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抗がんペプチドの研究の進展(その1)

2018年7月18日

嶽 碩豪: 武漢生物工程学院薬学院,湖北工業大学生物工程與食品学院 発酵工程教育部重点実験室

修士大学院生。研究テーマは抗がんペプチド薬物の開発。

田 弛: 武漢生物工程学院薬学院

胡 元昭: 華南農業大学生命科学学院

張 軍林: 武漢生物工程学院薬学院 副研究員

博士。研究テーマは生理活性ペプチドの研究と応用。

概要

 世界のがん発症の比率が年々高まる中、がんはすでに、世界の死亡の主要な原因となり、重大な公共衛生問題となっている。抗がんペプチドは、腫瘍細胞膜の構造を破壊するか、がん細胞の増殖と移動、腫瘍血管の形成を抑制することができ、さらに溶血性をほとんど示さず、正常な人体細胞にほぼ損傷を与えないなどの優位性を持つことから、抗腫瘍新薬の研究の大きな焦点の一つとなっている。抗がんペプチドの主要な由来は4つに分けられる。(1)ラクトフェリンペプチド(LfcinB)やセクロピンなど抗菌ペプチド類は、細菌などの微生物に対して、対象が広く効率的な抑制活性を備え、多種類のがん細胞の増殖と生長を抑制し、がん細胞のアポトーシスを誘導することができる。(2)心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)やANP形成過程のその他のポリペプチドなどポリペプチドホルモン類は、臨床において、血管透過性の増加や減圧、ナトリウム利尿、利尿、血管平滑筋の弛緩、水塩均衡の調節、細胞増殖の抑制などの作用を持つ。最近の研究によると、これらは、腫瘍細胞を直接殺すかがん細胞DNAの合成を力強く抑制し、がん細胞の生長を抑制することができる。(3)ポリペプチド毒素類。蜂毒や蛇毒、蝎毒など毒性の比較的強い生物毒素は、多種類の腫瘍に抑制作用を持つ。(4)エンドスタチンは、腫瘍血管の生成を抑制し、がん細胞の生長と転移を抑制することができる。抗がんペプチドは、アポトーシスの誘導や細胞の膜構造の破壊、細胞の周囲または細胞内のpHの改変、免疫応答の増強などさまざまなメカニズムを通して、がん細胞の増殖を抑制する。本稿は抗がんペプチドの由来とがん抑制メカニズムを総論し、抗がんペプチドの応用の見通しを分析し、抗がんペプチドのさらなる研究と開発応用への参考を供するものである。

キーワード: 抗がんペプチド;抗がんペプチドの由来;がん抑制メカニズム

 がんは、非常に複雑な疾病であり、異常細胞が制御されない増殖を行い、正常な組織に侵入し、その他の器官に転移するものである[1]。世界的に見て、がんはすでに主要な死因の一つとなり、死亡人数の約1/8を占め、人口の変化に大きく影響している。2030までにがんの新規患者数は270万人に増えるとみられる[2]。過去数十年、がんの研究と治療は大きく進展した。だが伝統的ながん治療は効果が理想的でなく、多くの化学療法剤はがん細胞に対する殺傷性を持つが、健康で急速に分裂する細胞にも殺傷性を持ち、免疫系統も抑制する。さらにがんの薬物耐性や腫瘍エリアの薬物濃度が足りないなどの問題もあった[3]。このため治療効果は制約されるが、その原因は、がん細胞に対する薬剤の特異性不足とかかわるとみられる。新たな治療薬物、とりわけ薬物耐性の回避や転移の抑制が可能で大きな副作用がない薬物を探す必要から、抗がんペプチドはすでに新たな研究の目標の一つとなっている。抗がんペプチドは、小分子ポリペプチド類の新型抗がん薬物の一種であり、腫瘍細胞の膜構造を破壊するか、がん細胞の増殖や移動、腫瘍血管の形成を抑制することを通じて、がん細胞の殺傷効果を示し、正常細胞への毒性が低いことから、抗腫瘍新薬研究の焦点となっている。

