Spp1ノックアウトマウスの研究応用｜骨代謝・腸管免疫・腫瘍微小環境

腸管恒常性：腸管免疫とバリア機能の関係

Spp1（分泌型リン酸化糖タンパク質1、別名オステオポンチン／Osteopontin）は、骨代謝だけでなく、免疫応答、炎症、腫瘍微小環境にも関与する多機能分子です。基礎医学研究では、遺伝子ノックアウトマウスを用いることで、特定遺伝子の生体内機能を系統的に解析できます。Spp1ノックアウトマウスは、腸管、肝臓、骨、腫瘍、自己免疫疾患など複数領域で応用価値を示しています。

腸管はSpp1が発現する重要な組織の一つであり、Spp1ノックアウトマウスは腸管免疫恒常性を研究するための有用なモデルです。研究では、Spp1が腸管上皮内リンパ球（IEL）の恒常性を調節し、腸管粘膜免疫機能に影響することが示されています。Spp1欠損後には、腸管CD8α⁺IEL細胞数が減少し、活性化および増殖能も低下するため、病原体に対する腸管防御能が弱まる可能性があります[1]。

さらに、アルコール誘発性肝障害モデルでは、Spp1欠損マウスで腸管バリア機能が顕著に損なわれます。具体的には、有益菌の減少などを伴う腸内細菌叢の不均衡、腸管透過性の上昇が観察され、それによりアルコール誘発性の肝炎症と線維化が悪化します[2]。この結果は、Spp1が「腸管―肝臓軸」を介して肝臓の健康を調節する可能性を示し、アルコール性肝疾患に対する新たな介入標的としての意義を支持します。

図1. WTおよびSpp-1^−/−マウスの小腸（上段）と結腸（下段）における総IEL数[1]

図2. WTおよびOpn^ΔIECマウスに対し対照食またはエタノール食を6週間給餌して誘導したアルコール性肝疾患モデルの肝臓H&E染色像。緑矢印：大滴性脂肪変性、黄矢印：小滴性脂肪変性、赤矢印：炎症巣、CV：中心静脈、PV：門脈[2]

腫瘍領域：腫瘍微小環境と細胞運命制御

腫瘍研究では、Spp1は腫瘍細胞と微小環境を結び付ける重要な分子として注目されています。膵がん研究において、Spp1は膵がん細胞の間葉系細胞運命を維持するために必要な因子であることが示されています。Spp1を欠損させると、膵がん細胞の間葉系特性が弱まり、上皮間葉転換（EMT）が抑制され、腫瘍の浸潤・転移能が有意に低下します[3]。

Spp1ノックアウトマウスを用いて膵がん移植腫瘍モデルを構築することで、Spp1を標的とした治療戦略の有用性をin vivoで検証できます。これは、腫瘍微小環境、転移制御、細胞運命転換を解析するだけでなく、臨床応用を見据えた標的治療研究の基盤にもなります。

図3. Spp1^WT/WT KPHETFCTおよびSpp1^fl/fl KPHETFCTマウスにおける肝臓・肺転移像。矢印は転移巣を示す[3]

骨代謝領域：骨恒常性制御メカニズム

Spp1はオステオポンチンとして骨代謝研究で古くから注目されてきました。初期研究では、Spp1ノックアウトマウスの全身的な骨格発生と骨構造には明らかな異常が認められない一方、in vitro実験では破骨細胞形成能が大きく変化することが示されました。Spp1欠損により、破骨細胞の接着、遊走、骨吸収活性が低下し、Spp1が破骨細胞機能の調節に重要な役割を担うことが示唆されています[4]。

その後の高スループットなマウス遺伝子ノックアウトスクリーニング研究では、Spp1ノックアウトマウスに骨石灰化やカルシウム恒常性維持に関連する潜在的異常が存在する可能性も示されました[5]。このため、Spp1欠損モデルは、骨粗鬆症、骨硬化症、骨リモデリング異常などの疾患機序を探索する上で有用なツールとなります。

図4. Opn^+/−（B）およびOpn^−/−（A、C、D）マウスの骨超微細構造と免疫細胞化学像[4]

