オーラノフィン(Auranofin)の抗がん作用

【オーラノフィンは関節リュウマチの治療薬】

オーラノフィン(Auranofin)は、関節リュウマチにおける炎症反応や免疫異常を抑制して、寛解へと導く経口金製剤として1985年以降臨床で使用されています。炎症細胞の機能抑制や、免疫細胞に作用して自己抗体の産生を抑制して、関節における炎症を抑制します。
通常、成人にはオーラノフィンとして1 日6mg(本剤2 錠)を朝食後及び夕食後の2 回に分割経口します。  
主な副作用は下痢や腹痛や口内炎などの消化器症状が1~5%程度、発疹や掻痒などの皮膚症状が2~3%程度、その他1%以下の頻度で蛋白尿、貧血、浮腫、肝障害などが報告されていますが、比較的副作用の少ない安全性の高い薬です。(ただし、稀に間質性肺炎や腎臓障害などの重い副作用が発生することがありますので、注意して使用します。) 最近、オーラノフィンの抗腫瘍効果が注目されています。実際、米国ではがん治療へのオーラノフィンの効果を検討する第2相臨床試験の実施がFDA(食品医薬品局)から承認されています。  
今まで報告されたオーラノフィンの抗がん作用のメカニズムは多様です。DNAやRNAやタンパク質の合成阻害、ミトコンドリアのチオレドキシン還元酵素やグルタチオン-S-トランスフェラーゼやプロテアソームの機能阻害、抗炎症作用(IL-6/STAT3経路の阻害、NF-κB活性化の阻害など)、ヒストン・アセチル化亢進など多くの作用機序が報告されています。

【オーラノフィンはチオレドキシン還元酵素を阻害する】

チオレドキシン(Thioredoxin: Trx)とは、分子内に酸化還元活性を有するSH基を持つ抗酸化酵素で、活性酸素から細胞を保護する作用を示すほか、細胞内シグナル伝達にも関与する多機能タンパク質です。細胞内における主要な抗酸化機構の一つであり、細菌からヒトに至るまで普遍的に存在しています。
チオレドキシン・システムは、チオレドキシン、チオレドキシン還元酵素、NADPHより構成されます。  
還元型チオレドキシンは、酸化された標的タンパク質に結合し、標的タンパク質のジスルフィド結合(S-S)チオール基(-SH)に還元し、チオレドキシン自身のチオール基は酸化されます。酸化型チオレドキシンは、NADPHの存在下でチオレドキシン還元酵素の作用により還元され、 再び還元型に戻ります。NADPHはペントースリン酸回路で産生されます。オーラノフィンはチオレドキシン還元酵素を阻害します。 (下図)

チオレドキシンは活性部位の2つのシステイン基の間でジスルフィド(S-S)結合を作る酸化型とジチオール(-SH-SH)を作る還元型が存在する。 還元型チオレドキシンは酸化された標的タンパク質に結合してタンパク質のジスルフィド結合(S-S)をチオール基(-SH)に還元し、チオレドキシン自身のチオール基(-SH)は酸化されてジスルフィド(S-S)になる。 酸化型チオレドキシンはNADPHの存在下でチオレドキシン還元酵素の作用により還元され、再び還元型に戻る。NADPHはペントースリン酸回路で産生される。オーラノフィンはチオレドキシン還元酵素を阻害する。

放射線や抗がん剤はがん細胞に活性酸素の産生を高めて酸化傷害を引き起こして死滅させます。これに対してがん細胞はチオレドキシン・システムを使って酸化傷害を軽減してアポトーシスに抵抗性を獲得します。 オーラノフィンはチオレドキシン(Trx)還元酵素を阻害してがん細胞の抗酸化力と低下させることによって、放射線治療や抗がん剤治療の効果を高めることができます。

オーラノフィンはチオレドキシン(Trx)還元酵素を阻害してがん細胞の抗酸化力を低下させる作用によって、放射線や抗がん剤の治療効果を高めることができる。

 

