膀胱癌（Bladder Cancer）は、男性で最も一般的な悪性腫瘍の第四位に位置する、世界的に多発する悪性腫瘍です。中国国家癌症センター（NCCR）2016年の報告によれば、膀胱癌は男性の悪性腫瘍の発症率において第六位です。医療診断方法と手術方式が絶えず改善されているにもかかわらず、膀胱癌の再発率と進行状況は顕著な改善が見られず、その病理生理特性および生物学的メカニズムの認識不足が現在の診治の重大な課題となっています。したがって、膀胱癌の発生、再発および進行の生物メカニズムを研究することは、疾病の診断、治療および予後の改善に重要な意義を持ちます。

脂質代謝におけるステアロイルCoAデサチュラーゼ（Stearoyl-CoA Desaturase, SCD）は、近年研究の重要な標的となっています。SCDは内質網の膜貫通タンパク質で、飽和脂肪酸を単価不飽和脂肪酸（MUFA）に変換する過程で重要な役割を果たしています。研究によると、MUFAは腫瘍の増殖、侵襲および生存経路に関連しています。ステアリン酸はSCDの基質であり、オレイン酸（OA）はその産物です。SCDの活性増加は細胞内のMUFA含量を増加させ、腫瘍細胞の成長と侵襲を促進します。特に膀胱癌幹細胞（Cancer Stem Cells, CSCs）において、SCDの異常高発現が癌の再発および治療耐性において重要な役割を果たす可能性があります。しかし、現在のところSCDの異常発現の原因およびCSCsにおける阻害剤応答の特異性は不明であるため、Liらの研究は膀胱癌CSCsにおけるSCDの転写調節メカニズムおよび内質網ストレス／未折りたたみタンパク質反応における薬物感受性の役割を解明することを目的としています。

研究フロー

研究設計と実験フロー

1. 細胞培養とCSCs誘導：研究では膀胱癌細胞株UMUC3を用い、無血清浮遊培養の方法で膀胱癌幹細胞（UMUC3-CSCs）を誘導し、SCDが膀胱癌CSCsにおいて顕著に発現されていることを確認しました。

2. SCD転写開始点の分析：UALCANデータベースを利用してSCD遺伝子プロモーター領域のメチル化レベルを分析した結果、膀胱癌組織と正常膀胱粘膜組織におけるSCDプロモーターのメチル化レベルは低く、その転写活性化がDNAメチル化による顕著な抑制を受けていない可能性を示唆します。

3. 転写因子のスクリーニングと検証：複数のデータベース（JASPAR、TRANSFACなど）を通じてSCDコアプロモーター領域の転写因子結合部位を分析し、最終的に11個の候補転写因子をスクリーニングし、さらに分析と実験を通じて転写因子TFAP2AがSCD転写の重要な調節因子である可能性を確認しました。クロマチン免疫沈澱（ChIP）と二重ルシフェラーゼレポーターアッセイを通じて、TFAP2AとSCDプロモーターの結合部位を検証しました。

4. SCD阻害剤が膀胱癌CSCsに与える影響：SCD阻害剤A939572を用いた処理の結果、UMUC3-CSCsでSCDを抑制することが顕著な細胞死を引き起こすことが明らかになり、未誘導のUMUC3細胞では同様の現象は観察されませんでした。さらに、RNA-Seqと脂質代謝分析により、SCD阻害剤は主に膀胱癌CSCsの脂質代謝変化と内質網ストレス反応を引き起こすことが示されました。

5. 細胞増殖と薬剤感受性実験：研究はさらにSCD阻害剤がUMUC3-CSCsにおけるシスプラチン治療の感受性に与える影響を探求しました。結果は、SCD阻害剤が膀胱癌CSCsにおけるシスプラチン感受性を顕著に高め、DNA二重鎖修復タンパク質RAD51阻害剤を追加することでその効果がさらに顕著であることを示しました。

