361) 膠芽腫に対するラパマイシンとレチノイド（イソトレチノイン）の相乗効果

図：栄養摂取やインスリン、成長ホルモン、IGF-1などの増殖刺激が細胞に作用すると、それらの受容体などを介してPI３キナーゼ（Phosphoinositide 3-kinase:PI3K）というリン酸化酵素が活性化され、これがAktというセリン・スレオニンリン酸化酵素をリン酸化して活性化する。活性化したAktは細胞内のシグナル伝達に関与する様々な蛋白質（mTORC1やFoxOなど）の活性を制御することによって細胞の増殖や生存（死）の調節を行う。正常細胞では、栄養摂取の制限やメトホルミンでmTORC1の阻害やFoxOの活性化ができる。しかし、がん細胞では、PI3K/Akt/mTORC1シグナル伝達系に関与する様々なタンパク質の遺伝子変異などによってAktやmTORC1は恒常的に活性化している。このような異常が存在する場合、がん細胞の増殖を抑制するにはAktやmTORC1を直接阻害したり、FoxOなどの転写因子を直接活性化する方法が必要になる。

361) 膠芽腫に対するラパマイシンとレチノイド（イソトレチノイン）の相乗効果

【多形膠芽腫とレチノイドの抗がん作用】
多形膠芽腫（glioblastoma multiforme）は増殖活性が高く、進行が極めて早く、ヒトの悪性腫瘍の中で最も予後不良の腫瘍と言われています。
膠芽腫が再発しやすいのは、がん幹細胞が抗がん剤や放射線治療に抵抗性を示すためと考えられており、がん幹細胞の抗がん剤や放射線に対する感受性を高める方法が検討されています。
その一つにメトホルミンがあります。メトホルミンは糖尿病治療薬ですが、転写因子のFOXO3aの活性化を介して、膠芽腫のがん幹細胞の抗がん剤や放射線に対する感受性を高めることが報告されています。膠芽腫やがん幹細胞やFOXO3aについては339話で解説しています。
難治性にきびの治療薬であるイソトレチノイン（Isotretinoin）は、レチノイドの一種ですが、IGF-1の産生を減少させる作用や転写因子FoxOを活性化する作用が報告されており、がんの治療に利用する研究が行われています。
レチノイド（retinoid）はビタミンA（レチノール）およびその誘導体や類縁化合物の総称です。レチノイドは生体内では活性型であるAll-trans retinoic acid （ATRA）として細胞核内の受容体に結合して、その生理作用を発揮します。
イソトレチノイン（13-cisレチノイン酸）は体内でATRA（All-trans レチノイン酸）に変換されて効果を発揮します。レチノイドの作用機序やイソトレチノインについては323話で解説しています。
レチノイドのイソトレチノンが膠芽腫に対して抗腫瘍効果を示すことが以前から報告があります。
臨床試験も行われています。以下のような報告があります。

Isotretinoin maintenance therapy for glioblastoma: A retrospective review.（膠芽腫のイソトレチノイン維持療法：回顧的レヴュー）J Oncol Pharm Pract. 2013 May 15. [Epub ahead of print]

テキサス大学MDアンダーソンがんセンターからの報告です。
【要旨】
目的；膠芽腫に対する標準的な治療法として外科的切除や放射線治療やテモゾロマイド（temozolomide）が行われている。イソトレチノインが膠芽腫の再発を遅らせる目的の維持療法として使用されているが、この治療法の有効性についてはまだ証明されていない。この研究の目的は、イソトレチノン維持療法を受けた患者とこれを受けなかった患者の生存率や無再発生存期間や副作用などを比較することである。
方法：この研究はMDアンダーソンがんセンターで2004年から2009年に治療を受けた膠芽腫の成人患者を対象にした過去に遡った総括（retrospective review）である。患者は外科切除とテモゾロマイドを併用した放射線治療とその後に術後補助化学療法としてテモゾロマイドの投与を受けた。この標準治療を受けた患者群を対象群（コントロール群）として、同様の治療を受けイソトレチノン維持療法を追加した群の治療成績を比較した。
結果：コントロール群は70名で、イソトレチノイン維持療法を併用した患者は18名であった。無再発生存期間はコントロール群では8.3ヶ月に対して、イソトレチノイン維持療法を併用した群では25.3ヶ月であった（p=0.04）。２年後と３年後の全生存率には統計的な有意差は認めなかった（p=0.11）。イソトレチノインの毒性として皮膚や代謝や精神的な副作用が認められた。
結論：イソトレチノイン維持療法を併用すると無再発生存期間は延長したが、この過去に遡った研究では全生存率を改善する効果は認めなかった。イソトレチノイン維持療法の有用性については、膠芽腫患者の生活の質（QOL）に対する影響や、その副作用との兼ね合いで判断されなければならない。

