総 説

) tEi ( 

総 説

癌細胞は

HMGBl

l奈良県立医科大学分子病理学 2味の素イノベーション研究所

園 安 弘 基

1

1

2

Cancer c e l l s  u t i l i z e  t h e  s k e l e t a l  muscle a s  an energy resource using c a n c e r ‑ s e c r e t e d  

HMG

H I R O K I  KUNIY  ASU 1

Y I  LU01

]UNYA  YONEDA

l D φ a r t m e n t   0 1   M o l e c u l a r  P a t h o l o g y

Nara M e d i c a l  U n i v e r s i

I n s t i t u t e  l o r  I n n o v a t i o n

A j i n o m o t o

Co

I n c .

R e c e i v

dMay  1 4

2 0 1 4  

Abstract :  Cancer c e l l s   a r e  known t o   produce energy t h r o u g h  a e r o b i c  g l y c o l y s i s ;  however

t h e  r o l e  o f  h o s t  t i s s u e s  i n   c a n c e r  e n e r g y  m e t a b o l i s m  i s   u n c l e a r .   Here

we a i m

dt o   e l u c i d a t e   t h e  c a n c e r ‑ h o s t  e n e r g y  p r o d u c t i o n  r e l a t i o n s h i p

i n   p a r t i c u l a r

t h e  a s s o c i a t i o n  between c a n c e r   e n e r g y  p r o d u c t i o n  and h o s t  m u s c l e .  High m o b i l i t y  g r o u p  box ( H M G B ) ‑ l  i n c r e a s e d  d u r i n g  t h e   development and p r o g r e s s i o n  o f  c o l o r e c t a l  c a n c e r  ( C R C )

which d e c r e a s e d  p y r u v a t e  k i n a s e   ( P K )  Ml e x p r e s s i o n  and PK a c t i v i t y  i n  t h e  m u s c l e  t h r o u g h  t h e  r e c e p t o r  f o r  a d v a n c e d  g l y c a t i o n   end p r o d u c t s .  However

m u s c l e  m i t o c h o n d r i a l  e n e r g y  p r o d u c t i o n  was m a i n t a i n e d .  I n  c o n t r a s t

HMGBl i n c r e a s e d  l a c t a t e  f e r m e n t a t i o n  i n   CRC c e l l s .  I n  t h e  m u s c l e .  HMGBl t r e a t m e n t  i n d u c e d   autophagy by d e c r e a s i n g  p h o s p h o r y l a t e d  mTOR l e v e l s  and i n c r e a s i n g  a u t o p h a g y ‑ a s s o c i a t e d   p r o t

i n s .Autophagy i n c r e a s e d  plasma g l u t a m a t

l e v e l sand 1 3 C ‑ g l u t a m i n e  i n t e g r a t i o n  i n t o   a c e t y l ‑ C o A  i n   t h e  m u s c l e .  I n  a  d i m e t h y l h y d r a z i n e ‑ i n d u c e d  mouse c o l o n  c a r c i n o g e n e s i s  model

t h e  p l a s m a  f r e e  amino a c i d  p r o f i l e  was a l t e r e d

and g l u t a m i n e  i n c r e a s e d

which was a s s o c i a t e d   w i t h  a  t e m p o r a l  HMGBl i n c r e a s e  i n   serum and c o l o n i c  mucosa

a  d e c r e a s e  i n   PKM   ， l and  autophagy i n d u c t i o n .  These d i f f

r e n c e sd i s a p p e a r e d  when HMGBl was n e u t r a l i z e d  w i t h   a n  a n t i b o d y .  I n  a  mouse s u b c u t a n e o u s  CRC tumor model

PKMl e x p r e s s i o n  d e c r e a s e d  and  1 3 C ‑ g l u t a m i n e  was i n t e g r a t e d  i n t o  a c e t y l ‑ C o A  i n   t h e  m u s c l e .  I n  1 3 C ‑ g l u t a m i n e  m u s c l e ‑ i n t e g r a t e d   m i c e  w i t h  i m p l a n t e d  CRC t u m o r s

1 3 C

g l u t a m i n ei n t e g r a t i o n  was d e t e c t e d  i n   a c e t y l

CoAi n   t h e   m u s c l e  and i n   l a c t a t e  i n   t h e  c a n c e r  c e l l s .   However

i n t

g r a t i o ni n   t h e  tumor was d e c r e a s e d   by HMGBl n e u t r a l i z a t i o n

g l u t a m i n e  t a r g e t i n g  by DON

and g l u t a m i n a s e  knockdown. These  f i n d i n g s  s u g g e s t  t h a t  HMGBl u s u r p s  t h e  m u s c l e  t o   s u p p l y  g l u t a m i n e  t o   c a n c e r  c e l l s   a s  a n   e n e r g y  s o u r c e .  

