放射線と併用した温熱療法に関する最近の前臨床研究

伊藤　誠*

愛知医科大学　放射線科

温熱療法(Hyperthermia)と放射線治療の併用の有用性は古くから知られたところである¹⁾．両者の併用は①放射線抵抗性であるS期細胞は温熱に高感受性を示し，②温熱により放射線抵抗性である低酸素がん細胞に酸素供給が進み，さらに，③温熱は放射線によるDNA損傷に関与する修復タンパクの機能を阻害する等多くの利点がある．一般に，放射線療法後の温熱療法が効果的であるが，42.5 ℃以上であれば，温熱前処理でも併用効果が期待できるなど両者の併用は合理的と言える．最近，デンマークのAarhus University 病院のHorsman教授らのグループが温熱と放射線の両者併用に関する前臨床研究成果を発表したので紹介したい．

ひとつは，X線または陽子線を用いた寡分割照射（分割回数を減らし単回線量を増やした治療法）^#1と温熱療法を併用した際の増強効果を前臨床モデルで包括的に評価した初めての研究である²⁾．寡分割照射は照射回数を減らせる利点があるが，再酸素化の可能性が低下し，高線量照射による腫瘍血管破綻のため放射線抵抗性の低酸素細胞を増加させる可能性があるため，新たな増感手法との併用が求められる．研究目的は，X線と陽子線による寡分割照射と温熱療法の至適併用条件を決定し，単回温熱処置の効果，放射線分割，および両治療法間の時間間隔を最適化することである．特に，腫瘍制御の最大化と正常組織損傷の最小化を目指した．実験方法では，12-16週齢雄性CDF1マウスの右後足にC3H乳癌細胞を移植し，寡分割照射（5，10，15 Gyを3分割で3-4日間隔）を実施した．温熱療法は40.5-42.5 ℃で60分間，最終照射後30，90，180分の間隔で実施し，腫瘍増殖遅延^#2と急性皮膚湿性落屑^#3について調べられた．また，3×10 Gy照射24時間後のDNA損傷（γ-H2AXフォーカス形成）^#4と最終照射1時間後の腫瘍低酸素状態をピモニダゾール染色^#5により評価した．結果は，X線と陽子線は同様の効果を示し，温熱療法は温度が高いほどかつ時間間隔が短いほど効果が大きかった．42.5 ℃，30分間隔での温熱増強比（TER）^#6は腫瘍でX線1.53，陽子線1.60を示した．正常皮膚のTERはX線1.23，陽子線1.17と低く，治療効果比（TGF）^#7はそれぞれ1.24，1.36となった．DNA損傷評価では42.5 ℃処理により重篤な損傷核が有意に増加し，低酸素分画は両照射法で減少した．結論として，寡分割照射と単回温熱療法の併用は42.5 ℃，30分間隔で治療利益をもたらし，X線と陽子線は同等の効果を示すとされた．温熱療法の主な作用機序は短時間間隔ではDNA修復阻害，長時間間隔では低酸素細胞への直接細胞毒性と考えられた．本研究はX線と陽子線による寡分割照射と温熱療法の併用について，温度，時間間隔，放射線種を系統的に比較した初の包括的前臨床研究として高く価値される．陽子線と温熱療法の併用効果についてのデータが限られている中で，X線と同等の効果を示したことは臨床的に重要な知見である．ただし，単一腫瘍モデルでの検討に留まっており，異なる組織型や部位での効果検証，ならびに分割回数や線量の最適化についてのさらなる研究が必要であり、加えて，温熱の直接的な細胞影響の詳細なメカニズムの解析も今後の課題であろう．

もうひとつは，再発マウス腫瘍および正常皮膚における再照射^#8と温熱療法の前臨床研究である³⁾．この研究は，再発腫瘍に対する再照射と温熱療法の併用効果を前臨床モデルで系統的に評価した初めての包括的研究である．再発癌治療では正常組織の放射線耐容性が問題となるため，治療効果を維持しながら副作用を軽減する戦略が求められる．目的は，正常組織と再発腫瘍に対する至適な初期照射線量を決定し，再照射と温熱療法併用時の放射線増感効果を定量的に評価することである．さらに，治療効果比（TGF）を算出し，腫瘍制御と正常組織毒性のバランスも検討された．実験では，10-14週齢の雄性CDF1マウスを用い，右後足にC3H乳癌細胞を移植した再発腫瘍モデルが用いられた．初期実験で正常皮膚には30 Gy，腫瘍には40 Gyの初期照射線量を設定し，30日後に再照射を実施した．温熱療法は42.5℃で1時間，再照射30分後より開始した．皮膚反応は急性皮膚毒性スコア（0.5-3.5）で評価し，腫瘍制御は90日間の観察期間で判定した．結果は，再照射による皮膚障害のMedian Damaging Dose(MDD)₅₀^#9は25 Gyであったが，温熱療法併用により18 Gyに減少し，熱増強比（TER）1.4を示した．これに対し，腫瘍制御では，Tumor Control Dose (TCD)₅₀^#10が再照射単独の49 Gyから温熱療法併用で29 Gyに著明に減少し，TER 1.7を達成した．これによりTGF 1.2が得られ，温熱療法が腫瘍により選択的に効果を発揮することが示された．興味深いことに，単回照射のTCD₅₀は54 Gyであったので，再照射の方が効率的であることが判明した．しかしながら，重要な課題として，温熱療法併用群47匹中23匹（48.9%）が治療関連毒性により研究から除外された点が挙げられる．このうち6匹が死亡，13匹が重篤な皮膚反応または20%以上の体重減少により安楽死となった．この高い脱落率により高線量域での完全な線量反応曲線を得ることができなかった．また，30日間隔での評価のため，正常組織の完全な回復は評価されておらず，より長期の観察が必要である．結論として，温熱療法は再照射の治療効果を有意に増強し，特に腫瘍に対してより大きな増感効果を示すことが証明された．本研究は再照射と温熱療法併用の影響を正常組織と腫瘍の両面から初めて評価した点で高い新規性が認められる．他方で，臨床応用には慎重な線量最適化と厳密な安全性監視が不可欠となる．また，単一腫瘍モデルでの知見のため，組織型の違いを含めた検証や分割照射・免疫療法併用など臨床に即した前臨床研究も求められる．

参考文献

1. Hill S.A., Denekamp J.: The response of six mouse tumours to combined heat and X rays: implications for therapy. Br J Radiol, 52: 209-218, 1979.
2. Folefac C.A., Sinha P.M., Bassler N., Sitarz M.K., Mortensen D., Busk M., Qian H., Krawczyk P.M., Oei A.L., Elming P.B., Horsman M.R.: Pre-clinical studies investigating the combination of hypofractionated radiation with hyperthermia in a murine tumor and normal skin. Int J Hyperthermia, 42: 2545400, 2025.
3. Folefac C.A., Sinha P.M., Bassler N., Sørensen B.S., Horsman M.R.: Preclinical study of reirradiation with hyperthermia in recurrent murine tumors and normal mouse skin. Acta Oncol, 64: 972-978, 2025.

用語解説

^#1寡分割照射: 従来の30-33分割（1.8-2 Gy/回）より少ない分割数で高線量を投与する放射線治療法．技術進歩により精密照射が可能となり採用が増加している．

^#2 腫瘍増殖遅延（Tumor Growth Delay）: 治療後の腫瘍が初期体積の3倍に到達するまでの時間．放射線治療効果の前臨床評価で標準的に使用される指標.