この臨床試験では、イソトレチノインの投与によって無再発生存期間が約３倍（コントロール群の8.3ヶ月に対して、イソトレチノイン維持療法を併用した群では25.3ヶ月）なるという成績でしたが、２年目や３年目の生存率に統計的な差が無かったのと、イソトレチノインには副作用もあるので、イソトレチノン維持療法の有用性は低いかもしれないという結果です。
しかし、イソトレチノイン投与群の症例が少ないのとretrospective（過去に遡る）研究であるため、まだ結論は出せません。
膠芽腫は非常に進行が早く、平均生存期間は12～14カ月程度と言われているがんなので、レチノイドだけを追加しても２年とか３年の生存率では差がでにくいのかもしれません。

【mTOR阻害剤とレイチノイドの併用は多形膠芽腫のがん幹細胞の治療抵抗性を阻害する】
レチノイドだけでは膠芽腫に対する抗腫瘍効果は弱いのですが、レチノイドにmTOR阻害剤のラパマイシンを併用すると抗腫瘍効果が高まる可能性を示唆する報告があります。培養細胞を使った実験レベルの研究ですが、以下のような論文があります。

Targeting cancer stem cells in glioblastoma multiforme using mTOR inhibitors and the differentiating agent all-trans retinoic acid.　（mTOR阻害剤と分化誘導剤の全トランス・レチノイン酸を用いた多形膠芽腫のがん幹細胞を標的とした治療）Oncol Rep. 2013 Oct;30(4):1645-50. 

ニューヨーク医科大学（New York Medical College）の神経外科学部門（Department of Neurosurgery）からの報告です。
【要旨】
多形膠芽腫は原発性脳腫瘍の中では最も悪性度の高い腫瘍で、治療に抵抗性で多くは予後が極めて悪い。
この腫瘍が再発しやすい理由の一つは、多形膠芽腫のがん幹細胞が抗がん剤や放射線治療に抵抗性を示すからである。したがって、がん幹細胞を標的にした治療法の開発が多形膠芽腫の治療成績を高めるために必要である。
ラパマイシンの標的タンパク質はmTORC1とmTORC2という２種類の複数のタンパク質から構成されるタンパク質複合体であり、それぞれ細胞の増殖（proliferation）と移動（migration）の制御を行っている。
多形膠芽腫のがん幹細胞ではmTORタンパク質の機能異常が存在することが示されている。レチノールの誘導体である全トランス・レチノイン酸（All-trans retinoic acid, ATRA）は、がん幹細胞と正常な神経前駆細胞の細胞分化を誘導する。
この研究の目的はがん幹細胞の維持におけるmTORの役割を明らかにし、mTOR経路の阻害剤と分化誘導剤の併用によって多形膠芽腫のがん幹細胞を標的とした治療の可能性を検討することである。
実験の結果、ATRAによって幹細胞のマーカーのNestinが消失したことから、ATRAはがん幹細胞の分化を誘導することが明らかになった。
これらの結果はウェスタンブロット法でATRA処理後にNestinの発現量が時間依存性に減少することから確認された。
この効果は、mTOR阻害剤（ラパマイシン）やPI3K阻害剤（LY294002）やMEK1/2阻害剤（U0126）との併用でも同様に認められた。
活性化したpERK1/2（extracellular signal-regulated kinase 1/2）の発現は、mTOR経路の阻害剤の有無にかかわらず、ATRAの投与によって促進された。（つまり、ATRAはpERK1/2の発現を直接誘導するということ）
がん幹細胞の増殖は、ATRA単独処理あるいはATRAとラパマイシンの併用処理によって抑制された。
多形膠芽腫細胞の運動性（motility）はATRA、ラパマイシン、LY29002のそれぞれ単独の投与によって抑制された。しかしながら、これらを併用するとがん細胞の運動性を阻害効果は増強したので、相乗効果が示唆された。
これらの結果は、ATRAによる分化誘導作用はERK1/2シグナル伝達系を介して起こり、多形膠芽腫の治療におけるmTOR経路の阻害剤と分化誘導剤の併用の重要性を示唆している。

