E-セレクチンは別名をELAM-1（endothelial cell leukocyte adhesion molecule-1）、CD62Eなどともいい、IL-1やTNFαなどの炎症性サイトカインの刺激によって炎症局所の血管内皮細胞に発現が誘導され、白血球の炎症局所への遊走をひきおこす。培養血管内皮細胞をこれらの炎症性サイトカインで刺激すると、5'-調節領域に存在するNF-κB様因子の結合部位のはたらきによってE-セレクチン遺伝子の転写が誘導される。刺激４時間後あたりが細胞表層でのE-セレクチンの発現のピークであり、12〜24 時間後にはその発現はかなり低下する。1990年台のはじめ頃に、E-セレクチンの白血球側の糖鎖リガンドがシアリルLewis^x であることが明らかにされた^2-4。E-セレクチンを介した細胞接着は、E-セレクチンのCタイプレクチン様ドメインと、それが特異的に認識するシアリルLewis^x 糖鎖との相互作用によって引き起こされる。典型的なE-セレクチン依存性の白血球系細胞のローリングの様子をVideo 1に示した。

シアリルLewis^xはがん細胞にもしばしば発現し、がん関連性の糖鎖抗原の一つと考えられている。ほかに良く知られたがん関連性の糖鎖抗原としてはシアリルLewis^aがあるが、これもE-セレクチンのリガンドである(Fig. 2)^5,6。シアリルLewis^xやシアリルLewis^aを強く発現するがん細胞は単層細胞接着実験において活性化血管内皮細胞にきわめて良く接着する。がんの血行性転移にはこの細胞接着が深く関与すると考えられている⁷。

E-セレクチンのリガンドはシアリルLewis^xやシアリルLewis^aに限られない。糖鎖末端がシアリルLewis^xやシアリルLewis^aの構造でなくても、もっと内側にフコースが付加した糖鎖がE-セレクチンのリガンドとして十分にはたらくことが知られている^8-10。実際の細胞表面のE-セレクチンリガンドは、シアリルLewis^xやシアリルLewis^aの系統のいろいろな糖鎖からなっていると考えられる。

白血球のシアリルLewis^x糖鎖はさまざまなコアタンパク質に担われている。L-セレクチンそのものがE-セレクチンに糖鎖リガンドを提示するコアタンパク質であるとする報告もある¹¹。もともとP-セレクチンリガンドの特異的コアタンパク質であるとされたPSGL-1は、E-セレクチンに対しても糖鎖リガンドを提示する。マウスの白血球系細胞では、E-セレクチンリガンドのコアタンパク質としてESL-1 (E-selectin ligand-1)というN-グリカンを持つユニークな150 kDaの糖タンパク質が報告されている¹²。がん細胞ではシアリルLewis^x やシアリルLewis^a 系統の糖鎖はMUC1などの高分子量のムチン様タンパク質や糖脂質に担われている。現在のところ、E-セレクチンは主としてリガンド分子の糖鎖部分を認識しており、特定のコアタンパク質を特異的に要求するわけではないと一般に考えられている。ただしコアタンパク質は、糖鎖の密度や立体構造に影響を与えることにより、E-セレクチンと糖鎖との結合に間接的な影響を与えると考えられる。

P-セレクチンは、PADGEM (platelet activation-dependent granule external membrane)、GMP-140 (granule membrane protein of 140 kDa)、CD62Pなどの別名があり、血管内皮細胞と活性化血小板に発現し、白血球上の糖鎖リガンドと結合する。炎症における血小板-白血球および血管内皮細胞-白血球の相互作用に関与する。P-セレクチンは血小板の顆粒や血管内皮細胞のWibel-Palade 顆粒に含まれ、刺激によって細胞表層に移行（トランスロケーション）して発現される。またマウスの血管内皮細胞では、mRNAの誘導によって刺激後数時間後に発現が誘導されるE-セレクチンと類似の機構が存在することも知られている。