^#3 湿性落屑（Moist Desquamation）: 放射線による急性皮膚反応の重度な症状．表皮の完全剥離により真皮が露出し，滲出液を伴う状態で正常組織耐容性の指標.

^#4 γ-H2AXフォーカス: DNA二重鎖切断が生じた際に形成される修復タンパク質の集積点．放射線によるDNA損傷の定量的評価に用いられる重要なバイオマーカー．

^#5ピモニダゾール染色: 低酸素環境でのみ代謝される化合物を用いた組織化学染色法．腫瘍内の低酸素領域を可視化し, 低酸素分画の定量的評価に使用される．

^#6 TER（Thermal Enhancement Ratio, 熱増強比）: 温熱療法なしの効果線量を温熱療法併用時の効果線量で割った値．1より大きいほど温熱療法の併用による増感効果が高い.

^#7 TGF（Therapeutic Gain Factor, 治療効果比）: 腫瘍のTERを正常組織のTERで割った値．1より大きい際には、腫瘍選択的な治療効果を示す．

^#8再照射（Re-irradiation）: 過去に放射線治療を受けた部位に対して再度行う放射線治療．正常組織の放射線記憶により耐容線量が低下するため，慎重な線量設定が必要．

^#9 MDD₅₀（Median Damaging Dose 50）: 50%の動物に特定レベル以上の皮膚障害（本研究では≥2.5スコア）を引き起こす放射線量．正常組織の放射線耐容性の指標．

^#10 TCD₅₀（Tumor Control Dose 50）: 50%の腫瘍で完全制御を達成するために必要な放射線量．腫瘍の放射線感受性を示す重要な指標．

利益相反に関する開示：
　著者に利益相反状態は認められなかった．

Mini-review:
Recent Preclinical Studies on the Combination of Radiation and Hyperthermia

MAKOTO ITO*

Department of Radiology, Aichi Medical University Hospital

*Corresponding author: itou.makoto.292（アットマーク）mail.aichi-med-u.ac.jp
Key Words: Hyperthermia, hypofractionated radiation, proton therapy, combination, preclinical study

Received: 6 October, 2025

Accepted: 8 October, 2025

Thermal Medicine2025.41(4)掲載予定

前立腺肥大症の罹患率は加齢とともに増加し, 前立腺肥大症で50歳以上の患者の50-70％, 80歳代の患者の80％以上は排尿障害, 頻尿などの下部尿路症状を呈する1)．中等度 から重度の下部尿路症状に対する治療の第一選択はα1ブロッカー†1や5α還元酵素阻害剤†2の内服であるが, これらの内服は, 射精障害，精液減少などの性機能を障害するため，代 替治療が望まれている．また, 手術治療としては経尿道的前立腺切除術(TURP†3)が伝統的に標準手術であったが, 同様に手術侵襲や術後性機能障害が懸念されるため，代替手術が望ま れている．TURPに代わる低侵襲手術手技として水蒸気温熱治療(Rezum System)が開発され，米国食品医薬品局に2015年に認可された．今回, 水蒸気温熱治療の多施設ランダム化偽対照比較試験の最 終5年間の結果が公開されたので紹介する2)．
水蒸気温熱治療(Rezum System)の原理を概説する．103℃の水蒸気を経尿道的に前立腺組織に対し9秒間噴霧し，前立腺組織を約70℃まで上昇させ，組織を壊死させるものである．水蒸気は540 cal/mlのエネルギーを蓄積してお り，水蒸気が前立腺組織内で水に戻る際（相転移）に，このエネルギーが瞬時に放出され，組織の壊死はこのエネルギーを用いている．前立腺の外側は前立腺組織の肥大により偽被膜が形成されているため, 水蒸気は偽被膜を通過 せず，治療効果は前立腺内部に限局すると考えられる．なお，偽対照群は19-22Fr硬性膀胱鏡を治療群と同様に前立腺部尿道まで挿入を行った．
2013年9月から2014年8月までに384名がエントリーし，スクリーニングの結果197名が試験に参加した．適応基準は50歳以上，IPSS†4>13，前立腺体積が30～80 cm3，中葉肥大†5がないことである．治療群と偽 対照群を2:1にランダムに分け, 135名が治療群，61名が偽対照群となった．偽対照群61名中53名が試験開始3ヶ月後にクロスオーバーとしてRezum治療を受けた．
治療効果判定には①IPSS†4 ②IPSS QOL†5 ③Qmax†6 ④BPHII†7を用いた．また観察期間5年間における再手術の頻度も検証した．治療群ではIPSSは, 治療から3ヶ月で22.0から10.6へ下降し，5年間低値 を維持した．IPSS QOLも同様に, 治療から3ヶ月で4.4±1.1から2.3±1.5へ下降し，さらに治療から5年後に2.2±1.4へ下降した．Qmaxは, 治療から3ヶ月で9.9±2.2 ml/秒から15.5±6.7 ml/秒へ上昇 し，5年間維持した．BPHIIも同様に術後半年で51%減少し，5年後では最大値の45%で維持していた．5年間で水蒸気手術やレーザー核出術などの再手術となった症例は5%未満であった．また，クロスオーバーで3ヶ月後にRezumを施行した群も同様の結果を示した．
　有害事象は治療群と偽対照群で，術後の排尿困難16.9%:18.9%，血尿12.5%：1.3%，血精液症†87.4%：3.8%，頻尿5.9%：5.7%，尿閉4.4%：5.7%，尿路感染症3.7%：7.5%，精液量減少3.7%：7.5%と差は認めなかった．
　他の低侵襲手術手技には経尿道的前立腺つり上げ術がある．しかし，これはインプラントで前立腺組織をつり上げて尿道を広げる手術であり，前立腺組織は摘除しない．このため5年間の再手術率は13.6%である3)．また，温熱治療を利用した経尿道的手術手技として経尿道的針焼灼術(TUNA†9)4)，経尿道的マイクロ波高温度治療術(TUMT†10)5)もあるが，5年間の再手術率はそれぞれ約50%，20%と高率である．
安全性，性機能の維持,そして特に長期間の効果の持続という観点から前立腺肥大症による中等度から重度の下部尿路症状に対する水蒸気温熱治療は選択肢の一つと考えられ,本邦でも施行される症例が増えている.
参考文献
1) Egan K.B.: The epidemiology of benign prostatic hyperplasia associated with lower urinary tract symptoms: prevalence and incident rates. Urol Clin North Am, 43: 289-297, 2016.
2) McVary K.T., Gittelman M.C., Goldberg K.A., Patel K., Shore N.D., Levin R.M., Pliskin M., Beahrs J.R., Prall D., Kaminetsky J., Cowan B.E., Cantrill C.H., Mynderse L.A., Ulchaker J.C., Tadros N.N., Gange S.N., Roehrborn C.G.: Final 5-Year outcomes of the multicenter randomized sham-controlled trial of a water vapor thermal therapy for treatment of moderate to severe lower urinary tract symptoms secondary to benign prostatic hyperplasia. J Urol, 206:715-724,2021.
3) Roehrborn C.G., Barkin J., Gange S.N., Shore N.D., Giddens J.L., Bolton D.M., Cowan B.E., Cantwell A.L., McVary K.T., Te A.E., Gholami S.S., Moseley W.G., Chin P.T., Dowling W.T., Freedman S.J., Incze P.F., Coffield K.S., Herron S., Rashid P., Rukstalis D.B.: Five year results of the prospective randomized controlled prostatic urethral L.I.F.T. study. Can J Urol, 24: 8802-8813, 2017.
4) Hill B., Belville W., Bruskewitz R., Issa M., Perez-Marrero R., Roehrborn C., Terris M., Naslund M.: Transurethral needle ablation versus transurethral resection of the prostate for the treatment of symptomatic benign prostatic hyperplasia: 5-year results of a prospective, randomized, multicenter clinical trial. J Urol, 171: 2336-2340, 2004.
5) Mynderse L.A., Roehrborn C.G., Partin A.W., Preminger G.M., Coté E.P.: Results of a 5-year multicenter trial of a new generation cooled high energy transurethral microwave thermal therapy catheter for benign prostatic hyperplasia. J Urol, 185:1804-1810, 2011.
用語解説
☨1α1ブロッカー： 前立腺は交感神経受容体が豊富に存在し，α交感神経刺激で前立腺が収縮し排尿障害を起こす．αブロッカーにより前立腺の収縮を抑え抵抗をとり排尿改善を目指す薬剤．
☨2 5α還元酵素阻害剤： 前立腺はテストステロンが5α還元酵素により変換されたジヒドロテストステロンが作用して腫大する．5α還元酵素阻害剤によりジヒドロテストステロンの濃度を低下させ，前立腺の腫大を抑制する．
☨3 TURP: Transurethral Resection of Prostate．経尿道的前立腺切除術．内視鏡を用い経尿道的に前立腺の腺腫を電気メスで切除する．出血や性機能障害などの有害事象が多い．
☨4 IPSS：International Prostate Symptom Score．国際前立腺症状スコア．前立腺肥大症に対する症状質問表であり，点数が高い方が重症. 残尿感，頻尿，尿線途絶，尿意切迫感，尿勢低下，腹圧 排尿，夜間排尿回数の7項目の質問から成り，それぞれ0〜5点の点数をつける．合計点数が0〜7点，8〜19点，20〜35点をそれぞれ軽症，中等症，重症と評価する．また，QOLスコアは現在の排尿状態に対する患者自身の満足度を示す指標で，0点（とても満足）から6点（とてもいやだ）までの7段階で評価し，軽症（0〜1点），中等症（2〜4点），重症（5〜6点）に分類する．
☨5 IPSS QOL: 現在の排尿に関する患者の満足度を示す指標.「現在の尿の状態がこのまま続いたらどう思うか」という質問，0点（とても満足）から6点（とてもいやだ）で満足度を評価する．
☨6 Qmax: 単位時間あたりの排尿量を測定するときの最大の値．20 ml/秒が尿勢減弱の目安となっている．数値が大きい方が尿勢が良いことを示す.
☨7 BPHII: Benign Prostatic Hyperplasia Impact Index．前立腺肥大症の自覚症状を評価し，重症度を判定するための質問票の一つ．身体の不安や煩わしさを評価するもので，0〜10点で評価され,点数が高い方が，不満が大きいことを示す.
☨8血精液症: 精液に血液が混入し,精液が赤色調を示す状態のこと. 出血部位としては多くの場合精嚢または前立腺.
☨9TUNA: Transurethral Needle Ablation．経尿道的針焼灼術．針電極を前立腺に刺入し，ラジオ波で加温する．
☨10TUMT: Transurethral Microwave Thermotherapy．経尿道的マイクロ波高温度治療．経尿道プローブでマイクロ波を用いて前立腺を加温．
利益相反に関する開示：
　著者に利益相反状態は認められなかった．

