亜鉛探訪No.042

最近よく耳にする「エクソソーム」。これは細胞が分泌するナノサイズの小さな小胞で、遺伝子やタンパク質を運ぶ“細胞の宅配便”です。再生医療やがんの研究で大きな注目を集めています。

一方、私たちが毎日の食事から摂っている亜鉛。DNAやRNAの合成、タンパク質の合成、抗酸化酵素の働きなど、細胞の営みに欠かせない栄養素です。

この二つは、一見無関係に見えるかもしれません。しかし実際には、亜鉛が足りないとエクソソームの“配達機能”は乱れてしまうのです。

エクソソームは細胞内で酵素群の働きによって作られます。多くの酵素は亜鉛を必要としますので、亜鉛が不足すると分泌のリズムが乱れます。また、エクソソームが運ぶ荷物（miRNAやタンパク質）は細胞の状態を映し出す鏡。亜鉛が不足していると、炎症を促すようなcargoが増えてしまうこともあります。

実際、免疫細胞はエクソソームを使って“炎症を抑える信号”を送り合っていますが、亜鉛不足では逆に炎症性の信号が増えてしまい、がんや慢性炎症のリスクを高める可能性があるのです。

再生医療の現場で注目されている「幹細胞由来エクソソーム」も、提供する細胞の栄養状態によって質が変わると考えられます。つまり、エクソソームという宅配便の性能を最大限に引き出すには、亜鉛を含む栄養管理が欠かせないのです。

まとめると、細胞と細胞をつなぐ宅配便＝エクソソーム。そのエネルギー源として働くのが亜鉛。ここにも、亜鉛の奥深い働きが見えてきます。

細胞から分泌される小さな小胞（30〜150nm）。

遺伝子やタンパク質を届ける「細胞の宅配便」。

再生医療やがん研究で注目されている。

DNA合成・RNA転写・タンパク合成に必須。

抗酸化酵素SOD、メタロチオネインを通じて細胞を守る。

免疫細胞の働きや創傷治癒にも重要。

分泌そのもの

エクソソームは細胞内で作られ、酵素群の働きで放出される。

多くの酵素は亜鉛を必要とする → 亜鉛不足で分泌異常が起こりうる。

エクソソームの荷物（cargo）

miRNAやタンパク質の種類は細胞の状態に依存。

亜鉛が足りないと、抗酸化・免疫関連分子が減り、炎症性cargoが増える可能性。

免疫・炎症シグナル

免疫細胞はエクソソームを使って情報交換。

亜鉛不足 → 炎症促進型のエクソソーム増加 → がんや慢性炎症悪化の恐れ。

幹細胞由来エクソソームは再生医療で応用されている。

「細胞の栄養状態」がエクソソームの質を決める。

亜鉛を含む栄養管理は、エクソソーム治療の基盤になる可能性がある。

エクソソーム＝細胞間の宅配便。

亜鉛＝その宅配便を動かす燃料。

栄養学と再生医療の交点として、今後の研究が期待される。

Znイオン刺激によるマクロファージ由来エクソソームは骨芽細胞および内皮細胞の機能を促進する

J Mater Chem B. 12;9(18):3800-3807.2021

インプラントのオッセオインテグレーションには、骨形成と血管新生の両方が重要であり、マクロファージの免疫調節によって調整することができる。新しい生分解性材料である亜鉛は、そのイオン性形態でマクロファージの機能を調節することができる。

しかし、マクロファージ由来のエクソソーム（細胞内情報伝達の新規キャリア）が、このプロセスに関与しているかどうかはまだ不明である。

本研究では、0～100μMの濃度範囲のZnイオンは、マクロファージの生存率、増殖、形態、エクソソームの分泌量に有意な影響を及ぼさないが、一般的にM1およびM2マーカーの遺伝子発現をダウンレギュレートすることを示した。

エクソソームは骨芽細胞と内皮細胞に持続的に摂取される。マクロファージ由来のエクソソームを摂取した骨芽細胞は、4μMのZnイオン刺激で最も高いアルカリホスファターゼ活性を示した。

一方、内皮細胞は20μMのZnイオン刺激でエクソソームを摂取した後、最も遠くまで移動した。

これらの結果は、Znイオンがマクロファージ由来のエクソソームの組成を変化させ、ひいては骨形成や血管新生に影響を及ぼす可能性を示している。

これらの知見は、マクロファージ由来エクソソームの観点から、免疫調節バイオマテリアルの表面設計に有意義である。