有機ビスマス化合物の生物活性と作用機序

成 瞑 大 学 理 工 学 研 究 報 告 J.Fac.Sci.Tech.,SeikeiUniv. Vol.54No.2(2017)pp.21-24

有機 ビス マス化合物の生物活性 と作用機序

井 内 勝 哉*1

BioactivityandMechanismsofActionofOrganobismuthCompounds

KatsuyaIUCHI*1

ABSTRACT:Metalsandmetalcompoundshavebeenusedinmedicineforseveralthousandyears.

Bismuthisanunusualelementintermsofitslowtoxicityandnon-carcinogenicnaturedespiteitsheavy

metalstatus.Traditionally,inorganicbismuthcompoundshavebeenwidelyusedinmedicineandveterinary

practice.Inparticular,bismuthcompoundshavebeenusedinthetreatmentofvariousmicrobialinfections.

Wepreviouslyreportedthatbismuthcompoundshaveanti-proliferativeeffectsonvariouscancercelllines.

Bi-chlorodibenzo[cJ][1,5]thiabismocine(compound3),oneofthesebismuthcompounds,induced

apoptoticandnecroticcelldeathviamitochondrialdysfUnctioninleukemiccells.Compound3also

inhibitedtUbulinpolymerizationinHeLacells.Severalreportshaveshownthatsomebismuthcompounds

havemultipleactivitiesagainstcancercells.Thisreviewsummarizesreportsoftheactivityofbismuth

compoundsincancercelllines.

Keywordsorganobismuth,celldeath,anticancer

(Received****,2017)

1.は じ め に

ビス マ ス は 窒 素 族 の 元 素 の 中で もっ と も希 少 な 金 属 で

あ る。 ビス マ ス は 重 金 属 で あ るに もか か わ らず ヒ素 や ア

ンチ モ ンに 比 べ て 低 毒 性 で あ りか つ 発 癌 性 が な い こ とか

ら,医 学 ・獣 医 学 の 世 界 で 広 く使 用 され て きた 。 い くつ

か の 種類 の ビス マ ス 塩 は 殺 菌剤,収

敏 薬,消 化 器 官 の 疾

患 治 療 を 目的 と した 薬剤 と して 使 用 され て きた 。 特 に,

人 の 胃粘 膜 に 存 在 し 胃が ん の 原 因 で あ る病 原 菌 ヘ リコバ

ク タ ー ピ ロ リ菌(Helicobacterpylori)を

根 絶 す るた め,

ビス マ ス塩 と抗 生 物 質 を 組 み 合 わ せ る方 法 が 使 用 され て

き た。 消 化器 官 の 疾 患 治 療 を 目指 した ビス マ ス 化 合 物 の

応 用研 究 に加 え,無 機 ・

有 機 ビス マ ス化 合 物 の化 学 的 ・

生

物 学 的 な 活性 に っ い て の 基礎 研 究 もお こな わ れ て き た1)。

1990年 代 か ら ビス マ ス 化 学 の 生 物 学 的 な 面 に着 目 し,生

物 活性 を 高 め る 目的 で,様 々 な 構 造 の ビス マ ス 化 合 物 が

合 成 され た。 そ して,感 染 病 治 療 に とっ て 有 用 な 新 しい

ビス マ ス 化 合 物 の 発 見 ・発 展 に つ な が っ た 。 この よ うに

*1:物 質 生 命 理 工 学 科 助 教(iuchi@st .seikei.ac.jp)