Mini-review:
Water Vapor Thermal Therapy for Benign Prostate Hyperplasia
NORIYASU KAWAI*
Department of Urology, Nagoya City University Midori Municipal Hospital
Nagoya 458-0037, Japan.
*Corresponding author: n-kawai@med.nagoya-cu.ac.jp
Key Words: water vapor thermal therapy, benign prostate hyperplasia, clinical trial
Received: 15 June, 2023
Accepted: 31 July, 2023

Thernal medicine Vol.39(3)掲載予定

一般社団法人日本ハイパーサーミア学会事務局
〒630-8105　奈良県奈良市佐保台3丁目902-58
Tel, 0742-93-6360; Fax, 0742-93-6361;
e-mail, jsho@jsho.jp

生物は，太陽からの光と気温の変化によって一日の変化を感じ取っている。生物にとって，光と温度は自然界に存在する身近な刺激である．生物がどのようにして環境刺激を信号として感知しているのかについては，多くの研究がなされてきた．
1960 年代に発見された緑色蛍光タンパク質は「光観察」のツールとして生命科学に革新をもたらし，2008 年のノーベル化学賞に選ばれた．「光観察」に続く「光操作」のための革
新的技術を光遺伝学†1（オプトジェネティクス）と呼ぶ．また、「光遺伝学のチャネルロドプシン」や，2021年のノーベル医学・生理学賞に選ばれた「温度受容体および触覚受容体」は，いずれもチャネルを介した電気信号として脳に刺激情報を伝える．一方で，チャネルを介さない光や温度の感知については，未解明の点が多く残されている．
今回紹介するMolecular Cell誌に掲載されたDi Chenらの論文では，光と温度を感知することが知られていた植物由来の色素タンパク質であるフィトクロムB†2の「相分離」における役割について報告している1)．相分離は，生体分子が相互作用を介して集合状態を形成し，特定の生命機能の発現を制御している物理化学的な現象として2010年代に注目されるようになった2)．この論文では，フィトクロムBのN末端側に存在する100アミノ酸残基程度の領域が，特定の構造を持たない天然変性†3領域であり，この領域
がフィトクロムBの光応答性の相分離において重要であることが示された．このフィトクロムBの光応答性の相分離は赤色光によって誘導され，遠赤外光によって解消されることが示された．さらに，このフィトクロムBの赤色光によっ???
 誘導される相分離液滴が温度上昇†4によって解消され、温度低下によって再び相分離液滴の形成が起こる温度応答性も示された．
　今回の研究では，一つのタンパク質分子が光や温度を相分離という現象を通じて感知している知見について紹介した．しかしながら，それらの刺激をどのように生命活動に活用しているのかについては，まだまだ不明な点が多い。本研究がさらに発展し，光や温度を活用した治療法の確立に繋げられていくことに期待したい．

参考文献
1.    Chen D., Lyu M., Kou X., Li J., Yang Z., Gao L., Li Y., Fan L.M., Shi
H., Zhong S. Integration of light and temperature sensing by liquid-liquid
phase separation of phytochrome B. Mol Cell, 82: 3015-3029, 2022.
2.    Yoshizawa T., Nozawa R.S., Jia T.Z., Saio T., Mori E. Biological phase
separation: cell biology meets biophysics. Biophys Rev, 12: 519-539, 2020.

