(57)【要約】【課題】  発癌に関与する酵素を検出することにより、癌を発症前に予見的に診断する方法及びそれを実現するための診断装置。【解決手段】  癌発症を促進する代謝酵素の活性状態を計測し、活性度と癌発症の確率との関係に準拠して、癌発症の可能性の高い危険状態にあるかどうかを判定して、癌の発症を発症前に予見的に診断する癌予防診断に用いる癌予防診断装置であり、発癌促進酵素により産生された蛍光物質を励起する波長の照明光を生体表面等に照射する照明光照射手段１２と、蛍光物質からの蛍光光強度変化を検出する蛍光光強度検出手段１８と、蛍光光強度変化から発癌促進酵素の活性度を表す反応パラメータ値を算出する手段１１０と、反応パラメータ値から癌発症の危険性を定量的に判断する手段１１１とを備えている。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
癌の発症を促進する代謝酵素に着目し、その代謝酵素の活性状態を計測し、その代謝酵素の活性度が予め調べた活性度と癌発症の確率との関係に準拠して、癌発症の可能性の高い危険状態にあるかどうかを判定することにより、癌の発症を発症前に予見的に診断することを特徴とする癌予防診断装置。
【請求項２】
癌の発症を促進する代謝酵素に着目し、その代謝酵素の活性状態を計測し、その代謝酵素の活性度が予め調べた活性度と癌発症の確率との関係に準拠して、癌発症の可能性の高い危険状態にあるかどうかを判定することにより、癌の発症を発症前に予見的に診断する癌予防診断に用いる癌予防診断装置であって、
前記発癌促進酵素により産生された蛍光物質を励起する波長の照明光を生体表面若しくは生体内部に照射する照明光照射手段と、前記蛍光物質からの蛍光光強度変化を検出する蛍光光強度検出手段と、検出された蛍光光強度変化から前記発癌促進酵素の活性度を表す反応パラメータ値を算出する手段と、算出された反応パラメータ値から癌発症の危険性を定量的に判断する手段とを備えていることを特徴とする癌予防診断装置。
【請求項３】
前記照明光照射手段と前記蛍光光強度検出手段が光ファイバセンサからなることを特徴とする請求項２記載の癌予防診断装置。
【請求項４】
前記発癌促進酵素により産生された蛍光物質が、酵素反応試験薬が前記発癌促進酵素により蛍光物質化された物であることを特徴とする請求項２又は３記載の癌予防診断装置。
【請求項５】
前記発癌促進酵素が代謝酵素チトクロムＰ４５０−１Ａであり、前記酵素反応試験薬がｅｔｈｏｘｙｒｅｓｏｒｕｆｉｎであり、前記蛍光物質化された物がｒｅｓｏｒｕｆｉｎであることを特徴とする請求項４記載の癌予防診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、癌予防診断装置に関し、特に、発癌促進酵素の活性度をその酵素反応により産生された物質からの蛍光を測定することにより測定して、癌発症前に診断する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
癌は、現代社会における深刻な病気の１つであり、これを撲滅することが長年の課題であった。従来の癌診断は、癌細胞を摘出して検査し、癌細胞の存在を確認する方法、若しくは、癌細胞の初期的な生理反応により生ずる分泌物を検出する等の方法により行われてきた。これらの方法では、癌が発症してからの診断であり、手遅れとなる場合も多く、また、原理的に診断結果を利用して癌の発症を予防することは不可能である。
【０００３】
最近の遺伝子の研究により、発癌遺伝子の存在が知られてきたことから、癌が発症する前に癌の発症の可能性を予見できるようになってきた。しかし、いつ発症するかは不明なため、いたずらに患者の不安を掻き立てる弊害がある。
【０００４】
ところで、最近の癌研究の進展には目覚しいものがあり、癌の発症にはある種の代謝酵素が深く関与していることが分かってきた。
【０００５】
すなわち、８０％以上の癌は，その原因はいわゆる発癌物質が体内に取り込まれることが第１要因であると言われているが、それだけで癌は発症しない。第２要因として体内に発現する代謝酵素の中、特に発癌を促進させる作用を有する酵素の存在がある。この酵素は発癌物質の分子構造を変え、極めて活性の高い物質へと変化させる。活性化された発癌物質はＤＮＡに化学結合し、正常な遺伝情報の読み取りを妨害すると考えられている。そのため、誤遺伝情報により突然変異が起こり、細胞の異常増殖、すなわち、癌の発症へと進行する。
【０００６】
一方、これまでの酵素の検出には生体の一部を摘出し化学的分析法が適用されてきたため，手順が煩わしいばかりでなく、被験者への負担が大きく、癌予防診断に用いることは考えられてこなかった。