研究の初期には、P-セレクチンのリガンドもまたシアリルLewis^xやシアリルLewis^aであると考えられていた¹³。E-セレクチンとP-セレクチンのCタイプレクチンドメインは相同性がたしかに高い。しかし、E-セレクチンとP-セレクチンのリガンド特異性には大きな違いがある。固相化したシアリルLewis^x への結合能を見ると、E-セレクチンと同等の結合を得るためには、5 倍から10 倍程度の濃度のP-セレクチンを用意しなければならない。P-セレクチンを介した接着は細胞をNaClO₃などの硫酸化阻害剤の存在下で培養すると阻止されるのに対し、E-セレクチンを介した接着は影響をうけない。P-セレクチンのリガンド活性はプロテアーゼ処理にきわめて弱いのに対して、E-セレクチンに対するリガンドの結合能はプロテアーゼにほとんど影響されない。こうしたことがきっかけとなって、P-セレクチンリガンドの特異的なコアタンパク質である220 kDaの糖タンパク質PSGL-1 (P-selectin glycoprotein ligand-1)が発見されるに至った。PSGL-1がシアリルLewis^x糖鎖を有し、さらにＮ末端付近のチロシン残基が硫酸化されていることがP-セレクチンへの結合には必須である^14-16。P-セレクチンへの結合にはシアリルLewis^x糖鎖と硫酸化チロシン残基とが共に必要であるが、E-セレクチンへの結合にはシアリルLewis^x糖鎖の存在のみで十分である。また、P-セレクチンへの結合にはPSGL-1が二量体を形成していることも重要とする考え方もある。シアリルLewis^x糖鎖を有し、さらにこれらの条件を満たしたPSGL-1とP-セレクチンとの結合親和性はきわめて高く、10^-9 M程度のKm値が報告されている。これまで知られたセレクチンリガンドのコアタンパク質のうちで、セレクチンに特異的に要求される事を示す証拠が最も多く集積しているのは、PSGL-1である。ただし、N末端付近に三個存在するチロシン残基については、どのチロシン残基が硫酸化されているかについての特異性には乏しいようであり、この点にまだ曖昧な点が残されている。

L-セレクチンは、LAM-1 (leukocyte adhesion molecule-1)、LECAM-1 (leukocyte-endothelial cell adhesion molecule-1)、MEL-14抗原 (gp90^mel)、CD62Lなどたくさんの別名があり、白血球に構成的に発現されている。L-セレクチンはもともとナイーブＴリンパ球の末梢リンパ節へのホーミングに関与する接着分子として記載された^17,18。リンパ球のホーミングにあたっては、リンパ節の高血管内皮細静脈 (high endothelial venule, HEV) がホーミングするリンパ球の入り口の役割を演じる。L-セレクチンがリンパ球側に発現しているので、HEV側にはL-セレクチンのリガンド糖鎖が発現していなければならないはずである。以前には、この糖鎖リガンドもシアリルLewis^xであると考えられていた。

しかし、このHEV上のL-セレクチンリガンドを普通の抗シアリルLewis^x抗体で検出しようとすると、なかなか一筋縄ではいかない¹⁹。良く使われる抗シアリルLewis^x抗体のうちでHEV上のL-セレクチンリガンドを検出できるのは、ほんの一部の抗体に過ぎず、多くの抗シアリルLewis^x抗体がこれを検出できなかったのである^19,20。HEV上のL-セレクチンリガンドを検出できる抗シアリルLewis^x抗体は、L-セレクチン依存性の細胞接着をも阻害した¹⁹。これらの結果は、HEV上のL-セレクチンリガンドが、シアリルLewis^x類似の糖鎖ではあるものの、シアリルLewis^xそのものではないことを示していた。この結論は、HEVをシアリダーゼ処理しても、抗Lewis^x抗体との反応性が出現しないことからも支持された。もしHEV上のL-セレクチンリガンドがふつうのシアリルLewis^xであれば、シアリダーゼ処理によって抗Lewis^x抗体との反応性をもったLewis^x糖鎖がかならず出現するはずだからである。