ビス マ ス化 合 物 の抗 菌活 性 に 着 目 した研 究 に よ り,効 果

的 な抗 菌 剤 の 開発 に成 功 して い る。 一 方 で,ビ ス マ ス 化

合 物 の抗 が ん活 性 に 関す る研 究 は あ ま りお こな わ れ て お

らず,研

究報 告 も限 られ て い る。 筆 者 らは,有 機 ビス マ

ス化 合 物 に よっ て誘 導 され る細胞 死や 抗 が ん 活性 に 着 目

し,こ れ ま で研 究 を お こな っ て き た。 本 稿 で は,こ れ ま

で に報 告 され た ビス マ ス化 合 物 の 生 物活 性 や 筆者 らの研

究結 果 に つ い て紹 介 す る。 ま た,抗 が ん剤 と して 臨床 応

用 され て い る 白金 化 合 物 や ヒ素化 合 物 の 作 用機 序 と比 較

した。

2.金

属 化 合 物 を基盤 と した 抗 が ん剤

金 属 化 合 物 を基 盤 と した抗 が ん剤 開発 の歴 史 は 古 い 。

白金 化 合 物 が30年

以 上 前 か らが ん 治療 薬 と して 重 要 な

役 割 を果 た して き た こ とは 有名 で あ る。 白金 化 合 物 で あ

る シ ス プ ラ チ ン は,DNAに

結合 して が ん 細 胞 の 増 殖 を抑

制 す る抗 が ん剤 と して,世 界 中で 用 い られ て きた。 しか

し,副 作 用 や 薬 物 耐性 の観 点 か ら,現 在 ま で に,白 金 以

外 の金 属 化 合 物 を用 い た抗 が ん剤 へ の応 用研 究 も盛 ん に

一21一

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お こ な わ れ た2)。 再 発 性 の 急 性 前 骨 髄 球 性 白 血 病(APL) に 対 す る 治 療 薬 と し て,亜 ヒ酸(As203)が 日本 で も 認 可 さ れ て い る。As203は,単 独 療 法 で 治 療 効 果 が み ら れ る だ け で な く,他 の 抗 が ん 剤 と の 併 用 療 法 で も 有 効 性 が 示 さ れ て い る3)。APLに 対 す る 最 も 一 般 的 な 分 子 標 的 治 療 法 と し て,オ ー ル トラ ン ス レチ ノ イ ン 酸(ArRA)を 用 い た 分 化 誘 導 法 が あ る 。ArRAは,APLの 患 者 のgo%以 上 の 症 例 で 観 察 さ れ るPML-RARA(ProMyelocytic Leukemia/RetinoicAcidReceptorAlpha)融 合 タ ン パ ク 質 に 作 用 す る こ と で 効 果 を 示 す 。 しか し な が ら,ArRA単 独 療 法 だ け で は 高 頻 度 に 再 発 す る 問 題 が 存 在 す る 。 そ こ で, 新 た にAs203とArRA.の 併 用 療 法 が 用 い られ,効 果 を 発 揮 し て い る。興 味 深 い 結 果 と して,ArRA単 独 療 法 で は 残 存 す る 白 血 病 幹 細 胞 が,As203とArRAの 併 用 療 法 に よ っ て 減 少 す る。 こ れ ら の 報 告 は,白 血L病幹 細 胞 に 対 す る 治 療 法 開 発 に お い て,金 属 化 合 物 の 併 用 療 法 の 有 用 性 を 示 す も の で あ る。

