今日の話題
278 化学と生物 Vol. 52, No. 5, 2014
がんの分子標的予防法 ・ 治療法の開発に向けた基礎研究
TRAIL 経路を介したがん細胞特異的アポトーシスの誘導
悪性腫瘍は，現在の日本人における死因の第一位であ り，その予防・治療に関して多くの研究がなされている．
その結果，細胞増殖調節機構，細胞死（アポトーシス）
調節機構，遺伝子修復調節機構などのさまざまな調節機 構の異常が発がんに関与していることが明らかとなって きた．がんの化学療法ではがんの分子メカニズムおよび さまざまな薬剤の薬理メカニズムが明らかにされ，科学 的に根拠をもつ分子標的薬が注目を浴びている．筆者ら は，こういった背景を基に，分子メカニズムに基づいた 分子標的薬や分子標的食品成分を組み合わせることで，
がん細胞特異的作用のみを増強し，副作用を軽減しうる 可能性を検討している．その中でも，筆者は特にアポ トーシス誘導において重要な分子である，tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand （TRAIL） に着 目している．
TRAILは，細胞膜に存在する特異的受容体への結合 を介してアポトーシス誘導シグナルを細胞内に伝達する 抗腫瘍性サイトカインである（1）．TRAIL受容体として，
death receptor （DR） 4, DR5が知られている（2, 3）．TRAIL が結合した後，DR4およびDR5は三量体を形成し，アダ プタータンパク質のFADDを介してcaspase-8が結合す ることにより複合体 （death inducing signaling complex ; DISC）が形成される（4）．その後，caspase-8は自己分解 によって活性化され，2つの経路を介してアポトーシス を刺激する．すなわち，実行caspaseであるcaspase-3の 活性化へと進むextrinsic pathway，あるいは，Bidの切 断からミトコンドリア膜電位消失，cytochrome 放出，
caspase-9の活性化，caspase-3の活性化へと進むintrinsic pathwayへと進む（5） （図1）．
TRAILは，DR4およびDR5への結合によりさまざま なヒトがん細胞にアポトーシスを誘導するが，正常細胞 に対する影響は非常に低いことが多数報告されている．
これは，腫瘍部・がん細胞と比較して，正常組織・正常 細胞においてはDR4およびDR5の発現量が低いためと考 えられている．さらに1999年，Walczakらの行った前臨 床試験において，recombinant TRAIL （rTRAIL） の投 与は強力な腫瘍退縮効果を示したことから（6），がん治療 においてTRAIL経路に対する注目は非常に高まった．
副作用を抑えた次世代のがん治療薬として，rTRAILお よびDR4抗体，DR5抗体の臨床試験が現在も進められ ている（7）．さらに興味深いことに，Zerafaらの報告によ ると，TRAILをノックアウトしたマウスは発がん率の 増加を示し（8），その後，Grosse-Wilde，Finnbergらは，
DR5をノックアウトしたマウスが発がん率やがん転移率 の増加を示すことを報告した（9, 10）．2012年には，Wilson らは腫瘍血管内皮細胞におけるDR5の発現量は正常血 管内皮細胞に比較して非常に高く，TRAILによるアポ トーシスに高感受性を示したと報告している（11）．以上 より，TRAILはがんに対して高い特異性を有すること から，がん治療およびがん予防において，極めて重要な 働きを担うことが期待されている．しかしながら，TRAIL 経路を標的とするうえで，いくつかの問題点が存在する．
まず，①TRAIL耐性を獲得しているがん細胞の存在，
②rTRAILの生体内における不安定性（半減期が短い）
などである．①についてはXIAP, survivin, Bcl-xLといっ たアポトーシス阻害因子の過剰発現などの関与が示唆さ れている（12）．その解決策として，これらアポトーシス 阻害因子の発現抑制剤とTRAILとの併用，ないしは TRAILのレセプターであるDR4，DR5の発現をさらに 増強する低分子化合物とTRAILとの併用により，extrinsic pathway経由のアポトーシスを増強させるなど，TRAIL 耐性機構に合わせた克服法が数多く報告されている．そ
図1■TRAILにより誘導されるアポトーシス経路
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れらの多くは 試験での基礎研究であるが，将来 的に個々のTRAIL感受性が診断可能という時代が訪れ たとき，実際的ながん治療法に向けた分子標的併用療法 の一つとなりうるかもしれない．②の問題点に対しては，
より安定性が高く，三量体化しやすいrTRAILの開発研 究も進められている．一方で筆者らは，別の観点から，
生体内TRAIL量を増強することで，この課題に対する 克服の可能性があると考えた．
TRAILの主な産生細胞は，好中球，単球，T細胞，
NK細胞，樹状細胞などである．細胞膜結合型TRAIL
（membrane TRAIL ; mTRAIL） と，mTRAILがTRAIL 切断酵素によるsheddingを受け，細胞外に放出された 可溶型TRAIL （soluble TRAIL ; sTRAIL）が存在する．
筆者らは，実際にヒト末梢血単核球（PBMC），および ヒト好中球（PMN）を用い，TRAILの産生を誘導する 成分を探索した．mTRAILについては，蛍光色素で標識 したTRAILモノクローナル抗体を用い，フローサイト メトリーにて検出・評価を行った．sTRAILについては，