Key words :  HMGBl

e n e r g y  m e t a b o l i s m

p l a s m a  f r e e  a m i n o  a c i d  p r o f i l e

Warburg e f f e c   ， t a u t o p h a g y  

( 2 ) 

2

[はじめに]

癌細胞が

Warburg

ン酸化に利用することにより正常細胞はより効率良 い

ATP

ATP

ースを消費することはよく知られているが，癌細

ース以外にアミノ酸や脂肪酸をエネルギー

[遊離アミノ酸]

遊離アミノ酸は極めて正確なコントロ

ール下におか

り

， とくに癌においては早期から変化が認められてい

F i g . l .   HMGBl の多様な作用

る)1.2) 遊離アミノ酸の最大の貯蔵源は骨格筋であり， 骨格筋の代謝に随伴して血築中アミノ酸濃度に変化が 生じることが考えられる われわれは，癌における骨 格筋の代謝の変化に着

目し，とくに癌由来のサイトカ

[卜~MGB1] 

HMGBl

HMGBl

j

RAGE

MAP

NF 

B .   Rac2 / Cdc42

，増殖，浸 I

( F i g .1

一方，高濃度では単球系細胞にアポ

トー

ージ

，リンパ節転

HMGBl

HMGBl

HMGBl

( 3 )  

より

a u t o p h a g y

CoA

ATP

癌細胞は

HMGBl

‑i

f

+ 

HMG81 

p‑mTOR  8 e c l i n  1  mTOR 

LC3 

[HMGB1

Ex v i v o

BALB / c

HMGBl

Ml

(PKMl)

( F i g 2 ) .  HMG

4

RAGE

TLR4

RAGE

PKMl

HMGBl

RAGE

s ‑ a c t i n  

F i g .  3 .   HMGBl

mTOR

a u t o p h a p g y

B e c l i n l

L C 3 ‑ I I

M1  M 2  

HMG81 ・ + ・ +

ち

ω  P K

呈 ω  T u b u l i n

RAGE  Mix TLR4  + 

+ 

s i RNA  + 

HMGB1 

宮

。 IPKM1

三 I T

u l i n

F i g .   4 .   HMGBl

G l u

As p

A s n

G l n

A s p

a u t o p h a g y

F i g .   2 .   HMGBl

RAGE

PKMl

F i g . 5 .  

HMGB l

P K Ml

l

3 B PGA

( P A )

( A c ) CoA

1 3 C

G l n

1 3 C

日ケトグルタル酸で

TCA

CoA

0~ ~~r~

q 兵2

4 J

h、・

一世

﹀ωJJφ

[HMGB1

autophagy

HMGBl

3

BALB / c

PKMl

PK

HMGBl

a u t o p h agy

mTOR

a u t o p h agy

B e c l i n l

L C 3 I I

( F i g . 3 )

G l u

G l n

Asp

Asn 

( F i g . 4 ) .  

HM GB l

PK

CoA

( F i g . 5 ) .

1

3 C

1 3 C

CoA

TCA

3 ‑ m e t h y l a d e n i n e

( 4 )  

2

[大腸発癌における

HMGB1

われわれは，すでに大腸発癌過程で

HMGBl

分泌、の誘導が生じることを報告している 10)，11) 今回，

DMH‑C57BL

2 5  

3 5

4 0

HMGBl

HMGBl

( F i g . 6 ) .

HMGBl

[皮下腫霧モデルによる

進行癌のシミュレーション]

大腸癌細胞株

CT26

HT29

HMGBl

HMGBl

( F i g . 7 ) .

HMGBl

PKMl 

CoA

C

1 3 C

25week 

35week 

40week 

35week 

+HMGB1

Ab

セチル

CoA

HMGBl

HMG

( F i g . 8 ) .

[筋組織由来グルタミンの癌細胞による利用]

さらに，絶食・摂食サイクルにより骨格筋に

1 3 C

BALB / c

CT26

HMGBl

1 3 C

l

( F i g . 9 ) .

1 3 C

HMGBl

非活性グルタミンアナログ投与12) グルタミナーゼ・

ノックダウンによるグルタミン標的治療を行うと，腫 傷増大が抑制された.

1 1 1  

! 

