PFKFB3が非小細胞肺がんにおけるEGFR-TKIs耐性に果たす役割

背景紹介

非小細胞肺がん（NSCLC）は、世界中でがん関連死亡の主要な原因の一つです。上皮成長因子受容体（EGFR）変異はNSCLCで比較的頻繁に見られ、症例の約15-30％を占めます。エルロチニブ（erlotinib）やオシメルチニブ（osimertinib）などのEGFRチロシンキナーゼ阻害剤（TKIs）は、EGFR変異を持つNSCLC患者の治療において顕著な効果を示していますが、多くの患者は最終的に耐性を獲得し、腫瘍の再発を引き起こします。耐性の発生は遺伝子変異だけでなく、代謝リプログラミングなどの非遺伝的メカニズムとも密接に関連しています。代謝リプログラミングにより、がん細胞は持続的な薬物治療下でも生存し、耐性細胞集団へと発展することができます。

近年の研究では、解糖系調節因子である6-ホスホフルクト-2-キナーゼ/フルクトース-2,6-ビスホスファターゼ（PFKFB3）が、がん細胞の代謝と酸化還元バランスの維持に重要な役割を果たすことが明らかになっています。PFKFB3は解糖系フラックスと酸化還元恒常性を調節することで、薬物ストレス下でのがん細胞の生存を助けます。しかし、PFKFB3がEGFR-TKIs治療においてどのようなメカニズムで作用するかはまだ明確ではありません。したがって、本研究はPFKFB3がEGFR-TKIs治療中の代謝と酸化還元調節にどのように関与するかを探ることで、NSCLCの耐性を克服する新しい治療戦略を提供することを目的としています。

論文の出典

本論文は、Nadiia Lypova、Susan M. Dougherty、Brian F. Clemら研究者によって共同で執筆され、研究チームは米国ルイビル大学医学部（University of Louisville School of Medicine）およびブラウンがんセンター（Brown Cancer Center）に所属しています。論文は2024年に『Cancer & Metabolism』誌に掲載され、タイトルは「PFKFB3-dependent redox homeostasis and DNA repair support cell survival under EGFR-TKIs in non-small cell lung carcinoma」です。

研究の流れと結果

1. 研究デザインと実験の流れ

本研究では、PFKFB3がEGFR-TKIs治療においてどのように作用するかを体系的に探るため、さまざまな実験手法を用いました。研究の流れは以下の主要なステップで構成されています。

a) メタボロミクス解析

研究者らはまず、PFKFB3阻害とEGFR-TKIs治療下での肺がん細胞のグルコース代謝変化を追跡するため、メタボロミクス解析を行いました。実験では安定同位体標識グルコース（[u-13C]-glucose）を使用し、解糖系、クエン酸回路（TCA回路）、およびポリオール経路（polyol pathway）における代謝物の変化を分析しました。

b) 酸化ストレスとDNA損傷の評価

生細胞イメージングとDCFDA酸化実験を通じて、研究者らは異なる治療条件下での細胞の酸化ストレスレベルを定量化しました。さらに、免疫細胞化学および中性コメットアッセイ（neutral comet assay）を用いて、特に酸化ストレスによるDNA損傷を評価しました。

c) PFKFB3阻害が細胞生存に与える影響

研究者らはPFKFB3阻害剤であるPFK-158とKan0438757を使用し、EGFR-TKIs（エルロチニブとオシメルチニブ）と組み合わせて、PFKFB3阻害が肺がん細胞の生存に与える影響を評価しました。細胞生存率実験とATPレベル測定を通じて、PFKFB3阻害が細胞代謝とエネルギー平衡に与える影響を分析しました。

d) DNA修復メカニズムの研究

免疫ブロットおよび免疫蛍光顕微鏡を用いて、研究者らはPFKFB3阻害がDNA修復酵素（MPG、NTHL1、UNG2など）の発現に与える影響を評価し、PFKFB3が塩基除去修復（BER）においてどのような役割を果たすかを探りました。

2. 主な研究結果

a) PFKFB3が解糖系フラックスを維持

研究により、PFKFB3阻害はEGFR-TKIs治療下での肺がん細胞のグルコース取り込みと解糖系フラックスを著しく減少させることが明らかになりました。PFKFB3阻害はまた、ATPレベルの低下を引き起こし、PFKFB3が細胞のエネルギー平衡を維持する上で重要な役割を果たしていることを示唆しています。

b) PFKFB3阻害が酸化ストレスを増加

PFKFB3阻害は、肺がん細胞内の活性酸素種（ROS）レベルを著しく増加させ、グルタチオンペルオキシダーゼ4（GPX4）の発現を低下させました。GPX4は細胞の抗酸化防御システムの重要な構成要素であり、その発現低下は酸化ストレスをさらに悪化させました。

c) PFKFB3がDNA修復を調節

研究により、PFKFB3阻害はDNAグリコシラーゼ（MPG、NTHL1、UNG2など）の発現を著しく低下させ、DNA酸化損傷を増加させることが明らかになりました。さらに、PFKFB3阻害はATM（ataxia-telangiectasia mutated）の発現も低下させ、DNA損傷修復能力をさらに弱めました。

d) PFKFB3阻害がEGFR-TKIsの細胞毒性を増強

PFKFB3阻害は、EGFR-TKIsが肺がん細胞に対して持つ殺傷作用を著しく増強し、PFKFB3がEGFR-TKIsに対するがん細胞の耐性を維持する上で重要な役割を果たしていることを示しました。

3. 研究の結論

本研究は、PFKFB3が解糖系、酸化還元平衡、およびDNA修復を調節することで、EGFR-TKIs治療下での肺がん細胞の生存を助けていることを示しています。PFKFB3阻害は、がん細胞の代謝適応性とDNA修復能力を効果的に弱めることで、EGFR-TKIsの細胞毒性を増強することができます。この発見は、PFKFB3を標的とした新しい抗がん療法の開発に理論的根拠を提供し、NSCLCの耐性問題を克服する可能性があります。

研究のハイライト

1. PFKFB3の多重作用：本研究は初めて、PFKFB3がEGFR-TKIs治療において解糖系、酸化還元平衡、およびDNA修復を調節する多重作用を体系的に明らかにしました。
2. 代謝リプログラミングと耐性：研究は、EGFR-TKIs耐性における代謝リプログラミングの重要性を強調し、がん細胞が薬物ストレス下でどのように生存するかを理解するための新しい視点を提供しました。
3. 新しい治療戦略：PFKFB3阻害は、がん細胞が耐性を獲得する前にそれを排除する可能性のある治療戦略として、EGFR-TKIsの長期的な効果を高めるのに役立つ可能性があります。

研究の意義と価値

本研究は、PFKFB3が肺がんの代謝と耐性において果たす役割についての理解を深めるだけでなく、PFKFB3を標的とした新しい抗がん療法の開発に重要な理論的支援を提供します。PFKFB3を阻害することで、EGFR-TKIsの効果を高め、腫瘍の再発を減らし、NSCLC患者に新しい治療の希望をもたらす可能性があります。