 少数の抗がんペプチドはすでに臨床実験段階にある。カリフォルニア海域のホヤから得た3種のデプシペプチドDidemin A・B・Cはいずれも、体内外での抗腫瘍・抗ウイルス作用を備えていた。そのうちBは活性が最も強く、白血病細胞L-1210に対する50%阻害濃度(IC50)は7.5×10-4μg/mLだった。投与量0.1μg/mLの際には、乳がんや卵巣がん、子宮がん、前立腺がん、膀胱がん、胃腸がんなどのいずれにも明らかな抑制作用を示した。すでに化学的な全合成に成功し、合成品の抗腫瘍活性は天然品とほぼ同じで、第Ⅱ相臨床研究に入った初の天然海洋ポリペプチド類抗腫瘍薬物となった[4]。Kahalalide Fは、海洋軟体動物から抽出された環状デプシペプチドであり、がん治療の効果は良好で、すでに第Ⅱ相臨床研究に入っている[5]。人工合成されたKahalalide FであるElisidepsin(PM02734)も第Ⅱ相臨床試験段階に入っている[6]。Tasidotin(ILX-651)は、合成されたドラスタチン15の誘導体であり、肺がん治療の第Ⅲ相臨床段階に入っている[7]。Glembatumumab vedotinは、抗体とポリペプチドの結合したドラスタチン10の誘導体であり、主に乳がんの治療に用いられ、2件の研究で第Ⅰ相臨床試験と第Ⅱ相臨床試験が行われている[8]。Plitidepsinは、地中海の尾索動物Aplidium albicansから分離して得られたもので、肺カルチノイド、黒色腫、神経芽細胞腫、白血病、多発性骨髄腫、リンパ腫の治療に用いられる。現在は主に、人工合成の方法で得られ、すでに第Ⅲ相臨床研究に入っている[9]。これらの抗がんペプチドは初めは動物から分離して得られ、その後は人工合成され、適当な修飾も加えられ、さらに良好な効果の発揮が図られている。

 本稿は、各種の抗がんペプチドの研究の進展を分析することを通じて、抗がんペプチドのさらなる研究と新薬の開発の参考に供し、より多くの抗がんペプチドが可能な限り早期に臨床研究に入ることを期したものである。

1 抗がんペプチドの由来

1.1 抗菌ペプチド由来の抗がんペプチド

 抗菌ペプチドは、多くの生物体の先天免疫の一部であり、人体の固有の免疫過程に参加する。この種の活性ポリペプチドは、細菌に対して、対象が広く効率的な殺菌活性を備えている。一部の抗菌ペプチドは、真菌や原虫、ウイルスに対して明らかな殺傷作用を備えている。さらに傷口の癒合を促進し、がん細胞とがん固形腫瘍に対して攻撃作用を持つが、正常な細胞は破壊しない。抗菌ペプチドの研究の深まりに伴い、人々は、一部のカチオンの抗菌ペプチドが独特な抗がん能力を持ち、多くのがん細胞に強力な殺傷作用を持つことを発見した。ラクトフェリンペプチド(LfcinB)は、ラクトフェリンが消化器内で胃プロテアーゼの加水分解を経ることによって放出された25のアミノ酸残基を含む短鎖ペプチドである。LfcinBは抗菌の対象が広く、さまざまな種類のグラム陽性菌やグラム陰性菌、真菌、カビを抑制でき、熱とpHに対して安定的で、さまざまなプロテアーゼに失活されることはない。このうちLfcinBの8番目のトリプトファンと分子内のジスルフィド結合は重要な抗菌作用の配座となる。近年の研究によると、抗菌ペプチドLfcinBは腫瘍細胞に対して細胞毒性作用を持ち、ヒトの白血球や卵巣がん細胞、乳がん細胞、線維肉腫細胞、悪性黒色腫細胞、線維神経細胞腫細胞の増殖と生長を抑制し、腫瘍のアポトーシスを誘導できる。

