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山 本 一 彦

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(1)

(134) 

奈医誌(J.

Nara Med. Ass.)  42

, 

134~152,

3

フットの生体内で生成された

nitrosobis (2hydroxypropyI) amine

の 発癌性に関する研究

奈良県立医科大学口腔外科学教室

山 本 一 彦

ENDOGENOUSLY SYNTHESIZED 

‑NITROSOBIS (2‑HYDROXYPROPYL)AMINE  AND 

ITS CARCINOGENIC POTENTIAL IN RATS 

KAZUHIKO Y AMAMOTO 

D~φart隅ent

01 Oral and Maxillolacial Surgery

, 

Nara Medical U

仰 向

rsity

Received March 26, 1991 

Summm

と y

Carcinogenic  activity  of  endogenously  synthesized  N nitrosobis (2 hydroxypropyI) amine  (BHP) from bis (2hydroxypropyl) amine  (BHP A) and tris (2 hydroxypropyI) amine (THPA) in the presence of sodium nitrite (SN) was investigated in  male Wistar rats. 

The following results were obtained. 

1)  The synthesis of BHP from BHPA and THPA in the presence of SN was demonstrat ed in vitro and in vivo in the preliminary experiment and also confirmed by the urinary  excretion of BHP in rats treated with 1% BHPA and 2% THPA in diet together with  0.3% SN in drinking water. 

2)  Tumors in nasal cavity and lung were induced in rats treated with 1% BHPA in diet  together with 0.3% SN in drinking water for 94 weeks, the incidences of which reached  74% and 58%, respectively.  However, no tumors were found in the target organs of  BHP in rats treated with 2% THPA in diet and 0.3% SN in drinking water for 102  weeks. 

3)  The initiation activity for liver by endogenously synthesized BHP was observed in rats  treated with 1% BHPA in diet together with 0.15% and 0.3% SN in drinking water by  the quantitative analysis of glutathione Stransferase placental form (GST‑P)‑posi‑

tive foci but was not observed in rats treated with 2% THPA in  diet together with  0.15% and 0.3% SN in drinking water. 

These results indicate that endogenously synthesized BHP has a carcinogenic activity  similar to that of exogenously administered BHP, and that BHP A is more important as the  precursor for endogenous BHP synthesis. 

Since the precursors of nitrosamines are widely distributed in  the environment, en dogenously synthesized nitrosamines may play an important role in  the development of 

(2)

ラットの生体内で生成された

Nnitrosobis(2.hydroxypropy

I )  

amine

の発癌性に関する研究

(135)  human cancer. 

Index Terms 

nitrosobis C2‑hydroxypropyI) amine

, 

bis C2‑hydroxyproryI) amine

, 

sodium nitrite

, 

endogenous nitrosation 

1.緒 宅喜子

癌による死亡者数は年々増加し,本邦では全死亡者数 の約

4

分の

1

を占め,死亡原因の

1

位となっている日).

ヒト癌の原因としては主に環境中に存在する化学発癌物 質が指摘されている

3

4)

なかでもニトロソ化合物は重要 な位置を占め

5‑8)

1956

年に

dimethy1nitrosamin

巴の発 癌性が証明されて以来ペ

200

種類以上のニトロソ化合物 について

40

種余の動物を用いた発癌実験でその発癌性 が証明されている

8)

さらにヒトの生体内にニトロソ化 合物の

DNA

付加体の存在が示され 1 0 ) , ヒトにおいても 癌発生の重要な要因であることが強く疑われるようにな った.それゆえ,環境中に存在するニトロソ化合物のヒ トへの曝露を避けるため,多くの努力がはらわれてきた.

しかしながら,近年,環境中に存在するニトロソ化合物 の前駆物質と

sodiumnitrite (SN)

とが酸性条件下にお いて反応し,発癌性を有するニトロソ化合物が生成され 得ることが明らかとなった

11

12)

,現在までいくつかの前 駆物質について

SN

との同時投与により,ラット,ハム スターおよびマウスなどを用いた実験において腫療の発 生が報告されているが

13

一円未だ十分な情報は得られて し

、 t

t.'v

、 ‑

nitrosobis (2hydroxypropy

I )  

amine (BHP)

は ,

1974

年に

Krligeret  a

l .   24) によって合成されたニトロソ 化合物であり,そのラットにおける発癌性は,

Konishi et  a

J . 2

5

26)Mohr eo a

l . 2 7 l や

Pouret  a

. 1

28)

によって証明され ており,鼻腔,肺,食道,肝臓,甲状腺,勝脱や腎臓と 広い発癌スベクトノレを有することが知られている

.BHP

の 前 駆 物 質 で あ る

bis(2 ‑hydroxypropy

I )  

amine  (BHPA)

