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低酸素誘導因子の阻害によるホウ素中性子捕捉療法の低酸素細胞に対する治療効果の改善

原田 崇臣 東北大学

2020.03.25

概要

【背景】ホウ素中性子捕捉療法 (boron neutron capture therapy; BNCT) の生物効果は、ホウ素 10B と中性子との反応に基づくホウ素線量に依存するため、腫瘍細胞のホウ素の取り込みは重要な因子となる。ホウ素薬剤として臨床利用されている 10B‐ボロノフェニルアラニン (10B-p-boronophenylalanine; 10B-BPA) を用いた BNCT において、低酸素細胞ではホウ素の取り込み能が減少し、BNCT の抗腫瘍効果が減弱することが報告されている。しかしながら、低酸素細胞において BNCT の効果が減弱するメカニズムについては解明されていない。

【目的】低酸素細胞における低酸素誘導変化に関する分子メカニズムを解明し、低酸素細胞に対する BNCT の治療効果を改善する因子を見出すことを目的とした。

【方法】本研究では、ヒト膠芽腫細胞株 T98G、ヒト口腔扁平上皮癌由来細胞株 HSC-3、ヒト乳腺癌由来細胞株 MCF-7 を使用した。まず、低酸素環境で細胞内に蓄積される低酸素誘導因子 (hypoxia-inducible factor 1α; HIF-1α) を誘導するため、1% O2 の低酸素負荷、および疑似低酸素薬であるデフェロキサミン (deferoxiamine; DFO) の投与によって HIF-1α を誘導刺激した状態にて、10B-BPA の取り込みに関与するアミノ酸トランスポーター (L-type amino acid transporter 1; LAT1) の遺伝子発現量、および 10B-BPAを 3.00 mM の終濃度 (30 μg10B/mL) で投与後の細胞内ホウ素量を評価した。次に、 HIF-1α の蓄積と LAT1 の発現量との関係を明らかにするために、HIF-1α の遺伝子発現をノックダウンしたときの LAT1 の遺伝子発現量を評価した。最後に、HIF 阻害剤が低酸素細胞における BNCT の効果を増感するかどうかを検討するため、HIF 阻害薬を添加して低酸素条件下で 24 時間培養した後に 10B-BPA を投与し、2 時間後に中性子ビームを照射して細胞の生残率を評価した。

【結果】1% O2 の低酸素環境で培養された細胞における LAT1 の遺伝子発現量は、通 常酸素比でそれぞれ、T98G で 0.637±0.082 (P = 0.008)、HSC-3 で 0.687±0.061 (P = 0.012)、MCF-7 で 0.519±0.083 (P = 0.004) であり、いずれの細胞も LAT1 の遺伝子発現量が通常酸素条件に比べて低下した。10B-BPA 投与 2 時間後のホウ素の取り込み量は、通常酸素比でそれぞれ、T98G で 0.770±0.110 (P = 0.077)、HSC-3 で 0.663±0.074 (P = 0.010)、MCF-7 で 0.881±0.096 (P = 0.137) であった。DFO 処理細胞における LAT1 の遺伝子発現量は、通常酸素比でそれぞれ、T98G で 0.748±0.149 (P = 0.180)、HSC-3 で 0.360±0.014 (P = 0.0003)、MCF-7 で 0.551±0.034 (P = 0.008) であった。また、細胞内ホウ素 10B の取り込み量は、通常酸素比でそれぞれ、T98G で 0.799±0.033 (P = 0.003)、HSC-3 で 0.903±0.043 (P = 0.025)、MCF-7 で 0.940±0.037 (P = 0.066) であった。DFO 投与下において HIF-1α の発現をノックダウンしたところ、細胞内の LAT1 の遺伝子発現量は、HIF-1α をノックダウンしていないコントロール比でそれぞれ、T98G で 1.256±0.101 (P= 0.102)、HSC-3 で 2.354±0.093 (P = 0.004)、MCF-7 で 1.298±0.056 (P = 0.030) となり、いずれの細胞においても HIF-1α のノックダウンにより LAT1 の発現量が回復する傾向が確認された。このことから、低酸素細胞における LAT1 の発現低下に対して、 HIF-1α が関与している可能性が示唆された。さらに、HIF 阻害剤を添加して 1% O2 の低酸素負荷条件にて細胞を 24 時間培養し、10B-BPA を投与して 2 時間後に中性子照射を実施したところ、HIF 阻害剤非添加群および添加群における BNCT 後の細胞生残率は、T98G で 0.473±0.137 および 0.283±0.071 (P = 0.193)、HSC-3 で 0.424±0.062 および 0.299±0.054 (P = 0.101) であり、HIF 阻害剤の添加は中性子照射後の細胞生残率を低下させ、低酸素細胞に対する BNCT の効果を増感し得ることが示された。

【結論】低酸素細胞では、低酸素応答により蓄積された HIF-1α により LAT1 の遺伝子発現量が抑制され得ることが示された。BNCT における HIF 阻害剤の併用は、低酸素細胞に対する BNCT の治療効果を改善する可能性がある。

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参考文献

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