結核の病態

結核性炎症の発症は、病原体の反応性と防御状態、結核菌の毒性、そして肺内での持続期間に依存します。感染過程における様々な因子の作用により、呼吸器系における組織および細胞反応の多様性が説明できます。特異的な変化と非特異的な変化が組み合わさり、何らかの形で主要過程の発現と結果に影響を与えます。

各段階は、様々な身体系および呼吸器官における複雑な構造変化の集合体であり、代謝プロセスの大きな変化、呼吸器系における代謝反応の強度の変化を伴い、細胞および非細胞要素の形態機能状態に反映されます。近年確立された結核性炎症発症の初期メカニズムの研究は非常に重要です。

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微小循環障害と気血バリアの状態

マウスの肺にMycobacterium tuberculosisを静脈内投与してから24時間以内に、微小循環床に特徴的な変化が起こります。血管毛細血管網のプロファイルの拡張、多形核白血球の壁状配列を伴う赤血球のスラッジ形成が観察されます。肺毛細血管の内皮層の電子顕微鏡的分析では、細胞内腔表面の活性化、微小飲作用小胞の組織崩壊とそれらの大きな空胞への融合を伴う細胞内浮腫の発達の兆候が明らかになります。浮腫状の透明な内皮細胞の細胞質領域は、場所によっては帆状の突起を形成し、その数と大きさは微小血管ごとに異なります。場合によっては、基底層からの細胞質突起の局所的な剥離、基底層の緩みと肥厚が観察されます。

結核菌の導入方法に関わらず、全てのモデル実験において、最初の3～5日間に気血バリアの透過性の増加が観察されます。これは、間質への液体の蓄積、内皮細胞だけでなく第1型肺胞上皮細胞（A1）の細胞内浮腫の発生によって証明されます。これらの変化は細胞質突起に影響を及ぼし、肺胞内腔に突出する可能性のある、透明で浮腫状の細胞質領域が現れます。

結核菌の全身化および肺炎病巣の形成、単核細胞および多形核白血球の一次性肉芽腫性集積の形成がみられる部位では、A1型が顕著に肥厚し、部分的に細胞質突起が破壊され、基底膜が露出した領域として特徴付けられます。多くの第2型（A2）肺胞上皮細胞では、頂端微絨毛の腫大、ミトコンドリアプロファイルおよび細胞質小胞体の不均一な拡張が認められます。肺胞上皮の過水分増加に伴い、肺胞内腔への液体、血漿タンパク質、および炎症細胞成分の放出が部分的に見られます。

微小循環に関する現代の研究では、炎症の初期段階の発達において血管系が主導的な役割を果たしていることが明らかにされています。サイトカインの刺激を受けて、内皮細胞は生理活性物質、すなわち接着分子（セレクチン、インテグリン）、様々なメディエーター（アラキドン酸代謝物）、成長因子、酸素ラジカル、一酸化窒素などを分泌し、内皮細胞と好中球、そして炎症の他の細胞要素との相互作用を促進します。L-セレクチンは、これらの細胞が内皮細胞に接着する初期段階である、いわゆる「ローリング好中球」効果を媒介することが明らかにされています。別の種類のセレクチンであるP-セレクチンは、ヒスタミンまたは酸素代謝物が内皮細胞に作用した後、細胞表面へ移行し、好中球の接着を促進します。E-セレクチンも、サイトカイン活性化内皮細胞の表面で検出されます。これは、後毛細血管細静脈の内皮と T リンパ球間の相互作用のプロセスに関与しています。

単核細胞および多核細胞から分泌されるサイトカインは、内皮細胞の細胞骨格の構造変化を引き起こし、その結果、血管収縮と毛細血管透過性亢進が起こります。その結果、多形核白血球が血管壁を通過する際に血管壁が損傷し、体液および血漿タンパク質の透過性が亢進することがあります。また、接着分子の組成や活性の変化は単球およびリンパ球の遊走を促し、炎症反応のさらなる進行を確実にします。結核菌の侵入に反応して呼吸器官に発生し、呼吸器官のあらゆる構造に影響を及ぼします。

結核性肉芽腫の形成および成熟過程、すなわち特異的過程の発達の第2段階では、肺胞隔壁の構造的障害が増加します。間質における浮腫、細胞増殖、線維形成は、特に炎症反応巣近傍において、呼吸上皮の形態機能状態を著しく変化させます。微小環境条件および肺胞細胞の活動の障害は、肺における気血バリアおよびガス交換の機能状態に悪影響を及ぼします。

浮腫部における肺胞中隔の既に指摘された変化に加え、肺胞上皮のかなりの部分にわたって顕著な破壊的変化が注目されている。これらの変化は両タイプの肺胞上皮細胞に影響を及ぼし、一方向に進行する。すなわち、細胞内小器官の浮腫性腫脹であり、これが機能不全、ひいては細胞死につながる。肺胞内容物中には、A2を含む破壊された肺胞上皮細胞の断片が認められる。マクロファージ成分、多形核白血球、そして毛細血管網の高い透過性を反映して、かなりの数の赤血球と好酸球も認められる。破壊された細胞の中には、フィブリン糸とその集塊が認められる。

空気を保持する肺胞では、肺胞中隔の組織および細胞構造の浮腫の兆候も観察されます。さらに、肺胞上皮の表面では気泡形成過程が見られ、これは気血バリアの破壊と肺胞の「浸水」の初期段階を反映しています。結核性炎症の進行の最終段階では、特に乾酪壊死巣または結核性肺炎巣に接する肺実質領域において、肺末端部の構造成分におけるジストロフィーおよび破壊的変化が進行性に増加することが観察されます。微小循環障害は広範囲にわたります。

血液中の血漿タンパク質の毛細管通過は、循環免疫複合体（CIC）の肺間質への侵入を促進し、肺間質における免疫学的反応と二次的な免疫病理学的反応の両方の発達を促進します。結核の病因における二次的な免疫病理学的反応の役割は証明されており、CICの肺内沈着、貪食細胞の欠陥、そして細胞間相互作用を調節するサイトカイン産生の不均衡によって引き起こされます。