お よ び

tris(2 ‑hydroxypropy

I )  

amine  (THPA)

は,ゴム,写真乳剤,洗剤,化粧品,防腐剤,

織物などの製造過程で広く使用されており

29

叫,これら への曝露により

BHPA

および

THPA

がヒト生体内で

SN

と反応し

BHP

が生成され,発癌剤としてヒトに作 用する可能性がある.本研究はこれらの知見を重要視し,

予備実験をおこない,

in vitro

および

invivo

における前 駆物質からの

BHP

の生成を証明した上で,ラットに

BHPA

お よ び

THPA

SN

と同時に投与することに より生体内で

BHP

を生成せしめ,その発癌性について

検索することを目的としておこなった.

11. 材 料 と 方 法

1.予備実験Ci

nvitro

および

invivo

における

BHP

の 生成〉

( 1 )   胃液の採取および

invitro

における反応

動物は静岡県実験動物農業協同組合(静岡〉より購入 した体重

180‑240g

Wistar

系雄性ラットを用いた.

ラットは

48

時間絶食せしめ,エーテノレ麻酔下にて胃幽門 部の結紫手術をおこなった. ラットは術後

6

時間で屠殺 し,胃内容物より胃液を採取した. ヒト胃液は 4人の患 者より採取した.患者は

75

才 ,

32

才および

34

才の男性 と

66

才の女性でそれぞれ大腸癌,イレウス,胆石および 直腸癌の患者であった.ラットおよび胃液は

1500g

10

分間遠心して使用した.また,対照として

formate buffer (pH 2‑4)

を用いた.このようにして得られた胃 液

0.5ml

に蒸留水中に溶解した

BHPA

または

THPA

( 1

0μmo1/0.25m

I )   (東京化成株式会社,東京〉 と

SN (40μmo

l/

O.125m

I )  (和光純薬株式会社,大阪〕を加え最 終容量をl.

0ml

に調整した.また,

ascorbic acid 

(和光 純薬株式会社〕および

thiocyanate

(和光純薬株式会社) による効果を調べるために

ascorbic acid  (80μmo1/ 

0.125m

I)および

thiocyanate(20μmo

l/

O.125m

I)を加え 最終容量をl.

0ml

とした群も作製した.これらの反応液 は

3TC

4

時間インキュベートした後,

2M

sulfamic acid(0.25m

I)を加えて反応を停止し,その後

2N

の水酸 化カリウム溶液を加えて

pH

7.0

に調整した. l .

ml 

format

buff

r

( 1

00mM)

を胃液のかわりに用いた時 にはすべて 2 倍容量で同様に処理した.

(2)  In vivo

における反応

ラットは

18

時間の絶食後実験に供した.

BHPA

およ び

THPA

そ れ ぞ れ

100μmo1

SN400μmo1

1m1

の 蒸留水中に溶解し,胃ゾンデを用いラット胃内に強制投 与した.また,同時に

800μmo1

ascorbicacid

を投与 した群も作製した.これらを

30

分間胃内で反応させた後

ascorbic acid (0.25g)

および

atocoph

ro1(0.25g)

を 含む1.1

5

%塩化カリウム溶液

20ml

にて胃内容物を採取

した.

(3)  BHP

の定量

(3)

(136) 

山 本 彦

In vitro

および

invivo

の反応混液は

2

倍量の酢酸エ 有飲料水を投与した群,第

4

群 は

1% BHPA

含有食と チノレにて抽出を

10

回おこなった.この際澄明な抽出液を 蒸留水を投与した群,第

5

および第

6

群は

1%BHPA

合 得るためにそれぞれ

1500g

10

分間遠心した.抽出液 有食とともにそれぞれ

0.15

%および

0.3%SN

含有飲 は無水

Na2So4

で濃縮後

40'C

以下でエバポレートした. 料水を投与した群とした.実験

2

には動物

139

匹を用い,

残澄は酢酸エチノレに溶解し,

Silica G

160F

254 プレート

Fig.2

に示すごとく実験

1

と同様に

6

群を作製し,

1% 

( E .  

Merk

, 

Darmstadt

, 

Germany)

にスポットした.本

BHPA

含有食のかわりに

2%THPA

含有食を投与した.

プレートを酢酸エチノレで展開後,標品

BHP

と一致する 食餌および飲料水は実験終了まで動物に自由に摂取せし パンド

(Rf

0.22)

をかき取りアセトンで溶出した.この めた.実験期間中は連日動物の状態について観察をおこ 溶出液を

40'C

以下で

N2

気流中で濃縮し,その残溢をア ない,体重,摂餌量および摂水量を実験開始より

12

週ま セトニトリノレに溶解し,最終容量を1.