この謎は、HEVに存在するのが硫酸化修飾をうけたシアリルLewis^xであることが判明するに至ってようやく解決した。この硫酸化修飾によって、多くの抗シアリルLewis^x抗体や抗Lewis^x抗体の反応性が阻害されていたのである。硫酸化修飾によって影響をうけない少数の抗体のみが、HEV上の硫酸化修飾をうけたシアリルLewis^xを検出できたわけである。ヒト末梢リンパ節HEV上の硫酸化L-セレクチンリガンドはシアリル6-スルホLewis^xと同定された²¹。一方、マウスのHEV上のL-セレクチンリガンドは、ヒトとは異なり6’-スルホあるいは6,6’-ジスルホ糖鎖であると報告された^22,23。ヒトではシアリル6-スルホLewis^xは末梢リンパ節のみならず、腸管のパイエル板、虫垂、GALT(gut-associated lymphoreticular tissues)のHEV様血管内皮にも発現している(Fig. 3)。ヒトとマウスで糖鎖リガンドがかなり相違しているわけであるが、フコース転移酵素と6-硫酸基転移酵素の遺伝子を共に導入する事によって細胞にL-セレクチンとの結合性を有するリガンド活性を再構成できることから、どちらの動物種でも、6-硫酸化修飾が重要であると考えられる²⁴。遺伝子導入によって再構成されたリガンドは、およそ60〜120 μm/sec程度のローリング速度での白血球ローリングを引き起こす²⁵が、これは生体内で観察された値²⁶にきわめて近い値である。現在のところ、HEV上のL-セレクチンリガンド合成にかかわる6-硫酸基転移酵素の候補として二種のアイソザイムの遺伝子が得られており^27,28、そのうち片方のノックアウトによって、L-セレクチン依存性のリンパ球ホーミングが約50%低下したと報告されている²⁹。

ELISAなどの手法でリコンビナントセレクチンIgの結合を調べると、全てのセレクチンがシアリルLewis^xと結合能を持つことが古くから知られている¹³。この方法を使う限り、シアリル6-スルホLewis^xにも全てのセレクチンが結合する³⁹。しかしこうしたELISA法は、生理的には細胞接着を起こさないようなたいへん親和性の低い結合も検出してしまうことが少なくない。そこで我々は、シアリルLewis^xとシアリル6-スルホLewis^xとの双方を発現し、そのうえPSGL-1も発現しているようなリンパ球系細胞を用いて、まず細胞レベルで三種のセレクチンのリガンド特異性を調べてみた⁴⁰。すると、E-セレクチンとP-セレクチンのこの細胞への結合は、抗シアリルLewis^x抗体でも抗シアリル6-スルホLewis^x抗体でも部分的に阻害され、両抗体を同時に与えるとはじめて結合がほぼ完全に阻害された(Fig. 4)。一方、L-セレクチンのこの細胞への結合は抗シアリルLewis^x抗体では全く阻害されず、抗シアリル6-スルホLewis^x抗体でほぼ完全に阻害された(Fig. 4)⁴⁰。この結果から、シアリルLewis^xとシアリル6-スルホLewis^xとはどちらもE-セレクチンとP-セレクチンのリガンドとしてはたらき、L-セレクチンだけは特異的にシアリル6-スルホLewis^xを要求することがわかった(Fig. 5)。 抗PSGL-1抗体を加えると、P-セレクチンのこの細胞への結合は完全に阻害されたが、 L-セレクチンの結合はわずかしか阻害されず、E-セレクチンの結合は全く阻害されなかった(Fig. 4) ⁴⁰。 このことから、以前から提唱されているようにP-セレクチンがPSGL-1を特異的に要求することが再確認された(Fig. 5)。しかしL-セレクチンは、以前から主張されていたほどにはPSGL-1を強く要求しないことがうかがわれた。