6. 神経酸が細胞増殖能力に与える影響の補足：体外およびマウス皮下移植腫瘍モデルにおいて、研究は神経酸を補充することにより、SCD阻害剤が膀胱癌細胞増殖能力に与える抑制作用を逆転させ、またSCD阻害剤で処理した動物に異常な脂肪顆粒が見られることを発見しました。

データ分析と統計

研究におけるデータ分析は主にGraphPad Prism 9ソフトウェアを使用しました。2群のデータの比較には、両側Student’s t検定またはMann-Whitney U検定を採用しました。多群間比較には、単因子分散分析（ANOVA）をDunnett検定と組み合わせて使用し、非正規分布データにはKruskal-Wallis検定を使用しDunn検定を行いました。

研究結果

SCDが膀胱癌における転写調節メカニズム

研究は、SCDプロモーター領域のメチル化レベルが低く、DNAメチル化による抑制を受けていないことを発見しました。さらに分析を進めると、TFAP2AがSCD発現の重要な調節因子である可能性があることが示されました。ChIPおよび二重ルシフェラーゼレポーターアッセイを通じて、TFAP2AとSCDプロモーター領域の直接的な結合を確認し、この転写因子がSCD転写を活性化する効果を証明しました。

SCD阻害剤が膀胱癌CSCsに与える影響

UMUC3-CSCsにおいて、SCD阻害剤A939572は顕著に細胞死を誘導することができ、未誘導のUMUC3細胞では同様の現象は観察されませんでした。さらに実験によって、この効果は脂肪酸の蓄積によって引き起こされる内質網ストレス／未折りたたみタンパク質反応を通じて実現されることが検証されました。不飽和脂肪酸を添加することで、この効果は部分的に逆転されることができます。

膀胱癌CSCsの薬剤感受性向上

膀胱癌CSCsにおいて、SCD阻害剤はシスプラチンの治療効果を著しく強化し、この効果はDNA修復タンパク質RAD51の発現を抑制することに関連しており、SCD阻害剤がDNA損傷修復経路を抑制することでCSCsの薬剤感受性を向上させることを示しています。

神経酸の逆転作用

神経酸を補充することにより、SCD阻害剤の膀胱癌細胞増殖抑制効果が顕著に弱まりました。体内実験結果も神経酸を補充した後に腫瘍質量が顕著に増加し、SCD阻害剤群では異常脂肪顆粒の形成が見られることを示しています。

研究結論

この研究はSCDが膀胱癌における転写調節メカニズムを明らかにし、TFAP2AがSCDの主要な調節因子であることを証明し、初めてSCD阻害剤が膀胱癌CSCsに対する選択的なアポトーシス誘導メカニズムを明らかにしました。研究は、SCD阻害剤が内質網ストレス／未折りたたみタンパク質反応を介してCSCsのアポトーシスを誘導し、同時にDNA損傷修復タンパク質RAD51を抑制することで、CSCsのシスプラチン感受性を高めることを示しています。さらに、神経酸が細胞増殖と脂質代謝の調整において重要な役割を果たす可能性があります。

研究の意義と展望

この研究は、膀胱癌におけるSCDの生物学的機能とその転写調節メカニズムを深く探求し、膀胱癌幹細胞がSCD阻害剤に対する特異的な応答メカニズムを明らかにし、膀胱癌のターゲット治療に新しい見解を提供しました。特に、SCD阻害剤は膀胱癌CSCsに対して選択的な殺傷効果を有し、膀胱癌幹細胞治療の潜在的ターゲットとしての可能性を示唆しています。今後の研究では、SCD阻害剤の治療プロトコルをさらに最適化し、実験期間を延長し、より強力な阻害剤を通じてその腫瘍治療における応用効果を強化することが可能です。さらに、神経酸が腫瘍生物学における機能を探索し、膀胱癌および他の腫瘍タイプに対する新しい治療方法を見つけるためにさらなる研究を行うべきです。