目されました」とRege氏は述べた。 「組織修復のための生体材料の使用をヒントにした研究から始まり、皮膚の損傷反応機構としてのこのタンパク質の基本的な役割を明らかにするまでのこの旅は、本当に興味深いものでした。私たちは現在、この基本的な発見に基づいて、他の病理学的状態におけるセルピンB3の役割を研究しています。」

Rege は化学工学の教授であり、生体材料イノベーションと翻訳のためのバイオデザイン センターの所長です。ヤロンは化学工学の助教授を務めており、センターの教員でもあります。両研究者は、ASU の物質・輸送・エネルギー工学部で学術的任命を受けています。

二重の生命を持つタンパク質: がんと治癒

多くのセルピンは、体内のセルピンのレベルのバランスが崩れると病気に関連し、炎症、線維症、がんの原因となります。このファミリーのメンバーの 1 つである SerpinB3 は、特に進行性の疾患のマーカーとしてがんの診断に広く使用されています。

SerpinB3（扁平上皮癌抗原-1としても知られる）は、1977年に子宮頸癌組織で初めて同定された。それ以来、SerpinB3は肺、肝臓、皮膚の進行性癌のバイオマーカーとして日常的に使用されており、高濃度では予後不良のシグナルとなることが多い。

「40年以上にわたり、セルピンB3はがんの増殖と転移を促進するものとして認識されてきました。そのため、臨床診断に使用されるようになりました。しかし、これだけの時間が経っても、体内でのセルピンB3の通常の役割は謎のままでした」とヤロン氏は述べた。 「しかし、損傷を受け治癒中の皮膚を観察すると、創傷床に移動する細胞が大量のこのタンパク質を生成していることがわかりました。これが上皮損傷を治癒するために人類が進化させた機構の一部であり、がん細胞がそのプロセスを利用して転移することを学習したものであることが明らかになりました。これにより、このタンパク質がより多くの疾患にどのように関与しているかを理解する扉が開かれました。」

SerpinB3 が皮膚の修復をスピードアップするしくみ

研究者らは、治癒過程でどの遺伝子が活性化するかをモニタリングすることで、傷ついた皮膚ではセルピンB3レベルが急激に上昇することを発見した。この増加は、先進的な生体材料包帯で覆われた創傷ではさらに大きく、これらの材料が身体自身の修復シグナルをどのように増幅できるかを示したグループの以前の研究が裏付けられました。

実験室での実験では、追加のセルピンB3を供給すると、皮膚細胞がより速く動き、より早く傷を覆うようになりました。これは、治癒を促進するよく知られた分子である上皮成長因子とほぼ同じ効果があることが証明されました。 SerpinB3 は、通常は損傷を修復するために移動する皮膚細胞であるケラチノサイトを刺激することによって作用します。活性化されると、これらの細胞は周囲への密着性が低下し、より動けるようになり、創傷領域に滑り込んで組織を再構築できるようになります。

このタンパク質は体の広範な修復ネットワークもサポートし、治癒と新しい組織の成長を調整するのに役立ちます。この方法で傷を治療したところ、コラーゲン線維がより秩序正しく組織化され、皮膚がその強さと完全性を取り戻すのに役立つ強力な支持フレームワークが形成されたことがわかりました。

創傷とがんの将来の治療法

科学者たちは、SerpinB3が体の全体的な治癒システムにどのように適合するかを理解するには追加の研究が必要であると強調しています。セルピンB3は修復を促進すると思われるため、最終的には、時間の経過とともに非常にゆっくりとしか閉じる褥瘡やその他の潰瘍など、慢性の治癒が難しい創傷の治療法として開発される可能性があります。

この研究は、がんと組織修復の両方におけるセルピンB3の二重の役割を明らかにすることで、身体自身の治癒機構についてさらに学ぶことで、持続性の創傷の治療法を改善し、がんを制御する新たなアプローチにつながる可能性があることを示唆している。