【オーラノフィンはSTAT3を阻害する】

がん治療のターゲットとしてSTAT3(Signal Tranducer and Activator of Transcription 3:シグナル伝達兼転写活性化因子3)が注目されています。 STAT3はさまざまなサイトカインや成長因子からのシグナルを統合して免疫や炎症を制御する転写因子であり、また、炎症に起因した発がんに重要な働きをすることが明らかになっています。 STAT3は「シグナル伝達兼転写活性化因子」という名前の通り、「シグナル伝達」と「遺伝子転写活性化」の両方において働きます。  
STAT3は非活性化状態においては細胞質に存在しますが、ヤーヌスキナーゼ(Janus Kinase; JAK)が活性化されることによってリン酸化を受け、核内へ移行して目的遺伝子を活性化する転写因子として機能します。
JAKはサイトカイン受容体のサブユニットとして存在し、チロシンをリン酸化する酵素(チロシンキナーゼ)の一種です。

IL-6ファミリーのサイトカインあるいは上皮成長因子(EGF)等の成長因子がそれらの受容体に結合することによりヤーヌスキナーゼ(JAK)が活性化されると、活性化されたJAKがSTAT3のチロシン705をリン酸化します。
  
チロシン705がリン酸化されたSTAT3二分子のSH2ドメインがそれぞれ他方の分子のリン酸化チロシンと相互作用することにより二量体を形成して核内に移行し、核内に移行したSTAT3二量体は標的となるDNAに結合する事で転写を活性化します。これをJAK-STAT経路と言います。    
STAT3のリン酸化はJAKを介する以外に、増殖因子や成長因子の受容体が直接リン酸化する場合や、Srcなどの非受容体性チロシン・キナーゼによっても起こります。つまり、様々な細胞刺激に応答してSTAT3がリン酸化されて、増殖や生存を促進する作用を発揮します。  
STAT3は細胞をアポトーシス抵抗性にするBcl-2やBcl-XL、細胞周期を促進するサイクリンD1(Cyclin D1)などの遺伝子発現を誘導することによってがん細胞の増殖や転移を促進します。
オーラノフィンがSTAT3の活性化を阻害する作用が報告されています。チオール基(-SH)をもつタンパク質がJAK/STAT3の活性化に関与しており、オーラノフィンのJAK/STAT3活性化阻害作用はチオレドキシン還元酵素阻害作用が関与していることが報告されています。これはチオール基をもつ抗酸化剤(N-アセチルシステインやグルタチオン)を添加するとオーラノフィンのJAK1/STAT3活性化阻害作用が阻止されたことから示されています。

JAKは受容体のサブユニットとして存在し、チロシンをリン酸化するチロシンキナーゼ活性を持つ。IL-6やEGFなどの受容体が刺激されるとJAKが活性化されてSTAT3がリン酸化される。STAT3のリン酸化は受容体性チロシンキナーゼや非受容体性チロシンキナーゼ(Srcなど)でも起こる。
STAT3は不活性な状態では細胞質に存在し、JAKなどでチロシン705がリン酸化されると、STAT3二分子が、それぞれ他方の分子のリン酸化チロシンと相互作用することにより二量体を形成して核内に移行する。核内に移行したSTAT3二量体はDNAに結合する事で転写を活性化する。
STAT3は細胞をアポトーシス抵抗性にするBcl-2やBcl-XL、細胞周期を促進するサイクリンD1などの遺伝子発現を誘導することによってがん細胞の増殖や転移を促進する。
オーラノフィンは炎症細胞からのサイトカインの産生やSTAT3の活性化を阻害する。

 