￨

1 . ， . . ぇ

o 

z 

5 2 

￨

￨

F i g . 6

(DMH )

3 5

HMGBl

2 5

G l n

3 5

4 0

MGBl

G l n

( 5 )  

HMGBl

CT26  HT29  Week  1  4  1  4  PKMf 

T u b u l i h   PKM2 

20 

一おお

一司一

T 一 T一均

C

・

︿ H

‑﹂

p

3 

Week 

。

F i g .  7 .   C T 2 6 .   HT29 の大腸癌細胞株による皮下騒蕩を形成すると，経時的に血築中 HMGB l は増加す

PKM l

PKMl

CoA

1 3 C

G l n

Co A

1 3 C

F i g .   8 .   CT26

血清宇 HMGB l

内タ

HMGB l 中和抗体によ

(回

ε )

主白 石室

﹄

O

↑ E

F i g . 9

BALB / c

1 3 C

G l n

C T26

1 3 C

HMGB l 抗体，非代謝性 G l n

(DON)

( G LS miR NA)

・ターゲ

HMGB l

1 3 C

α

T CA

ンゴ酸

(MAL)

( 6 )  図 安 弘 基 他 2 名

[癌細胞一宿主筋組織相互作用]

癌細胞においては.Warburg 効果として知られる ように好気的解糖が主たるエネルギー源と見なされて いる.一方，グルタミンは，一連のグルタミン分解を 経たのち日 ケトグルタル酸の形で TCA サイクルに 組み込まれ，エネルギー j 原として利用 されることが知 られている

われわれは，ここまで述べてきたよ うに，癌細胞から分泌される H MGBl が宿主および 癌細胞のエネルギ一代謝に影響を

えることが明ら かにした

H MGB 1 は，宿主骨格筋の PKM1 発現に 影 響 し 正 常 の エ ネ ル ギー産生を

a u t op h agyを誘導し筋組織の分解・遊離アミノ酸の 生成を惹起する .筋組織においては生成したグルタミ ンは TCA サイクルから酸化的

に利用される が，一方，癌細胞も

取り込むが，酸化的

されることが示唆された ( F i g . 1 0 )

このように癌細胞が積極的に宿主筋組織の代謝を異

の一つの原因として重視される.

筋組織相互作用のキ

・ファクタ

HMGB 1

G l u c o s e   U

t e +

l  r u v a t e

を同定したが. HMGB1は自然免疫系の活性化作用も 知られ.1 L ‑ 1   s や T N F ‑ a などの炎症性サイトカイン を誘導することも正常組織の異化充進や悪液質の誘導 を惹起することにつながると考えられる.

担癌患者における血築中アミノ酸プロファイルの特

の早期発見に実用化

そのアミノ酸プ ロファイルの変化の原因のーっとして本研究で

らか になった，エネルギー産生に纏わる新たな癌 宿主相 互作用が重視される.H MGB 1 の発癌早期からの発現・

分泌誘導は，血築中アミノ酸プロファイルによる発癌

スク診断の可能性をも示唆するものと考えられる

本研究では，グルタミンを標的とした抗癌治療につ いても可能性 を検討し有用性が示される結果が得ら れた.これは，アミノ酸プロファイルの変化 に基づく アミノ酸補正が治療法として有効で、ある可能性 を示唆 していると考えられ，今後の検討が待たれる.

{結 語]

これらの結果から，癌細 胞は HMGB l を 分 泌 し 宿主筋組織の autop h agy'タンパク分解を充進させ，

RAGE 

i  ^{P r o}

ー ^{i n} ム ^h

G l u t i  a m i n e  

G l u t a m i n e  

Am i n o a c i d s  

e l i   m i

O x i d l  a t i v .  

p h o

I l t i o n

CANCER  MUSCLE 

F i g .1 0癌は分泌する HMG Blにより筋細胞に解糖系障害と a u t o p h a g y を惹起し，タンパク分解と G l n 血紫中

放出を生じる その G l n を癌は取り込み乳酸発酵に用いエネルギーを産生している これは. Warburg e f f e c t  

癌細胞は

HMG

源としていることが示唆された

[ 文 献]

1 )   Okamoto N

M i y a g i   y

C h i b a  

e t  a L  D i a g n o s t i c   mod

l i n gw i t h  d i f f e r e n c e s  i n  p l a s m a  a m i n o  a c i d   p r o f i l e s  between n o n ‑ c a c h e c t i c  c o l o r e c t a l / b r e a s t   c a n c e r  p a t i e n t s  and h e a l t h y  i n d i v i d u a l s .  I n t  J  Med Med S c i .  2 0 0 9

1

1 ‑ 8 .