肺実質の面積は断面積の30%に減少し、その領域は顕著な肺胞内浮腫、肺胞拡張および無気肺、肺胞の気腫性拡張の領域と交互に出現する。未治療の結核性炎症の進行性の性質にもかかわらず、病巣のない肺実質では代償的および修復的プロセスが進行する。我々の研究が示すように、炎症病巣周囲領域におけるA2の機能的活性は、主に肺胞上皮の完全性を維持し、結核性プロセス因子の作用に最も敏感なA1集団を修復することを目的としている。呼吸上皮の細胞源としてA2が再生プロセスに関与しているという事実は、今日では広く認識されている。これらの領域におけるA2の増殖活性の顕著な増加は、近傍に6～10個の若い肺胞上皮細胞（均一でよく発達した核構造を持つ「成長芽」、細胞質中のミトコンドリアとポリリボソームの含有量、および少量の分泌顆粒の検出）の検出によって示唆されます。これらの細胞には、時に有糸分裂像が観察されます。同時に、A2からA1への転換を反映する中間型肺胞上皮細胞は極めて稀です。肺胞肥大、成長点の形成、そして肺実質の遠隔領域におけるA2からA1への転換により、この臓器のガス交換機能は維持されます。また、A2の活発な分泌機能を示す超微細構造の兆候もここで観察されます。

これらのデータは、手術材料における肺胞上皮の電子顕微鏡的観察結果と相関している。結核感染巣が治癒する患者では、肺胞管に類似した腺腫様構造が形成される。その内層細胞はA2型の超微細構造を有し、単一の分泌顆粒を保持している。A2型からA1型への転換が起こらない（中間型肺胞上皮細胞が検出されない）ことが特徴であり、一部の研究者が指摘するように、これらの構造を新生肺胞として分類することはできない。

呼吸上皮の修復過程、すなわち移行性肺胞上皮細胞の形成は、より遠位の肺実質においてのみ観察され、そこでは「成長芽」に相当する肺胞上皮細胞の結節性増殖が認められる。肺の主要なガス交換機能もここで行われ、気血バリアの細胞は多数の微小飲小胞を伴う発達した超微細構造を有する。

結核性炎症の様々なモデルの研究では、肺における特異的な炎症の発生は、感染巣の呼吸器系における特定の破壊的変化と直接関連しているだけでなく、肺実質全体に影響を及ぼし、微小循環障害の兆候が見られることが示されました。肺胞中隔血管の透過性増加。炎症過程の進行に伴い、浮腫現象が増加し、特にA1肺胞上皮細胞の状態に影響を及ぼします。多くの肺胞の腔は、炎症の液体および細胞要素で部分的または完全に満たされています。肺胞中隔の低酸素症と線維性変化は、気血関門のガス交換機能に影響を与え、呼吸不全の発症と実験動物の死につながります。

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肺マクロファージの役割

肺マクロファージは、全身に共通する単核貪食細胞系の構成要素であり、骨髄の多能性幹細胞に由来します。幹細胞分裂の過程で、単球前駆細胞である単芽球と前単球が産生されます。単球は血中を循環し、一部は肺の間質組織に入り込み、そこでしばらく不活性状態を維持します。分化誘導因子の存在下で活性化され、呼吸上皮および気管支上皮の表面に移動し、そこで数段階の成熟を経て、それぞれ肺胞マクロファージおよび気管支マクロファージへと変化します。これらの細胞の主な機能である吸収機能は、異物を貪食する能力に関連しています。生体の自然抵抗力の要因の一つであるマクロファージは、微生物や非生物起源物質と最初に接触する肺の領域を保護し、肺上皮層全体にわたって無菌性を維持します。異物や破壊された細胞成分の断片の大部分は、マクロファージ（ネクロファージ、ヘモシデロファージ）の食胞小胞とタンパク質分解酵素を含むリソソームとの共役により、ほぼ完全に消化されます。肺マクロファージは、酸性ホスファターゼ、非特異的エステラーゼ、カテプシン、ホスホリパーゼA2、そしてクレブス回路の酵素、特にコハク酸脱水素酵素の含有量が多いという特徴があります。同時に、多くの感染症の病原体、特に結核菌は、リソソーム酵素の作用に抵抗する非常に耐性の高い細胞壁を有するため、肺胞マクロファージの細胞質内で長期間生存できることが知られています。未治療動物を用いたモデル実験では、酸性ホスファターゼやその他の加水分解酵素が顕著に活性化されているにもかかわらず、肺胞マクロファージの細胞質内で結核菌の増殖活性と、病原体による小さなコロニー状のクラスターの形成が観察されました。

肺マクロファージの殺菌活性の低さは、食細胞の臓器特異的な特徴と関連しており、食細胞は酸素含有量の多い環境で機能する。細胞質におけるエネルギープロセスは主にリポタンパク質の酸化リン酸化によって支えられており、その異化作用は肺サーファクタント系を構成するこれらの細胞の主要な機能の一つと関連している。エネルギー抽出、酸化プロセスの局在はミトコンドリア系に影響を及ぼし、その発達は食細胞の機能状態と相関している。スーパーオキシドディスムターゼもここに局在している。これは、呼吸鎖に沿った電子の通過中に生成される一重項酸素の不均化を触媒する抗酸化保護酵素である。これが、主に解糖によって酸素と生体エネルギーを受け取る多形核白血球と肺マクロファージを根本的に区別する。後者の場合、基質の切断は細胞質内で直接起こり、ミエロペルオキシダーゼの助けを借りて形成された活性酸素と過酸化水素が、細菌に対する主な殺菌作用を発揮します。

肺マクロファージの低い殺菌力は、好気性機能条件への適応に対する一種の代償とみなすことができます。そのため、マクロファージは多形核白血球および滲出性単球（炎症性マクロファージとも呼ばれます）と共に結核菌と闘うと考えられます。病態学的に重要なのは、結核菌を捕獲した肺マクロファージの全てがサーファクタントや気管支分泌物とともに肺から除去されるわけではないということです。その一部は間質に発生し、これが特徴的な細胞塊、すなわち肉芽腫の形成の引き金となります。