0ml

とし,

40μm

の では毎週,それ以降は

2

週に

1

度の割合で測定した.実

メンプランフィノレター

(typ

TM‑2P

,東洋鴻紙株式会 験期聞は実験

1

94

週,実験

2

102

週とした.動物は 社,東京〕で処理後,高速液体クロマトグラフ(H

PLC)

試料とした.

HPLC

装置は

JascoTRIPOTOR II 

(日本 分光工業株式会社, 東京〕で

JuscoFinepak  PILC18 

(4. 6mm 25cm) 

カラムを使用した.

BHP

239nm (0. 16AUFS)

でモエターした.アセトニトリル試料は

1‑

2μl

HPLC

に注入し,流速

1ml/min

のアセトニトリ ノレで溶出した.各条件における

BHP

の添加回収率はほ ぼ一致し,

95.13.7%(meanSE)

であった.

発癌実験

( 1 )   動物および飼育条件

動物は静岡県実験動物農業協同組合(静岡〉より購入 した

5

週齢

Wistar

系雄性ラット

274

匹を用いた.動物 は室温

24'C

,湿度

60

%前後に空調された飼育室にて 5

‑6

匹ずつ

wirecage

に入れて飼育し

1

週間この条件 に慣らした後に実験に供した.

( 2 )   化学物質と投与方法

BHPA

THPA

は東京化成株式会社〔東京〉より,

SN

は和光純薬株式会社〔大阪〉より購入したものを用 いた.

BHPA

THPA

は,それぞれ

1%

および

2%

の 濃度で市販の粉末飼料オリエンタノレ

M

(オリエンタノレ酵 母株式会社,東京〉に混じて動物に投与した.

BHPA

お よび

THPA

含有食は,

‑ 3

週に一度の割合で調整し,

室温にて保存したものを

2‑5

日毎に新しいものと取り かえた.

SN

は ,

0.15 

%および

0.3

%の濃度で蒸留水中 に混じて動物に投与した.

SN

含有飲料水は

2

日に

1

度 調整し,

'c

の冷暗所に保存したものを連日〔週末は

2

日に 1 度〉ガラス製の給水管のついた遮光ボトルに新し いものを入れて投与した.

( 3 )   発癌実験デザイン

実験は

BHPA

を前駆体とする

1

と ,

THPA

を前駆体 とする

2

2

種類を行った.実験 l には動物

135

匹を用 い ,

Fig.  1

に示すごとく次の

6

群を作製した.第 l 群は 基礎食と蒸留水を投与した無処置群,第 2 および第 3 群 は基礎食とともにそれぞれ

0.15

%および

0.3%SN

Sac. 

Group 1  non‑treated 

Sac. 

Group 2  0.15

SN

Sac. 

Group 3  0.3% SN 

Sac. 

Group 4  1%

HPA

Sac. 

Group 5  T

BHPA+ 0.15% SN 

Sac. 

Group 6  1% BHPA 0.3% SN 

94 wk 

Fig. 

1 .  

Experimental design of experiment 

1 .  

Group 1 

Group 2 

Group 3 

Group 4 

Group 5 

Group 6 

SN: Sodium nitrite

, 

BHPA: Bis (2hydroxy propy

l )  

amine 

Sac. 

non‑treated 

Sac. 

0.15~も SN

$ac. 

0.3% SN 

Sac. 

2% THPA 

Sac. 

2% THPA + 015

SN

Sac. 

2

THPA+ 0.3

SN

102  wk 

Fig.  2.  Experimental design of exp

riment2.  SNSodiumnitrite

, 

THPA: Tris(2hydroxy propy

l )  

amine 

(4)

ラットの生体内で生成された

N‑nitrosobis (2hydroxypropy!) amin

巴の発癌性に関する研究

(137) 

エーテノレ麻酔下にて腹部大動脈より脱血することにより

屠殺し,注意深く完全解剖をおこなった.実験期間中に 死亡した動物や瀕死状態のために途中屠殺した動物も同 様に完全解剖をおこなった.