培養上清中のTRAIL量をELISA法により検出・評価し た．既報から，TRAILの発現を誘導するものとして，
IFN-
α
, IFN-γ
, LPSなどが知られている．筆者らは，陽性 対照としてIFN-α
を用い，より低コストに供給可能であ り，かつ予防にも応用しうるいくつかの候補成分から探 索を始めた．京都のルイ・パストゥール医学研究セン ターとの共同研究の結果，京漬物から単離した植物性 乳酸菌株の中から， S1, DB22, DS41の3株に，ヒトPBMCにおける顕著なTRAIL発 現誘導効果を認めた（13）．乳酸菌のTRAIL誘導効果は，mRNAレベルおよびタンパク質レベルで確認された．
さらにIFN-
γ
, IFN-α
の各ブロッキング抗体によって乳 酸菌によるTRAIL発現誘導効果が有意に抑制された．TRAIL遺伝子のプロモーター配列中にはIFN-stimulated response elements （ISREs）が存在することから，乳酸 菌刺激によるIFNの誘導を介するものと考えられる．
実際，3株の乳酸菌刺激によるTRAIL発現誘導の際，
IFN-
γ
ならびにIFN-α
の発現誘導も確認している（13）．腸 管免疫系では，腸管上皮，腸管上皮間リンパ球，パイエ ル板，粘膜固有層などが相互間で連絡を取りながら免疫 機能を維持している．摂取された乳酸菌も，これら腸管 免疫系によって取り込まれ，免疫担当細胞と接触し，腸 管免疫から全身免疫へと働きかけることにより，TRAIL 産生誘導作用を発揮すると推測される．乳酸菌からの TRAIL誘導効果を報告した試験（13）における乳酸菌添加 量は，生体内でも到達の可能性が見込まれる濃度と推測 される．また，TRAILの発現は，多くの細胞において 認められている．免疫担当細胞に比べ発現は低いものの，各種ヒトがん細胞株においても，ある種の刺激によって TRAILの発現が増強することが報告されている．した がって，血中に限らず，消化管においても，TRAIL発 現誘導効果は期待できると考えられる．前述のように，
TRAILは受容体を有しない正常細胞に対してはアポトー シスを誘導しないと考えられている．よって，がん細胞 の発生に伴い，速やかにアポトーシスを誘導し，非常に 早期の段階で予防的にがん細胞を排除してくれるものと 期待している．
さらに近年では，膀胱がんの新規治療法を目指す過程 で，TRAIL誘導成分を見いだした（14）．現在，筋層浸潤 のない膀胱がんに対して最も成功している免疫療法とし てBCG膀胱注入療法が挙げられるが，播種感染や敗血 症，多臓器不全などの深刻な副作用がいまだ存在する．
それゆえ，BCGと同様の抗がん作用を有しながら，副 作用の少ないほかの菌体の同定は膀胱がん患者に対する 図2■乳酸菌（左）および酪酸菌（右）
によるTRAIL産生誘導作用
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治療として求められている．近年，BCGの治療効果の 一機序として，膀胱粘膜におけるPMNの浸潤促進と，
PMNからのTRAIL誘導が示唆されていることから，
陽性対照としてBCGを用い，PMNにおいてTRAIL誘 導効果を有するほかの菌体の探索を試みた．その中で，
ミヤリサン製薬株式会社との共同研究の結果，経口整
腸剤に使用されている酪酸菌 （
MIYAIRI588） に，その作用を認めた．さらにがん細胞 に対する，PMNの細胞傷害活性を増強するという結果で あった（14）．酪酸菌は，前述の乳酸菌とは異なり，TRAIL の発現量そのものは増強せず，細胞内TRAILの放出の み促進することが判明した．そのメカニズム解析のた め，TRAIL強制発現細胞株を作製した．TRAILのアミ ノ酸配列を解析すると，MMP-8切断予測配列が存在し ていたことから，MMP-8切断予測配列に対するミスセ ンス変異導入実験，siRNAによるMMP-8ノックダウン 実験を行ったところ，いずれの結果においても培養上清 中のsTRAIL量の顕著な減少を認めた．実際に，PMN 培養上清中のMMP-8量は，酪酸菌投与により，顕著に 増強していた．これまでTRAILのsheddingを担う酵素 は十分に明らかにされていなかったが，本研究において，
MMP-8がTRAILのsheddingにかかわる酵素であるとい う結果が得られたことは，TRAIL産生メカニズムの解 明につながると考えられる（14）（図2）．この研究の成果と して，酪酸菌がBCGと同様に膀胱内注入療法に使用で きる可能性が期待される．
TRAIL経路の活性化に着目した基礎研究の結果，抗 がん剤候補物質やすでに臨床で使用されている各種薬剤，
そして食事によって摂取可能な天然化合物などにおいて，
多くのTRAIL感受性増強効果が報告されている（12, 15）． 今後，これら候補物質の 試験データの蓄積に加え，
将来的にTRAIL感受性診断基準などが設けられること によって，効率良く無駄のないがんの治療法・予防法の 提案が可能になってくると思われる．
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（堀中真野，京都府立医科大学大学院医学研究科）
プロフィル
堀中 真野（Mano HORINAKA）
＜略歴＞2001年京都府立大学農学部生 物資源化学科卒業／2003年同大学大学院 農学研究科生物機能学専攻博士前期課程 修了／2006年日本学術振興会特別研究員
（〜 2008年）／2008年京都府立医科大学大 学院医学研究科統合医科学専攻博士課程修 了／同年同大学大学院医学研究科分子標的 がん予防医学助教／2013年同講師（学内）， 現在に至る／＜研究テーマと抱負＞がんの 予防法・治療法の開発につながる研究を続 けたいと考えています／＜趣味＞旅行