血管が豊富な間質に侵入した肺マクロファージは、不完全な貪食能を示しながら炎症性サイトカインを産生し始め、隣接する内皮細胞を活性化します。内皮細胞の膜上では免疫グロブリンの発現が増加し、その助けを借りて単球が選択的に接着します。血管床を離れたこれらの細胞は滲出性マクロファージへと変化し、炎症性メディエーターを産生し、単核球だけでなく多核球も病巣へと引き寄せます。

同時に、肉芽腫性反応の発現を促すシグナルは、遅延型過敏症のエフェクターである感作Tリンパ球から発せられます。これらの細胞が産生するリンフォカインの中でも、単球遊走阻害因子とIL-2は、肉芽腫形成において非常に重要です。これらは単球の流入を促進し、感染部位に定着させ、貪食性、分泌性、抗原提示性のマクロファージへの分化を制御します。

結核性炎症における肺の肉芽腫性反応は、病原体の侵入から呼吸器官を細胞レベルで保護するメカニズムであり、最終的には単核食細胞が結核性抗酸菌と闘えないことを反映していることを強調しておくべきである。そのため、マクロファージは常に増殖（個体数の増加）し、より大きな食細胞（タンパク質分解の質の向上）へと分化することを余儀なくされる。これらは異物型の巨大細胞である。後者の食胞を電子顕微鏡で観察すると、結核性抗酸菌だけでなく、破壊された多形核白血球の断片である大きなアポトーシス細胞も観察できる。同時に、このような食細胞の細胞質単位面積あたりのタンパク質分解活性の超微細構造的兆候（リソソーム装置の発達度合い）は、単核食細胞のものと大きな違いはない。この点において、肺マクロファージは、より高い殺菌作用を持つ多形核白血球を病変部に絶えず引き寄せます。多形核白血球の活性化は、細胞外環境への多量の加水分解酵素と酸化剤の放出を伴い、組織の破壊と病変中心部における乾酪塊の形成につながります。

最も顕著な代謝障害は、急性進行性肺結核の患者に認められ、滲出性および交代性炎症反応を主体として発症します。進行性肺結核の経過は、通常、顕著なT細胞免疫抑制を特徴とします。T細胞免疫の抑制、顕著なリンパ球減少は、細胞間相互作用の破綻、肉芽腫性反応の抑制につながります。

活性化単球およびリンパ球の減少は、それらの形態機能不全と相まって、アポトーシスの増加の結果である可能性があります。このような場合に生じるサイトカインの不均衡は、免疫系の欠陥のマーカーとなる可能性があります。アポトーシスの過程は、核膜におけるクロマチンの凝縮、核小体の崩壊、細胞断片（アポトーシス小体）の形成、そしてマクロファージによるそれらの貪食という特徴的な形態学的特徴を有します。

肺マクロファージの機能の特殊性は、貪食能だけでなく、結核の炎症巣で起こる多くの細胞外反応やプロセスの活性化と制御に必要な多数のサイトカインを産生する能力にも関連しています。これらのサイトカインの助けにより、単核細胞の再生と分化の自己制御が行われ、特定のプロセスと再生の条件下で細胞間相互作用が構築されます。

細胞間相互作用の普遍的な媒介因子はIL-1であり、その標的はリンパ球、多形核白血球、線維芽細胞、内皮細胞、その他の細胞成分です。同時に、肺マクロファージの分泌機能は自己調節の原理に基づいており、同じ細胞が細胞外プロセスの調節因子だけでなく、それらの作用を阻害する阻害因子も分泌します。分泌型マクロファージは、微細構造において貪食型マクロファージとは大きく異なります。貪食小胞や二次リソソームはほとんど含みませんが、発達した小胞装置やその他の分泌の微細構造的特徴が見られます。特に、過剰に活動する分泌型マクロファージである類上皮細胞において、分泌型マクロファージはよく発現しています。

肺マクロファージの分化の特定の段階は、光学顕微鏡、特に電子顕微鏡を用いて気管支肺胞洗浄液中で明確に追跡することができます。核と細胞質の構造的構成に応じて、若い非活性化単核細胞および生合成単核細胞、そして成熟した貪食性マクロファージおよび分泌性マクロファージがその中に含まれます。若い非活性化細胞（直径15～18μm）は、通常、マクロファージ全体の約1/5を占めます。これらの細胞は滑らかな輪郭を持つ円形の核を持ち、細胞質は弱好塩基性で封入体は存在しません。電子顕微鏡下では、これらの細胞に細胞質小胞体とミトコンドリアのまれな輪郭、いくつかの小さなリソソーム様顆粒、そして遊離リボソームが観察されます。

活性化された生合成マクロファージはサイズが大きく（直径18～25μm）、核は波状の輪郭と明瞭な核小体によって区別されます。好塩基性の細胞質を有し、その中には発達した長い顆粒状細胞質ネットワークの管と多数のポリソームが含まれています。層状複合体の要素は、一次リソソームが集積する2つまたは3つの領域で同時に検出されます。二次リソソームは単一の封入体として表され、ファゴソームはほとんど検出されません。これは、細胞が貪食機能に十分対応していることを反映しています。

成熟肺マクロファージの直径は、細胞の活動と機能的方向性に応じて大きく異なります（30〜55μm）。最大サイズは、顕著な貪食作用の構造的兆候を示すマクロファージの特徴です。このような細胞の表面には、多数の微小成長と長い仮足が形成されます。楕円形または円形の核は、多くの場合、中心から外れて位置し、波状の輪郭をしています。核膜の近くには、凝縮したクロマチンが大量に存在し、核小体は小さく（1〜1.2μm）、封入体、顆粒状細胞質小胞の短い管、層状複合体の槽と液胞、および遊離リボソームが細胞質内に存在します。細胞には、多数のミトコンドリア、一次（0.5〜1μm）および二次（1.2〜2μm）リソソーム、およびサイズと数の異なる貪食液胞が含まれています。後者には、破壊された細胞要素の断片や結核菌（「ネクロファージ」、「ヘモシデロファージ」）、リン脂質性の層状封入体（「ホスホリポファージ」）および/または中性脂肪の顆粒（「リポファージ」）、ほこりの粒子、タバコ樹脂、カオリン（「コニオファージ」、「喫煙者のマクロファージ」）が含まれます。