【特許文献１】特開平９−２７６２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来、このような代謝酵素を簡便に検出する方法がなく、その研究成果が有効に活用されているとは言えなかった。従来の酵素検出技術は極めて煩わしく、また、生体の一部を摘出することが必要であったため、これを癌を発症前の予防診断に用いることは行われていなかった。
【０００８】
本発明は従来技術のそのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、発癌に関与する酵素を検出することにより、癌を発症前に予見的に診断する方法、及び、それを実現するための診断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の癌予防診断装置は、癌の発症を促進する代謝酵素に着目し、その代謝酵素の活性状態を計測し、その代謝酵素の活性度が予め調べた活性度と癌発症の確率との関係に準拠して、癌発症の可能性の高い危険状態にあるかどうかを判定することにより、癌の発症を発症前に予見的に診断することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明のもう１つの癌予防診断装置は、癌の発症を促進する代謝酵素に着目し、その代謝酵素の活性状態を計測し、その代謝酵素の活性度が予め調べた活性度と癌発症の確率との関係に準拠して、癌発症の可能性の高い危険状態にあるかどうかを判定することにより、癌の発症を発症前に予見的に診断する癌予防診断に用いる癌予防診断装置であって、
前記発癌促進酵素により産生された蛍光物質を励起する波長の照明光を生体表面若しくは生体内部に照射する照明光照射手段と、前記蛍光物質からの蛍光光強度変化を検出する蛍光光強度検出手段と、検出された蛍光光強度変化から前記発癌促進酵素の活性度を表す反応パラメータ値を算出する手段と、算出された反応パラメータ値から癌発症の危険性を定量的に判断する手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
この場合に、照明光照射手段と蛍光光強度検出手段は光ファイバセンサから構成することができる。
【００１２】
また、発癌促進酵素により産生された蛍光物質が、酵素反応試験薬がその発癌促進酵素により蛍光物質化された物とすることができる。
【００１３】
その場合に、具体的に、発癌促進酵素が代謝酵素チトクロムＰ４５０−１Ａであり、酵素反応試験薬がｅｔｈｏｘｙｒｅｓｏｒｕｆｉｎであり、蛍光物質化された物がｒｅｓｏｒｕｆｉｎとする例がある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の癌予防診断装置によると、癌発症前に、被験者への負担が少ない状態で、癌発症の危険性を簡単に定量的に診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、発明の癌予防診断方法と癌予防診断装置を説明するが、本発明の癌診断方法は、酵素反応により酵素の周囲に産出する蛍光物質を光学的に検知してその酵素の存在を検知し、極めて簡便にその酵素活性を評価し、癌の発症前にその発症を予防するようにする方法である。また、本発明は、このような癌予防診断法を実施するために用いる癌予防診断装置に関する。本発明の癌予防診断装置においては、光ファイバセンサを用いて酵素反応により酵素の周囲に産出する蛍光物質を光学的に検知して酵素の存在を知るもので、酵素の存在自体の検知に関しては特許文献１にその原理が述べられている。
【００１６】
また、本発明の癌予防診断法及び癌予防診断装置は、人間ばかりでなく、一般的に動物全般に適用できる。これまで家畜やペット動物の癌予防診断は行われていなかったが、最近の家畜の健康やペット用動物の健康が市民生活に及ぼす影響の大きさに鑑み、獣医学の分野においても貢献できるものである。
【００１７】
まず、癌の発症プロセスを図２の模式図を参照にして説明する。前記したように、発癌物質１（癌原物質）が体内に侵入することが発癌の第１の要因であるが、これが、例えば、代謝酵素チトクロムＰ４５０−１Ａ（以下、ＣＹＰ１Ａと略す。）２に接触すると、この酵素を触媒とする酵素反応が起こり、この物質の分子構造の一部が変化し、新たな活性物質３が産生する。
【００１８】
この新たな物質３が、再び酵素２によるいくつかの反応プロセスを経て、化学的により活性度の高い物質へと変化し、最終的に、極めて活性度が高く、危険性の高い究極発癌物質４となる。この物質４は、ついには遺伝子（ＤＮＡ）５に化学結合し、発癌物質−ＤＮＡ結合体６となるが、ＤＮＡ５に発癌物質４が結合しているため、このＤＮＡ５から遺伝情報を読み取ろうとすると読み間違えが起こり、異常な細胞、すなわち、癌細胞７ができる。これが癌の発症機構の概略である。このことから、体内のＣＹＰ１Ａの存在が発癌の第２の要因であることは明らかである。
