マウス体内でがんの糖鎖構造を合成化学的に変換

東京工業大学 物質理工学院 応用化学系の田中克典教授（理化学研究所 開拓研究本部 田中生体機能合成化学研究室 主任研究員、応用化学系ライフエンジニアリングコース 主担当）、チャン・ツンチェ特任助教（研究当時）、アンバラ・プラディプタ助教（応用化学系ライフエンジニアリングコース 主担当）、笠原隆継大学院生（修士課程2年（研究当時））、理化学研究所 開拓研究本部 田中生体機能合成化学研究室の吉岡広大基礎科学特別研究員らの共同研究チームは、がん細胞に多く存在する「アクロレイン^[用語1]」という分子を利用し、シアル酸転移酵素^[用語2]阻害剤をマウス体内のがん細胞内で合成し、がん細胞表面上の糖鎖構造を変えて、副作用なくがんを治療することに成功しました。

本研究成果は、副作用のない抗がん剤の開発に貢献できると期待されます。

細胞内のシアル酸転移酵素の阻害は、新たながん治療戦略として期待されますが、既存の阻害剤は正常組織にも作用してしまうため、腎臓の機能障害などの副作用を引き起こすことが課題となっていました。そこで、今回、共同研究チームは、がん細胞内でのみ阻害剤を合成し作用させれば副作用の恐れが少ないと考え、アジド基を持つ化合物とアクロレインが選択的に環化付加反応を起こすことを利用した、阻害剤の原料となる「プロドラッグ^[用語3]」を設計しました。プロドラッグのがん細胞内でのアクロレインとの反応を経て、ドラッグ活性体が合成され、シアル酸転移酵素を阻害し、がんを治療することができました。副作用である腎臓の機能障害による体重増減は見られませんでした。

本研究は、科学雑誌「Chemical Science」オンライン版（5月24日付：日本時間5月24日）に掲載されました。

がん細胞表面上の糖鎖にある過剰なシアル酸は生体内の免疫細胞によるがん細胞の排除を邪魔します。これはがんの浸潤や転移につながるため、糖鎖上のシアル酸を減らし、糖鎖構造を変えることのできるシアル酸転移酵素阻害剤が新たながん治療戦略になる可能性があります。しかし、シアル酸を有する糖鎖は正常な細胞にも存在し、多様な生体機能の調整に関わることから、正常な細胞のシアル酸を減らしてしまう既存のシアル酸転移酵素阻害剤は重篤な副作用があります。特に腎臓の機能障害は大きな問題です。

これまでに田中教授らは、がん細胞にアクロレインが多く存在することを発見しました^※1。また、アクロレインと反応する保護基^[用語4]を開発し、がん細胞内のみで薬剤を合成する戦略を報告しています^※2。

そこで本研究では、シアル酸転移酵素阻害剤を、がん細胞内でのみ合成し、がん細胞上の糖鎖構造のみを合成化学的に変換することができれば、副作用のない治療法になると考え、その実現を目指しました。

共同研究チームが以前に開発した、細胞内でアクロレインと効率的に反応する保護基を、シアル酸転移酵素阻害剤（ドラッグ）に導入し、プロドラッグに変換しました。このプロドラッグはがん細胞に取り込まれると、がん細胞が産生するアクロレインと環化付加反応を起こし、保護基の部分のみが切断されドラッグへと変換されます。

プロドラッグの作用機序を確認すべく、マウスのがん治療を通じて検証を行いました。その結果、マウス体内ではプロドラッグによる腫瘍成長の抑制効果が見られ（図1A左下）、がん細胞内では確かにドラッグが合成されていることが分かりました。さらに、腎臓の障害による体重増減の副作用が見られず（図1A右下）、正常な腎臓組織上ではドラッグ合成がされていないことが示唆されました。実際にがん治療後のマウス体内の腎臓組織ではドラッグによってシアル酸が減少しているが、プロドラッグではシアル酸が減少していないことが分かりました（図1B）。このことから、正常な腎臓組織ではドラッグの合成が起きていないことが強く支持され、副作用の回避につながっていることが示されました。

このように、シアル酸転移酵素阻害剤をプロドラッグ化することで、がん細胞内のみでドラッグを合成し、がん細胞の糖鎖構造のみを合成化学的に変換するという、副作用のないがんの治療戦略を実証することに成功しました。

1.  （A）動物実験の概要（上、実験期間16日）。マウスにおける未処理群、ドラッグ投与群、プロドラッグ投与群の腫瘍体積変化（左下）と体重変化（右下）。ドラッグやプロドラッグは腫瘍の成長を抑える。ドラッグは体重増減の副作用があるが、プロドラッグにはその副作用がない。
   （B）標準的な色素を用いたヘマトキシリン・エオジン（HE）染色による細胞の検出（上段）とシアル酸含有糖鎖の検出（下段）。シアル酸含有糖鎖は緑色の蛍光として検出される。ドラッグは腎臓組織のシアル酸を減少させるが、（下段中）、プロドラッグは腎臓組織のシアル酸を減少させない（下段右）。

本研究では、アクロレインが多く存在するがん細胞内でシアル酸転移酵素阻害剤を合成し、がん細胞上のみで糖鎖構造を合成化学的に変化させ、副作用なくマウスのがんを治療することに成功しました。がん細胞内で薬剤を合成するという本研究の戦略は、他の作用機序を有する抗がん剤の開発においても、副作用を減らす戦略としての活用が期待されます。

• 用語説明

• 論文情報

掲載誌 :	Chemical Science
論文タイトル :	Anticancer Approach by Targeted Activation of a Global Inhibitor of Sialyltransferases with Acrolein
著者 :	Takatsugu Kasahara, Tsung-Che Chang, Hiromasa Yoshioka, Sayaka Urano, Yasuko Egawa, Michiko Inoue, Tsuyoshi Tahara, Koji Morimoto, Ambara R Pradipta and Katsunori Tanaka
DOI :	10.1039/D4SC00969J