自己免疫疾患領域：炎症と免疫細胞老化

Spp1は炎症調節にも関与しており、全身性エリテマトーデス（SLE）などの自己免疫疾患モデルにおいて特徴的な表現型を示します。SLEモデルマウスでは、CD153⁺CD4⁺濾胞ヘルパーT細胞がSpp1を分泌することで疾患進行を促進することが報告されています。Spp1欠損後には、この老化関連免疫細胞集団が減少し、自己抗体産生や腎障害などのループス様症状が有意に軽減されます[6]。

これらの知見は、Spp1が炎症と免疫老化をつなぐ分子であり、自己免疫疾患に対する免疫介入の新たな標的となり得ることを示しています。腫瘍免疫、慢性炎症、自己免疫疾患が重なり合う研究領域では、Spp1ノックアウトマウスと細胞特異的な条件付き遺伝子ノックアウトマウスを組み合わせることで、より精密な機序解析が可能になります。

図5. EGFP-OPNノックインマウスを用いた、CD153SAT細胞におけるOPN発現のin vivo検証[6]

Spp1遺伝子改変マウスモデルによる研究支援

骨代謝から腸管免疫、腫瘍微小環境、自己免疫疾患まで、Spp1ノックアウトマウスはSpp1の多面的な遺伝子機能と安定したモデル表現型を活かせる重要な研究基盤です。サイヤジェンでは、Spp1を対象とした標準化済みの遺伝子改変マウスモデルを提供しており、研究目的に応じてKO系統やflox系統を選択できます。これらのモデルは、疾患機序解析、標的検証、薬効評価に活用できます。

サイヤジェン関連マウスモデル

お客様による発表論文（一部）

• Wang M, Chang Y, He A, Yang J, Li A, Wang H, Lim KL, Guo X, Zhang C, Lu L. Deficiency of Microglial-Derived Spp1 Exacerbates Age-Related Memory Decline by Impairing Mitochondrial Complex I Function. Aging Cell. 2026 Feb;25(2):e70378. doi: 10.1111/acel.70378. PMID: 41549460; PMCID: PMC12813269.
• Zheng H, Li YQ, Lu X, Zhang J, Yu SS, Deng XF, Liu XB, Li MY, Cao Y, Chen Q, Qiu Y, Liu QX, Zhou D, Dai JG. Senescent SPP1+ macrophages remodel the tumor microenvironment and promote the progression of early-stage lung adenocarcinoma featured with mixed ground glass nodule. Mol Cancer. 2025 Nov 27;24(1):298. doi: 10.1186/s12943-025-02497-2. PMID: 41310768; PMCID: PMC12659132.
• Zhou R, Li R, Ding Q, Zhang Y, Yang H, Han Y, Liu C, Liu J, Wang S. OPN silencing reduces hypoxic pulmonary hypertension via PI3K-AKT-induced protective autophagy. Sci Rep. 2024 Apr 15;14(1):8670. doi: 10.1038/s41598-024-59367-y. PMID: 38622371; PMCID: PMC11018812.
• Wang Y, Zhang W, Yang Y, Qin J, Wang R, Wang S, Fu W, Niu Q, Wang Y, Li C, Li H, Zhou Y, Liu M. Osteopontin deficiency promotes cartilaginous endplate degeneration by enhancing the NF-κB signaling to recruit macrophages and activate the NLRP3 inflammasome. Bone Res. 2024 Sep 6;12(1):53. doi: 10.1038/s41413-024-00355-3. PMID: 39242551; PMCID: PMC11379908.

Cyagen Biosciences Inc.（「サイヤジェン（Cyagen）」）は2006年、医薬品開発業務受託機関及び細胞関連製品メーカーとして創業しました。現在、世界に1000名以上の社員が勤務しています。本社をアメリカ・カリフォルニア州シリコンバレーに置き、中国の蘇州と広州を製造拠点にしています。2016年に日本支店（サイヤジェン株式会社）を開設しました。遺伝子改変アニマルモデル作製のリーディングカンパニーとして、リーズナブルな価格帯で、高品質の試薬・ツールを提供しています。Cyagenはマウスモデルの提供だけでなく、眼科、神経科学、腫瘍免疫など様々な分野で契約研究機関（CRO）サービスも提供しています。私たちは遺伝性疾患の研究を支援し、遺伝子治療薬の開発を促進することを目指しています。