 セクロピンは、昆虫や哺乳動物の免疫血リンパ中に広範に存在する成分である[10]。1974年、スウェーデン人科学者のBomanら[11]は初めて、セクロピアサン(Hyalophola cecropia)の蛹からセクロピンを誘導し、その一級構造を測定した。すでにセクロピンは多くの種類があり(Cecropins A、B、C、D、E、F)、同じファミリーに属し、いずれも34-39個のアミノ酸からなり、配列は高度に同源であることを証明した。セクロピンファミリーのうちセクロピンB(Cecropin B,CB)は、効率的な抗菌と細胞溶解特性を持つ両親媒性ポリカチオンペプチドである。ある研究によると、CBは、細菌の細胞膜を分解できるだけでなく、白血病細胞や胃がん、肺がんを含むがん細胞を殺すことができる。より効果の高い抗がんペプチドを生産するためには、天然CBの配列を設計・改造する必要がある。CB N端の両親構造(KWKVFKKIEK)を3回重複し、重複配列がAla-Gly-Pro(AGP)で橋渡しされた新型抗がんペプチド、CB1aはこうして生まれた[12]。ある研究[13]によると、CB1aは、いくつかのがん細胞株に抵抗する活性を持ち、正常細胞に対する毒性は小さい。動物実験によると、CB1aは、ヒトの肺がん細胞を移植したマウスの腫瘍の生長を大きく抑制することができた。がん細胞を異種移植した後にマウスにCB1aを投与すると、腫瘍の体積の増加を抑制することができた。CB1aの皮下注射の位置とがん細胞の皮下移植点はマウスの体長の2/3で、この距離は、CB1aは血液中で十分に長い時間留まり、遠い位置まで移動し、抗がん作用を発揮できるということを示す。またこの結果は、CB1aがマウスの血液中で比較的長い半減期を持つことも示している。

1.2 ポリペプチドホルモン類

 哺乳動物においては、ナトリウム利尿ペプチドファミリー(NPS)には、心房性ナトリウム利尿ペプチド(Atrial natriuretic peptide,ANP)と脳性ナトリウム利尿ペプチド(Brain natriuretic peptide,BNP)、C型ナトリウム利尿ペプチド(C-typenatriuretic peptide,CNP)が含まれ、ミドリニシキヘビの毒液からもD型ナトリウム利尿ペプチド(Dendroaspis natriuretic peptide,DNP)が発見されている[14]。心房性ナトリウム利尿ペプチドは、28個のアミノ酸残基からなる多機能活性ペプチドである[15]。1984年、De boldは、ラットとヒトの心房組織からナトリウム利尿・利尿の活性ポリペプチド物質、心房性利尿ペプチドを分離した。このペプチドは臨床で、血管の透過性や減圧、ナトリウム利尿、利尿、血管平滑筋の弛緩、細胞増殖の抑制などの作用を備え、血圧の維持や水・ナトリウム均衡、心血管疾患の病理生理過程中で果たすその重要な役割は幅広く認められている[16]。2015年には、研究によって、このペプチドが、腫瘍細胞を直接殺すか、がん細胞DNAの合成を強力に抑制することによって、がん細胞の生長を抑制し、正常な人体細胞に対しては毒性反応を生じないことを発見した。心臓内のproANPはCorinを通じて持効型ナトリウム利尿ペプチド(LANP)、血管拡張物質(VD)、カリウム利尿ペプチド(KP)、心房性ナトリウム利尿ペプチド(ANP)に酵素分解される[17]

 LANPは、アルドステロンの分泌を抑制することができ、さらに内分泌系に影響し、游離したT4とT3を減少させ、循環TSHの水準を高めることができる。これは甲状腺に直接作用し、T4とT3の放出を減らすことができる。LANPは各種のがん細胞の生長に対しても抑制作用を持ち、新型の抗がん薬として期待される。ある研究によると、ANP治療の採用は、がん患者の手術後の再発率を大きく引き下げることができた[18]。α1胸腺ペプチドと化学療法の併用は、高齢者の後期の胃がんの治療で良好な臨床効果を示し、CD3+1、CD4+の濃度を高め、人体の免疫機能を増強することができる[19]。これらのポリペプチドホルモン類抗がんペプチドは、人体の内分泌調節系統に由来し、もともと一定の生理調整作用を持ち、がんの治療に用いた場合、一般的に比較的良好な生体適合性を持つ。