タンパク質や核酸が生体の維持に必要な機能性分子であることは広く受け入れられているが、糖鎖そのものがそのような意味で第三の機能性分子であるかどうかはまだ広く受け入れられているとは云えず、セレクチンの研究分野でさえも、これまでは重要な生理的意義はむしろコアタンパク質のようなアグリコン部分にあると考えられがちであった。しかし最近の研究の進展により、セレクチンを介した細胞接着の調節には、リガンドの糖鎖部分が主役を演じていることが判明しつつある。これはFunctional Glycomicsの時代の開幕を意味するのかも知れない。

顆粒球や単球はセレクチンリガンドを構成的に発現しているけれども、リンパ球では糖鎖リガンドの発現は活発に変化している。白血球のセレクチンリガンドの合成にはフコース転移酵素Fuc-T VIIとFuc-T IVが関与する。健常人末梢血中のほとんどのリンパ球はシアリルLewis^xを発現せず、炎症性刺激によって活性化されて始めて強く発現が誘導され、P-やE-セレクチンに接着するようになる。この変化はフコース転移酵素Fuc-T VIIとFuc-T IVの転写誘導をともなっており、両酵素遺伝子の転写は炎症性サイトカインによってきわめてダイナミックに調節されている^42-48。

一方、白血球上のセレクチンリガンドのコアタンパク質としてもっとも重要なPSGL-1は、広範な白血球にはじめから構成的に発現している。シアリルLewis^xを発現しているような白血球はほとんど例外なくPSGL-1を発現しているが、PSGL-1を発現する白血球の全てがシアリルLewis^x陽性であるわけではない。炎症性刺激によっても、PSGL-1そのものの発現はあまり変化しない。こうした所見は、炎症刺激にともなって白血球のセレクチン結合能が亢進するのは、主としてシアリルLewis^x糖鎖の発現誘導によっており、コアタンパク質PSGL-1の発現誘導に依存しているのではない事を示している。近年、PSGL-1の重要なチロシン残基を硫酸化する酵素がクローニングされているが^49,50、こうした酵素がP-セレクチン依存性接着を調節していることを示す証拠は、得られていないようである。

炎症の際にもL-セレクチンが白血球-白血球間や白血球-血管内皮細胞間の接着に関与すると考えている研究者もいる^35,51。炎症巣における白血球-血管内皮細胞間の接着にL-セレクチンが関与するなら、炎症刺激によって血管内皮細胞上になんらかのL-セレクチンリガンドの発現が誘導されるのでなければならない。6-硫酸基転移酵素の調節機構は今のところまだ良く分かっていないが、少なくとも、炎症性サイトカインの刺激により、一部の6-硫酸基転移酵素には中等度の転写誘導がおこることが観察されている²⁴。

セレクチンを介した細胞接着の調節において糖鎖がきわめて重要な役割を演じていることを示す格好の例としては、糖鎖リガンドのシアル酸部分に起こる独特の翻訳後修飾によって、すみやかに細胞接着能が不活化される調節機構がある。シアル酸はセレクチンの糖鎖リガンド分子の重要な構成成分である。刺激によって細胞内カルシウムイオンの動員が起こると、このシアル酸がサイクリックシアル酸に変えられ、リガンドはセレクチンとの結合能を失ってしまう。この現象ははじめリンパ球系細胞の発現するシアリル6-スルホLewis^xについて観察され⁵²、ついで上皮系細胞においても確認された⁵³。セレクチンリガンドの細胞接着能が不活化されるこの反応は、細胞にカルシウムイオノフォアを加えるとすぐに始まって約五分後にはほぼ完了するきわめてすみやかな反応であり、シアル酸シクラーゼと呼ばれる酵素によって触媒されている^43,54,55。このようなすみやかな糖鎖の構造変化はこれまで知られていなかったし、しかもこの構造変化が、細胞接着にかかわる重要な生理的機能の変化をもたらすわけであるから、糖鎖が生体の重要な機能性分子であることがこの例からたいへん良く理解されるであろう。