2 )   M i y a g i  Y

H i g a s h i y a m a  M

G o c h i  

e t  a L  P l a s m a   f r e e  a m i n o  a c i d  p r o f i l i n g  o f 自 v et y p e s  o f  c a n c e r   p a t i e n t s  and i t s   a p p l i c a t i o n  f o r  e a r l y  d e t e c t i o n   PLoS O n e .  2 0 1 1 :  6 :   e 2 4 1 4 3  

3 )   Ohmori H

Luo Y

Kuniyasu H .  N o n ‑ h i s t o n e   n u c l e a r  f a c t o r  HMGBl a s  a  t h

r a p e u t i ct a r g e t   i n  c o l o r e c t a l  c a n c e r

E x p e r tO p i n  Ther T a r g e t s .   2 0 1 1 ;  1 5 :  1 8 3

9 3

4 )   K u n i y a s u  H

Yano S

S a s a k i  T

S a s a h i r a  T

S o n e   S

Ohmori H .  C o l o n  c a n c e r  c e l l

d e r i v e dh i g h   m o b i l i t y  group  l/ a m p h o t e r i n  i n d u c e s  growth  i n h i b i t i o n  and a p o p t o s i s  i n   m a c r o p h a g e s .  Am  J  P a t h o l

2 0 0 5 ;1 6 6 :  7 5 1 ‑ 6 0 .  

5 )   Moriwaka Y

Luo Y

Ohmori H

e t  a L  HMGBl  a t t e n u a t e s  a n t i ‑ m e t a s t a t i c  d e f e n s e  o f  t h e  lymph  n o d e s  i n   c o l o r e c t a l  c a n c e r .  P a t h o b i o l o g y .  2 0 1 0 ;   7 7 :  1 7 ‑ 2 3 .  

6 )   Luo Y

Ohmor

iH

F u j i i  

e t   a

HMG

a t t e n u a t e s  a n t i ‑ m e t a s t a t i c  d e f e n c e  o f  t h e  l i v e r  i n   c o l o r e c t a l  c a n c e r .  Eur J  C a n c e r .  2 0 1 0 ;  4 6 :  7 9 1 ‑ 9 .   7 )   Kusume 

S a s a h i r a  T

Luo Y

e t  a L  S u p p r e s s i o n  

o f  d e n d r i t i c  c e l l s  by HMGBl i s   a s s o c i a t e d  w i t h   lymph n o d e  m e t a s t a s i s  o f  human c o l o n  c a n c e r .   P a t h o b i o l o g y .  2 0 0 9 ;  7 6

1 5 5

6 2 .

8 )   Luo  y

Chihara Y

Fujimoto K

ta

High  mobi 山 l i t

yg r

o oupbo 

1  r

e l e

s e dfrom n e c r o t i c c    c e l l s   enhanc

sregrowth and metastas 討 i so f   c

凶

a n

c e

rc e l l s  t 出 ha

th 凶 a v

es u

r

v

e

dc h e m o t h e r a p y .   Eur J  C a n c e r .  2 0 1 3 ;  4 9

7 4 1 ‑ 5 1

9 )   Luo Y

Yoneda J

Ohmori H

e t  a L  C a n c e r  u s u r p s   s k e l e t a l  m u s c l e  a s  a n  e n e r g y  r e p o s i t o r y .  C a n c e r   R

s .2 0 1 4 ;  7 4 : 3 3 0 ‑ 3 4 0 .  

1 0 )   Ohmori H

Luo Y

F u j i i  

e t  a L  D i e t a r y  l i n o l e i c   a c i d   and g l u c o s e  enhances azoxymethane

induced c o l o n   canc

rand t h e   m e t a s t a s i s   t h r o u g h  t h e  e x p r e s s i o n  o f  h i g h  m o b i l i t y  g r o u p   box l

P a t h o b i o l o g y .  2 0 1 0 ;  7 7 :  2 1 0 ‑ 7 .  

1 1 )   Shimomoto T

Luo Y

Ohmori H

e t  a l .   Advanced  g l y c a t i o n  end products (AGE) induce t h e   r e c e p t o r  f o r   AGE i n   t h e  c o l o n i c  mucosa o f   azoxym

t h a n e ‑ i n j e c t e dF i s c h e r  3 4 4  r a t s  f e d   w i t h  a  h i g h ‑ l i n o l e i c  a c i d  a n d  h i g h ‑ g l u c o s e  d i e

J  G a s t r o e n t e r o L  2 0 1 2

4 7 :1 0 7 3 ‑ 8 3  

1 2 )   Sh

l t o nLM

Huysentruyt LC

S e y f r i e d  TN  G l u t a m i n e  t a r g

t i n gi n h i b i t s  s y s t e m i c  m e t a s t a s i s   i n   t h e  V M

M3murine tumor model

I n tJ  C a n c e r . 2 0 1 0

1 2 7 :2 4 7 8 ‑ 8 5  

1 3 )   Wagenmakers AJ.  Muscle amino acid 

m e t a b o l i s m  a t  r e s t  a n d  d u r i n g  e x e r c i s e :  r o l e  i n  

human p h y s i o l o g y  and m e t a b o l i s m .  E x e r c  S p o r t  

S c i  R e v .  1 9 9 8 ;  2 6 :  2 8 7 ‑ 3 1 4 .