1 異なる脂肪酸を組み合わせることで 強力にがん細胞を死滅させる 名古屋大学大学院生命農学研究科 栄養生化学研究分野 助教北浦靖之
研究背景 脂肪酸 : 一価のカルボン酸 ( カルボキシル基 COOH をもつ化合物 ) 飽和脂肪酸 短鎖 : 炭素数が 6 以下 ( 酢酸 ブチル酸 ) 中鎖 : 炭素数が 8 12( カプリル酸 ) 長鎖 : 炭素数が 14 以上 ( ステアリン酸 ) 不飽和脂肪酸 : 主に長鎖脂肪酸 一価 : 二重結合の数が 1 つ ( ) 多価 : 二重結合の数が 2 つ以上 ω-3: メチル末端から 3 番目の炭素 - 炭素結合に二重結合 (α- リノレン酸 ドコサヘキサエン酸 :DHA) ω-6: メチル末端から 6 番目の炭素 - 炭素結合に二重結合 (γ- リノレン酸 アラキドン酸 ) 2
3 脂肪酸による細胞死誘導 (Lipotoxicity) 短鎖 および長鎖飽和脂肪酸によるがん 細胞死誘導効果に関する報告は多数ある が 中鎖に関してはほとんど報告がない ブチル酸 (C4: 炭素数 4) による大腸がん由来細胞の細胞死誘導 J. Int. Med. Res. 37: 803 (2009) Cancer Research 63: 5401 5407 (2003) J. Nutr. 132:1812-1818 (2002) (C16) ステアリン酸 (C18) による肝臓がん由来細胞の細胞死誘導 AJP Gastrointest. Liver Physiol. 299: G236 G243 (2010) J. Hepatology 52: 586 (2010) J. Biol. Chem. 281: 12093 (2006) Clinical Nutrition 23: 721 732 (2004)
中鎖飽和脂肪酸による細胞死誘導 Jurkat 細胞 ( ヒト T 細胞性白血病由来 ) 死細胞の割合 (PI positive cells%) DMSO 1% エナント酸 C7 カプリル酸 C8 ペルラゴン酸 C9 カプリン酸 C10 C12 各脂肪酸刺激 24 時間後に PI (Propidium iodide) で染色し フローサイトメーターにて陽性細胞 ( 死細胞 ) の割合を測定 4
( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) は ( 長鎖飽和脂肪酸 ) の細胞死誘導を抑制する C16 C16 + C18:1 ( 炭素数 18: 二重結合 1) による細胞死 (% Apoptosis) MDA-MB-231 細胞 ( ヒト乳がん由来 ) + 濃度 (μm) Cancer Research 60: 6353 6358 (2000) より一部改変 5
( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) は ( 中鎖飽和脂肪酸 ) の細胞死誘導を促進する DMSO 1% C12 C16 0.5 mm なし HT1080 細胞 ( ヒト線維肉腫由来 ) 6
細胞生存率 (DMSO1% なしの群に対する比率 ) ( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) は中鎖飽和脂肪酸による細胞死誘導を促進する 7 HT1080 細胞 ( ヒト線維肉腫由来 ) なし DMSO 1% カプリル酸 C8 カプリン酸 C10 C12 C16 0.5 mm 各脂肪酸刺激 48 時間後に MTT アッセイにより生細胞数を測定
細胞生存率 (DMSO1% なしの群に対する比率 ) ( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) は中鎖飽和脂肪酸による細胞死誘導を促進する 8 A549 細胞 ( ヒト肺がん由来 ) なし DMSO 1% カプリル酸 C8 カプリン酸 C10 C12 C16 0.5 mm 各脂肪酸刺激 48 時間後に MTT アッセイにより生細胞数を測定
細胞生存率 (DMSO1% なしの群に対する比率 ) ( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) は中鎖飽和脂肪酸による細胞死誘導を促進する 9 HeLa 細胞 ( ヒト子宮頸がん由来 ) なし DMSO 1% カプリル酸 C8 カプリン酸 C10 C12 C16 0.5 mm 各脂肪酸刺激 48 時間後に MTT アッセイにより生細胞数を測定
( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) は ( 中鎖飽和脂肪酸 ) の細胞死誘導を促進する Jurkat 細胞 ( ヒト T 細胞性白血病由来 ) 刺激なし : 灰色 刺激あり : 青 死細胞の割合 (PI positive cells%) なし 0.5 mm + + DMSO 1% C12 C16 各脂肪酸刺激 16 時間後に PI (Propidium iodide) で染色し フローサイトメーターにて陽性細胞 ( 死細胞 ) の割合を測定 10
( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) はによる Caspase-3 の活性化を促進する Jurkat 細胞 ( ヒト T 細胞性白血病由来 ) 刺激なし : 灰色刺激あり : 青 Caspase-3 活性化細胞の割合 (substrate fluorescent positive cells%) なし 0.5 mm + + DMSO 1% C12 C16 各脂肪酸刺激 5 時間後に Caspase-3 蛍光基質 NucView TM 488 Caspase-3 substrate を添加し フローサイトメーターにて陽性細胞 (Caspase-3 活性化細胞 ) の割合を測定 11
( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) はによる活性酸素種 (ROS) の産生を促進する Jurkat 細胞 ( ヒト T 細胞性白血病由来 ) 刺激なし : 灰色刺激あり : 青 ROS 産生細胞の割合 (DCFDA positive cells%) なし 0.5 mm + + DMSO 1% C12 C16 各脂肪酸刺激 5 時間後にROS 蛍光指示薬 DCFDA (2',7'-dichlorodihydrofluorescein diacetate, acetyl ester) を添加し フローサイトメーターにて陽性細胞 (ROS 産生細胞 ) の割合を測定 12
( 長鎖一価不飽和脂肪酸 ) はによるミトコンドリア機能障害を促進する Jurkat 細胞 ( ヒト T 細胞性白血病由来 ) 刺激なし : 灰色刺激あり : 青 ミトコンドリア機能障害 ( 膜電位低下 ) 細胞の割合 (TMRM low cells%) なし 0.5 mm + + DMSO 1% C12 C16 各脂肪酸刺激 5 時間後にミトコンドリア膜電位蛍光指示薬 TMRM (tetramethyl rhodamine methyl ester) を添加し フローサイトメーターにて陽性細胞 (ROS 産生細胞 ) の割合を測定 13
予想される とによる作用メカニズム 14 (C12) (C18:1) (C16) 促進 ROS 抑制? ミトコンドリア機能障害 ( 膜電位の低下 ) Cyt-c + Caspase-9 Caspase-3 ER ストレス? Caspase-3 apoptosis
15 従来技術とその問題点 がんの治療に用いられる物理的 薬理学的ながん抑制法の多くは 単に細胞死を誘導するものであり がん細胞のみならず正常細胞をも死に至らしめるため がん病巣 がん細胞にのみ特異的に作用させるためには厳密なコントロールが必要となる
がん細胞のグルコース代謝は正常細胞とは異なる Warburg Effect ミトコンドリアでの酸化的リン酸化に用いるグルコースが尐なく 必要なエネルギーを細胞質での解糖系から優先的に得ている現象 増殖細胞 がん細胞脂肪酸 アミノ酸 核酸の合成が亢進し 分解が抑制 細胞増殖に必要となるエネルギーや細胞構成分子を生産 Science 324: 1029-1033 (2009) 16
17 新技術の特徴 従来技術との比較 細胞死誘導効果がほとんどないと考えられていた2 種類の脂肪酸を組み合わせることで 強力にがん細胞を死滅することができる 中鎖飽和脂肪酸は正常細胞で分解されやすいが 脂肪酸分解が抑制されているがん細胞では分解されないため がん細胞特異的に効果を示す可能性がある (in vitroにて検討中 ) 腸管で吸収された中鎖飽和脂肪酸は長鎖脂肪酸とは異なる経路で体内に運ばれる
18 小腸 長鎖脂肪酸と中鎖脂肪酸では小腸からの吸収経路が異なる 長鎖脂肪酸 中鎖脂肪酸 長鎖脂肪酸は 小腸で吸収された後 小腸上皮細胞でトリアシルグリセロール (TG) に再合成され キロミクロンを形成し リンパ管を経由して血液に流れ込み 全身の組織に運ばれ 貯蔵もしくは必要に応じて分解される TG リンパ管 全身の組織 ( 脂肪組織 筋肉など ) 貯蔵 ( 必要に応じて分解 ) FFA 門脈肝臓分解 中鎖脂肪酸は小腸上皮細胞で TG に再合成されず 小腸で吸収された大部分がキロミクロンを形成せずに 遊離脂肪酸 (FFA) の形で門脈血中に送られ 直接肝臓に取り込まれた後 速やかに効率よく分解される そのため 長鎖脂肪酸にくらべ体脂肪が蓄積しにくい
19 想定される用途 抗がん剤がん患部に直接投与することで がん細胞には細胞死を誘導し 正常細胞では素早く分解される 健康食品 サプリメント中鎖飽和脂肪酸は腸管から吸収され 門脈を経由して直接肝臓へ到達する また 血中にはが遊離脂肪酸の形で多く存在するため 相乗効果が期待できる 軟膏剤塗布することによる皮膚がんの治療
20 想定される業界 利用者 対象 医薬品 食品メーカー全般
21 実用化に向けた課題 現在 細胞レベルでの作用メカニズムについて詳細な解析を行っている しかし 動物個体レベルでのがん抑制効果の点が未解決である (in vivo での効果を検討中 ) 今後 がんモデル動物について実験データを取得し 投与量 投与方法などの条件設定を行っていく 実用化に向けて ヒトに対する効果を検討する必要がある
22 企業への期待 未解決の動物個体レベルでの効果については がん細胞移植 化学発がんモデルマウスを用いて克服できると考えている 安全性試験 ヒト臨床研究の技術を持つ 企業との共同研究を希望 また 抗癌剤を開発中の企業 医療 食品分野への展開を考えている企業には 本技術の導入が有効と思われる
23 本技術に関する知的財産権 発明の名称 : 細胞死誘導効果を有する中鎖飽和脂肪酸と 不飽和脂肪酸を含有する組成物 出願番号 : 特願 2011-93212 出願人 : 名古屋大学 発明者 : 下村吉治 北浦靖之 井上花菜
24 お問い合わせ先 名古屋大学 産学官連携推進本部鈴木孝征 TEL 052-747-6483 FAX 052-788-6146 e-mail t-suzuki@sangaku.nagoya-u.ac.jp