顆粒球コロニー刺激因子

顆粒球コロニー刺激因子（かりゅうきゅうコロニーしげきいんし、英語: granulocyte-colony stimulating factor）は、生体内で重要な役割を果たすサイトカイン（細胞間の情報伝達を担うタンパク質）の一種です。主に、白血球の一種である顆粒球の産生を促し、特に好中球の機能や増殖をサポートする作用を持っています。略称として「G-CSF」と表記されることが一般的です。

発見の経緯

G-CSFの存在が科学的に確認されたのは比較的近年のことです。マウス由来のG-CSFは、1983年にオーストラリアのウォルター・アンド・イライザ・ホール医学研究所（WEHI）の研究者らによって初めて単離・精製されました。ヒト型のG-CSFについては、その遺伝子が1986年に日本の研究グループと、ドイツ・アメリカ合衆国の共同研究グループによってそれぞれ独立してクローニングされ、詳細な分子構造や機能に関する理解が進みました。

生化学的性質

G-CSFは、血管の内皮細胞やマクロファージ、様々な免疫細胞など、体内の多様な細胞で産生されています。ヒトの体内には、アミノ酸の配列がわずかに異なる2種類の天然型糖タンパク質として存在しており、それぞれ174個と177個のアミノ酸残基から構成されています。分子量はおよそ19,600です。これらのうち、天然に多く存在し、より強い生物活性を持つ174アミノ酸残基のタイプが、遺伝子組換え技術を用いて製造される医薬品の原料として主に利用されています。

生理機能

造血系における働き

G-CSFの最もよく知られた機能は、血液を作り出す骨髄において発揮されます。骨髄に存在する、これから顆粒球になる前駆細胞の表面には、G-CSFを特異的に認識して結合するG-CSF受容体が存在しています。G-CSFがこの受容体に結合することでシグナルが伝達され、前駆細胞は活発に増殖し、最終的に機能を持つ成熟した顆粒球、特に好中球へと分化するプロセスが進められます。さらに、G-CSFは好中球になる途中の細胞や、既に成熟した好中球に対しても作用し、これらの細胞の生存を維持したり、増殖や分化を促進したり、病原体を排除するといった本来の機能が十分に発揮されるよう助けたりします。細胞内では、JAK/STAT経路、Ras/MAPK経路、PI3K/Akt経路といった複数のシグナル伝達経路を介して、G-CSFからの指令が伝達され、様々な生理機能が制御されています。

また、G-CSFは造血幹細胞の「動員」という重要な役割も担います。これは、骨髄に存在する造血幹細胞を血流中に移動させる作用であり、末梢血幹細胞移植などの医療技術において応用されています。ただし、G-CSFが造血幹細胞よりも未熟な造血前駆細胞に対して直接的な刺激作用を持つわけではないことが示されています。

神経系における働き

近年、G-CSFが造血系だけでなく、神経細胞に対しても作用する「神経栄養因子」としての性質を持つことが明らかになってきました。脳や脊髄といった中枢神経系のニューロンもG-CSFの受容体を発現しており、G-CSFはこれらの神経細胞の生存を助けたり、新しい神経細胞の誕生（神経発生）を促したり、神経回路の柔軟性を高めたり（神経可塑性の増大）、さらには神経細胞のアポトーシス（プログラムされた細胞死）を抑制したりといった働きをします。これらの神経保護および神経再生効果に着目し、脳虚血をはじめとする様々な神経疾患の治療法としてG-CSFを応用する研究が世界中で進められています。

医薬品としての応用

G-CSFの強力な顆粒球・好中球増加作用は、臨床医学において非常に重要なツールとなっています。現在、遺伝子組換え技術によって大量生産されたヒトG-CSF製剤が、様々な疾患の治療に用いられています。主な用途としては、抗がん剤による化学療法によって骨髄の機能が一時的に抑制され、重度の好中球減少症を引き起こした場合の治療が挙げられます。好中球が減少すると感染症にかかりやすくなるため、G-CSFを投与して好中球数を回復させることで、患者さんのQOL向上や治療継続を可能にします。また、骨髄の機能不全によって血液細胞が十分に作られない再生不良性貧血に伴う好中球減少症の治療にも用いられます。

さらに、白血病などの治療で行われる造血幹細胞移植の中でも、特にドナーの末梢血から造血幹細胞を採取するタイプの移植（末梢血幹細胞移植：PBSCT）においては、移植に必要な数の幹細胞を効率的に採取するため、ドナーにG-CSFを投与して造血幹細胞を末梢血中に動員させます。

現在使用されているG-CSF製剤には、フィルグラスチム（商品名：グラン、ニューラスタ等）、ナルトグラスチム（商品名：ノイアップ等）、レノグラスチム（商品名：ノイトロジン等）など、いくつかの種類があります。また、体内で分解されにくく、より長く効果が持続するように改変されたペグフィルグラスチム（商品名：ジーラスタ等）も広く使われています。これらの薬剤は、生命予後に関わる重篤な状態を改善する上で不可欠ですが、一般的に薬価が非常に高価であるという特徴があります。

G-CSF製剤の投与に伴う副作用としては、まれにショックを起こす可能性や、肺に炎症を引き起こす間質性肺炎、重度の呼吸困難を伴う急性呼吸窮迫症候群（ARDS）などが報告されています。また、血液検査でLDHやAl-Pといった肝機能関連の酵素の上昇が見られることもあります。これらの副作用のリスクを考慮し、患者さんの状態を注意深く観察しながら投与が行われます。