【オーラノフィンはIκBキナーゼ(IKK)を阻害する】

炎症性疾患やがんの治療のターゲットの一つにNF-κB(エヌエフ・カッパー・ビー、Nuclear Factor-kappa B、核内因子-κB)という遺伝子の転写を調節するタンパク質複合体があります。転写因子はDNA上のプロモーターやエンハンサーといった転写を制御する部分に特異的に結合し、DNAの遺伝情報をmRNAに転写する過程を促進、あるいは逆に抑制する働きを持つタンパク質です。  
NF-κBは炎症反応や免疫応答や細胞増殖に関連する多くの遺伝子の発現を調節しており、NF-κBの活性化は様々な炎症性疾患やがんを増悪させることが明らかになっています。がん細胞ではNF-κBが活性化すると死ににくくなるので抗がん剤に抵抗性になり、増殖や転移が促進されます。がん細胞や炎症細胞のNF-κB活性が高まると、内皮細胞増殖因子(VEGF)や単球走化因子-1(monocyte chemoattractant factor-1)やインターロイキン-8(IL-8)やシクロオキシゲナーゼ-2(COX-2)など、腫瘍血管の新生に関与する蛋白質の産生が増加します。  
炎症細胞やがん細胞に、炎症性サイトカン(IL-1, TNF-αなど)や酸化ストレス(放射線や活性酸素など)が作用すると、細胞内でNF-κBが活性化されます。このNF-κBを活性化するタンパク質がIκBキナーゼ(IKK)です。  
NF-κBは細胞質に存在し、IκB(Inhibitor of κB)と呼ばれる制御蛋白質と複合体を形成し、不活性型で細胞質に局在しています。  
炎症性刺激や酸化ストレスやプロテインキナーゼCなどによりIκBのセリン基をリン酸化するIκBキナーゼ(IKK)が活性化されてIκBをリン酸化し、さらに蛋白分解の目印となるユビキチンが結合し、プロテアソームで分解されます。IκB が外れるとIκBでマスクされていた核内移行シグナルが露出して、NF-κBは核に移行できるようになります。NF-κBはDNA上のκBモチーフ (GGGACTTTCC) と呼ばれる配列に結合し、目的遺伝子の転写活性化を行います。 NF-κBの活性化を阻止することは、炎症性疾患やがんの治療に有効と考えられています。  
オーラノフィンはIκBキナーゼ(IKK)の活性を阻害する作用が報告されています。IKKの活性部位にはシステインのスルフヒドリル基が存在し、これがIKKの活性に必須であることから、チオレドキシン還元酵素を阻害するオーラノフィンがIKKの活性化を阻害してNF-κBの活性化を阻害すると考えられています。

①NF-κBは細胞質に存在し、IκBと呼ばれる制御蛋白質と複合体を形成している。
②炎症性サイトカインや酸化ストレスなどはIκBキナーゼを活性化してIκBをリン酸化する。 ③さらにユビキチンが結合してプロテアソームで分解される。
④IκBが外れるとNF-κBの核内移行シグナルが露出してNF-κBは核に移行し目的遺伝子の転写を行う。
⑤NF-κBで活性化される遺伝子は炎症やがんの進展と関連するものが多い。
⑥その結果、がん細胞の増殖は亢進し、アポトーシスが起こりにくくなって抗がん剤耐性となる。
⑦オーラノフィンはIKKの活性化を阻害してNF-κBの活性化を阻害する。

 

【オーラノフィンはFoxO3aの活性を高める】

転写因子FoxO3a(Forkhead Box O 3a)はDNA結合ドメインFox(Forkhead box)を持つForkheadファミリーに属する転写因子です。FoxO3aはストレス応答、代謝制御、細胞周期、アポトーシス、細胞分化、DNA修復、免疫機能、炎症などに関連する多くの遺伝子の発現を促します。がん抑制遺伝子としての性格も持っており、FoxO3aの活性化は抗がん作用を示します。  
FoxO3はインスリン/インスリン様成長因子-1(IGF-1)シグナル伝達系の下流に位置しています。インスリン/インスリン様成長因子-1(IGF-1)はPI3K/Aktシグナル伝達系を亢進し、活性化されたAktは転写因子FoxO3aをリン酸化します。この場合、リン酸化されたFoxO3aは核外(細胞質)へ移行して分解されるので、FoxO3aの転写活性は抑制されます。これが、インスリンやIGF-1の活性化ががんの発生や増殖を促進するメカニズムの一つになっています。(下図)