貪食対象が一定に存在する場合、5個以上の核を持つ多核マクロファージ（直径70μm以上）が出現する。典型的な異物細胞（貪食機能を持つマクロファージの分化の最終段階）は、結核病巣の肉芽腫および肉芽組織中に確認される。顕著な分泌活性を示す肺マクロファージ（直径25～40μm）は、通常、典型的な偽足を有しない。表面の性質は、多数の比較的短い微小突起によって形成された薄いレース状の窪みに例えることができる。円形または楕円形の核には、少量の凝縮したクロマチンと、透明で大きな核小体（1.5～2μm）が含まれる。透明な細胞質には、実質的に大きな封入体は含まれない。顆粒状細胞質ネットワークの短い管は単一のプロファイルで表され、一方、層状複合体のよく発達した要素は、電子透過性またはオスミウム親和性の内容物を含む多数の液胞および小胞である。同じ構造がエクトプラズムにも検出され、そこでは直接プラズマ膜と融合している。長期喫煙者においては、すべての貪食細胞に特徴的なタバコタール封入体が含まれるが、分泌マクロファージは少数の二次リソソームと単一のファゴソーム様構造を有しており、実質的に異物を吸収しない。通常の条件下では、分泌活動の超微細構造的兆候を示すマクロファージは、気管支肺胞洗浄液の4～8%を占めるに過ぎない。これらの細胞の機能は、代謝、合成、そして多くの生理活性物質の細胞外環境への放出に関与しているため、特異的および非特異的な防御機構の障害は、これらの細胞数の増加、すなわち分泌能の高まったマクロファージ、すなわち類上皮細胞の形成につながります。類上皮細胞はシンプラストを形成するか、不完全な有糸分裂の結果として、特徴的な多核ピロゴフ・ランガンス細胞へと変化します。これは、分泌能を持つマクロファージの最終的な分化です。

生体の抵抗力、作用の性質、そして微小環境の状態に応じて、貪食活性、分泌活性、あるいは抗原提示活性の蓄積の変容過程はそれぞれ異なる特徴を持つ。気管支肺胞洗浄液中の形態機能型マクロファージの相対的割合を計算すること（マクロファージ組成を決定すること）は、結核やその他の肺肉芽腫症の鑑別診断に役立ち、病因治療の有効性を評価することを可能にすることが示されている。

活発に貪食・合成を行っている肺マクロファージの数の比率は、結核性炎症部位における組織反応の性質を反映するだけでなく、病理学的プロセスの活性を示す指標としても機能し得ます。結核における貪食の完了という問題も依然として重要です。実験材料および臨床材料を用いた我々の研究結果は、貪食と病原体との相互作用の結果が、マクロファージの機能状態と微生物の生物学的特性に依存することを示しています。

界面活性剤システムの状態

肺サーファクタントの研究における実験的および理論的方向の成果により、細胞要素と非細胞要素の多成分系としてサーファクタントの現代的な概念を定式化することが可能になり、その構造的および機能的統一性が正常な呼吸の生体力学を保証します。

これまでに、肺換気および血行動態の大幅な再構築状況におけるサーファクタントシステムの顕著な適応能力だけでなく、その構成要素が結核過程の多くの不利な要因に対して顕著な感受性を示すことを示す、ある程度の事実資料が蓄積されている。結核過程の具体的な性質は、病原体の持続期間、過程の波状経過、および微小循環床の深刻な障害によって決定される。この場合に観察された変化は、感染巣の形成領域だけでなく、肺実質の遠隔的かつ活発に機能する領域にも影響を及ぼす。この点において、サーファクタントシステムの様々な構成要素の形態機能的有用性を評価し、サーファクタント依存性呼吸機能障害の診断と適切な治療に活用できる変化を明らかにすることは極めて重要である。

肺サーファクタント破壊の最も初期の兆候は、特殊な肺固定法を用いたモデル実験で観察できます。結核性炎症の発症初期段階では、これらの兆候は局所的なものであり、主に肺胞内浮腫領域に発現します。電子顕微鏡下では、浮腫液による外膜（サーファクタント膜）の剥離と破壊の様々な段階を観察できます。これらの変化は結核性炎症巣において顕著に現れ、破壊されたサーファクタントの物質は肺胞内容物の構成成分のあらゆる場所に存在しています。

肺胞の細胞外ライニングに見られる変化は、様々な細菌性肺炎の病巣で発生します。この場合、A2の一部、特に病巣周囲の肺胞が、サーファクタントの代償的産生を行います。結核性炎症の発症中は、病原体が細胞内サーファクタント合成過程に悪影響を及ぼすため、呼吸器官では異なる様相が見られます。結核性マイコバクテリアを犬の肺に直接導入（胸部穿刺）したところ、最初の15～30分で既にA2の細胞質小胞とミトコンドリアのプロファイルの崩壊が観察され、数時間後には感染部位の肺胞上皮細胞が完全に破壊されます。サーファクタント欠乏の急速な進行は、肺胞の虚脱と周囲の実質への炎症過程の急速な拡大につながります。病巣に隣接する肺胞では、単一の小さな分泌顆粒を有する小型の若いA2細胞、または細胞内構造の空胞化の兆候を示す大型細胞（時には細胞質が完全に破壊されている）が優勢です。細胞質ネットワークとラメラ複合体の発達した要素が存在するこれらの肺胞上皮細胞では、巨大オスミウム好性ラメラ小体（GLB）が検出され、これは細胞内サーファクタントの肺胞表面への放出が遅延（阻害）されていることを示しています。

