ヘキソキナーゼ2は腫瘍関連マクロファージで果糖を感知し結腸直腸癌の成長を促進する

2024-11-10 Sun
果糖は腫瘍関連マクロファージの極性を調節して結直腸癌の成長を促進するはじめに近年、果糖の摂取量は世界的に急増しており、肥満や代謝シンドロームと密接に関連していますが、これらの病症は癌の発展リスク要因として認識されています。先行研究によれば、果糖はその代謝を通じて腫瘍細胞の増殖と転移を促進することが示されていますが、腫瘍免疫微小環境における具体的な役割はまだ完全には解明されていません。腫瘍関連マクロファージ（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）は結直腸癌の免疫微小環境で二重の機能を持ち、プロ炎症性M1様極化により腫瘍の増殖を抑制したり、免疫抑制性M2様極化により腫瘍の成長を促進したりします。本研究は中国科学院生物物理研究所、温州医科大学、****総医院などの多くの研究機関のチームによって行われ、果糖が腫瘍関連マクロファージの極性を調節する役割を探ることを主な目的とし、果糖がM1様TAMの極化を抑制して結直腸癌の進展を促進するメカニズムを明らかにすることを目指しています。
研究背景および目的果糖の摂取量が増加するにつれて、近年の研究は果糖が腫瘍の成長を促進する潜在的な役割を徐々に明らかにしてきました。しかし、ほとんどの研究は果糖が腫瘍細胞に直接与える影響に集中しており、腫瘍免疫微小環境におけるTAMsへの影響は不明です。本研究は、結直腸癌におけるTAMsの極性に果糖が与える影響のメカニズムを明らかにし、腫瘍免疫調節におけるその役割をさらに解明することを目的としています。
研究方法研究フローの概要動物モデルの構築：研究は結直腸癌マウスモデルを使用し、自然発生の腺腫モデル（APCmin/+マウス）および異所性腫瘍モデルを含めて、果糖が腫瘍微小環境と腫瘍成長に与える影響を探りました。
果糖がTAMsの極性に与える影響：蛍光フローサイトメトリーを使用して腫瘍浸潤免疫細胞の割合を分析し、特にM1様とM2様TAMsの割合の変化に注目し、免疫蛍光染色でM1様TAMsの分布を検出しました。
in vitroでのマクロファージ誘導：in vitroでの骨髄由来マクロファージ（BMDM）誘導システムを構築し、ブドウ糖または果糖培地でBMDMを培養して、果糖のM1様TAMs極化への直接的抑制効果を比較しました。
主要分子メカニズムの解析：免疫共沈法と質量分析を利用して、果糖が己糖激酶2（Hexokinase 2, HK2）とイノシトール三リン酸受容体3（Inositol 1,4,5-Trisphosphate Receptor Type 3, ITPR3）の相互作用を調節し、マクロファージのカルシウムイオン動態に影響を与えることを明らかにしました。
トランスポーターGLUT5の役割の検証：遺伝子ノックアウト技術を用いてGLUT5条件ノックアウトマウスを生成し、果糖がGLUT5で輸送され、マクロファージの極性調節に役割を果たすことを検証しました。
主な実験ステップと分析果糖がマウス結直腸癌の成長を促進する作用：研究は25%の高果糖コーンシロップ（HFCS）を含むマウスモデルを用い、長期の果糖摂取が結直腸癌マウスの腫瘍においてM1様TAMの割合を有意に増加させることを発見し、肥満や代謝シンドロームを引き起こさなかったことが示されました。
果糖が腸内微生物群に与える影響：16S rDNAシーケンシングを用いて果糖摂取が腸内フローラに与える影響を分析し、HFCSマウス群でいくつかの菌種の豊富さが有意に変化していることが確認されました。
果糖がM1様TAM極化を抑制する作用：フローサイトメトリーを利用し、HFCS処理により結直腸癌モデルにおけるM1様TAMの割合が有意に減少することを示し、果糖がTAMsの極性を抑制する作用を持つことが明らかになりました。
骨髄由来マクロファージへのin vitroでの果糖処理：6mMの果糖処理をBMDMに対して行い、果糖がプロ炎症因子（例えばIL-1β、TNF-α、IL-6など）の発現を有意に抑制し、M2様マクロファージには顕著な影響を与えなかったことが観察されました。
GLUT5トランスポーターの検証：GLUT5ノックアウトマウスとin vitro実験を通して、果糖がGLUT5を介してマクロファージに入り、TAMの極性に影響を与えることを確認しました。
HK2とITPR3の相互作用：免疫共沈実験は、果糖がHK2とITPR3の相互作用を促進することで、カルシウムイオンの内質網からミトコンドリアへの移動を抑制し、このプロセスがM1様TAM極化を抑制する役割を果たすことを示しました。
研究結果果糖はM1様TAM極化を抑制して腫瘍成長を促進：HFCSマウスモデルは果糖によって腫瘍中のM1様TAMの割合が有意に減少し、大腺腫の数が増加することを示し、果糖がM1様マクロファージの抗腫瘍作用を抑制して腫瘍成長を促進する可能性が提示されました。
果糖がTAM極性に直接的に抑制を加える：in vitroのBMDM誘導システムにおいて、果糖処理はM1様TAMのプロ炎症因子の発現を有意に抑制し、M2様TAMの標識物発現には影響を及ぼしませんでした。
HK2とITPR3の作用メカニズム：HK2とITPR3の相互作用が細胞内カルシウムイオンの伝達を阻害し、MAPKとSTAT1シグナル経路の活性化を抑制し、これによりM1様TAM極性が抑制されます。
果糖の輸送はGLUT5に依存する：GLUT5ノックアウトマウスモデルは、GLUT5が果糖をマクロファージに取り込み、その極性調節作用を行うための重要なトランスポーターであることを示しました。
臨床関連性の分析：結直腸癌患者の腫瘍浸潤免疫細胞の単一細胞RNAシーケンシングデータを分析し、GLUT5がTAMで高発現すると、進行期結直腸癌患者における臨床予後が悪化することが強く関連していることが示されました。
研究の意義と価値本研究は、果糖が代謝物としてではなくシグナル分子として働き、マクロファージの極性と腫瘍免疫微小環境の調節において重要な役割を果たすことを初めて明らかにしました。果糖は、HK2とITPR3の相互作用を促進し、M1様TAMの極性を抑制することで、腫瘍成長に対してより多くの支持的な免疫環境を提供します。GLUT5がマクロファージで高発現していることから、本研究はGLUT5が結直腸癌進展に関連するマーカーとしての潜在的な臨床応用価値を提示しました。
本研究は、果糖が腫瘍進展において果たす役割のメカニズムに対する理解を理論的に豊かにするだけでなく、GLUT5を標的とする、またはHK2-ITPR3相互作用をブロックすることによる潜在的な臨床介入戦略を提示し、結直腸癌の臨床治療の改善が期待されます。さらに、本研究は他の癌種における果糖の役割を探るための重要な手がかりを提供しており、広範な応用の可能性を持っています。