ENPP1がHER2陽性乳がんの脳転移に及ぼす影響

学術的背景

脳転移（Brain Metastasis, BM）は、HER2陽性乳がん（HER2+ Breast Cancer, BC）患者において深刻な神経学的合併症であり、その発生率は50%に達します。脳転移の形成は、腫瘍細胞がどのように血液脳関門（Blood-Brain Barrier, BBB）を通過するかと密接に関連しています。BBBは、密着結合タンパク質と接着結合タンパク質からなる特殊な内皮細胞バリアであり、ほとんどの分子や細胞が脳実質に侵入するのを防ぎます。しかし、腫瘍細胞は特定の生物分子を分泌することでBBBの完全性を破壊し、脳転移の形成を促進します。これまでの研究では、腫瘍分泌因子がBBBの機能障害に重要な役割を果たすことが示されていますが、その初期メカニズムはまだ明確ではありません。したがって、HER2+乳がん細胞がどのように分泌因子を介してBBBを破壊するかを研究することは、脳転移を予防および治療するための戦略を開発する上で重要な意義を持ちます。

論文の出典

この論文は、Liliana Santos、Francesca Tomatis、Hugo R. S. Ferreiraらによって共同で執筆され、研究チームはポルトガルのコインブラ大学医学部、コインブラ臨床・生物医学研究所（ICBR）など複数の研究機関に所属しています。論文は2024年8月30日にNeuro-Oncology誌に早期公開され、タイトルは「ENPP1 induces blood–brain barrier dysfunction and promotes brain metastasis formation in human epidermal growth factor receptor 2-positive breast cancer」です。

研究のプロセスと結果

1. 研究のプロセス

a) 体外BBBモデルと体内転移前モデル

研究チームはまず、ヒト脳微小血管内皮細胞（Endothelial Cells, ECs）と脳周皮細胞（Pericytes）を共培養することで、BBBの構造と機能を模倣した体外BBBモデルを構築しました。その後、HER2+乳がん細胞株（JIMT-1およびSUM190）およびその脳転移傾向変異体（JIMT-1-BrおよびSUM190-Br）の分泌液（Secretome, SCR）を用いてBBBモデルを処理し、BBBの透過性への影響を評価しました。同時に、研究チームはマウス体内転移前モデルを確立し、毎日の腹腔内注射または脳転移傾向細胞の原位置移植を行い、BBBの破壊状況を観察しました。

b) プロテオミクス分析

BBB機能障害を引き起こす主要な因子を特定するため、研究チームはJIMT-1-BrおよびSUM190-Br細胞の分泌液を質量分析し、親細胞と比較しました。差異発現タンパク質（Differentially Expressed Proteins, DEPs）のスクリーニングを通じて、ENPP1（Ectonucleotide Pyrophosphatase/Phosphodiesterase 1）というタンパク質が脳転移傾向細胞で顕著に豊富であることが明らかになりました。

c) ENPP1の機能検証

ENPP1がBBB破壊に果たす役割を検証するため、研究チームはENPP1阻害剤（ENPP1i）を用いてBBBモデルを処理し、ENPP1iがBBBの透過性増加を効果的に阻止することを発見しました。さらに、siRNAを用いてENPP1の発現をノックダウンし、ENPP1がBBB機能障害において重要な役割を果たすことを確認しました。

d) 動物モデルによる検証

研究チームはCRISPR/Cas9技術を用いてENPP1ノックアウト（KO）のJIMT-1-Br細胞を構築し、マウス体内に注射してBBBの透過性および脳転移形成への影響を観察しました。その結果、ENPP1ノックアウトは脳転移の負担を大幅に減少させ、マウスの生存期間を延長することが明らかになりました。

2. 主な結果

a) 分泌液がBBB透過性に及ぼす影響

体外実験では、脳転移傾向細胞の分泌液がBBBの透過性を著しく増加させ、密着結合タンパク質（ZO-1およびClaudin-5）および接着結合タンパク質（β-catenin）の発現を減少させることが示されました。体内実験では、脳転移傾向細胞の分泌液がENPP1の全身的な放出を介してBBBの完全性を破壊することが確認されました。

b) ENPP1の作用メカニズム

ENPP1は、インスリンシグナル経路およびその下流のAkt/GSK3β/β-catenin経路を抑制することでBBB機能障害を引き起こします。具体的には、ENPP1はインスリン受容体（Insulin Receptor, InsR）に結合し、Aktのリン酸化を抑制し、GSK3βの活性を抑制することで、最終的にβ-cateninの分解と密着結合タンパク質の喪失を引き起こします。

c) ENPP1ノックアウトの効果

ENPP1ノックアウトは、脳転移の形成を大幅に減少させ、マウスの生存期間を延長しました。さらに、ENPP1ノックアウトはBBBの破壊を阻止し、ENPP1が脳転移の初期段階で重要な役割を果たすことを示しました。

3. 結論と意義

研究結果は、ENPP1がHER2+乳がん細胞がBBBを通過し脳転移を形成するための重要な因子であることを示しています。ENPP1はインスリンシグナル経路を抑制することでBBBの完全性を破壊し、腫瘍細胞の脳転移を促進します。さらに、ENPP1の分泌レベルは脳転移の負担と正の相関があり、患者の全生存期間と負の相関があることから、ENPP1は脳転移の早期診断マーカーとしての可能性があります。

4. 研究のハイライト

• 革新的な発見：ENPP1がBBB破壊および脳転移形成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。
• メカニズムの解明：ENPP1がインスリンシグナル経路を抑制することでBBB機能障害を引き起こす分子メカニズムを詳細に解明しました。
• 臨床応用の可能性：ENPP1阻害剤は、HER2+乳がんの脳転移を予防または治療する新たな戦略となる可能性があります。

5. その他の価値ある情報

研究チームはまた、ENPP1の分泌レベルが脳転移の負担と密接に関連していることを発見し、ENPP1が脳転移の予後マーカーとなる可能性を示唆しました。さらに、ENPP1阻害剤はマウスモデルにおいて顕著な抗脳転移効果を示し、今後の臨床研究の基盤を提供しました。

まとめ

この研究は、ENPP1がHER2+乳がんの脳転移において重要な役割を果たすことを明らかにしただけでなく、新しい治療戦略を開発するための重要な理論的基盤を提供しました。ENPP1を標的とすることで、将来的にHER2+乳がん患者の脳転移を効果的に予防または遅延させ、患者の生存率と生活の質を向上させることができるかもしれません。