機能負荷が増加した病巣のない肺実質におけるA2分泌機能の数学的モデリングは、成熟分泌顆粒の体積と数密度の増加にもかかわらず、集団の予備能に大きな変化がないことを示した。血管透過性の増加、低酸素症の発症、肺胞中隔の線維性変化の条件下では、OPT形成と成熟のプロセスのバランスが後者優位に崩れることが判明した。OPTの成熟が加速すると、分泌顆粒の組成においてマトリックスの電子透過性物質が増加することが多いが、その中のオスミウム親和性界面活性剤の含有量は重要ではない可能性がある。界面活性物質のラメラ物質は緩く詰め込まれており、分泌顆粒の体積の1/3～1/5を占めるに過ぎない。空胞化したOPTを伴うA2の顕著な出現は、分泌形成の初期段階の崩壊によって説明できます。このような細胞は通常、超微細構造上の破壊の兆候（細胞質マトリックスの消失、ミトコンドリアの浮腫状腫脹、細胞質小胞体の細管、ラメラ複合体）を示し、これは細胞内サーファクタント産生プロセスの低下を示しています。

表面活性リン脂質の合成減少は、A2の細胞質内に中性脂質顆粒の出現を伴うことが特徴的です。実験動物およびヒトの結核感染肺における脂質代謝障害の適切な反映として、肺胞および気管支肺胞洗浄液中に、様々な成熟度のマクロファージ-リポファージ（泡沫細胞）が蓄積することが挙げられます。同時に、洗浄液中の中性脂質含量の確実な増加と、総リン脂質の割合の減少が観察されます。

呼吸器結核の実験および臨床像におけるサーファクタント破壊の初期兆候の一つは、膜が貯蔵物質構造を形成する能力を失うことである。その代わりに、肺胞表面、肺胞マクロファージのファゴソーム、そして気管支肺胞洗浄液の直接の組織において、特徴的な三次元構造を失って球状にねじれた膜（「巨大な層状球」）が観察される。サーファクタント系における破壊的変化の深刻さは、洗浄液中に排出されたA2の検出頻度からも明らかである。これらのデータは、肺サーファクタントの生化学的および物理化学的研究の結果と相関している。

同定されたすべての特徴を考慮すると、サーファクタント系の状態を特徴づけるために、現在、この疾患の障害度は軽度、重度、広範の3段階に分類されています。広範性は、この疾患の広範性破壊型患者において、サーファクタント依存性呼吸不全を発症するリスクが高いことを示しています。

研究の結果は、結核中に肺のサーファクタント系に生じる障害の根本原因は、空気血液関門の透過性の増加に関連するプロセスであることを示しています。

• 肺胞表面のサーファクタントの損傷;
• 代謝の変化とA2へのダメージ;
• 肺胞から老廃サーファクタントを除去する機構の破壊。

同時に、研究により、結核性炎症によって変化した肺のサーファクタント系の機能的潜在能力を支える主な細胞学的メカニズムは、主に特定の病巣から離れた肺実質における肥大したA2の数の増加であることが立証されました。

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結核感受性の遺伝的側面

抗結核免疫機構と結核免疫遺伝学の分野における現在の研究状況の分析を始める前に、いくつかの一般的な立場について検討する必要があると考えています。

• まず、結核菌は主にマクロファージ内で増殖し、破壊されることが知られています。結核菌を細胞外で破壊できる因子の存在を示唆するデータはごくわずかであり（しかも矛盾しています）、
• 第二に、好中球食細胞系が結核感染に対する防御に重要な役割を果たしていることを示す説得力のある証拠はありません。
• 第三に、抗結核抗体が結核菌を細胞外で破壊したり、マクロファージや他の細胞型で結核菌の細胞内破壊を促進できるという説得力のある証拠はありません。
• 第4に、抗結核免疫における中心的なリンクはTリンパ球であり、それが食細胞システムを通じて制御的影響を及ぼしているという立場を支持する事実が多数あります。
• 第五に、遺伝的要因が結核感染において重要な役割を果たしていることを示す証拠が多数あります。

ヒトにおける結核感受性において遺伝的要因が重要な役割を果たしていることを示すデータは、非常に説得力があります。まず、M.tuberculosisの感染率が極めて高い（地球上の成人人口の約3分の1）にもかかわらず、結核を発症するのはごく少数の人々に限られているという事実が、このことを示しています。また、民族集団によって感染感受性が異なること、そして結核患者が複数いる家系において、結核感受性と抵抗性が遺伝的に受け継がれる性質も、この見解を裏付けています。最後に、この見解を裏付ける証拠として、一卵性双生児における臨床的に発現した結核の発症頻度が、二卵性双生児と比較して有意に高いことが挙げられます。

結核の伝統的な遺伝子検査

主要組織適合遺伝子複合体とNRAMP*の役割

結核に対する感受性や抵抗性を決定する遺伝子とその対立遺伝子の特定は、免疫の基本的なメカニズムと結核の病理学的プロセスの発達に対する深い洞察を可能にするだけでなく、優先的な予防措置、特にワクチン接種に対する特別なアプローチを必要とする、遺伝的に結核に罹患するリスクが高い健康な人々を特定するための遺伝子型別法の使用を現実に近づけることになります。

* - 自然抵抗関連マクロファージタンパク質 - 自然抵抗に関連するマクロファージタンパク質。

マウスにおける結核抵抗性（感受性）において、複数の遺伝子系および個々の遺伝子（H2、BCG1、Tbc1、xidなど）が果たす役割を示す実験研究は数多く存在します。ヒトにおいて最も研究されている遺伝子は、主要組織適合遺伝子複合体（MHC）クラスII遺伝子であり、その中でもHLA-DR2ファミリー（ヒト）のアレル複合体は、民族的に離れた複数の集団における罹患率の上昇と高い関連性を示しており、HLA-DQ遺伝子座のアレルは結核の臨床像に影響を与えています。最近、ヒトにおけるNRAMP1遺伝子と結核の関連性を解析する研究において、最初の成果が得られました。これらのデータは、この遺伝子が、マウスのマクロファージで選択的に発現し、細胞内病原体（結核菌を含む）に対する感受性に間違いなく影響を与える NRAMP1 遺伝子（M. bovisBCG に対する感受性を制御するため、以前は BCG 1 と呼ばれていました）と高い相同性を持っているため、特に注目に値します。

