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「5-ALA+SFC」でミトコンドリア機能改善を証明、ミトコンドリア病根治薬として期待-千葉県こども病院ら

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2019年07月25日 PM01:15

+クエン酸第1鉄ナトリウム」の効果を検証

千葉県こども病院は7月23日、ミトコンドリア病の患者由来皮膚線維芽細胞において、5-アミノレブリン酸(5-ALA)およびクエン酸第一鉄ナトリウム(SFC)がミトコンドリア機能を改善させることを世界で初めて明らかにしたと発表した。この成果は、同院遺伝診療センター・代謝科/千葉県がんセンター研究所の村山圭研究グループ代表、埼玉医科大学小児科の大竹明教授、順天堂大学難病の診断と治療研究センターの岡崎康司教授・センター長との共同研究によるもの。研究成果は、「Scientific Reports」に7月22日付でオンライン掲載された。


画像はリリースより

ミトコンドリア病は、遺伝子異常によりミトコンドリア呼吸鎖酵素の活性が低下し、その結果、体の中でエネルギーとなるATPの産生量が低下し、多彩な臨床症状を呈する疾患。これまでに創薬を見据えたミトコンドリア病の診断・研究を進めてきている研究グループは、ミトコンドリア病の生化学的診断だけでなく、新規病因遺伝子を多数同定・報告し、それらのレジストリシステムを構築することで、日本におけるミトコンドリア病診療の基盤構築に寄与してきた。しかし治療に関しては、これまで十分なエビデンスをもつ根本的治療法はなく、対症療法のみだった。

5-ALAは、もともと生体内に存在する天然のアミノ酸の一種であり、生体においてはポルフィリンの前駆体として働いている。5-ALAはSFCと結合することで、ミトコンドリア呼吸鎖複合体II, III, IV、およびシトクロームCの構成要素となるヘムになる。動物実験では、5-ALA+SFCがCOX活性やATP産生量の増加、呼吸鎖複合体の発現量を増加させるなど、ミトコンドリア機能を改善させることや、抗酸化・抗炎症作用を有するヘムの分解酵素であるHO-1の発現も亢進させることが報告されていた。こうした背景から、5-ALA+SFCはミトコンドリア病の治療薬として、効果が期待されていた。

ミトコンドリア酸素消費量とATP産生量を増加

今回研究グループは、AMED村山班の構築した診断システムより診断された、ミトコンドリア病の患者由来皮膚線維芽細胞を用いて、5-ALAおよびSFCの効果を検証。正常皮膚線維芽細胞においては、 5-ALA、SFCおよび 5-ALA+SFCを添加した培地を用いて計10日間培養を行い、OXPHOS関連タンパク・遺伝子発現、ミトコンドリア酸素消費量、ATP産生量、HO-1発現、 コピー数の解析を行った。ミトコンドリア病患者由来線維芽細胞は5-ALA+SFC含有培地で、同様の培養を行った後に、各解析を行った。

まず、正常線維芽細胞において、5-ALA、SFC、5-ALA+SFCがOXPHOS関連タンパク質・遺伝子に与える効果を検証した結果、NDUFB8 (complex I)、 UQCRC2 (complex III)、 MTCO1 (complex IV)のタンパク質発現は、5-ALA+SFC含有培地でのみ亢進していた。NDUFB8 (complex I)、SDHB (complex II)、UQCRC2 (complex III)、COX7A2 (complex IV)遺伝子発現量は、5-ALA+SFC の濃度依存性に増加していた。続いて、5-ALA、SFC、5-ALA+SFC含有培地で培養した正常細胞におけるミトコンドリア酸素消費量、ATP産生量を測定した結果、酸素消費量は全ての培地において、コントロール(5-ALA、SFC、5-ALA+SFC 添加なし)と比較して上昇を認めたが、最大酸素消費量(MRR)で比較すると、5-ALA+SFC 含有培地(200/100μM)で最も有意に酸素消費量が増加することが判明した。また、ATP産生量はSFC単独では増加せず5-ALA+SFC(200/100μM)において最も増加することが確認された。

次に、ミトコンドリア病の患者由来皮膚線維芽細胞における、5-ALA+SFCのOXPHOS関連タンパク質発現への効果を検証した結果、UQCRC 2 (Complex III)、MTCO1 (Complex IV)は全ての患者細胞において発現が亢進していた。NDUFB8 (Complex I)は 5/8症例、SDHB (Complex II)は2/8症例において、発現の増加が確認された。5-ALA+SFC含有培地で培養された患者由来皮膚線維芽細胞を用いてミトコンドリア酸素消費量を解析したところ、全ての症例で最大酸素消費量の有意な上昇を認めた。また、ATP産生量は7/8症例で有意な増加を認めた。これらの結果から、正常細胞だけでなく、ミトコンドリア病患者由来の皮膚線維芽細胞においても、酸素消費量、ATP産生量を指標としたミトコンドリア機能を改善させることが確認された。

HO-1発現とmtDNAコピー数も増加

さらに、5-ALAとSFCがHO-1タンパク質の発現に与える影響を検証した。5-ALA、SFC、および5-ALA+SFC含有培地それぞれで培養した正常細胞においては、5-ALA+SFC含有培地でのみHO-1 タンパク質発現が増加していた。HO-1遺伝子の発現量は、5-ALA+SFC含有培地でのみ濃度依存性の上昇を認めた。同様に患者由来細胞においても、HO-1タンパク質発現は 5-ALA+SFCの濃度依存的に増加することがわかった。

HO-1は、ミトコンドリアの品質管理、融合と分裂や、ミトコンドリアの生合成を促すことが報告されている。正常細胞、患者由来細胞において、5-ALA+SFCによるmtDNAコピー数の変化(mtDNA/nDNA)を解析したところ、正常細胞においては5-ALA+SFC(200/100μM)により、約3.5倍mtDNAコピー数が増加することが確認された。患者由来細胞においては、5/8症例で有意にmtDNA コピー数が増加していた。

今回世界で初めて行われたミトコンドリア病の患者由来細胞に対する5-ALA+SFCの効果検証により、5-ALA+SFCは呼吸鎖複合体II、III、IV、およびシトクロームCの構成タンパクであるヘムの合成を促すだけでなく、HO-1の合成を促進することでmtDNAコピー数も増加させ、呼吸鎖複合体Iを含む全ての呼吸鎖複合体の発現を促し、ミトコンドリア酸素消費量、ATP産生量を増加させることが明らかになった。「今回の研究結果は、5-ALA+SFCが残存するミトコンドリア呼吸鎖酵素を強化することでミトコンドリア機能を改善させる酵素強化療法、すなわち根本治療としての有用性を示唆するもので、ミトコンドリア病の新しい治療薬として大いに期待される」と、研究グループは述べている。

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