3.ヘ テ ロ環 有 機 ビス マ ス 化 合 物 の 培 養 が ん 細 胞 に

対 す る影 響 と作 用 機 序

筆 者 ら は,培 養 細 胞 を 用 い て3種 類 の ヘ テ ロ 環 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物(図1)の 抗 が ん 活 性 に つ い て 報 告 し た4)。 ヘ テ ロ 環 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 は ,特 に 白血 病 由来 の 細 胞 株 の 細 胞 増 殖 を 著 し く 阻 害 す る 。 ヒ ト前 骨 髄 性 白 血 病 由 来 株 で あ るHL-60細 胞 を 用 い て,bi-chlorodibenzo[c,A[1,5] thiabismocine(compound3)の 作 用 機 序 を 解 析 し た 結 果,低 濃 度(O.22μM)の ヘ テ ロ 環 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 で 処 理 に よ り,典 型 的 な ア ポ トー シ ス の 現 象 で あ るDNAラ ダ ー や 核 の 断 片 化 が 確 認 さ れ た 。 ま た,compound3は,細 胞 内 の 活 性 酸 素 を 上 昇 さ せ,ミ トコ ン ド リア か ら 細 胞 質 へ の シ トク ロ ー ムcの 放 出,ミ トコ ン ド リア 膜 電 位 の 低 下,カ ス パ ー ゼ の 活 性 化 を 誘 導 し た 。 こ れ ら の 結 果 よ り,有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 は,ミ ト コ ン ド リア 損 傷 を 伴 っ た ア ポ ト ー シ ス 誘 導 活 性 を 有 す る こ と が 示 唆 さ れ た_{。 一 方 で,1} μM以 上 のcompound3処 理 し たHL-60細 胞 に お い て,カ ス パ ー ゼ 非 依 存 的 な 細 胞 死 が 誘 導 さ れ た 。 よ っ て,処 理 し た 濃 度 に 依 存 し て,誘 導 さ れ る 細 胞 死 の 種 類 が 異 な る こ と が 示 唆 さ れ た 。 ヘ テ ロ 環 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 の 分 子 標 的 に つ い て 解 析 し,分 子 標 的 の ひ とつ と して チ ュ ー ブ リ ン を 同 定 し た5)。 8員 環 のcompound3は,ヒ ト子 宮 頸 が ん 由 来 株HeLaに 対 し,微 小 管 重 合 を 阻 害 し た 。 そ し て,細 胞 周 期 をM期 に 停 止 さ せ,最 終 的 に ア ポ トー シ ス を 誘 導 し た 。 ま た, compound3は,invitro微 小 管 重 合 実 験 に お い て も チ ュ ー

ブ リン重 合 を 阻 害 した。 さ らに,チ

ュー ブ リン内 の シ ス

テ イ ン残 基 に結 合 す る こ とが確 か め られ た。 これ らの 実

験 結 果 よ り,ヘ テ ロ環 有 機 ビス マ ス化 合 物 は チ ュー ブ リ

ン に 直接 結 合 す る こ とで微 小 管 重合 を 阻 害 し,細 胞 周 期

停 止 を伴 っ た 細胞 死 を誘 導 す る こ とが示 唆 され た。 この

効 果 は,抗 が ん剤 と して既 に 臨床 応 用 され て い る ビ ンブ

ラ ス チ ンや パ ク リタ キ セル の 作 用機 序 と極 め て似 て い る。

Cq♪()

6i

compoundl

C(s二(〕

邑1

compound3

Q、 、

ρ

α;ゆ

CI compound5 図1ヘ テ ロ環 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 の 構 造

4.そ

の他 の ビスマ ス化合物 の培養 細胞 に対 す る影響

他 の 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 も,ヒ ト前 骨 髄 性 白 血 病 由 来 株 で あ るNB4細 胞 に 対 し て 強 い 増 殖 阻 害 活 性 を 示 す 。 特 に 強 い 増 殖 阻 害 を 示 す 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物triarylbismuth dicarboxylate(図2)は,ヘ テ ロ 環 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 と 同 じ よ う に,濃 度 依 存 的 な 細 胞 周 期 停 止 活 性 と ア ポ トー シ ス ま た は ネ ク ロ ー シ ス 誘 導 活 性 を 有 し た(未 発 表)。

← ○

3

Bi(OCOCF3)2

図2triarylbismuthdicarboxylateの 構 造 他 の グ ル ー プ に よ っ て,い く つ か の 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 の 培 養 細 胞 に 対 す る 影 響 が 確 か め ら れ て い る 。tris[2-(N,N-dimethylaminomethyl)phenyl]bismuthane(図3a)は, 一22一