1.3 ポリペプチド毒素類

 メリチンは溶血ペプチドとも呼ばれ、蜂毒の乾燥重量の約50%を占め、蜂毒の最も主要な成分となっている[20]。メリチンは、26個のアミノ酸残基からなり、中間エリアには19個の疎水性アミノ酸残基を備える。分子中に2つのプロリン残基と3つのアルギニン残基が存在することから、これは強アルカリ性ペプチドとなり、その分子量は約2.84kDである[21]。メリチンは、血管平滑筋の細胞核と肝がん細胞のアポトーシスを促す[22]。体内試験の結果も、メリチンがBalb/cヌードマウス中で顕著ながん細胞生長抑制を生むことを示した。蝎毒はmRNAレベルではp21遺伝子の発現に明らかな影響は及ぼさないが、タンパク質レベルではp21遺伝子の発現を大きく高め、100μg/mLが最適濃度だった。これは蝎毒ががん細胞増殖を抑制する機序の一つが、がん細胞内のp21遺伝子のタンパク質の発現の増強を通じて[23]、細胞が細胞周期に入るのを阻止するものであることを示している。蛇毒は、毒性の強い生物毒素であり、多くの腫瘍に抑制作用を持っている[24]。すでに多くの成分が蛇毒から分離・純化され、腫瘍の治療研究に用いられている。蛇毒の毒素は3種の成分(ジスインテグリン、細胞毒素、アポトーシス誘導成分)を通じて抗腫瘍作用を発揮する。これら3種の成分は完全に独立したものではなく、毒素の抽出物が両面から協同して抗腫瘍作用を生むこともある。

1.4 血管エンドスタチン類

 固形腫瘍の腫瘍細胞の数量と腫瘍内の毛細血管内皮細胞の数量は高度に協調・一致し、毛細血管は腫瘍細胞の増殖を促進し得る。固形腫瘍は2-3mmとなった後、新たに生まれる血管によって支えられなければ、腫瘍の生長は停止する[25]。腫瘍の新生血管の生成は、腫瘍の生長や転移の過程で重要な役割を果たす[26]。エンドスタチンは、11個のアルギニン残基からなるアルカリ性エリアを持ち、このエリアはヘパリンの結合部位となる。これはヘパリンに対するエンドスタチンの親和力の高さの原因であり、エンドスタチンも、このエリアを通じて血管新生因子とヘパリンの競合性結合を行い、血管新生の抑制作用を起こす。膀胱腔内へのアデノ随伴ウイルス-エンドスタチン注入は、腫瘍の血管新生を抑制し、膀胱がんの発生と進行を抑制することができる。血管新生抑制剤nintedanibとドセタキセルの組み合わせは、後期の非小細胞肺がん(NSCLC)の第二選択療法に用いることができる[27]。漿膜腔内へのアデノウイルスベクターによって仲介されたエンドスタチン遺伝子の応用は、VEGFの作用に対抗し、腫瘍による漿膜腔の滲出液量を大きく抑制し、腫瘍のアポトーシスを促進し、生存期間を延長することができる[28]。血管エンドスタチンはすでに、薬物として承認され、化学放射線療法と組み合わせた治療方法は、治療効果が高かっただけでなく、患者の生活の質も高まり、有害反応の深刻度も明らかに下がった[29]。このようにエンドスタチンと化学放射線療法との組み合わせは、毒性が比較的低いだけでなく、比較的良好な安全性と耐性を備える。

その2へつづく)

参考文献

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※本稿は岳碩豪,田弛,胡元昭,張軍林「抗癌肽研究進展」(『生物技術通報』2017年第33卷第11期、pp.41-47)を『生物技術通報』編集部の許可を得て日本語訳/転載したものである。記事提供:同方知網(北京)技術有限公司


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