がんにダブルパンチ：マンガンはストレスセンサーを過剰活性化し、腫瘍を死滅させる

王立坤教授率いる中国科学院（CAS）生物物理学研究所、ミネソタ大学、米国国立がん研究所（NCI）の科学者らは、iScience誌に、二価マンガンイオン（Mn²⁺）がERストレスセンサーIRE1αを過剰活性化し、RIDDおよびJNK経路を介してアポトーシスを誘導することで、文字通り「がん細胞を自滅に追い込む」ことができることを実証する研究を発表した。

背景：UPRとIRE1αの役割

1. タンパク質の品質管理。ミスフォールドしたタンパク質は細胞の小胞体（ER）内に蓄積し、IRE1α、PERK、ATF6という3つのセンサーを介して「ERストレス応答」（UPR）を引き起こします。

2. IRE1αの二重の性質。

• 適応活性化：中程度の ER ストレスが XBP1 スプライシングを誘導し、恒常性が回復します。
• 終末応答: 重度または長期のストレス下では、IRE1α は XBP1 ブランチを不活性化し、代わりに RIDD (制御された IRE1α 依存性減衰) および JNK 媒介カスケード → アポトーシスをトリガーします。

この二重性は長らく腫瘍学者を魅了してきましたが、腫瘍の適応防御を弱めるためにIRE1αを抑制するという考え方が一般的でした。しかし、今回の研究では、その逆のアプローチ、すなわちIRE1αを過剰活性化させるアプローチが示唆されています。

実験プロトコルと主要な方法

1. 細胞培養：

   • 乳がん（MCF-7）、肝細胞癌（HepG2）、および正常対照細胞株（HEK293）。

   • MnCl₂（0～200µM）を24～48時間添加する。

2. IRE1α活性化の生化学的検証：

   • IRE1αのリン酸化（ウエスタンブロット）は、50～100µM Mn²⁺で用量依存的に増加しました。

   • RNase 活性 (RIDD): ターゲット mRNA (Blos1、Sparc) の減衰を qPCR で測定しました。

   • JNK 経路: p-JNK とその基質 (c-Jun) のレベルが 2 ～ 3 倍増加しました。

3. XBP1sスプライシング:

   • RT-PCR 検査により、Mn²⁺ は XBP1s スプライス バリアントのレベルを上昇させないこと、つまり UPR の末端ブランチを特にオーバーロードすることが示されました。

4. アポトーシスと細胞の生存：

   • フローサイトメトリー（アネキシン V/PI）により、100 µM Mn²⁺ 処理の 48 時間後に最大 60% のアポトーシス細胞が明らかになりました。

   • MTT 分析により、同じ投与量で癌細胞株の生存率が最大 30% 減少したのに対し、正常細胞は 80% の生存率を維持したことが確認されました。

5. 分子制御：

   • IRE1α の遺伝子ノックアウト (CRISPR-Cas9) により Mn²⁺ の細胞毒性が完全に解消され、IRE1α 依存性が実証されました。

   • 小分子 JNK 阻害剤 (SP600125) の投与によりアポトーシスが約 50% 減少し、この分岐の関与が示されました。

前臨床生体モデル

1. 乳がんのマウスモデル：

   • MnCl₂（1 mM、20 µL）を週2回、3週間腫瘍内投与。

   • 腫瘍の増殖: 80% 以上の症例で腫瘍は縮小または安定化しましたが、コントロールは進行し続けました。

2. 毒性と安全性:

   • 血液生化学検査値（ALT、AST、クレアチニン）は正常範囲内に留まりました。

   • 損傷が検出されない臓器（肝臓、腎臓、心臓）の組織学検査。

3. アポトーシスマーカーの発現：

   • 腫瘍部位におけるカスパーゼ3およびTUNEL陽性細胞の活性の増加。

意味と展望

「Mn²⁺によるIRE1αの選択的過剰活性化が、腫瘍細胞におけるUPRプロトコルを逆転させ、アポトーシスを優先させることを初めて実証しました」と王立坤教授は説明する。「これは、防御経路を抑制するのではなく、それらを『過負荷』にする、がん治療の新たな分野を切り開くものです。」

• 造影剤と腫瘍療法？ マンガンはすでにMRI造影剤に使用されており、治療の迅速な実用化を促進する可能性があります。
• Mn²⁺ ドナーの開発: 全身曝露を最小限に抑えながら、腫瘍に特異的に Mn²⁺ を送達する標的ナノドナー。
• 免疫療法との併用：アポトーシスの増強により、新抗原産生が増加し、チェックポイント阻害剤に対する反応が改善される可能性があります。

著者らはいくつかの重要な点を強調している。

• UPR療法の新たなパラダイム
  「UPRセンサーIRE1αを抑制するのではなく、過剰活性化することで抗腫瘍効果が得られることを実証しました」と、王立坤教授（CAS）は述べています。「これは、ERストレスを『過負荷』にすることに基づくがん治療の新たな戦略を切り開くものです。」

• このメカニズムの特異性について、
  「Mn²⁺は、適応型XBP1s経路を活性化することなく、IRE1αのRIDDおよびJNK経路を選択的に刺激します」と、Li Chang博士（NCI）は指摘します。「この『偏向』した反応により、正常細胞への影響を最小限に抑えながら、腫瘍細胞のアポトーシスを確実に防ぐことができます。」

• 臨床応用への展望
  「マンガンはすでにMRIの造影剤として使用されているため、Mn²⁺ドナーを迅速に臨床応用できる可能性は十分にあります」と、サラ・リー教授（ミネソタ州）は述べています。「次のステップは、腫瘍への標的送達システムの開発です。」

• 併用療法の可能性
  「IRE1αの過剰活性化は、新抗原産生を促進し、免疫療法への反応を改善する可能性があります」と、田中博士（CAS）は付け加えます。「Mn²⁺とチェックポイント阻害剤の併用は相乗効果を期待できます。」

• 安全性と選択性
  「当社の前臨床モデルでは、Mn²⁺は正常組織への損傷や全身毒性の増強を引き起こしませんでした」と、ミネソタ州のマルティネス博士は述べています。「これは臨床試験への移行に不可欠です。」

この研究は、細胞ストレス反応の制御された活性化を通じて癌治療の新たな方向性を設定し、癌細胞の生存機構に過負荷をかけることができる抗腫瘍剤としてのマンガンを紹介しています。