培養細胞を使った実験なので、人体で本当に相乗効果があるのかはまだ不明です。しかし、ラパマイシンやラパマイシン誘導体ががんや肉腫の増殖を抑制することは臨床試験でも証明されています。
mTOR阻害剤とレチノイドの併用が白血病細胞の増殖を抑える効果が動物実験で報告されています。

Inhibition of mammalian target of rapamycin signaling potentiates the effects of all-trans retinoic acid to induce growth arrest and differentiation of human acute myelogenous leukemia cells.（ヒト急性骨髄性白血病細胞の増殖停止と細胞分化を誘導する全トランスレチノイン酸の効果を哺乳類ラパマイシン標的タンパク質シグナル伝達系の阻害は増強する）Int J Cancer. 125(7):1710-20. 2009年

この論文は高知医科大学の血液・呼吸器内科学教室からの報告です。
全トランスレチノイン酸（ATRA）は急性骨髄性白血病の増殖抑制作用と分化誘導作用を示しますが、その効果がmTORC1阻害剤のエベロリムス（everolimus）の併用によって増強されるという実験結果です。マウスに移植した実験系でもATRAとエベロリムスの併用で増殖抑制効果が相乗的に増強することが確認されています。

以上のような研究結果から、多形膠芽腫細胞や急性骨髄性白血病を含めて多くのがんの治療としてラパマイシン（あるいはラパマイシン誘導体）とレチノイド（イソトレチノイン）の併用は検討してみる価値がありそうです。

【抗がん作用と免疫抑制作用と寿命延長効果を持つラパマイシン】
ラパマイシン（Rapamycin）は免疫抑制剤として臓器移植の際の拒絶反応を防ぐために使用される薬ですが、このラパマイシンに寿命延長効果と抗がん作用が明らかになったことから、ラパマイシンの生体内のターゲット分子である哺乳類ラパマイシン標的タンパク質（mammalian target of rapamycin：略してmTOR）というタンパク質が見つかりました。
ラパマイシンは1975年にイースター島（モアイ像で有名な南太平洋の島）の土壌から発見されたStreptomyces hygroscopicsという放線菌の一種が産生する有機化合物です。
イースター島はポリネシア語で「ラパ・ヌイ（Rapa Nui）」と言い、この「ラパ」と「菌類が合成する抗生物質」を意味する接尾語の「マイシン」とを組み合わせて「ラパマイシン」と名付けられています。
ラパマイシンは最初は抗生物質として開発されましたが、リンパ球の増殖を抑制する作用が見つかり、免疫抑制剤として使用されるようになりました。1991年に酵母におけるラパマイシンの標的タンパク質が見出されてTOR（target of rapamycin）と命名され、後に哺乳類のホモログ（相同体）が見出されてmTOR（mammalian target of rapamycin：哺乳類ラパマイシン標的タンパク質）と命名されました。

ラパマイシンの薬効としては、免疫抑制作用の他に、平滑筋細胞増殖抑制作用や抗がん作用や寿命延長効果が知られています。平滑筋細胞増殖抑制作用に関しては、狭心症や心筋梗塞の治療に使われる血管内ステントに冠動脈再狭窄予防効果を目的としてラパマイシンを配合したステントが製品化され、心臓カテーテル治療において使用されています。また、リンパ脈管筋腫症の治療薬としても使用されています。