用語解説
†1光遺伝学：光でタンパク質を制御する手法の総称．「optogenetics」は「optics」と「genetics」を合わせた造語であり，光遺伝学と訳される．特定の細胞に光に応答するタンパク質を発現させ，外部から光を照射することで「光による操作」を可能にする．
†2フィトクロムB：植物や真菌，細菌，シアノバクテリアに含まれる色素タンパク質．フィトクロムBは，赤色光および遠赤外光の領域を対象とする光受容体である．赤色光を吸収する構造と遠赤外光を吸収する構造の2つの可逆的な構造状態を取り得る．また光刺激の無い状態（暗所）は，構造状態を元に戻すことも知られている．さらに、この構造状態の巻き戻しの過程が温度によって影響を受けることも明らかにされてきた．
†3天然変性：天然に変性した状態，つまり構造解析により特定の構造を持つことが確認できない自由度の高い状態を意味する．天然変性状態は2000年前後に核磁気共鳴法（NMR）によるタンパク質の構造解析によってその存在が明らかにされ，2010年代に注目されるようになった生物学的な相分離現象の中心的役割を果たすと考えられている．天然変性配列は，特定の構造を有するタンパク質分子の領域が鍵と鍵穴の役割を果たすのと異なり，取り得る構造的な自由度の高い特徴を生かし生体分子の集合状態を駆動し，様々な生命反応の場を提
供していると考えられている．こうして形成された動的性質の高い生体分子の集合状態のことを相分離と呼び，近年活発に研究が進められている．
†4温度上昇：本研究では，細胞を用いたタイムラプス観察では温度を15℃から30℃まで10分間に5℃ずつ上昇させ，植物個体の検討では16℃もしくは28℃の部屋に移動させることで温度変化の評価を行った．

利益相反に関する開示
　著者に利益相反状態は認められなかった．

Mini Review
Phytochrome B Phase Separation for Sensing Light and Temperature
EIICHIRO MORI*
Departments of Future Basic Medicine, Nara Medical University, Kashihara,
Nara 634-8521, Japan
*Corresponding author: emori@naramed-u.ac.jp
Key Words: phytochrome, phase separation, temperature sensing
Received: 26 August, 2022
Accepted: 16 January, 2023
Thermal Medicine 2023.39(1)掲載予定