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ウ シ 大 動 脈 内 皮 細 胞 に 対 して 毒 性 を 示 す が,ウ シ 大 動 脈 平 滑 筋 細 胞 や ブ タ 腎 臓 上 皮 細 胞(LLC-PK1細 胞)に は 毒 性 を 示 さ な い 。 ま た,こ の 化 合 物 は ヒ ト胎 児 肺 繊 維 芽 細 胞 で あ るIMR-90細 胞 に も 毒 性 を 示 す と い っ た 化 合 物 及 び 細 胞 の 選 択 性 が 示 さ れ て い る6)。 2-acetylpyrazine1>(4)-phenylthiosemicarbazone(HL)を 構 造 に 持 つ ビ ス マ ス 化 合 物[Bi(L)(No3)2(cH30H)](図3c) は,ヒ ト慢 性 骨 髄 性 白 血 病 由 来 株K562に 増 殖 抑 制 活 性 を 有 す る(lc50-46.2pM)7)。[Bi(HL)(No3)3](図3d)は, 上 記 の 化 合 物 よ り もK562細 胞 に 高 い 毒 性 を 示 す (IC50=1.8pM)8)。2,6-diacetylpyridinebis(benzoylhydrazone) の 誘 導 体 で あ る[Bi(HAcPh)cl2](図3b)は,ヒ ト白 血 病T細 胞 株Jurkat,HL-60,ヒ ト乳 腺 が ん 由 来 株MCF-7,ヒ ト結 腸 腺 が ん 由 来 株HCT-ll6の 細 胞 増 殖 を 抑 制 す る 活 性 を 有 す る(そ れ ぞ れ のIC50=1.29μM,O.09μM,027μM, 2.83pM)9)。 ＼

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5.ビ

ス マ ス 化 合 物 とAs203の

作 用 機 序 の 比 較

As202の 作 用 機 序 に つ い て,培 養 細 胞 を 用 い た 研 究 結 果 が 多 く 報 告 さ れ て い る10)。As202処 理 した 白 血 病 由 来 細 胞 株 は,ミ ト コ ン ド リア 損 傷 や カ ス パ ー ゼ の 活 性 化 を 伴 うア ポ トー シ ス が 誘 導 さ れ る 。 細 胞 内 で は,活 性 酸 素 の 増 加 も確 認 さ れ る 。 ま た,カ ス パ ー ゼ 非 依 存 的 な ネ ク ロ ー シ ス を 誘 導 す る11)。As202処 理 したHeLa細 胞 は,細 胞 周 期 がG2/M期 で 停 止 す る12)。Compound3処 理 した ヒ トが ん 培 養 細 胞 に お い て も,上 記 で 示 した よ う に,ミ ト コ ン ド リア 損 傷 を 伴 っ た 細 胞 死 や 細 胞 周 期 停 止 が 生 じ る 。 さ ら に,compound3処 理 し たNB4細 胞 に お い て,PML-RARA融 合 タ ン パ ク 質 の 分 解 も 確 認 し て い る(未 発 表)。 こ の よ うに,培 養 細 胞 の ミ トコ ン ド リア や 細 胞 周 期 に 対 す る 影 響 に お い て,As202と 有 機 ビ ス マ ス 化 合 物 は 同 様

の作 用 を有 す る。

6.む す び

細 胞 周 期 を停 止 させ ア ポ トー シ ス を誘 導 す る能 力 を有

す るヘ テ ロ環 有 機 ビス マ ス化 合 物 は,抗 が ん剤 と して の

応 用 が期 待 で き る。 これ ま で に 明 らか に な っ た ビス マ ス

化 合 物 の もつ 生 物 活 性 は,As202の

活 性 と類 似 して い る

点 も多 く,APLに

対 す る抗 が ん 剤 開発 に お け る リー ド化

合 物 の候 補 とな りえ る。 しか しな が ら,有 機 ビス マ ス 化

合 物 を 用 い たinvivo実 験 や 正 常 細 胞 に対 す る報 告 例 は少

な い。 ま た,ビ ス マ ス化 合 物 の 生物 学 的 な 活性 と化 合 物

の構 造 との相 関性 が 明確 に な っ て い な い。 今 後,構 造 的

違 い を もつ 多数 の有 機 ビス マ ス化 合 物 を 用 い て,さ

らな

る基 礎 お よび応 用 研 究 が必 要 で あ る。

参考文献

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