寿命延長作用については、生後600日のマウス（人間では60歳ほどに相当）にラパマイシンを投与すると、通常に比べてメスは平均で13％、オスは9％長生きしたという動物実験の結果が報告されています。

ラパマイシン自体に抗がん作用が報告されていますが、ラパマイシンの構造を改変した物質（ラパマイシン誘導体）が抗がん剤として開発されて、すでに幾つかの薬が臨床で使用されています。このようなラパマイシンの多彩な薬効は、このラパマイシンがターゲットにするmTORが細胞の増殖やエネルギー産生に重要な役割を担っているからです。

【哺乳類ラパマイシン標的蛋白質（mTOR）の働きを阻害するとがん細胞は死滅する】
mTORはラパマイシンの標的分子として同定されたセリン・スレオニンキナーゼで、細胞の分裂や生存などの調節に中心的な役割を果たしています。
mTORにはmTOR複合体1（mammalian target of rapamycin complex 1：mTORC1）とmTOR複合体２（mammalian target of rapamycin complex ２：mTOR2）の２種類があります。mTORに幾つかのタンパク質がくっついて異なる複合体を形成し、それがmTORC1とmTORC2の２種類あるということです。　
mTORC1は成長因子や、糖やアミノ酸などを含む栄養素のセンサーとして機能し、mTORC2は細胞骨格やシグナル伝達の制御をしています。インスリンやインスリン様成長因子によって活性化されるのはmTORC1の方です。
mTORC1は、糖やアミノ酸などの栄養素の状況、エネルギー状態、成長因子（増殖因子）などによる情報を統合し、エネルギー産生や細胞分裂や生存などを調節しています。
細胞の増殖というのは、栄養とエネルギーが利用できる状態にあるときに、新たな細胞構成成分（タンパク質、核酸、脂質など）を合成して、細胞の数を増やす生化学的プロセスのことです。したがって、増殖するためには、細胞を新たに作る材料（栄養素）とエネルギー（糖質や脂質を酸化して得られるATP）が必要です。増殖因子や成長因子やホルモンなどによって細胞増殖の指令（シグナル）が来たときに、栄養素とエネルギーの供給が十分にある条件で、タンパク質や脂質の合成を促進して細胞増殖を実行するのがmTORC1です。
栄養摂取やインスリン、成長ホルモン、IGF-1、サイトカインなどの増殖刺激が細胞に作用すると、それらの受容体などを介してPI３キナーゼ（Phosphoinositide 3-kinase:PI3K）というリン酸化酵素が活性化され、これがAktというセリン・スレオニンリン酸化酵素をリン酸化して活性化します。活性化したAktは、細胞内のシグナル伝達に関与する様々な蛋白質の活性を調節することによって細胞の増殖や生存（死）の調節を行います。
このAktのターゲットの一つがmTORC1です。Aktによってリン酸化（活性化）されたmTORC1は細胞分裂や細胞死や血管新生やエネルギー産生などに作用してがん細胞の増殖を促進します（下図）。この経路をPI3K/Akt/mTORC1経路と言い、がん細胞や肉腫細胞の増殖を促進するメカニズムとして極めて重要であることが知られています。すなわち、PI3K/Akt/mTORC1経路の阻害はがん細胞や肉腫細胞の増殖を抑制し、細胞死（アポトーシス）を誘導することができるため、がん治療のターゲットとして注目されています。

 

図:栄養摂取やインスリン、インスリン様成長因子-1（IGF-1）などの増殖刺激が細胞に作用すると、PI３キナーゼ（PI3K）が活性化され、その下流に位置するAktの活性化、mTORC1の活性化と増殖シグナルが伝達される。mTORC1は栄養素の取込みやエネルギー産生、細胞分裂・増殖、細胞生存、抗がん剤抵抗性、血管新生などに関与し、mTORC1の活性化はがん細胞の発生や増殖や転移を促進する。ラパマイシンおよびラパマイシン誘導体（エベロリムスなど）はmTORC1を阻害することによって抗がん作用を示す。

　

PI3K/Akt/mTORC1経路の阻害は、抗がん剤や放射線治療の効き目を高める効果や、血管新生を阻害するすることによってがん細胞の増殖を抑制する効果も報告されています。