(4) 

尿中

BHP

およびその代謝関連物質の同定 実験期間中尿中に排

i

世された

BHP

およびその代謝関 連 物 質 の 量 を 測 定 す る こ と に よ っ て ラ ッ ト 体 内 で の

BHP

生成の確認をおこなった.測定は実験 lおよび

2

の第

1

3

, 

4

および

6

群の動物各

3‑5

匹を用い,実 験開始後

24‑25

適にておこなった.実験

1

の第

6

群につ いては

34

および

80

週にて同様の測定をおこなった.動 物は l匹ずつ代謝ケージに入れ,各群と同様の食餌およ

び飲料水を自由に摂取せしめ,その間の

24

時間尿を採取 した.採尿ボトノレ中には尿中で、のニトロソ化を防ぐため,

0.125 

% の 濃 度 で

ascorbicacid

を 含 有 す る 蒸 留 水 約

100 ml

を 入 れ , 採 尿 後

200ml

に 調 製 し た . こ れ ら は

ADVANTEC

メンプランフィノレター

(0

. 4

5μm

, 

ce

l 1

u lose type

,アドパンテック株式会社,東京〉で

i

慮過後,

蒸留水を加えて

200ml

とし,酢酸エチノレ

(200m

l)で

3

回 抽出した.抽出液は予備実験と同様の処理をおこない

HPLC

により

BHP

およびその代謝関連物質の定量をお こなった.標品

BHP

を未処置ラットの尿に添加して求 めた回収率は

68.02.4% (mean:tSE)

であり,したが って得られた結果はこの回収率で補正した.

( 5 )   病理組織学的検索

解剖後全臓器について注意深く肉眼的観察をおこない,

主要臓器の重量を測定した.肝臓は各葉より一切片ずつ 切り出し,

1%

酢酸含有

95

%ェタノーノレにて

4'c

2

時 間固定後,通法に従い軟パラフィンブロックを作製し,

5J.lm

の連続薄切標本を作製した.

hematoxylineosin

染 色にて病理組織学的観察をおこなうとともに,その連続 標本を後に述べる免疫組織化学的検索に供した.肺,気 管,心臓,胸腺,甲状腺,唾液腺,食道,胃,肝臓,十 二指腸,空揚,回腸,結腸,直腸,勝臓,牌臓,腎臓,

副腎,大脳,小脳,下垂体,勝脱,精巣,精巣上体、前 立腺,皮膚,乳腺,鼻腔および脊椎については

10

%ホル マリンにて固定をおこなった.鼻腔および脊椎は固定後

Plank u Rychlo

聞の方法に準じ急速脱灰をおこない,鼻 腔はその後,

Popp et a

l.叫の方法に従い前頭断にて

4

つ の異なる部分を切り出した.これらの臓器は通法に従い パラフィンブロックを作製し

5μm

の薄切標本とし,

hematoxylineosin

染色をおこない,光学顕微鏡にて病 理組織学的観察をおこなった.腫蕩発生頻度については が検定を用いて有意差検定をおこなった.

( 6 )   肝臓の酵素偏異巣の定量的分析

肝臓の酵素偏異巣の定量的分析には,指標酵素として

glutathione Stransferase placental form (GST‑P)

を 用いた.

GST‑P

免疫組織化学染色は一次抗体として弘 前大学第 2 生化学教室の佐藤清美教授より提供されたウ サギ抗ラット

GST‑P

抗体を用い

34

35)Vectastain ABC  Kit  (V

ctor Labs., Burlingame, USA)

にて

ABC

法叫

37)

によりおこなった.単位面積あたりの

GST‑P

陽 性巣の数,平均面積および肝臓標本面積に占める

GST P

陽 性 巣 の 割 合 は

Desktop Computer  System  45 

(Hewlett~ Pack

rdCo.

, 

USA)

に接続した

Imageanal yzer HTB‑C995 

(浜松テレビ株式会社,静岡〉を用いて 分析した.また,単位体積あたりの

GST‑P

陽性巣の数は

Campbe

l 1  

et a

. l

38)

の方法により計算した.各群聞の

GST

P

陽性巣の統計学的有意差検定には

Student'stest

を 用いた.

III . 結 果

1 .   予備実験における

BHP

の生成

(1)  In vitro

における

BHP

の生成

Formate  buffer

,ラットおよびヒト胃液中における

BHPA

および

THPA

SN

との反応による

BHP

の生 成結果を

Fig.3 I

こ示した

Formatebuff

r

中では

pH

2‑4

の範囲内で

BHPA

SN

より

BHP

の生成がみ られた.

BHP

の生成率は

pH3

で最も高く

BHPA

の約

55 

%がニトロソ化され

BHP

が生成された.また,

pH2 

及 び

4

においても

10%‑25 

%の

BHP

の生成がみられ た.ラット胃液中では

pH

2‑4.5

の聞であった.

BHPA

からの

BHP

生成は

pH2

. 4

3.2

の聞でみられ,

最高が約

20

%であった.

4

人の患者から得られたヒト胃 液中の

pH

は l

6‑

1 .

