成体幹細胞

成体幹細胞（せいたいかんさいぼう）

概要

成体幹細胞は、動物の体内に存在する、まだ特定の機能を持つ細胞へと完全に分化していない細胞集団を指します。体性幹細胞や組織幹細胞とも呼ばれ、分裂を繰り返して増殖することで、失われた細胞の補充や損傷した組織の修復に必要な細胞を供給する重要な役割を担っています。通常、成体幹細胞は限られた種類の細胞にし分化できませんが（多分化性）、近年、より多様な細胞へ分化する能力を持つ細胞の存在も提唱されています。

胚性幹細胞（ES細胞）とは異なり、成体幹細胞は成人の組織から採取可能であり、ヒトの胚を損傷する必要がないため、研究や医療への利用において倫理的な議論を避けやすいという利点があります。主にヒトのほか、マウスやラットなどの実験動物を用いて研究が進められています。

特性

幹細胞は、主に以下の二つの重要な特性を持っています。

1. 自己複製能力: 何度も細胞分裂を繰り返しても、未分化な状態を維持し続けることができます。
2. 分化能力: 特定の細胞型にし分化できない単能性細胞とは異なり、様々な細胞型の子孫を生み出すことができます。ただし、中には自己複製能力を持ちながら特定の細胞型にし分化しない、あるいは分化能力が限られている細胞も存在するため、全ての幹細胞が多様な分化能力を持つわけではないと考える研究者もいます。

これらの特性は、単一細胞からクローンを形成させるような生体外（in vitro）の実験手法を用いれば比較的容易に確認できます。しかし、生体外での細胞培養条件によって細胞の振る舞いが変化することが知られているため、特定の細胞集団が生体内（in vivo）で実際に幹細胞としての性質を持っていることを証明するのは難しい場合があります。このため、生体内に存在するとされる幹細胞集団の中には、本当に幹細胞なのかどうか議論の対象となっているものも存在します。

発見

成体幹細胞研究の歴史は、1960年代にジェイムズ・ティルやアーネスト・マコラックらが骨髄から造血幹細胞を発見したことに始まります。その後、1970年には骨髄由来幹細胞が見出され、それに続いて、様々な組織から成体幹細胞が次々と発見されるようになりました。

細胞分裂と機能制御

成体幹細胞は、自己複製と分化細胞の供給を効率的に行うために、二種類の細胞分裂を使い分けています。

対称分裂: 二つの全く同じ娘細胞を生み出します。どちらの娘細胞も親細胞と同様に幹細胞の性質を維持します。
非対称分裂: 一方の娘細胞は幹細胞としての性質を維持し、もう一方の娘細胞は増殖能力が限られた前駆細胞となります。この前駆細胞がさらに数回分裂した後、最終的に成熟した細胞へと分化します。

これらの分裂様式の違いは、細胞膜上のタンパク質（受容体など）が娘細胞へ不均等に分配されることなどが要因と考えられています。

また、成体幹細胞の自己複製や分化は、細胞内外からの様々なシグナルによって厳密に制御されています。例えば、Wntシグナル経路やNotchシグナル経路は、幹細胞の増殖や分化の方向性を決定する上で重要な役割を担っていることが明らかになっています。

多剤耐性

成体幹細胞は、細胞外へ様々な有機分子を運び出すことができるABC輸送体を細胞膜上に多く発現しています。この働きにより、多くの薬物に対する耐性を持つことが知られています。

主な種類

私たちの体には、様々な組織に特化した成体幹細胞が存在します。代表的なものをいくつか挙げます。

造血幹細胞: 骨髄に存在し、赤血球、白血球、血小板など、あらゆる種類の血液細胞を生み出します。
間葉系幹細胞: 骨髄や脂肪組織などから単離され、骨、軟骨、脂肪、筋細胞などに分化する能力を持つと考えられています。ホルモンの分泌や免疫の調節など、多様な機能を持つことから臨床的な注目を集めています。
神経幹細胞: 脳の特定の領域（側脳室下帯や海馬など）に存在し、神経細胞やグリア細胞（アストロサイト、オリゴデンドロサイト）を生み出すことができます。成体脳での神経新生に関わっています。
腸管幹細胞: 腸の内壁にある陰窩の底部に位置し、生涯にわたり腸管の上皮細胞を供給し続けています。多くのがんの起源とも考えられています。
乳腺幹細胞: 思春期や妊娠期の乳腺の発達を担い、乳がんの発生にも関与すると考えられています。
衛星細胞: 筋繊維の間に存在し、筋損傷時の修復に重要な役割を果たします。

この他にも、毛包幹細胞、嗅粘膜幹細胞、神経冠幹細胞、精巣細胞など、様々な組織から成体幹細胞が発見されています。

臨床応用

成体幹細胞は、患者自身の組織から採取できるという大きな利点があり、再生医療への応用が進められています。最も歴史が長く確立された治療法としては、造血幹細胞を用いた白血病や血液がんに対する骨髄移植があります。

近年では、骨髄や脂肪組織などに由来する間葉系幹細胞をはじめとする様々な成体幹細胞が、脊髄損傷、肝硬変、関節疾患など、多様な疾患に対する治療法の開発において研究されています。関節軟骨の再生を目的とした臨床試験なども報告されています。投与方法としては、損傷部位への直接投与が、全身投与よりも効果的であると考えられています。

しかしながら、成体幹細胞を用いた治療法のすべてが科学的に効果が実証されているわけではなく、その有効性や安全性について、過度な期待やリスクへの懸念が指摘されるケースもあります。一部の治療法については、まだ研究段階であり、今後のさらなる検証が必要です。

特筆すべき事例として、2008年には患者自身の幹細胞を用いて培養された気管が移植され、成功した例が報告されています。

可塑性/多能性を持つ成体幹細胞の可能性

成体幹細胞は特定の系統にし分化できない「多分化性」が基本的な性質とされてきましたが、近年の研究では、特定の条件下で本来とは異なる胚葉由来の細胞へ分化する「分化転換（transdifferentiation）」と呼ばれる現象や、さらには様々な種類の細胞に分化できる「多能性（pluripotency）」を持つ成体幹細胞が存在する可能性が提唱されています。

例えば、骨髄から発見が報告されたMAPC（Multipotent Adult Progenitor Cell）や、様々な組織から単離されるとされるミューズ細胞（MUlti-lineage differentiating Stress Enduring cell）などが挙げられます。これらの細胞は、倫理的な懸念が少ない成体由来でありながら、ES細胞やiPS細胞のように多様な細胞を生み出す能力を持つと期待されています。

しかし、これらの多能性を持つとされる成体幹細胞の存在やその普遍性、生体内での機能については、生物学者の間でまだ完全な合意は得られておらず、研究者間での議論が続いています。データの再現性や、細胞の培養条件による人工的な現象ではないかといった検証が進められています。

成体幹細胞とがん

多能性を持つ可能性のある成体幹細胞が、組織の再生だけでなく、遺伝子変異が蓄積したがん細胞の発生や進行に関与している可能性も指摘されており、研究が進められています。

成体幹細胞の研究は現在も活発に行われており、その機能の解明や再生医療への応用、さらにはがんなどの難病治療への貢献が期待されています。

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