癌における低分子代謝異常の解明とこれを利用した光線力学診断法の確立

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26430141
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 小倉 俊一郎 東京工業大学, 生命理工学研究科, 准教授 (90343160)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 光線力学診断 / アミノレブリン酸 / ポルフィリン / 鉄代謝 / 薬剤排出トランスポーター / 低酸素

研究実績の概要

癌患者にアミノレブリン酸（ALA）を投与することにより腫瘍特異的にポルフィリンが蓄積することが知られており、これを利用した癌の診断が広く用いられている。これまでの研究により、この腫瘍特異的なポルフィリン蓄積にはポルフィリン生合成経路における低分子代謝異常が起きていることが指摘されているが、その詳細は明らかとされていない。そこで本研究では癌におけるこれらの代謝異常の全容を明らかとすることを目的とした。
本年度は代謝異常に関する分子の中で中心的と思われる関連トランスポーターの同定を行った。その結果、従来関連が認められていたPEPT1やABCG2の他にABCB6が新たにポルフィリン前駆体排出トランスポーターとして機能していることが明らかとなった。このトランスポーターは実際に診断で用いるポルフィリンの前駆体の状態のポルフィリンを細胞外に排出するため、極めて重要な役割を果たしていると言える。さらに、このトランスポーターは低酸素状態において発現が亢進することが分かった。従来から低酸素状態において腫瘍でのポルフィリン蓄積量が減少する事実が報告されていた。本研究の結果から、この現象の理由が明らかとなり、低酸素におけるABCB6の発現がポルフィリン蓄積に大きな影響を与えていることが分かった。
さらに鉄イオン代謝の影響も詳しく調べた。その結果、ポルフィリンに挿入される鉄イオン濃度がポルフィリン蓄積に大きな影響を与えていることが分かった。具体的には癌細胞では鉄イオン濃度が低く、正常細胞では鉄イオン濃度が高いために、癌細胞は正常細胞と比較して多くのポルフィリンを蓄積することが明らかとなった。
このように本年度は低分子代謝異常の重要な鍵となる二つの因子を発見・同定することに成功した。来年度以降はこれらの因子をコントロールすることによって、診断効果を向上し得る方法論の開発に着手する予定である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究はアミノレブリン酸投与後の低分子代謝異常の解明を行い、光線力学診断法の確立を目指すものである。本年度の目標は「低分子代謝異常の解明」としていたが中心的な役割を果たすトランスポーター・鉄イオン代謝異常を発見することができ、診断効果を向上させる方法論の方向性を示すことに成功したと言える。以上のことから当初の計画に対しておおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

アミノレブリン酸投与後の低分子代謝異常について二つの大きな知見がこれまでの研究で得られたと言える。今後は得られた知見に立脚した診断効果を向上させる方法論を開発してゆく。具体的には次の二点である。(1)ターゲットとなるトランスポーターが同定できたため、トランスポーター阻害剤を開発してゆく。トランスポーターを阻害することによって細胞内ポルフィリン蓄積量が飛躍的に増大してゆくであろう。(2)鉄イオン濃度をコントロールする手法を検討する。癌細胞と正常細胞において鉄イオン濃度が異なっていたため、鉄イオンの取り込み能が癌と正常で異なると考えられる。そこで鉄イオンを追加投与することによって、ポルフィリン蓄積量を向上させることができると考えられる。
上記二点の検討を軸に多方面の検討を行い、低分子の代謝異常を用いた光線力学診断法の確立を目指してゆく。