また、mTORC1は低酸素誘導因子-1（hypoxia inducible factor 1；HIF-1）を活性化します。HIF-1は解糖系酵素の発現を誘導してがん細胞の解糖系を亢進する作用があります。
したがって、mTORC1を阻害するとがん細胞で亢進している解糖系を抑制できます。
355話で解説した「解糖系を阻害しながらクエン酸回路（TCA回路）を活性化する」方法（2-デオキシ-D-グルコースやジクロロ酢酸ナトリウムなど）にmTORC1阻害剤を併用すると抗腫瘍効果を増強できます。

mTORC1阻害剤は免疫抑制という欠点を持ちますが、がん細胞や肉腫細胞の多くにおいてmTORC1が活性化されているため、抗がん剤として有効性が高く、すでに幾つかのmTORC1阻害剤が開発され、抗がん剤として使用されています。

いろんな成長因子や栄養素（アミノ酸など）は成長過程においてはmTORC1の働きによって体が成長し成熟していく上で重要な働きを担っていますが、成熟が済むと、成長ホルモンや成長因子やmTORの活性化は細胞や組織の老化を促進する作用になり、さらにがん細胞の発生や増殖や進展を促進することに加担しています。したがって、成長を終了した後は、むやみにmTORC1シグナル伝達系を活性化しない方ががんの予防と長寿の達成には有利になるのです。

 

【がん治療においては免疫力を犠牲にするのは仕方がない?】

mTORC1の阻害は免疫細胞の働きを抑制します。mTOR阻害剤とレチノイドを併用するとさらにがん細胞に対する免疫応答が低下する可能性が報告されています。しかし、がん細胞の増殖を効果的に抑制するには免疫力を犠牲にするのもやむを得ないかもしれません。

 「正常細胞や発がん過程にある前がん細胞」と「がん細胞」において、抗酸化剤の作用が全く異なることを前回（360話）解説しました。

すなわち、正常細胞や前がん細胞（がん化しかかっているがまだ増殖の制御が効く状態）においては抗酸化剤は発がん過程を抑制してがん予防効果が期待できます。

一方、がんの治療においては、抗-抗酸化剤（がん細胞の抗酸化システムを阻害する）ががん治療に有効になります。がん細胞は自身の抗酸化システムを増強することによって抗がん剤や放射線治療に対して抵抗性になるからです。

したがって、抗酸化物質の豊富な野菜や果物やサプリメントはがん予防の目的では多く摂取する方が良いのですが、進行がんのがん治療中はあまり意味がない可能性もあります。

免疫増強作用も同様です。がん予防の目的では免疫力を高めることはがん細胞の発生を抑制する効果が期待できます。免疫監視機構ががんの発生を防いでくれるからです。免疫力が低下するエイズでがんの発生が多いことは、がんの発生予防における免疫力の重要性を示唆しています。

がん治療後の再発予防の目的でも、免疫力の増強は有効だと思われます。がん細胞の数が少ない状況であれば、免疫監視機構によるがん細胞排除は効果を発揮しやすいからです。

しかし、大きながん組織を作った段階では、免疫力を増強しても効果は限定的です。免疫力が低いよりかは高い方が良いのですが、十分に高めてもそれほどの抗腫瘍効果は得られないようです。

がん細胞は免疫細胞の働きを弱めたり、免疫監視機構から逃れるためにいろんな手段を持っています。（例えば、腫瘍組織の酸性化など：359話参照） 

また、がん細胞の数が多いと、「多勢に無勢」や「焼け石に水」の状態で、免疫細胞だけでがん組織を縮小させることは物理的に困難です。

そこで、進行がんの場合は、免疫力を温存するよりも、がん細胞の増殖を抑える（死滅させる）ことを優先する方が戦略的には勝っているように思います。

抗がん剤や放射線による免疫力低下を防ぐ目的で漢方薬やサプリメントなどが利用され、その有用性は指摘されています。したがって、免疫力低下を防ぐような補完療法の併用は有用ですが、免疫力の低下を完全に防ぐことは困難です。進行がんの治療においては、がん細胞を死滅させるためには免疫力を犠牲にするのはある程度は仕方ないということになります。