機能喪失変異

いくつかの遺伝子が特定され、その変化は機能的に活性な産物をコードする能力の完全な喪失（遺伝子ノックアウト）につながり、特にマウスの結核菌感染に対する防御免疫応答の発生能力に影響を与えました。これらは、IFN-γ、IL-12、TNFαをコードする遺伝子、および上記のサイトカインに対する免疫系細胞の受容体です。一方、IL-4およびIL-10をコードする遺伝子をノックアウトした場合、結核感染の経過は野生型（初期）マウスと実質的に変わりませんでした。これらのデータは、免疫系（主にT1リンパ球）が感染に反応してタイプ1サイトカインを産生し、タイプ2サイトカインを産生しないことが、結核における主要な防御的役割であることを遺伝子レベルで確認しました。

これらのデータはヒトの結核菌感染症にも適用可能であることが実証されています。非常に稀な家族において、子供が幼少期から再発性結核菌感染症やサルモネラ症に罹患していたケースでは、IFN-γおよびIL-12の細胞受容体をコードする遺伝子におけるホモ接合性の非保存的変異が、これらの変異についてヘテロ接合性を持つ親から受け継がれたために、極めて高い感受性が生じました。予想通り、このような稀な変異が受け継がれた場合、夫婦は密接に関連していることが判明しました。しかし、このような重大な違反は感染症に対する感受性を著しく高め、子供は実質的に数年以上生存できず、生存できたとしてもほぼ無菌状態でしか生存できません。

同様の考察から、感染防御に主要な役割を果たす遺伝子のノックアウト変異を動物に導入して感染モデルを構築するアプローチにも、いくぶん懐疑的な評価が下される。このような変異は、通常の条件下では生存の可能性がなく、淘汰によって速やかに排除されるような表現型の発現につながる。例えば、MHCクラスII産物を発現せず、結果として正常なCD4リンパ球プールを持たないマウスは、M.tuberculosis感染後、短期間で播種性感染により死亡する。ヒトにおける結核の経過も非常に類似しており、エイズ後期にはCD4細胞数が著しく減少する。リスク群の遺伝学的決定、そして一般的には、正常な集団分布における感受性上昇の遺伝学的要因を理解するという課題を解決する際に、研究者は（この特性から判断して）最適ではないものの、極めて生存可能な個体を取り扱う。この問題の側面は、マウスの結核の経過における線間差異など、遺伝子分析にはより伝統的な実験モデルを使用する方がよいことを示しています。

ゲノムスクリーニングとこれまで知られていなかった結核感受性遺伝子

1950年代から1960年代にかけて、実験動物における結核感受性と抵抗性の形質の遺伝は複雑かつ多遺伝子性であることが示されました。このような状況下では、まず、感受性と抵抗性を示す動物または個体間で明確に発現する「極めて異なる」表現型、すなわち疾患の特性を選択し、それらの遺伝的性質を研究する必要があります。次に、疾患の制御に関与する遺伝子の数や、それらがゲノム上のどこに位置しているかを事前に知ることができないことを考慮する必要があります。したがって、研究対象集団の遺伝的多様性を事前に低減し、研究対象の特性に応じて遺伝学的手法を用いて分離するか（これは動物実験でのみ可能です）、メンデル遺伝学ではなく量的遺伝学の統計的手法を用いてゲノム全体をスクリーニングするか、あるいはこれらの手法を組み合わせる必要があります。マイクロサテライトDNA領域のPCRを用いたゲノムスキャン法とその結果の統計的処理および解釈が開発され、結核感受性の遺伝子解析が新たなレベルで始まりました。

上記のアプローチは、最近、2つの研究者グループによって線状マウスの遺伝子実験に適用され、成功を収めました。ロシア医学アカデミー結核中央研究所の著者グループは、マギル大学（カナダ、モントリオール）の宿主耐性研究センターおよび王立ストックホルム研究所の同僚と共同で、マウスに高用量のM.tuberculosis株H37Rvを静脈内投与することで引き起こされる疾患の重症度の遺伝を調べるためのゲノムスクリーニングを初めて実施しました。A/Sn（耐性）およびI/St（感受性）系統は、結核に対する感受性が反対の親系統として使用されました。女性の感受性の確実な連鎖は、3番、9番、17番染色体にある少なくとも3つの異なる遺伝子座で見つかりました。さらに最近では、男性についても、9番染色体の近位部分と17番染色体の中央部分の遺伝子座への連鎖が示されました。感受性との最も強い連鎖は、第 9 染色体上の遺伝子座で発見されました。米国の別の研究者グループは、M. tuberculosa 株 Erdman の感受性形質の遺伝パターンを決定するため、マウスゲノムをスクリーニングしました。C57BL/6J (このモデルでは耐性) および C3HeB/FeJ (感受性) マウス系統の組み合わせにおいて、F2 雑種、次に BC1 子孫の解析で、疾患の重症度を制御する第 1 染色体中央部分の遺伝子座がマッピングされました。最初のマッピングの後、組み換え解析を使用して遺伝子座のより正確な位置特定が達成され、肉芽腫性肺組織損傷の重症度などの重要な表現型形質への影響が、戻し交配マウス (世代 BC3)、すなわち、研究対象の動物間の遺伝的多様性が遺伝学的手法を使用して大幅に削減された後で確立されました。マッピングされた遺伝子座は、 sst1（結核感受性1）と呼ばれる遺伝子は、1番染色体上に位置するものの、NRAMP1遺伝子座とは明らかに同一ではありません。これは、染色体上の位置と、C57BL/6マウスがNRAMP1遺伝子についてはBCG感受性のアレルを保有しているのに対し、sst1遺伝子座についてはM.tuberculosis抵抗性のアレルを保有しているという事実によって証明されています。

近年発表された、マウスゲノム中に結核の発症過程に根本的な影響を与える遺伝子座が存在するというデータは、この分野、そしてヒトにおける遺伝的感受性の解析において大きな進歩が期待できることを示しています。ヒトとマウスのゲノムの全配列がほぼ解読されているため、ゲノム解析の驚異的な急速な進歩により、マウス結核の遺伝学からヒト結核の遺伝学への移行が極めて迅速に進む可能性が高くなります。