がん免疫療法のための超音波加温による遺伝子発現調節型バクテリアの開発 －温度感受性遺伝子発現スイッチ機能搭載バクテリアの開発－

鈴木　亮
帝京大学薬学部，帝京大学先端総合研究機構

がん治療において，がん細胞を認識し攻撃できるようにキメラ抗原受容体を遺伝子導入したT細胞（CAR-T細胞）をがん患者に移入する細胞療法（CAR-T細胞療法†1）が注目されている．この CAR-T 細胞療法は，血液がんなどの
血管内のターゲットに対して著効を示すことが報告されている．しかし，血管外にがん組織が存在する固形がんに対する治療効果は，限定的であることも明らかとなっている1)．これは，移入した CAR-T 細胞のがん組織への
浸潤の低さや，腫瘍内に低酸素コアが存在することで免疫抑制的な腫瘍微小環境が形成され，がん組織に移入した細胞が腫瘍内で効率よく機能できないことなどが原因であると考えられている．一方で，このような免疫抑制的な腫瘍微小環境は，低酸素環境を好むバクテリアにとっては好都合であると考えられる．したがって，このようなバクテリアをがん患者に全身投与すると，このバクテリアは免疫抑制環境下のがん組織に到達し，免疫系に排除されることなくがん組織選択的に増殖することができる2)．そのため，このバクテリアに，がん細胞を傷
害する物質や腫瘍微小環境を抗腫瘍免疫型に転換できる物質を放出する機能を搭載する研究が進められており，がん治療への応用が進められている．このようなバクテリアの全身投!
 与において課題となるのが，バクテリアの体内動態や活性の制御などによる安全性の確保である．特に，正常組織に対する組織傷害は，重篤な副作用の発現につながるため，腫瘍選択的にバクテリアが機能するように工夫された腫瘍ターゲティングが求められている．この腫瘍ターゲティングを達成するために，化学誘導剤を利用したバクテリアの機能調節が行われている．しかし，化学誘導剤を腫瘍組織に選択的にデリバリーすることが困難であり，腫瘍特異的なバクテリアの機能調節を達成することができていない．そこで，光によるバクテリア機能
調節3) が考えられたが，深部組織への光の到達性が問題となった．この問題
を解決するため，放射線照射によるバクテリアの機能調節が考えられた)．放射線は生体透過性が高いため，深部組織のバクテリアに対する機能調節が可能となる．一方で，放射線被ばくが生じるため，患者への負担が大きくなってしまう．そのため，低侵襲的かつ患者負担の少ないバクテリアの機能調節方法の開発が望まれている．この問題を解決する方法として，集束超音波†2の利用が注目されている．そこで本稿では，集束超音波による標的部位の温度上昇を利用し，バクテリアの遺伝子発現調節を行うシステムとそのがん治療への応用について紹
介する4)．
バクテリアを利用したがん治療システムを構築するためには，がん組織にホーミングするバクテリアを使用することが望ましい．本研究では，すでに臨床においてがん治療への利用経験がある E. coli Nissle 1917  (EcN)
が選択された5)．この EcN に温度依存性発現スイッチを挿入し，温度上昇で治療用遺伝子発現のスイッチをオンにするシステムの開発が試みられた．
安全性や発現効率の観点から，スイッチオフの状態において遺伝子発現が低く，温度上昇でスイッチオンとなった状況で治療に必要な量の遺伝子発現が得られるバクテリアのデザインが求められる．そこで，生体内で温度応答性の遺伝子発現を実現するため，37℃付近で微小な温度変化に反応する高精度の温度応答性転写抑制因子を利用して，遺伝子発現を作動するシステムの探索が行われた．温度応答性転写抑制因子の候補として，39℃，38℃または42℃の温度閾値以上で活性化することが知られている TlpA39，Tcl またはTcl4
2について検討され
た．TlpA39 は Salmonella typhimurium に存在し，動物に感染した際に動物の体温で病原性遺伝子群の発現を調節する因子として機能している ．また，Tcl は，バクテリオファージラムダタンパ
ク質 “cl” の温度応答性変異体である．この“cl”は，バクテリオファージラムダウイルスの生体内での潜伏を成立させ，ウイルスの潜伏を維持するための転写抑制因子として機能していることが知られている．これら3種類の候補因子の温度応答性を評価するため，それぞれの発現抑制因子での制御下で緑色蛍光タンパク質(GFP)を発現する EcN を作成し，37℃または42℃での遺伝
子発現が比較された．今回の比較では，37℃で GFP の発現がほとんど認められず，42℃で GFP 発現が増加する因子を選択する観点で検討が行われた．その結果，3種類の転
写制御因子のうち，Tcl42 が今回の実験目的を達成するための機能として最も優れていることが明らかとなった．そこで，Tcl42 を温度応答性発現調節因子として選択された．
今回の検討で使用した発現制御システムでは，37℃において Tcl42 が目的遺伝子の上流の転写調節部位に結合し，目的遺伝子の発現を抑制している．そして，42℃への加温により Tcl42 の転写抑制効果がなくなり，
目的遺伝子が発現する方式がとられている．しかし，この転写調節は可逆的で温度低下により目的遺伝子の発現が抑制されてしまう．このように温度上昇による遺伝子発現が一過性であると，がん治療において十分な治療効果を得ることが困難であると考えられる．そこで，温度上昇で安定に遺伝子発現を得るための仕組みが加えられている．実際には，Tcl42 抑制因子により制御された pL/pR
ファージラムダ温度誘導プロモーター制御下でセリン・インテグラーゼである Bxb1
を発現させ， attP と attB サイトに挟まれた塩基配列組み替えで T7 プロモーターのスイッチをオンにしてGFPを安定的に発現させるシステムが構築された．なお，Bxb1の生理的条件下（未加温）での発現を制限するために，Bxb1上流に2つの強力なターミネーターが挿入され，Tcl42での発現抑制機能が強化されている．これにより，生理的条件下（37℃）での遺伝子発現が低く，42℃への加温により遺伝子発現を100倍に増強できるシステムを構築することが可能となった．
　そこで次に，がん治療への応用を考え，治療用遺伝子を発現するEcNの開発が進められた．今回は，治療用遺伝子として，免疫チェックポイント阻害剤として機能する抗 CTLA-4 ナノボディ†3を発現する EcN
の開発が試みられた．実際には，レポーター遺伝子である GFP 発現の上流に抗
CTLA-4 ナノボディを発現する配列を挿入した EcN が作製された．この EcN での温度感受性に関する検討が行われた．その結果，この EcN を37℃で1時間培養しても，抗 CTLA-4 ナノボディの
発現は，ほとんど認められなかった．一方，42℃または43℃で培養した結果，抗
CTLA-4 ナノボディの顕著な発現が認められた．また，42℃より43℃の方が，抗
CTLA-4 ナノボディの発現量が高いことが明らかとなった．このように，治療用の遺伝子の発現を加温により制御できることが示された．そこで，この EcN を用いて担がんマウスでの治療実験が行われ
た．BALB/c マウスの背部皮内にB細胞リンパ腫細胞株（A20）を移植し，移植7日後（腫瘍体積が約 100 mm3 ）に，治療用遺伝子を発現しない(Wild type) EcN または治療用
遺伝子発現 EcN を尾静脈から投与した．なお，今回の検討では，抗CTLA-4ナノボディ発現 EcN と抗PD-1ナノボディ発現 EcN を1：1で混合した EcN が治療用遺伝子発現
EcN として投与された．EcN 投与2日後に，がん組織に集束超音波を照射し，がん組織を43℃に加温した．加温条件は，超音波オン5分間で43℃に加温，超音波オフ5分間で生理的温度（37℃）のサイクルを6回繰り返した（治療時間としては60分間（トータル加温時間30分））．その後，腫瘍の体積変化を指標に抗腫瘍効果を評価した．その結果，Wild type の EcN 投与群および治療用遺伝子発
現 EcN を投与し集束超音波を照射しなかった群では，腫瘍の増殖抑制効果は認められなかった．一方，治療用遺伝子発現 EcN を投与し，集束超音波での加温を行った群において顕著
な腫瘍の増殖抑制効果が認められた．そこで，投与した EcN の腫瘍内での活性化について検討したところ，集束超音波を照射した群で EcN が活性化されており，集束超音波を照射しない群で
は，EcN の活性化がほとんど認められなかった．また，集束超音波をがん組織に照射したマウスにおいて，活性化した EcN は，主に腫瘍内で認められ，肝臓や脾臓ではほとんど認めら
れなかった．このことから，温度応答性 EcN と集束超音波を利用した治療用遺伝子の発現調節法は，がん組織特異的な治療用遺伝子発現を誘導できる副作用の少ない新たながん治療戦略になるものと期待される．なお，本稿で紹介した論文以外にも，バクテリアの遺伝子発現を集束超音波による加温で調節し，がん免疫療法を行う方法が別のグループから Nat. commun. に報告6)されてお
り，本技術の今後の研究動向が気になるところである．
参考文献
1)    Fuca G., Reppel L., Landoni E., Savoldo B. , Dotti G.: Enhancing
Chimeric Antigen Receptor T-Cell Efficacy in Solid Tumors. Clin Cancer Res,
26: 2444-2451, 2020.
2)    Kang S.R., Jo E.J., Nguyen V.H., Zhang Y., Yoon H.S., Pyo A., Kim
D.Y., Hong Y., Bom H.S. , Min J.J.: Imaging of tumor colonization by
Escherichia coli using (18)F-FDS PET. Theranostics, 10: 4958-4966, 2020.
3)    Lalwani M.A., Ip S.S., Carrasco-Lopez C., Day C., Zhao E.M., Kawabe H.
, Avalos J.L.: Optogenetic control of the lac operon for bacterial chemical
and protein production. Nat Chem Biol, 17: 71-79, 2021.
4)    Abedi M.H., Yao M.S., Mittelstein D.R., Bar-Zion A., Swift M.B.,
Lee-Gosselin A., Barturen-Larrea P., Buss M.T. , Shapiro M.G.:
Ultrasound-controllable engineered bacteria for cancer immunotherapy. Nat
Commun, 13: 1585, 2022.
5)    Gurbatri C.R., Lia I., Vincent R., Coker C., Castro S., Treuting P.M.,
Hinchliffe T.E., Arpaia N. , Danino T.: Engineered probiotics for local
tumor delivery of checkpoint blockade nanobodies. Sci Transl Med, 12:
eaax0876, 2020.
6)    Chen Y., Du M., Yuan Z., Chen Z. , Yan F.: Spatiotemporal control of
engineered bacteria to express interferon-gamma by focused ultrasound for
tumor immunotherapy. Nat Commun, 13: 4468, 2022.
用語解説
CAR-T細胞療法†1：がん免疫療法の養子免疫療法の1種である．患者から採取したT細胞に特定のがん関連抗原を認識する分子を発現させる．これにより，がん関連抗原を認識し，がん細胞を傷害できる細胞が調製できる．この細胞を増殖させ，患者さんに移入することで，移入した細胞によるがん細胞の効果的な傷害を誘導することができる．
集束超音波†2：波の干渉を利用して，超音波のエネルギーを任意の1点に集束することが可能となる．これにより，集束ポイントの温度を上昇させることができる．集束超音波システムは，お椀型のトランスデューで超音波を集束するタイプ，および複数のトランスデューサーから超音波を発信し，集束点を作るタイプの2種類が存在する．また，医療現場では，超音波ガイドまたはMRIガイド下で体外から超音波を照射することで患部に超音波エネルギーを集束する方法がとられている．実際に，前立腺がんや子宮筋腫の焼灼療法や本態性振戦の治療
に集束超音波が利用されている．なお，本態性振戦の治療では，無麻酔の患者に対して患者の状態を確認しながら，MRIガイド下で視床覚に経頭蓋的な方法で超音波照射が行われており，???
 戦に関わる神経伝達をピンポイントで遮断する治療が保険適用となっている．このような経頭蓋超音波照射は，低侵襲的な中枢神経疾患に対する治療法として期待されている．
ナノボディ†3：抗体から遺伝子工学的に改変して得られた抗原を認識する最小のタンパク質である．
利益相反に関する開示
　著者に利益相反状態は認められなかった．

Mini Review
Engineering of Probiotic Bacteria System for the Temperature-sensitive
Production of Immune Checkpoint Blockade Nanobodies by Intratumor Heating
with Focused Ultrasound
RYO SUZUKI*
Faculty of Pharma-Science, Advanced Comprehensive Research Organization
(ACRO), Teikyo University, 2-11-1 Kaga, Itabashi-ku, Tokyo 173-8605, Japan
*corresponding author: r-suzuki@pharm.teikyo-u.ac.jp
Keywords: Probiotics, Focused ultrasound, Cancer immunotherapy, Checkpoint
blockage, Nanobody
Received: 9 September, 2022
Accepted: 17 November, 2022
Thermal Medicine　 Vol.38(4)掲載予定