がん細胞の増殖とリンパ球の活性化には共通するシグナル伝達系が関わっているので、リンパ球の増殖や活性に影響せずにがん細胞だけを攻撃することは困難です。

様々な細胞の働きは、細胞内の複雑なシグナル伝達系のネットワークによって制御されています。そのネットワークの中心的な役割を果たしている分子としてAktやmTORがあり、これらを阻害すると免疫細胞の働きは抑制されますが、強力な抗がん作用が期待できるので、AktやmTORの阻害剤ががん治療薬として期待されているのです。

 

【がんの発生予防で有効なものががん治療で効かない理由】

細胞内のシグナル伝達系は複雑です。お互いにネットワークを形成し、相互に抑制したり促進して制御されています。

「このスイッチを入れれば、このタンパク質が活性化する」「このスイッチを切れば、このタンパク質の活性は止まる」というようにこれらの制御システムが正常であれば、そのシグナル伝達の上流を制御することによって、その下流のシグナル伝達系を制御することができます。

例えば、糖質制限やケトン食によってインスリンの分泌を抑制しインスリン／インスリン様成長因子-1のシグナル伝達系を抑制すればAktもmTORも活性は低下し、細胞の増殖は抑制されます。

メトホルミンはAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）を活性化してmTORや低酸素誘導因子-1（HIF-1）の活性を抑制します。

したがって、糖質制限もケトン食もメトホルミンも抗がん作用があります。これらはがん予防効果はあるのですが、進行がんの増殖を抑制したり死滅させる効果は限界があります。

その理由は、がん細胞の場合はシグナル伝達系が異常を起こし、スイッチを入れても切っても、その下流のシグナル伝達を制御できないからです。

 
前述のように細胞内のシグナル伝達系が正常であれば、メトホルミンでAMPK を活性化するばmTORは抑制できます。

糖質制限やケトン食でインスリン／インスリン様成長因子-1のシグナル伝達を抑制してもmTORは抑制できます。

しかし、がん細胞の場合は、必ずしもうまくいきません。それは、このシグナル伝達系の至るところで異常が起きているからです。

メトホルミンでAMPKを活性化してもmTORC1との間に存在するTSC1/TSC2が異常を起こしていればmTORは抑制できません。

インスリンの分泌を減らしても、PI3KやAktが遺伝子異常で恒常的に活性化しておれば抑制はできません。

実際に、がん細胞ではAkt遺伝子の増幅（amplification:数が増えていること）や、PI3KやAktやmTORの活性を抑制するがん抑制遺伝子（PTENやTSC1/TSC2など）の遺伝子変異など、PI3K/Akt/mTOR/HIF-1シグナル伝達系の至るところで異常が起こっていることが明らかになっています。

グルコースの取込みや解糖系の阻害は、エネルギー産生と物質合成を直接的に阻害するので、PI3K/Akt/mTOR/HIF-1シグナル伝達系の異常があっても効果は期待できますが、しかし、抗腫瘍効果は減弱します。

PI3K/Akt/mTOR/HIF-1シグナル伝達系を有効に抑制できれば、解糖系の阻害や酸化的リン酸化の活性化をターゲットにしたがん治療の効果は高まると言えます。

そこで進行がんの治療の場合は、mTORC1やAktを直接阻害する薬が必要になるというわけです。

メトホルミンやケトン食や解糖系の阻害（2-デオキシグルコースなど）でがん細胞の増殖が抑制できない場合は、mTORやAktやFOXOなどに直接的に作用する薬が有効と言えます。

そのような方法としてラパマイシンとイソトレチノインの併用は試してみる価値があります。

イソトレチノインとラパマイシンは正規の薬を使えば高額になりますが、低費用（１ヶ月で１万円程度）で行う方法もあります。（Rocheのイソトレチノインの特許2002年に切れているのでジェネリックがあり、ラパマイシンの特許は201４年の１月に切れるのですが、現時点でも安価に使う方法があります）

画像をクリックするとサイトに移行します。