グルタミンまたはグルコースの利用制限下における高悪性度漿液性卵巣癌（HGSOC）細胞の代謝

産婦人科学 腫瘍学 医学
高悪性度漿液性卵巣癌 代謝柔軟性 酸化的リン酸化 小胞体ストレス 化学療法耐性

高悪性度漿液性卵巣癌（HGSOC）細胞の代謝研究

学術的背景

高悪性度漿液性卵巣癌（High-Grade Serous Ovarian Carcinoma, HGSOC）は上皮性卵巣癌の中で最も一般的で侵襲性の高いサブタイプです。ほとんどの患者は診断時にIII期またはIV期にあり、5年生存率はわずか20％から40％です。HGSOCの治療には通常、腫瘍の外科的切除が行われ、その後パクリタキセルとカルボプラチンなどの化学療法が複数回行われます。ただし、BRCA1/2変異保有者にはPARP阻害剤が使用される場合もあります。それにもかかわらず、HGSOCの生存率は1970年代以降ほとんど改善されていません。

近年の研究では、HGSOCの化学療法への反応がその代謝表現型と密接に関連していることが示されています。特に、好気性解糖ではなく酸化リン酸化（Oxidative Phosphorylation, OXPHOS）を優先するHGSOC細胞は、化学療法に対してより良い反応を示します。しかし、これまでの研究は主にHGSOC細胞株に基づいており、HGSOC細胞には高OXPHOSと低OXPHOSの2つの異なる代謝表現型が存在し、これらがグルコースおよびグルタミン欠乏条件下で異なる反応を示すという仮説が提唱されていました。しかし、この仮説は原発性HGSOC細胞ではまだ検証されていませんでした。

したがって、本研究はHGSOC患者から分離した原発性癌細胞を用いてこの仮説を検証し、HGSOC細胞の代謝柔軟性およびグルコースとグルタミン欠乏に対する反応を探ることを目的としています。

論文の出典

本論文はDaniela Šimčíková、Dominik Gardáš、Petr Henebergらによって共同で執筆され、研究チームはチェコのチャールズ大学第三医学部、マサリク大学などの複数の研究機関から構成されています。論文は2024年に『Cancer & Metabolism』誌に掲載され、タイトルは「Metabolism of primary high-grade serous ovarian carcinoma (HGSOC) cells under limited glutamine or glucose availability」です。

研究のプロセスと結果

1. 研究対象の取得と培養

研究チームは45名のHGSOC患者から原発性癌細胞を分離し、同じ患者の卵巣周囲組織から非変換卵巣線維芽細胞を対照として分離しました。これらの細胞は2D培養条件下で2〜6週間培養され、フローサイトメトリーおよび免疫組織化学によりその純度が確認されました。研究ではまた、小胞体ストレス（ER stress）マーカーの発現を免疫組織化学的に分析しました。

2. 代謝柔軟性のテスト

研究チームは、原発性癌細胞がグルコースおよびグルタミン欠乏条件下でどのように代謝柔軟性を示すかをテストしました。細胞外酸性化率（ECAR）および酸素消費率（OCR）を測定することで、細胞の解糖および酸化リン酸化活性を評価しました。その結果、HGSOC細胞は高OXPHOSと低OXPHOSの2つの明確なグループを形成せず、連続的なOXPHOS表現型を示すことがわかりました。ほとんどの腫瘍細胞は、グルコースまたはグルタミン欠乏に対する反応が比較的穏やかであり、同じ患者の非変換卵巣線維芽細胞の反応と関連していました。

3. 遺伝子およびタンパク質発現の分析

研究チームは、代謝経路に関連する14の遺伝子の発現を分析し、特に解糖およびグルタミン代謝に関連する遺伝子に焦点を当てました。その結果、グルコースがない条件下での腫瘍細胞の増殖は、脂質輸送調節因子FABP4の発現と正の相関があり、HK2およびHK1の発現とは負の相関があることがわかりました。さらに、電子伝達系（ETC）タンパク質の発現とOCRまたはECARの間の相関は弱いものでした。

4. 小胞体ストレスとオートファジー

研究では、分析されたすべてのHGSOC腫瘍細胞が高レベルの小胞体ストレスマーカー（BIP、PERK、eIF2αなど）を発現していることがわかりました。小胞体ストレス誘導剤（タニカマイシンなど）および緩和剤（TUDCAなど）を使用して、研究チームは小胞体ストレスレベルをさらに調節しました。その結果、タニカマイシンは腫瘍細胞のオートファジーを有意に増加させましたが、銅(II)-フェナントロリン錯体（C0およびC1）はBIPレベルに有意な影響を与えませんでした。

5. 薬剤感受性テスト

研究チームは、腫瘍細胞に対するさまざまな代謝調節薬（メトホルミン、エラスチンなど）の影響をテストしました。その結果、メトホルミンはグルコースがない条件下で腫瘍細胞の増殖を有意に抑制し、エラスチンは一部の腫瘍細胞に対して細胞毒性を示しました。さらに、脂肪酸酸化阻害剤エトモキシルはグルタミン欠乏と相乗効果を示し、腫瘍細胞のATPレベルを有意に低下させました。

結論と意義

本研究は、これまでHGSOC細胞株に基づいて提唱されていた高OXPHOSと低OXPHOSの2つの代謝表現型の仮説を否定しました。研究では、HGSOC細胞が連続的なOXPHOS表現型を示し、その代謝柔軟性が複雑で多様であることが明らかになりました。研究はまた、HGSOC細胞における小胞体ストレスの重要性を明らかにし、さまざまな代謝調節薬の潜在的な治療戦略を提供しました。

研究のハイライト

  1. 古典的な仮説の否定：本研究は、原発性HGSOC細胞において代謝表現型の連続性を初めて検証し、細胞株に基づく高OXPHOSと低OXPHOSの二分法仮説を否定しました。
  2. 小胞体ストレスの調節：研究では、HGSOC細胞が普遍的に高レベルの小胞体ストレスを示すことがわかり、タニカマイシンとTUDCAが小胞体ストレスとオートファジーを調節する役割を果たすことが明らかになりました。
  3. 薬剤感受性テスト：研究は、HGSOC治療におけるさまざまな代謝調節薬（メトホルミン、エラスチンなど）の潜在的な応用価値を提供し、特にグルコースがない条件下での顕著な効果を示しました。

研究の価値

本研究は、HGSOCの代謝研究に新たな視点を提供し、原発性HGSOC細胞の代謝の複雑さを明らかにしました。研究結果は、HGSOCの代謝メカニズムを理解するだけでなく、代謝経路を標的とした個別化治療戦略の開発に理論的根拠を提供します。さらに、研究はHGSOCにおける小胞体ストレスの重要性を強調し、将来の薬剤開発のための新たなターゲットを提供しました。

その他の価値ある情報

研究チームはまた、HGSOC細胞の代謝表現型が患者の臨床パラメータ（FIGOステージ、BRCA1/2変異など）と一定の相関があることを発見しました。例えば、BRCA1変異患者の腫瘍細胞はHK1の発現が低く、FIGOステージが高い患者はIDO1およびFABP4の発現が低いことがわかりました。これらの発見は、HGSOCの予後評価のための新しいバイオマーカーを提供します。

本研究は、体系的な実験設計と詳細なデータ分析を通じて、HGSOCの代謝研究に重要な科学的根拠を提供し、将来の臨床治療に新たな視点を提供しました。