FAQ

Spp1遺伝子はどのような分子をコードしていますか？

Spp1は分泌型リン酸化糖タンパク質1（secreted phosphoprotein 1）をコードする遺伝子で、オステオポンチン（Osteopontin, OPN）としても知られています。骨代謝、免疫応答、炎症、細胞接着、腫瘍微小環境など複数の生物学的過程に関与します。

Spp1ノックアウトマウスはどの研究領域で利用できますか？

Spp1ノックアウトマウスは、腸管免疫と粘膜バリア、アルコール誘発性肝障害、膵がんなどの腫瘍微小環境、破骨細胞機能と骨代謝、SLEなどの自己免疫疾患研究に利用できます。

Spp1欠損は腸管恒常性にどのような影響を与えますか？

報告では、Spp1欠損により腸管上皮内リンパ球、特にCD8α+ IELの数や活性化・増殖能が低下し、病原体に対する腸管防御能が弱まることが示されています。

腫瘍研究でSpp1を解析する意義は何ですか？

Spp1は膵がん細胞の間葉系細胞運命やEMTに関与し、腫瘍の浸潤・転移能に影響します。そのため、腫瘍微小環境や転移制御、Spp1標的介入の評価において重要な研究対象となります。

Spp1-KOマウスとSpp1-floxマウスはどのように使い分けますか？

全身性にSpp1機能を失わせて表現型を確認したい場合はSpp1-KOマウスが適しています。一方、腸上皮細胞、免疫細胞、骨関連細胞など特定細胞・組織でSpp1の役割を解析したい場合は、Cre系統と組み合わせてSpp1-floxマウスを利用します。

参考文献

1. Nazmi A, Greer MJ, Hoek KL, Piazuelo MB, Weitkamp JH, Olivares-Villagómez D. Osteopontin and iCD8α Cells Promote Intestinal Intraepithelial Lymphocyte Homeostasis. J Immunol. 2020 Apr 1;204(7):1968-1981. doi: 10.4049/jimmunol.1901168. PMID: 32102904; PMCID: PMC7175606.
2. Das S, Song Z, Han H, Ge X, Desert R, Athavale D, Babu Komakula SS, Magdaleno F, Chen W, Lantvit D, Guzman G, Nieto N. Intestinal Osteopontin Protects From Alcohol-induced Liver Injury by Preserving the Gut Microbiome and the Intestinal Barrier Function. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2022;14(4):813-839. doi: 10.1016/j.jcmgh.2022.06.012. PMID: 35811073; PMCID: PMC9425038.
3. Li H, Lan L, Chen H, Zaw Thin M, Ps H, Nelson JK, Evans IM, Ruiz EJ, Cheng R, Tran L, Allen M, Ma J, Yi T, Wang C, He Y, Guppy N, Sadanandam A, Lin SZ, Zhang C, Behrens A. SPP1 is required for maintaining mesenchymal cell fate in pancreatic cancer. Nature. 2025 Dec;648(8092):203-209. doi: 10.1038/s41586-025-09574-y. PMID: 40993391; PMCID: PMC12675285.
4. Rittling SR, Matsumoto HN, McKee MD, Nanci A, An XR, Novick KE, Kowalski AJ, Noda M, Denhardt DT. Mice lacking osteopontin show normal development and bone structure but display altered osteoclast formation in vitro. J Bone Miner Res. 1998 Jul;13(7):1101-11. doi: 10.1359/jbmr.1998.13.7.1101. PMID: 9661074.
5. Brommage R, Liu J, Hansen GM, Kirkpatrick LL, Potter DG, Sands AT, Zambrowicz B, Powell DR, Vogel P. High-throughput screening of mouse gene knockouts identifies established and novel skeletal phenotypes. Bone Res. 2014 Oct 28;2:14034. doi: 10.1038/boneres.2014.34. PMID: 26273529; PMCID: PMC4472125.
6. Tahir S, Fukushima Y, Sakamoto K, Sato K, Fujita H, Inoue J, Uede T, Hamazaki Y, Hattori M, Minato N. A CD153+CD4+ T follicular cell population with cell-senescence features plays a crucial role in lupus pathogenesis via osteopontin production. J Immunol. 2015 Jun 15;194(12):5725-35. doi: 10.4049/jimmunol.1500319. PMID: 25972477.