インスリン/インスリン様成長因子-1(IGF-1)はPI3K/Aktシグナル伝達系を亢進し、活性化されたAktは転写因子FoxO3aをリン酸化する。リン酸化されたFoxO3aは核外(細胞質)へ移行するので、FoxO3aの転写活性は抑制される。FoxO3aの標的遺伝子は細胞増殖を停止させ、アポトーシスを誘導してがん抑制的に作用するので、FoxO3aの核外への移行(不活性化)はがん細胞の増殖を促進することになる。

FoxO3aは細胞周期の進行を阻害するタンパク質p27Kip1の発現を促進します。p27Kip1は細胞周期のG0/G1停止を引き起こすサイクリン依存性キナーゼ阻害因子です。また、FoxO3aはがん細胞のミトコンドリアに作用してアポトーシスを誘導するタンパク質のBimの発現を亢進することが報告されています。つまり、FoxO3aの転写活性を高めることはがん細胞をG0/G1期で細胞周期を止め、アポトーシスを誘導することになります。

増殖因子や成長因子はPI3K/Aktシグナル伝達系を活性化し、AktはFoxO3aをリン酸化して核外に移行させて転写活性を阻害する。FoxO3aはサイクリン依存性キナーゼの阻害因子であるp27Kip1やアポトーシスを誘導するBimの発現を亢進してがん細胞をG0/G1期で停止させ、アポトーシスを誘導する。

IκBキナーゼがFoxO3aをリン酸化して核外へ移行させて不活性化することが報告されています。オーラノフィンはIκBキナーゼ(IKK)を阻害する作用があります。つまり、オーラノフィンはIKKを阻害してFoxO3aを活性化して抗がん作用を示すことになります。

IκBキナーゼβ(IKKβ)はFoxO3aの核内移行を阻止することによってFoxO3aの転写活性を阻害する。FoxO3aはアポトーシス誘導性のBcl-2の発現を阻害し、アポトーシスを誘導するタンパク質(Bax, Bim, Caspase-3など)の発現や活性を高めアポトーシスを誘導する。オーラノフィンはIKKβの活性を阻害する作用によってFoxO3aの転写活性を高めて、がん細胞のアポトーシスを誘導する。

 

【オーラノフィンはNF-κBを阻害し、FoxO3a活性を亢進する】

IκBキナーゼ(IKK)はIKKαとIKKβとIKKγ(またはNEMO)と呼ばれる調節サブユニットから構成される複合体を形成しています。様々な炎症性シグナルや増殖シグナルに応答してIKK-αとIKK-βはリン酸されて活性化されます。 IKK複合体のうちIKKβのリン酸化は炎症性シグナルに応答して起こり、NF-κBの活性化やFoxO3の不活性化に関与しています。NF-κBの活性化もFoxO3の不活性化も、ともに増殖を促進しアポトーシスを起こしにくくする作用があります。したがって、IKKβのリン酸化(活性化)を阻害することは、がん細胞の増殖抑制とアポトーシス誘導に作用することになります

①NF-κBはIκBと複合体を形成して細胞質に存在している。
②様々な炎症シグナルや増殖シグナルはIκBキナーゼ(IKK)を活性化してIκBをリン酸化する。
③リン酸化されたIκBは分解され、フリーになったNF-κBは核内に移行し目的遺伝子の転写を行う。
④FoxO3aはIKKによってリン酸化されると核外に移行する。
⑤核外に移行するとFoxO3aによって転写される遺伝子の発現は阻害される。
NF-κBで転写が促進される遺伝子は炎症やがんの進展と関連するものが多い。FoxO3aによって転写が促進される遺伝子は細胞周期停止やアポトーシス誘導に関連するものが多い、したがって、IκBキナーゼ(IKK)を抑制することは、がん細胞の増殖を抑制し、アポトーシスを誘導する方向で作用する。

【オーラノフィンはヒストン・アセチル化を亢進する】

幾つかの腫瘍では、ビタミンD3レチノイドはがん細胞を分化させて増殖を止め、アポトーシス(細胞死)を誘導する作用があります。しかし、多くの固形がんでは、分化誘導作用が認められません。それはがん細胞では、遺伝子にエピジェネティックな制御が起こっているからです。
特に細胞増殖を抑制したり細胞死や分化を誘導するようながん抑制遺伝子には、DNAのアセチル化やヒストンの脱アセチル化によって転写因子がアクセスできにくくなっていることが明らかになっています。
  