研究成果

• [雑誌論文] 5-aminolevulinic acid enhances cell death under thermal stress in certain cancer cell lines (2015)
  • 著者名/発表者名: Taku Chibazakura, Yui Toriyabe, Hiroshi Fujii, Kiwamu Takahashi, Mariko Kawakami, Haruna Kuwamura, Hazuki Haga, Shun-ichiro Ogura, Fuminori Abe, Motowo Nakajima, Hirofumi Yoshikawa and Tohru Tanaka
  • 雑誌名: Bioscience Biotechnology and Biochemistry 巻: 79 ページ: 422-431
  • DOI: 10.1080/09168451.2014.975186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photodynamic therapy using upconversion nanoparticles prepared by laser ablation in liquid (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ikehata, Yuji Onodera, Takashi Nunokawa, Tomohisa Hirano, Shun-ichiro Ogura, Toshiaki Kamachi, Osamu Odawara and Hiroyuki Wada
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: in press ページ: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] 5-Aminolevulinic acid-induced protoporphyrin IX with multi-dose ionizing irradiation enhances host antitumor response and strongly inhibits tumor growth in experimental glioma in vivo (2015)
  • 著者名/発表者名: Junkoh Yamamoto, Shun-ichiro Ogura, Shohei Shimajiri, Yoshiteru Nakano, Daisuke Akiba, Takehiro Kitagawa, Kunihiro Ueta, Tohru Tanaka and Shigeru Nishizawa
  • 雑誌名: Molecular Medicine Reports 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.3892/mmr.2014.2991
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of plasma membrane ABCB6 on 5-aminolevulinic acid (ALA)-induced porphyrin accumulation in vitro: Tumor cell response to hypoxia (2015)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Matsumoto, Yuichiro Hagiya, Yoshio Endo, Motowo Nakajima, Masahiro Ishizuka, Tohru Tanaka and Shun-ichiro Ogura
  • 雑誌名: Photodiagnosis and Photodynamic Therapy 巻: 12 ページ: 45-51
  • DOI: 10.1016/j.pdpdt.2014.12.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The effect of iron ion on the specificity of photodynamic therapy with 5-aminolevulinic acid (2015)
  • 著者名/発表者名: Maiko Hayashi, Hideo Fukuhara, Keiji Inoue, Taro Shuin, Yuichiro Hagiya, Motowo Nakajima, Tohru Tanaka and Shun-ichiro Ogura
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10 ページ: e0122351
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0122351
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The heme precursor 5-aminolevulinic acid disrupts the Warburg effect in tumor cells and induces caspase-dependent apoptosis (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuta Sugiyama, Yuichiro Hagiya, Motowo Nakajima, Masahiro Ishizuka, Tohru Tanaka and Shun-ichiro Ogura
  • 雑誌名: Oncology Reports 巻: 31 ページ: 1282-1286
  • DOI: 10.3892/or.2013.2945
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photodynamic detection and management of intraperitoneal spreading of primary peritoneal papillary serous carcinoma in a man: report of a case (2014)
  • 著者名/発表者名: Emel Canbay, Haruaki Ishibashi, Shouzou Sako, Toshiyuki Kitai, Eisei Nishino, Masamitsu Hirano, Akiyoshi Mizumoto, Yoshio Endo, Shun-ichiro Ogura and Yutaka Yonemura
  • 雑誌名: Surgery Today 巻: 44 ページ: 373-377
  • DOI: 10.1007/s00595-013-0500-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effects of the heme precursor 5-aminolevulinic acid (ALA) on REV-ERBα activation (2014)
  • 著者名/発表者名: Kohei Yamashita, Yuichiro Hagiya, Motowo Nakajima, Masahiro Ishizuka, Tohru Tanaka and Shun-ichiro Ogura
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 4 ページ: 347-352
  • DOI: 10.1016/j.fob.2014.03.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cytoreductive surgery under aminolevulinic acid-mediated photodynamic diagnosis plus hyperthermic intraperitoneal chemotherapy in patients with peritoneal carcinomatosis from ovarian cancer and primary peritoneal carcinoma: Results of a Phase I trial (2014)
  • 著者名/発表者名: Yang Liu, Yoshio Endo, Takuji Fujita, Haruaki Ishibashi, Toshihiro Nishioka, Emel Canbay, Yan Li, Shun-ichiro Ogura and Yutaka Yonemura