頭頸部癌に対する光免疫療法

光藤健司
横浜市立大学大学院医学研究科　顎顔面口腔機能制御学

手術，放射線治療，化学療法が癌に対する3大治療と言われ，免疫チェックポイント阻害薬の導入により、免疫治療を含めたものが第4の治療といわれるようになった。夢の治療と言われるようになった免疫チェックポイント阻害薬も，奏功率は20-30％であり，免疫関連有害事象をはじめとする特異的な合併症も多く認められる．そこで，近年侵襲も少ない近赤外線光線免疫療法が脚光を浴びるようになった．本項では特に頭頸部癌光免疫療法についての最近の話題を報告する．
1．近赤外光線免疫療法
Near infrared photoimmunotherapy(NIR-PIT)（近赤外光線免疫療法）は、がん細胞の表面の抗原に特異的な抗体に近赤外線に反応するprobeをつけ，近赤外線を照射することで治療を行うがん光免疫療法である1, 2）．NIR-PITは近赤外
の水溶性シリコンフタロシアニン誘導体であるIRdye700DX（IR700）とがん細胞の表面に発現した抗原を標的とするモノクローナル抗体（mAb）を投与するがんの分子標的光線療法である．その後の近赤外光線への局所曝露により，この光化学的「死」のスイッチが入り，その結果標的となるがん細胞の迅速かつ高度に選択的なimmuno-genic cell death（ICD: 免疫原性細胞死）☨1が発生す
る．本療法は米国国立衛生研究所の小林久隆氏により開発され，2020年9月に「切除不能な局所進行又は局所再発の頭頸部癌」を対象に，世界に先駆けて本邦で条件付き承認された．

2．頭頸部癌光免疫療法
次に頭頸部癌に対する光免疫療法の概要について述べる．本邦では切除不能な局所進行または局所再発の頭頸部癌に対して上皮成長因子受容体（EGFR）を標的とする抗EGFR抗体（セツキシマブ）とIR700を結合させたセツキシマブサロタロカンナトリウム（アキャルックスⓇ）が承認されている3)．実際にはアキャルックスの点滴静注を行い、投与20～28時間後に医療機器である BioBladeⓇ レーザシステムを用
いた波長 690 nm のレーザ光を照射する．それによって本薬品に結合している IR700
が励起することにより光化学反応を起こす4)．この結果，細胞外液が細胞内に流入することでがん細胞が膨張して物理的に破裂する．また，この抗体IR700は静脈注射によって腫瘍血管近傍の腫瘍細胞に最も高濃度で結合することができることから，近赤外線照射によってがん細胞が選択的に傷害される．
本治療の臨床研究は米国にて，切除不能な局所再発の外国人頭頸部扁平上皮癌患者を対象とした第Ⅰ/Ⅱａ相試験が行われた．第Ⅱａ相試験では30例がRM-1929を用いた光免疫療法を受け，全生存期間の中央値は9.30ヵ月（95%CI：5.16–16.92ヵ月）， 4例（13.3%）が完
全奏効，9例（30.0%）が部分奏効であった．安全性については19例（63.3%）にグレード3以上の有害事象を認めた．その後切除不能な局所再発の日本人頭頸部扁平上皮癌患者を対象に国内第Ⅰ相試験が行われた．これら二つの試験により，切除不能な局所進行または局所再発の頭頸部癌患者に対する本治療の安全性プロファイルと有効性が示された．頭頸部癌光免疫療法は日本国内の62施設（2022年4月15日時点）で治療が可能となり，頭頸部癌以外でも食道癌などで臨床試験が実施、あるいは予定されている．このように光免疫療法はさまざまながん種や治療セッティングへの応用が可能となり，臨床試験を含めた今後の開発が期待される．

参考文献
1)    Kobayashi H, Choyke P.L.: Near infrared photoimmunotherapy of cancer.
Acc Chem Res, 52: 2332-2339, 2019.
2)    Cognetti DM, Johnson JM, Curry JM, et al.: Phase 1/2a, open- label,
multicenter study of RM－1929 photoimmunotherapy in patients with
locoregional, recurrent head and neck squamous cell carcinoma. Head & Neck,
43: 3875-3887, 2021.
3)    佐藤 和秀: 近赤外光線免疫療法のメカニズムの解明. 日レ医誌 (JJSLSM),
41: 104-109, 2020.
4)    榎田 智弘, 田原 信：光免疫療法．がん分子標的治療, 19: 196-200, 2022.
5)    花井 信広：頭頸部がんの新たな治療戦略　がん光免疫療法．日耳鼻, 125:
492-493, 2022.

用語解説
☨1 immuno-genic cell death（ICD: 免疫原性細胞死）：ある種の抗がん薬は，通常のネクローシスやアポトーシスに比べ免疫応答を惹起しやすい形で，がん細胞を殺傷する．この細胞死を免疫原性細胞死とよぶ．
利益相反に関する開示
著者に利益相反状態は認められなかった

Mini-review:
Photoimmunotherapy for Head and Neck Cancer
KENJI MITSUDO*
Department of Oral and Maxillofacial Surgery, Yokohama City University
Graduate School of Medicine, 3-9 Fukuura, Kanazawa-ku, Yokohama, Kanagawa
236-0004, Japan
*Corresponding author: mitsudo@yokohama-cu.ac.jp
Key Words: photoimmunotherapy, head and neck cancer, RM-1926/ASP1929
Received: 16 August, 2022
Accepted: 31 October, 2022
Thermal Medicine　 Vol.38(4)掲載予定