8

であった.得られたすべての胃液 中で約

35‑40

%の

BHPA

がニトロソ化され

BHP

の生 成がみられた.一方

THPA

SN

からの

BHP

の生成 は

formatebuff

r

内で約

0.5

%,ラット胃液中では,

0.1

%以下でヒト胃液中でも最高

0.5

%と

BHPA

からの生 成に比して著しく低かった.

Tabl

1

BHP

生 成 に お け る

ascorbic acid

thiocyanate

の 効 果 を 示 し た も の で あ る .

Formate  buffer

, ラットおよびヒト胃液中のいずれにおいても

BHPA

からの

BHP

の生成は

80mMascorbic acid

によ

って

formatebuff

r

中では

54.4

%が

2.9

%へ,ラット

胃液中では

13.3

%が

0.6

%へ,そしてヒト胃液中では

39.2 

%が

5.0

%へと著しく抑制された.一方

20mM

thiocyanat

巴の存在下ではそれぞれ

68.8%

20.8%

, 

65.4 

%と促進された.

THPA

か ら の

BHP

の 生 成 は

BHPA

からのものに比して著しく低かったが,

ascorbic 

(5)

彦 山 本

(138) 

/ ふ ¥

60 

20 

<( 

40

ID 

1.6 

00  0 

1.6 

1 .

1 .

Human G

tricJuice (pH) 

1.7  1.6 

Cトーイ),()

2 3 4   Rat Gastric Juice (pH) 

ひ 十 ‑ ‑ 0 ‑ ‑ 0 . . . . 、 。

( 目 ) 在 エ ト

2 0 t E E E Z Z

﹄ o c o

壱 E O

L

Fig 3.Formation of BHP in buff

rand in th

gastricjuice of rat and human. BHP 

( 1

0mM)  and THPA (10mM) w

r

incubatedin the pr

senc

ofSN (40mM) at 3TC for 4 hours

BHP was extracted with ethylacetate and det

rminedby HPLC 

Table 

1 .  

Effect of ascorbic acid and thiocyanate on formation  of BHP from BHP A and THP A with SN in buffer and  gastric j uice 

Percentages of BHP synsethized  BHPA  THPA  Addition 

。 目

58

( 1

00)

0.04(7)  0.90

( 1

55)  54.4(100) 

29(5) 68.8

( 1

25)  Buffer (pH 3.0) 

Control 

+80mM Ascorbic acid  20mMThiocyanate 

0.12(100) 

<0.01  0.29(242)  13.3

( 1

00) 

0.6(5)  20.8

( 1

56)  Rat gastric juice (pH 2.3) 

Control 

80mMAscorbic acid  +20mM Thiocyanate  Human gastric juice 

Control  39.2

( 1

00)  0.3

1 (

100)  +80mM Ascorbic acid  5.0

( 1

3)  0.02(6)  +20mM Thiocyanate  65.4

( 1

67)  0.50

( 1

6) 

BHPA 

( 1

0mM) and THPA 

( 1

0mM) together with SN (40mM) were incubated at 37'C  for 4 hours.  BHP was  extracted with ethyl acetate and determined by HPLC. Values in parenthes

sshow the percentages of the contro

l .  

bic acid による影響についてTable2

に示した.

BHPA  100μmol

の単独投与では

BHP

の生成はほとんど認め られなかったが,

400μmol

SNと同時に投与すると 4.02 

%の

BHPA

がニトロソ化され

BHP

が生成された.

また,

800μmol

ascorbic acid

を同時に投与すると

acid

および

thiocyanate

によって同様の抑制および促

進効果がみられた.

(2)  In vivo

における

BHPの生成

ラ ッ ト の 胃 内 に 投 与 し た

BHPA

お よ び

THPAと SNとの反応により生成されたBHP

の量および

ascor

Table  1 .   E f f e c t  o f  a s c o r b i c  a c i d  and t h i o c y a n a t e  on formation  o f  BHP  from BHP  A and THP  A with SN  i n  b u f f e r  and  g a s t r i c  j u i c e  P e r c e n t a g e s  o f  BHP s y n s e t h i z e d  BHPA  THPA A
Table 6 .   Urinary e x c r e t i o n  o f  endog 巴 nouslys y n t h e s i z e d  BHP  i n 巴 xperiment2  Groups  Treatment  N o
Table 7 .   I n c i d e n c 巴 so f  BHP  t a r g e t  organ tumors i n  experiment 1 
Tabl 巴 9 .l n c i d e n c e s  o f  BHP  t a r g e t  organ tumors i n  experiment 2  E f f e c t i v e  N o
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参照

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