  • 雑誌名: Annals of Surgical Oncology 巻: 21 ページ: 4256-4262
  • DOI: 10.1245/s10434-014-3901-5
  • 査読あり
• [学会発表] ミトコンドリア新生および活性化に対するアミノレブリン酸・レスベラトロールの添加効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三浦舞、杉山雄太、田中徹、大倉一郎、小倉俊一郎
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学 理工学部船橋キャンパス／薬学部
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] アミノレブリン酸(ALA)を利用したがん治療における低酸素の役割の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大塚慎平、松本健太郎、田中徹、大倉一郎、小倉俊一郎
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学 理工学部船橋キャンパス／薬学部
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] がん細胞スフェロイドにおけるアミノレブリン酸添加後のポルフィリン代謝解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中山沢、松本健太郎、田中徹、大倉一郎、小倉俊一郎
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学 理工学部船橋キャンパス／薬学部
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] Tumor-specific porphyrin accumulation and tumor screening after administration of aminolevulinic acid (2014)
  • 著者名/発表者名: Shun-ichiro Ogura, Yuichiro Hagiya, Ichiro Okura
  • 学会等名: 21th International SPACC Symposium
  • 発表場所: Kogakuin University, Shinjuku
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
  • 招待講演
• [学会発表] The Effect of 5-Aminolevulinic Acid on Cytochrome P450-Based Prodrug Activation (2014)
  • 著者名/発表者名: Mai Miura、Kensuke Ito、Maiko Hayashi、Tohru Tanaka、Ichiro Okura、Shun-ichiro Ogura
  • 学会等名: 21th International SPACC Symposium
  • 発表場所: Kogakuin University, Shinjuku
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] The role of iron ion on the photodynamic therapy using 5-aminolevulinic acid (2014)
  • 著者名/発表者名: Maiko Hayashi, Tohru Tanaka, Ichiro Okura, Shun-ichiro Ogura
  • 学会等名: 21th International SPACC Symposium
  • 発表場所: Kogakuin University, Shinjuku
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] Analysis of the role of hypoxia in 5-aminolevulinic acid(ALA)-based tumor therapy and diagnosis (2014)
  • 著者名/発表者名: Shimpei Otsuka, Kentaro Matsumoto, Shun-ichiro Ogura
  • 学会等名: 21th International SPACC Symposium
  • 発表場所: Kogakuin University, Shinjuku
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] The mechanism of porphyrin metabolism in cancer spheroid after administration of 5-aminolevulinic acid (2014)
  • 著者名/発表者名: Taku Nakayama, Kentaro Matsumoto, Tohru Tanaka, Ichiro Okura, Shun-ichiro Ogura
  • 学会等名: 21th International SPACC Symposium
  • 発表場所: Kogakuin University, Shinjuku
  • 年月日: 2014-10-31 – 2014-11-03
• [学会発表] アミノレブリン酸を用いた光線力学療法における鉄イオンの役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林麻衣子、井上啓史、福原秀雄、執印太郎、小倉俊一郎
  • 学会等名: 第73回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] がん細胞スフェロイドにおけるアミノレブリン酸添加後のポルフィリン代謝解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中山沢、松本健太郎、小倉俊一郎
  • 学会等名: 第73回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] シトクロムP450を介したプロドラッグ活性化に対するアミノレブリン酸の添加効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三浦舞、伊藤謙介、林麻衣子、小倉俊一郎
  • 学会等名: 第73回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] アミノレブリン酸投与後の腫瘍特異的ポルフィリン蓄積機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小倉 俊一郎、萩谷 祐一郎、中島 元夫、田中 徹
  • 学会等名: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] アミノレブリン酸を用いた光線力学療法における鉄の添加効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林麻衣子 、福原秀雄、井上啓史 、執印太郎 、田中徹 、大倉一郎 、小倉俊一郎
  • 学会等名: 日本鉄バイオサイエンス学会第38回学術集会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2014-09-06 – 2014-09-07
• [学会発表] シトクロムP450を介したプロドラッグ活性化に対するアミノレブリン酸の添加効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 三浦舞、伊藤謙介、林麻衣子、田中徹、大倉一郎、小倉俊一郎
  • 学会等名: 第4回ポルフィリン-ALA学会
  • 発表場所: ニチイ学館・神戸ポートアイランドセンター
  • 年月日: 2014-04-26
• [学会発表] がん細胞スフェロイドにおけるアミノレブリン酸添加後のポルフィリン代謝解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中山沢、松本健太郎、田中徹、大倉一郎、小倉俊一郎
  • 学会等名: 第4回ポルフィリン-ALA学会
  • 発表場所: ニチイ学館・神戸ポートアイランドセンター
  • 年月日: 2014-04-26
• [備考] 東京工業大学 生命理工学研究科 小倉研究室
  • URL: http://www.ogura.bio.titech.ac.jp/