学術紹介77

井関　祐也
八戸工業高等専門学校　機械・医工学コース　

　1948年に論文が発表されて以来，Pennesの生体熱伝導方程式1)は生体内の熱輸送を表す最も著名な方程式として知られている．この方程式は，血液灌流の効果を等方的とみなし，組織温度が静脈血温度に等しいと仮定している．また，血管網の構造や血流速度に依存しないため簡便である2)．このような仮定のため，主要な血管周りの温度分布推定にはPennesの生体熱伝導方程式は適用できず，熱流体工学の観点からアプローチが必要になる．
温熱療法の分野においても主要な血管周りのheat-sink効果†1がしばしば問題視されている．ラジオ波焼灼治療法（RFA：Radio Frequency Ablation）は低侵襲かつ高い治療効果が期待できる治
療方法であり，様々な腫瘍に適用できることから癌治療の主軸となっている．しかしながら，主要な太い血管に隣接した腫瘍を治療する際には，heat-sink効果によって有効加温が困難となる．さらに，過度な加温は血管に熱損傷をもたらす危険性もある．すなわちRFAにおいては，腫瘍の焼灼領域が最大となり，かつ血管への熱損傷が最小となる，トレードオフの条件を満たす治療計画の立案が求められる．今回は主要な血管周辺の熱輸送に着目した論文について紹介する．
　Chatoら3)は1本の円筒形状の血管を対象とした検討から，血管による熱輸送は，グレーツ数Gz†2によって支配されると報告している．毛細血管などのGz < 0.4では血管は完全な熱交換機として振る舞い，
血液温度は瞬時に組織温度と等しくなることを示した．一方，主要な動脈などのGz >103では組織と血液との熱交換はほとんどなく，血管出口の血液温度は流入温度と等しいことを示した．また，血液の流れによって生じる血管周りの熱伝達率†3を熱流体工学的に求める手法が示されている．その他，動脈と静脈が平行に配置されている箇所での熱輸送，皮膚表面付近の血管による熱輸送についてもまとめられている．
RFAの治療効果を予測する上で，コンピュータ・シミュレーションは強力なツールであるが，heat-sink効果を定量的に把握するには電磁界解析，流体解析，熱伝導解析らを連成解析する必要がある．特に流体解析は計算コストの高さが問題となる．Haemmerichら4)は門脈を模擬した円筒状血管に隣接する位置にLeVeen Needle形状の針電極を配置し，コンピュータ・シミュレーションによってheat-sink効果を検討した．HaemmerichらはChatoの導出した手法を援用し，血管周囲の熱伝達率を境界条件とすることで流体解析を行わずにheat-sink効果を定量的に評価することに成功している．ChatoやHaemmerichの手法は血管周辺の熱輸送を簡便に見積ることができ有益である反面，血管が幾何学的にシンプルな形状にのみ有効であるため，実際の血管構造には流体解析との連成解析がやはり不可欠である．一方，多様な治療パラメータ（加温時間t，針電極長さ方向の刺入位置x，高さ方向の刺入位置z，針電極の水平方向となす角θ）の中から最適な条件を詮索するのは，高い計算コストを鑑みると容易ではない．
　このような問題に対し，Fangら5)は肝臓の主要な血管（門脈，肝動脈，肝静脈）を有する複雑形状シミュレーションモデルに対し，応答曲面法†4によって最適な治療パラメータを最小限の試行回数で導出する試みを行った．Fangらは門脈と肝動脈の上方に位置する，楕円形状腫瘍モデル（30 mm×40 mm）に対し，上記4種類の治療パラメータの中から最適値を導き出す試行を25回にまで削減した．一般的な臨床のプロトコル6)（t = 720秒，針電極の位置xおよびzは腫瘍の中央，θ = 0°）に則って治療を行った場合，腫瘍面積の98.1％を焼灼可能
であるが，血管面積の4.1%もの領域に熱損傷が起こりうることをコンピュータ・シミュレーションによって示した．一方，応答曲面法によって導出された最適な治療パラメータ（t = 780秒，x = 中央から-3 mm，z =中央から-0.7 mm，θ = 3.6°）では，腫瘍面積の99.6%を焼灼可能であり，血管の熱損を血管面積のわずか0.4％に抑えることが可能であることが示された．これらの結果から，heat-sink効果および血管の熱損傷をゼロにすることは困難であることが示されたが，患者個々の症状に基づいた治療パラメータの最適化の重要性が示唆され，提案手法の有用性が示された．
Fangらの提案手法はコンピュータ・シミュレーションに掛かる計算コストを最小限に抑えつつ，有益な治療計画を立案可能な点において今後の展望に期待がかかる．この論文では主要な血管周りのheat-sink効果に焦点が当てられていたが，容量結合型加温装置の治療評価にも応用可能であると考えられる．例えば，加温時間，加温電力，上下電極の大きさ，電極の設置位置，電極の設置角度などが治療パラメータとして挙げられる．患者個々の医療画像から再構築した解剖学的モデルによってこれらの治療パラメータの最適値を導き出すことで臨床での治療成績の向上が期待でき，ハイパーサーミアの発展に寄与するものと思われる．
参考文献
1)    Pennes H.H.: Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the
resting human forearm. J Appl Physiol, 1: 93-122, 1948.
2)    日本機械学会，“機械工学事典”，丸善株式会社，701, 2011.
3)    Chato J.C.: Heat transfer to blood vessels. ASME Trans Biomed Eng,
102: 110-118, 1980.
4)    Haemmerich D., Wright A.W., Mahvi D.M., Lee F.T. Jr, Webster J.G.:
Hepatic bipolar radiofrequency ablation creates coagulation zones close to
blood vessels: A finite element study. Med Biol Eng Comput, 41: 317-323,
2003.
5)    Fang Z., Wei H., Zhang H., Moser A.J.M., Zhang W., Qian Z., Zhang B.:
Radiofrequency ablation for liver tumors abutting complex blood vessel
structures: treatment protocol optimization using response surface method
and computer modeling. Int J Hyperthermia, 39: 733-742, 2022.
6)    Ben-David E., Nissenbaum I., Gurevich S., Cosman E.R. Jr, Goldberg
S.N.: Optimization and characterization of a novel internally-cooled
radiofrequency ablation system with optimized pulsing algorithm in an
ex-vivo bovine liver. Int J Hyperthermia, 36 : 81-88, 2019.
7)    Mall F.: Die blut- und lymphwege in dünndarm des hundes. Ber Sach Ges
Akad Wiss, 14: 151, 1888.
用語解説
†1 heat-sink効果：熱源をheat-sourceと呼ぶに対し，放熱をheat-sinkと言う．ここでは血管を流れる血液によって熱が持ち去られる現象をheat-sink効果と呼んでいる．
†2 グレーツ数：流れの様子を表す無次元数の一つであり，Gz＝(Re×Pr×D) / Lで表す．ここで，Reはレイノルズ数†5，Prはプラントル数†6，Dは血管直径，Lは血管長さを表す．
例えばイヌの血管7)を例にすると，毛細血管の直径は8.0×10-3 mm，長さ1 mm，Re =
1.9×10-3であるためGz = 3.8×10-4となる．同様に大静脈の場合，直径12.5 mm，長さ400 mm，Re = 1375であるため，Gz = 1074となる．
†3 熱伝達率：流体と固体との間に生じる熱移動の際に熱移動のし易さを表した係数．単位はW/(m2・K)．流速や流体の種類，流路の形状等に依存するため，熱流体工学的に算出する必要がある．
†4 応答曲面法：多様なパラメータの中から最適解を導出する実験において，実験計画などに則って抽出した計測データを曲面近似し，可能な限り少ない実験回数でこれらを導き出す統計的手法である．FangらはBox-Behnken法を採用し，コンピュータ・シミュレーションによる試行を25通りに削減している．Box-Behnken法はパラメータが3つ以上の場合に有効な手法であり，他の手法と比較して試行回数を少なくすることできるが，推定精度が相対的に低い欠点を有している．
†5 レイノルズ数：流れの粘性力と慣性力の比を表す無次元数であり，Re = (u×D)
/ νで表す．ここでuは流速，νは動粘度であり血液はν=3 mm2/sである．なお，イヌの毛細血管と大静脈の流速はそれぞれ0.7 mm/s，330 mm/sであるため，前述のレイノルズ数となる．
†6 プラント数：熱流体工学で用いられる無次元数の一つで，粘性力の影響の程度と関連する．血液はPr = 25である．
利益相反に関する開示：
著者に利益相反状態は認められなかった．

Mini-review：
Trends in Temperature Estimation around Main Blood Vessel
YUYA ISEKI*
Department of Industrial Systems Engineering, Mechanical and Medical
Engineering Course, National Institute of Technology (KOSEN), Hachinohe
College, 16-1 Uwanotai, Tamonoki, Hachinohe, Aomori 039-1192, Japan
*Corresponding author: iseki-m@hachinohe-ct.ac.jp
Key Words: blood perfusion, RFA, heat-sink effect, CFD, response surface
method
Received: 5 November, 2022
Accepted: 4 December, 2022