つまり、レチノイドやビタミンD3が思うように効かないのは、これらの遺伝子にレチノイド受容体やビタミンD受容体がアクセスできないためで、アクセスできるようにすればレチノイドやビタミンD3の抗がん作用が出てくる可能性があります。オーラノフィンがヒストンアセチル化を促進してレチノイドやビタミンD3の分化誘導作用を促進することが報告されています

ビタミンD3とレチノイドはそれぞれの核内受容体に結合してヘテロ2量体を形成して遺伝子転写を促進し、がん細胞の増殖抑制や分化誘導や細胞死(アポトーシス)誘導作用を示す。
オーラノフィンはヒストン・アセチル化を促進する作用があり、ビタミンD3とレチノイドの分化誘導作用を促進する。

 

【オーラノフィンの抗がん作用を高める方法】

がん治療では、副作用が少ない方法でがん細胞の増殖を抑えることができれば理想の治療法になります。 抗がん剤以外の治療に使用されている既存の薬の抗腫瘍効果を利用した「薬の再開発(Drug repositioning)」の研究で、多くの候補が見つかっています。
オーラノフィンは関節リュウマチの治療に使用される服用量で、チオレドキシン還元酵素やIL-6/STAT3経路の阻害やヒストンアセチル化亢進作用などの様々な抗がん作用が期待できます。 前述のように、オーラノフィンとビタミンD3とレチノイド(ビタミンA誘導体)のイソトレチノインの併用は、NF-κB活性の阻害とFoxO3aの活性亢進の作用によって、がん細胞の増殖抑制とアポトーシス誘導の作用を発揮します。 この組合せにヒストン・アセチル化を亢進すえるケトン食やアセチル-L-カルニチンの併用は有効です。

ビタミンD3とレチノイドはそれぞれの核内受容体に結合してヘテロ2量体を形成して遺伝子転写を促進し、がん細胞の増殖抑制や分化誘導や細胞死(アポトーシス)誘導作用を示す。
絶食やケトン食によって産生されるβヒドロキシ酪酸やアセチル-L-カルニチンやオーラノフィンはヒストンアセチル化を亢進する作用によってレチノイドとビタミンD3の抗腫瘍効果を増強する。
オーラノフィンには抗炎症作用やチオレドキシン還元酵素阻害作用があり、これらの作用は抗腫瘍作用を増強する。

しかし、がん細胞はいろんなメカニズムで増殖抑制とアポトーシス誘導に抵抗しようとします。したがって、さらに抗腫瘍効果を高めるために、他の方法を追加する必要がある場合もあります。
サリドマイドがI-κBキナーゼ活性を抑制してNF-κB活性を阻害する作用が報告されています。(J Biol Chem 276(25): 22382-7, 2001年)
NF-κB/IL-6/STAT3経路を阻害するジインドリルメタン、シクロオキシゲナーゼ-2(COX-2)の活性を阻害するセレコキシブ(celecoxib)の併用も有効です。
アルコールを全く飲まなければ、オーラノフィンとの相乗効果が報告されているジスルフィラムの併用が有効です。
低用量の抗がん剤を使ったメトロノミック・ケモテラピーとオーラノフィンを併用すると抗がん作用を強めることができます。 低用量のメソトレキセートとシクロフォスファミドを併用したメトロノミック・ケモテラピーの有効性が報告されていますが、この2つも関節リュウマチの治療に使われています。
以上の薬はそれぞれ1ヶ月分が数千円(オーラノフィン、ビタミンD3、イソトレチノイン、ジインドリルメタン、メソトレキセート、シクロフォスファミド)から1~4万円程度(ジスルフィラム、セレコックス、サリドマイト)と比較的安価です。他に治療法が無くなった場合の代替医療として試してみる価値はあると思います。