マクロファージと結核菌の相互作用

マクロファージは、抗原認識と結核菌の排除の両段階において、結核感染に対する防御において極めて重要な役割を果たします。

結核菌が肺に入ると、状況は主に次の 4 つのパターンで進行します。

• 一次宿主反応は全ての結核菌を完全に排除するのに十分であり、それによって結核の可能性がなくなる可能性がある。
• 微生物が急速に増殖し、繁殖すると、原発性結核と呼ばれる病気が発生します。
• 潜伏感染では、病気は発症しませんが、結核菌はいわゆる休眠状態で体内に留まり、その存在はツベルクリンに対する皮膚反応陽性の形でのみ現れます。
• 場合によっては、結核菌が休眠状態から成長段階に移行し、潜在感染が結核の再活性化に置き換わることがあります。

結核菌が下気道に到達した後、感染に対する最初の防御線となるのは肺胞マクロファージです。これらの細胞は、細菌を貪食することでその増殖を直接抑制することができます。また、抗原提示、炎症部位へのTリンパ球集積の刺激などを通じて、幅広い細胞性抗結核免疫反応にも関与しています。ただし、毒性の強い結核菌株と比較的毒性の低い結核菌株では、貪食細胞への結合メカニズムが異なる場合があることに注意することが重要です。

M. tuberculosisと単核食細胞との相互作用における液胞またはファゴソーム形成過程は、微生物が補体受容体（CR1、CR3、CR4）、マンノース受容体、またはその他の細胞表面受容体に付着することによって媒介されることを示唆する十分な証拠がある。食細胞のマンノース受容体と結核菌との相互作用は、結核菌細胞壁の糖タンパク質であるリポアラビノマンナンを介していると考えられる。

Tヘルパー2型サイトカイン（プロスタグランジンE2およびIL-4）はCR受容体およびMR受容体の発現を刺激し、IFN-γはこれらの受容体の発現と機能を抑制し、結核菌のマクロファージへの接着を減少させます。細菌の細胞への接着におけるサーファクタントタンパク質受容体の関与に関するデータも蓄積され続けています。

CD14分子（貪食細胞マーカー）の役割は、脳組織常在の貪食細胞であるミクログリアと結核菌との相互作用モデルを用いて実証されました。CD14に対する抗体は、毒性のある実験室株H37Rvによるミクログリア細胞の感染を阻止することが明らかになりました。CD14分子は細胞膜を透過せず、細胞質と直接接触しないため、リポタンパク質誘導シグナルを単独で伝達することはできず、細胞内シグナル伝達経路を活性化するには共受容体が必要です。このような共受容体として最も有力な候補は、Toll様受容体ファミリーです。微生物由来のリポタンパク質は、これらの受容体を活性化することで、宿主生物の防御機構を増強する一方で、アポトーシスを誘導することで組織損傷を引き起こします。同時に、アポトーシスは免疫反応に関与する細胞を排除することで免疫応答を抑制し、組織損傷を軽減します。

上記に加えて、マクロファージの表面にあり、多くのリガンドに対して親和性を持つ、いわゆる「スカベンジャー」受容体が、結核菌が食細胞に付着するプロセスにおいて重要な役割を果たしている可能性が非常に高いと思われます。

貪食後の結核菌の運命は、マクロファージによる増殖抑制である。ファゴソームに侵入した病原菌は、自らを死滅させるための様々な因子に曝露される。これらの因子には、ファゴソームとリソソームの融合、活性酸素ラジカルの合成、そして特に一酸化窒素を中心とする反応性窒素ラジカルの合成などが含まれる。マクロファージ内での結核菌の死滅は、リンパ球と貪食細胞間の複雑なサイトカインを介した相互作用の結果として、複数のメカニズムによって起こり得る。結核菌が活性酸素ラジカルおよび窒素ラジカルの毒性作用を回避する能力は、感染の潜伏期への移行における重要なステップである可能性がある。マクロファージがM.tuberculosisの増殖を抑制する能力は、細胞活性化の段階（少なくとも部分的に）とサイトカインのバランス（おそらく主に血小板由来増殖因子アルファ（TGF-α）とIFN-γ）に大きく依存します。

マクロファージの抗結核菌活性のメカニズムにおいて重要な要素の一つは、アポトーシス（プログラム細胞死）であると考えられています。単球におけるM.bovis BCGの培養モデルでは、マクロファージのアポトーシス（壊死ではない）が、貪食された結核菌の生存率の低下を伴うことが示されました。

抗結核免疫におけるTリンパ球の役割

Tリンパ球は、結核感染における獲得免疫の主要な構成要素であることが知られています。結核菌抗原による実験動物の免疫化、および結核感染の経過に伴い、抗原特異的リンパ球CD4 ⁺およびCD8 ⁺が産生されます。