Thermal Medicine Vol.38(4)　掲載予定

タンパク質毒性におけるHsp70-Bag3複合体の役割

田渕　圭章^1,*・柚木　達也²

¹富山大学研究推進機構遺伝子実験施設

²富山大学学術研究部（医学系）眼科学

細胞内には多種多様のタンパク質が存在し，その品質管理機構によりタンパク質のホメオスタシスが厳密に調節されている (プロテオスタシス^☨1)．しかしながら，熱を含む様々なストレスにより細胞内に構造的に異常なタンパク質が蓄積すると細胞の機能異常や細胞死が誘導される (タンパク質毒性^☨2)．一方で，熱ストレスに曝された時，熱ストレス応答が起り，熱ショックタンパク質群 (HSPs) は速やかに転写・翻訳され，それらのシャペロン機能等により細胞保護的に機能する．HSPsの主要なメンバーHsp70は，そのコシャペロンHsp40と協調してシャペロン機能を担い，また，Hsp70に加えて数多くのHSPsと構造異常タンパク質蓄積が関与する疾患との間の関連が報告されている¹⁾．BAGファミリーメンバーのBag3^☨3は，熱誘導性のタンパク質でHsp70のコシャペロンでもある．近年，Hsp70-Bag3複合体がオートファジーやがん等で重要な役割を演じていることが判ってきた²⁾．今回，タンパク質毒性におけるHsp70-Bag3複合体の役割を示したShermanらの研究グループの報告^{3, 4)}を紹介する．

　プロテアソーム^☨4は，ユビキチン化されたタンパク質を分解するシステムである．その阻害剤MG-132で細胞を処理すると，細胞内にタンパク質凝集体が生成し，小胞体ストレス応答^☨5を伴うタンパク質毒性が誘導される．ヒト乳がん細胞株MCF10Aにおいて，MG-132添加で生成したタンパク質凝集体はHsp70やBag3の機能阻害，または，Hsp70-Bag3の相互作用抑制剤YM-1^☨6処理により有意に減少した．また，この時，ユビキチン化されたタンパク質とHsp70-Bag3との間の相互作用が認められた．これらの結果等から，Hsp70-Bag3複合体がタンパク質凝集を感知するセンサーとして密接に関与していることが示唆された³⁾．

小胞体ストレス応答が誘導された時，小胞体のセンサータンパク質を起点とした主に3種類のシグナル伝達系，IRE1経路^☨5，PERK経路^☨5とATF6 経路^☨5が活性化される⁵⁾．Hsp70-Bag3複合体の関与するシグナル伝達系をHsp70-Bag3の相互作用抑制剤JG-98^☨6を用いて調べた結果，IRE1経路とATF6経路ではなくPERK経路が活性化されることが判った．PERKは，翻訳開始因子eIF2α，転写因子ATF4の順に活性化し，さらに転写因子CHOPの発現を上昇させる (小胞体ストレス誘導アポトーシス経路^☨5)．MCF10A細胞において，JG-98はCHOP依存的なアポトーシスを誘導した．しかしながら，JG-98処理細胞においてPERKタンパク質をノックダウンしてもeIF2α以降の応答は抑制されなかった．Hsp70-Bag3複合体の関与するシグナル伝達系が小胞体ストレスのシグナル伝達経路とは異なることが明らかとなった．詳細な実験成績は割愛したが，ShermanらはHsp70-Bag3複合体が小胞体ではなく細胞質におけるタンパク質毒性のセンサーとして機能する可能性があると結論した⁶⁾．

引き続き，タンパク質毒性，熱ストレス応答やがん温熱療法等において，Hsp70-Bag3複合体が関与する研究の動向に注目したい．

参考文献

1) Brehme M., Voisine C.: Model systems of protein-misfolding diseases reveal chaperone modifiers of proteotoxicity. Dis Model Mech, 9: 823-838, 2016.

2) Kögel D., Linder B., Brunschweiger A., Chines S., Behl C.: At the crossroads of apoptosis and autophagy: Multiple roles of the co-chaperone BAG3 in stress and therapy resistance of cancer. Cells, 9: 574, 2020.

3) Meriin A.B., Narayanan A., Meng L., Alexandrov I., Varelas X., Cissé I.I., Sherman M.Y.: Hsp70-Bag3 complex is a hub for proteotoxicity-induced signaling that controls protein aggregation. Proc Natl Acad Sci U S A, 115: E7043-E7052, 2018.

4) Patel S., Kumar S., Baldan S., Hesin A., Yaglom J., Sherman M.Y.: Cytoplasmic proteotoxicity regulates HRI-dependent phosphorylation of eIF2α via the Hsp70-Bag3 module. iScience, 25: 104282, 2022.

5) Mori K.: The unfolded protein response: the dawn of a new field. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci, 91: 469-480, 2015.

6) Sherman M.Y., Gabai V.: The role of Bag3 in cell signaling. J Cell Biochem, 123: 43-53, 2022.

用語解説

^☨1プロテオスタシス (proteostasis)：タンパク質の恒常性を維持する一連の過程．細胞内の全てのタンパク質の生成からその分解までの過程が含まれ，量的，質的さらに位置的にタンパク質が正常機能を維持する状態である．

^☨2タンパク質毒性 (proteotoxicity)：細胞内に異常なタンパク質が生成し，細胞毒性を示す状態．異常タンパクが蓄積することにより，糖尿病，各種神経変性疾患等，様々な病態に関与することが知られている．

^☨3 BAG3 (BAG cochaperone 3)：BAG (Bcl-2 associated athanogene) ファミリーメンバーのBag3は，自らのBAGドメインとHsp70 のATPaseドメインと相互作用するHsp70のコシャペロンである．Bag3は，温熱，重金属等，種々のストレスにより誘導され，細胞増殖，アポトーシスやオートファジー等の様々な細胞機能の制御に関与する．また，Bag3は，がん，加齢に伴う神経変性疾患等，多様な疾患に関連することが報告されている²⁾．

^☨4プロテアソーム (proteasome)：ユビキチン化されたタンパク質を分解するタンパク質複合体．真核生物にはユビキチン/プロテアソームシステムとオートファジー/リソソームシステムの2種類のタンパク質分解システムがある．MG132は強力なプロテアソーム阻害剤で，広く研究に使用されている．

^☨5小胞体ストレス応答 (endoplasmic reticulum (ER) stress response)：小胞体内に構造異常タンパクが蓄積すると小胞体ストレス応答が起こる．これは，UPR (unfolded protein response) とも呼ばれている．このシグナル系には，小胞体のセンサータンパク質を起点とした主にIRE1 (inositol requiring enzyme-1) 経路，PERK (protein kinase R-like ER kinase) 経路とATF6 (activating transcription factor 6) 経路がある．尚，PERK → eIF2α (eukaryotic initiation factor 2α) → ATF4 (activating transcription factor 4) → CHOP (C/EBP homologous protein) 経路は，小胞体ストレス誘導アポトーシス経路としてよく知られている⁵⁾．

^☨6Hsp70-Bag3の相互作用抑制剤：最初に，Hsp70-Bag3の相互作用抑制剤YM-1が開発された．YM-1は，Hsp70のATPaseドメインに結合してBag3との結合を阻害する．JG-98は，YM-1の誘導体でYM-1よりも低濃度で効果がある第二世代の本作用抑制剤である⁶⁾．

利益相反に関する開示：

　著者に利益相反状態は認められなかった．

Mini-review

Role of Hsp70-Bag3 Complex for Proteotoxicity

YOSHIAKI TABUCHI^1,*, TATSUYA YUNOKI²

¹Division of Molecular Genetics, Life Science Research Center, University of Toyama, Toyama 930-0194, Japan

²Department of Ophthalmology, Graduate School of Medicine and Pharmaceutical Sciences, University of Toyama, Toyama 930-0194, Japan

*Corresponding author: ytabu@cts.u-toyama.ac.jp

Key Words: Hsp70, Bag3, proteotoxicity

Received: 18 June, 2022

Accepted: 1 July, 2022

Thermal Medicine Vol.38(3) 掲載予定