膵癌特異的エネルギー代謝メカニズムに基づく革新的治療の開発

• Project/Area Number: 21K08806
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55020:Digestive surgery-related
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 宇和川 匡 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (70287209)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 恩田 真二 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (10459620) ; 白井 祥睦 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (10785364) ; 阿部 恭平 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (30751292) ; 後町 武志 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (40338893) ; 春木 孝一郎 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (60720894) ; 池上 徹 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (80432938) ; 古川 賢英 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (80624973)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 酸性β-グルコシダーゼ / 膵臓癌 / ライソゾーム酵素 / 酸性セラミダーゼ / アポトーシス / ライソゾーム / オートファジー

Outline of Research at the Start

本研究では乏血性腫瘍でありながら高度な増殖浸潤能を有する膵臓癌に特徴的なエネルギー代謝経路に明らかにすることを目的とし、エネルギ ー産生の鍵となるLysosome酵素群を明らかにする。具体的には膵臓癌患者検体を用いてメタボローム解析および網羅的なタンパク解析を行い、活性化されたLysosome酵素を同定する。詳細な解析にはオートファジーの最終段階であるLysosome酵素の働きを明らかにすることが 必須と考え。代謝経路の鍵となる酵素を阻害することでグルコースへの異化経路を遮断し、がん細胞を決定的なエネルギー欠乏に陥らせるというこれまでにないアプローチでの治療法の開発を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

スフィンゴ脂質の代謝は、細胞膜の形成において重要な役割を果たしており、癌細胞の悪性度および化学感受性に関連し、スフィンゴ脂質の分解は、複数のリソソーム グルコシダーゼに依存している。我々はミトコンドリアの機能不全に関連するリソソーム酵素、酸性β-グルコシダーゼ（GBA）の膵癌における機能を解析した。ヒト 膵臓癌細胞株 (PANC-1、BxPC-3、および AsPC-1) を用いて、 siRNAで GBA ノックダウンの条件下での、膵臓癌細胞の形態変化、GBA酵素活性、GBAタンパク質発現、細胞生存率、活性酸素種（ROS）生成、ミトコンドリア膜電位（MMP）、およびマイトファジーフラックスを評価した。 GBA タンパク質レベルと酵素活性は、細胞株間で異なっていたが、GBA ノックダウンは細胞増殖を抑制し、特に GBA 酵素活性が低い PANC-1 および BxPC-3 細胞でアポトーシスを誘導した。 また、MMP を減少させ、ミトコンドリアのクリアランスは抑制された。このミトコンドリアクリアランス障害は、機能不全のミトコンドリアの蓄積と膵臓癌細胞での ROS 生成をさらに誘発し、結果的にアポトーシスを誘発した。膵臓癌に対する標準的治療薬であるゲムシタビンにGBA 抑制が加わると抗腫瘍効果は増強した。新たな膵臓癌治療として細胞障害性薬剤とGBA抑制の併用は期待できる。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は膵がん細胞の栄養獲得メカニズムを明らかにすることで、具体的には膵がん細胞内のライソゾーム酵素による糖代謝ネットワークを解析し、膵癌特異的なエネルギー産生経路を明らかにすることであるが、昨年度の研究では酸性セラミダーゼ阻害による膵がん細胞への影響をsiRNAとshRNAを用いた遺伝子治療を用いて検討し、アデノウイルスベクター（AAV8）を使用したsiRNAおよびshRNAによる酸性セラミダーゼ阻害は、膵がん細胞および異種移植マウスモデルでアポトーシスを誘導し抗増殖効果を示し、加えて酸性セラミダーゼ阻害は、ミトコンドリア機能障害、活性酸素種の蓄積、およびマンガンスーパーオキシドジスムターゼ抑制を誘発し、セラミド蓄積を伴う膵臓癌細胞のアポトーシスを誘導した。膵がん細胞における酸性セラミダーゼ阻害による抗腫瘍効果のメカニズムを明らかにし、論文化した。
さらに本年度は上記の研究結果をまとめることができたため。

Strategy for Future Research Activity

In vivoで膵がん細胞の栄養獲得メカニズムを明らかにし、膵がん細胞内のライソゾーム酵素による糖代謝ネットワークを解析し、膵癌特異的なエネルギー産生経路を明らかにしていく中で、昨年度、今年度までのin vitroでの研究結果をもとにin vivo研究に展開したいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] Inhibition of lysosomal acid β-glucosidase induces cell apoptosis via impairing mitochondrial clearance in pancreatic cancer. (2022)
  • Author(s): Yanagaki M, Shirai Y, Shimada Y, Hamura R, Taniai T, Horiuchi T, Takada N, Haruki K, Furukawa K, Uwagawa T, Kobayashi H, Ikegami T.
  • Journal Title: Carcinogenesis Volume: 43 Pages: 826-837
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase II trial of nafamostat mesilate/gemcitabin/S-1 for unresectable pancreatic cancer. (2022)
  • Author(s): Uwagawa T, Sakamoto T, Gocho T, Shiba H, Onda S, Yasuda J, Shirai Y, Hamura R, Furukawa K, Yanaga K, Ikegami T.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 17
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Oesophageal elongation using magnets in adult patients. (2022)
  • Author(s): Kamada T, Ohdaira H, Okada S, Takahashi J, Nakashima K, Nakaseko Y, Suzuki N, Uwagawa T, Yoshida M, Yamanouchi E, Suzuki Y.
  • Journal Title: Br J Surg Volume: 109 Pages: 472-473
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The impact of S-1 for the patient with lymph nodal metastasis biliary tract cancer as adjuvant chemotherapy: a multicenter database analysis. (2022)
  • Author(s): Hamura R, Haruki K, Taniai T, Yanagaki M, Shirai Y, Furukawa K, Usuba T, Fujioka S, Okamoto T, Nakabayashi Y, Uwagawa T, Ikegami T.
  • Journal Title: Int J Clin Oncol Volume: 27 Pages: 1188-1195
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inhibition of acid ceramidase elicits mitochondrial dysfunction and oxidative stress in pancreatic cancer cells (2021)
  • Author(s): Taniai T, Shirai Y, Shimada Y, Hamura R, Yanagaki M, Takada N, Horiuchi T, Haruki K, Furukawa K, Uwagawa T, Tsuboi K, Okamoto Y, Shimada S, Tanaka S, Ohashi T, Ikegami T.
  • Journal Title: Cancer Sci Volume: 112 Pages: 4570-4579
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase II Study of Adjuvant Chemotherapy With Gemcitabine and Nafamostat Mesilate for Pancreatic Cancer (2021)
  • Author(s): Uwagawa T, Sakamoto T, Yasuda J, Shiozaki H, Furukawa K, Onda S, Gocho T, Shiba H, Yanaga K.
  • Journal Title: Pancreas Volume: 50 Pages: 313-316
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular detection and clinicopathological characteristics of advanced/recurrent biliary tract carcinomas harboring the FGFR2 rearrangements: a prospective observational study (PRELUDE Study) (2021)
  • Author(s): Maruki Y, Morizane C, Arai Y, Ikeda M, Ueno M, Ioka T, Naganuma A, Furukawa M, Mizuno N, Uwagawa T, Takahara N, Kanai M, Asagi A, Shimizu S, Miyamoto A, Yukisawa S, Kadokura M, Kojima Y, Furuse J, Nakajima TE, Sudo K, Kobayashi N, Hama N, Yamanaka T, Shibata T, Okusaka T.
  • Journal Title: J Gastroenterol Volume: 56 Pages: 250-260
  • Peer Reviewed