CD4、CD8、MHCII、MHCI遺伝子ノックアウトマウス、およびCD4またはCD8抗原特異的抗体の投与において観察されるCD4リンパ球の欠損、ならびに程度は低いもののCD8リンパ球の欠損は、M. tuberculosis感染に対するマウスの抵抗力を著しく低下させます。CD4 ⁺リンパ球の欠損を特徴とするエイズ患者は、結核に対する感受性が極めて高いことが知られています。CD4 +リンパ球とCD8 +リンパ球の防御免疫応答への相対的な寄与は、^感染の^{さまざまな段階で変化する可能性があります。例えば、M. bovis BCGに感染したマウスの肺肉芽腫では、}感染初期（2～3週間）にはCD4 ^{+ Tリンパ球が優勢ですが、後期にはCD8+}リンパ球の含有量が増加します。養子移入の際には、CD8 ^{+リンパ球、特にCD44hl}サブポピュレーションが強い防御活性を示します。 CD4 ⁺およびCD8 ⁺リンパ球に加えて、他のリンパ球サブポピュレーション、特にγδおよびCD4 ⁺ CD8 ^{+リンパ球は、}MHCクラスCD1の非多型性分子によって制限される。 また、明らかに、結核感染に対する保護免疫にも寄与している。 Tリンパ球のエフェクター作用のメカニズムは、主に可溶性因子（サイトカイン、ケモカイン）の産生または細胞毒性のいずれかに還元される。 結核菌感染症では、主にT1の形成が起こり、その特徴はサイトカインIFN-γとTNF-αの産生である。 両方のサイトカインは、CD4リンパ球の保護効果の主な原因であるマクロファージの抗結核活性を刺激することができる。 さらに、IFN-γは肺の炎症反応の重症度を抑制し、それによって結核感染の重症度を軽減することができる。 TNF-αは、肉芽腫の形成、マクロファージとリンパ球の完全な協力、および壊死性変化からの組織保護に必要です。 TNF-αは、その保護効果に加えて、「病理学的」効果も有します。その産生は、発熱、体重減少、組織損傷といった結核感染に特徴的な症状を引き起こす可能性があります。TNF-αはTリンパ球だけが産生するわけではありません。主な産生者はマクロファージです。TNF-αの効果は、炎症巣における他の1型および2型サイトカインの産生レベルによって大きく左右されます。1型サイトカインが優勢に産生され、2型サイトカインが産生されない状況では、TNF-αは保護効果を発揮し、1型および2型サイトカインが同時に産生される状況では、TNF-αは破壊効果を発揮します。前述のように、結核菌は主にT1リンパ球を刺激するため、結核菌感染症の経過中にIL-4およびIL-5の産生増加が伴うことは通常ありません。同時に、重症感染症および後期においては、IL-4およびIL-5の産生が局所的および全身的に増加する可能性があります。2型サイトカインの産生増加が結核感染症の重症化の原因となるのか、それともその結果なのかは不明です。

感染標的細胞に対する細胞傷害性は、CD8 ⁺細胞だけでなく、CD1b分子によって制限される「非古典的」CD8 ^{+リンパ球、CD4+} CD8 ⁺リンパ球、およびCD4 ^{+リンパ球によっても発揮されます。結核に対する防御における細胞傷害性の重要性は、結核患者におけるCD8+}リンパ球の細胞傷害活性およびパーフォリン含有量が健常ドナーと比較して低下していることから示唆されます。感染標的細胞の溶解が感染過程にどのように影響するかという疑問に答えることは不可欠です。つまり、細胞内寄生虫である結核菌の増殖強度を低下させるのか、それとも逆に感染マクロファージからの結核菌の放出と新たな細胞への感染を促進するのかということです。S. Stronger (1997) のデータは、この問題の理解に貢献できると思われます。著者らは、細胞傷害性リンパ球には結核菌に対して殺菌効果を持つグラニュリシン分子が含まれていることを示しました。グラニュリシンが感染細胞に浸透するには、リンパ球が標的細胞の膜に孔を形成するタンパク質を分泌する必要がある。こうして、Tリンパ球による（マクロファージ内の）結核菌の直接的な破壊に関するデータが初めて得られ、Tリンパ球が結核菌感染に対する防御に直接関与する可能性が示された。

T細胞免疫応答の調節

Tリンパ球の反応とエフェクターサイトカインの産生は、感染したマクロファージなどの抗原提示細胞によって産生されるサイトカインによって制御されます。IL-12は、Tリンパ球の分化をTh1細胞の形成へとシフトさせ、IFN-γの産生を刺激します。IL-12 ^% M.bovis BCGでマウスに感染すると、感染が進行性に進行し、結核菌の播種が増加しますが、肺の肉芽腫形成はみられません。IL-12p40 ^%でM.tuberculosisに感染したマウスでは、結核菌の制御不能な増殖が認められ、自然抵抗と獲得免疫の両方が侵害され、炎症性サイトカインIFN-γとTNF-βの産生が大幅に減少します。逆に、マウスに組み換えIL-12を投与し、その後M.tuberculosis Erdmannに感染させると、感染に対する抵抗力が高まります。

IL-10は、体液性免疫反応の発達を刺激し、細胞性免疫反応の多くを抑制する調節性サイトカインです。IL-10のT細胞応答に対する効果は、マクロファージへの作用を介していると考えられています。IL-10は、マクロファージによる抗原提示を阻害し、マクロファージによる炎症性サイトカインであるTNF-α、IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、GM-CSF、G-CSFの合成を抑制します。IL-10には抗アポトーシス作用もあります。このような作用スペクトルは、IL-10が抗結核免疫の強度に及ぼす重要な影響を決定するものと思われますが、防御免疫がIL-10産生に依存するというデータは非常に矛盾しています。

TGF-βは細胞性免疫を抑制する特異な因子です。その産生レベルは結核の重症度と相関しており、M. tuberculosisに感染したマウスに抗TGF-β抗体または天然型TGF-β阻害剤を投与すると、低下したT細胞応答が改善します。

Tリンパ球のエフェクターとしての役割は、サイトカインの産生と細胞傷害活性だけに限定されないことに留意すべきである。Tリンパ球とマクロファージの直接接触の確立時に生じる他のプロセス、ならびにTリンパ球によるケモカインの産生は、局所炎症反応の発生に大きく寄与する可能性がある。そして、後者はマクロファージとTリンパ球の反応だけによって引き起こされるわけではない。好中球、好酸球、線維芽細胞、上皮細胞などの細胞は、結核感染時に肺で生じるプロセスに積極的に関与する可能性がある。

肉芽腫形成過程の形態学的研究、および特異的T細胞応答形成の動態解析結果から、結核菌とマクロ微生物の相互作用の複数の段階を区別することが可能であると我々は考えています。第1段階は、Tリンパ球の特異的応答が欠如する中で結核菌が増殖を続ける段階であり、約2～3週間続きます。第2段階は成熟Tリンパ球の形成後に発生し、結核菌の増殖が安定化する段階です。通常、この段階に続いて代償不全段階が起こり、これはリンパ組織の形成が破壊され、肺に壊死性変化が現れる時期と一致します。ワクチンの効果は、この反応の第一段階の減少に起因する可能性があります。