【００１９】
このように、今日、日常的に多くの発癌物質が体内にすでに取り込まれていることを考えると、発癌促進酵素（例えば、ＣＹＰ１Ａ）の存在が発癌の重要な引き金になっていると考えられることから、この発癌促進酵素の存在の検知、活性度の計測により得られる酵素の動態に関する知見を基に、癌の発症を発症前に予見的に診断することができる。すなわち、測定されたこのような酵素の活性度を、予め調べられたその酵素の活性度と発癌の確率との関係に照合して、癌の発症の危険性を予測するという方法で、癌の予防診断を行うことができる。
【００２０】
図１に、本発明の癌予防診断装置の概略の構成を説明する。本装置は、光ファイバセンサ１１を用いていることに１つの特徴がある。光ファイバセンサ１１とは、光ファイバ１３を経て診断部位１４に光源１２から励起光１５を導き、さらに、そこで発生した蛍光１６を光ファイバ１７により光検出器１８へと導く光ファイバ光学系であり、その具体例は、例えば特許文献１に詳細に示されている。この場合、光源１２から所定の波長の励起光１５を照射するには、単色光源を用いるか、照明光路中に波長選択光フィルターを配すればよく、また、特定波長の蛍光１６の強度を光検出器１８で検出するには、同様に検出光路中にその特定波長を励起波長から分ける波長選択光フィルターを配するか、あるいは、特許文献１に示されているように、波長分析器で特定波長の蛍光１６の強度を検出するようにすればよい。
【００２１】
次に、このような光ファイバセンサ１１を用いて酵素を検出する原理を、図３を用いて説明する。いま、例えば、図３（ｂ）の化学反応式中に化学構造を示すようなｅｔｈｏｘｙｒｅｓｏｒｕｆｉｎを基質（試験薬）３２とすると、この基質３２に特異的にＣＹＰ１Ａが作用することから、図３（ａ）に示すように、体内で代謝酵素３１（ＣＹＰ１Ａ）が誘導されていると、図３（ｂ）の化学反応式に示されたようなｅｔｈｏｘｙｒｅｓｏｒｕｆｉｎ３２のＯ−脱アルキル基反応が起こり、蛍光物質であるｒｅｓｏｒｕｆｉｎ３３が産生する。この物質３３は、波長５４０ｎｍ付近の緑色光３５により励起すると、波長５９０ｎｍ付近に赤い蛍光３６を発するので、この蛍光３６を、光ファイバセンサとして２本の光ファイバ３４、３７（光ファイバ３４は、図１の光ファイバ１３に、光ファイバ３７は光ファイバ１７にそれぞれ対応する。）を用いて検出すれば、体内のＣＹＰ１Ａの存在及びその濃度が分かる。
【００２２】
ｒｅｓｏｒｕｆｉｎ３３の濃度と図１のような光ファイバセンサ１１により検出した蛍光強度との関係を図４に示す。ｒｅｓｏｒｕｆｉｎの濃度とそれからの蛍光強度との間に極めてよい直線性があることが分かる。つまり、検出される蛍光の強度からｒｅｓｏｒｕｆｉｎの濃度を定量的に測定できることを意味している。
【００２３】
この酵素検出原理を実証するため、ＣＹＰ１Ａを誘導したラットの肝臓を用いて行った実験結果を図５に示す。図５中では、誘導したものを“Ｓａｍｐｌｅ”と呼び、比較のために誘導していないものを“Ｃｏｎｔｒｏｌ”としてプロットしてある。Ｐ４５０（ＣＹＰ１Ａ）を誘導したラットの場合（“Ｓａｍｐｌｅ”）では、蛍光強度は酵素反応の進捗により時間と共に増大していることが分かる。Ｐ４５０（ＣＹＰ１Ａ）を誘導していないもの（“Ｃｏｎｔｒｏｌ”）では、蛍光の増大は小さい。この蛍光の増大は、酵素反応の進行により蛍光物質の量が増大していることを示しているから、単位経過時間当たりの蛍光強度の増大比（すなわち、曲線の傾き）は酵素の活性度を表していると考えられる。
【００２４】
このように、光ファイバセンサを用いた蛍光強度検出により、酵素の活性度が評価できることから、これを組み込んだ癌予防診断装置が可能となる。
【００２５】
次に、上記の癌予防診断法及び癌予防診断装置により、癌の発症の可能性が判明したときの癌の予防対策について述べる。
【００２６】
上述のように、癌の８０％以上が発癌物質が代謝酵素による活性化過程を経て発症することから、代謝酵素の出現や活性化が癌の原因となっているという観点で、癌を発症する前に予見的に診断できるが、その発癌機構に基づけば、酵素の働きを停止させることができれば、発癌物質の活性化を止めることができることを意味している。このことは、上記の癌予防診断法及び癌予防診断装置により癌の発症が予想された場合、酵素の働きを止めれば、それ以上の癌の発症へ導く要因が取り除かれることとなるから、癌の発症を防止することになる。つまり、酵素反応を阻害する薬物を投与することにより癌の発症を予防できる訳である。本発明は、発癌促進酵素の機能の阻害、若しくは、その発癌促進酵素による酵素反応を阻害することによる癌の予防法、及び、この予防法に基づく作用を有する予防薬にも関する。
【００２７】
例えば、ＣＹＰ１Ａの阻害剤としてＳＫＦ−５２５が知られている。この薬品は、上記の発癌予防に適用できる癌予防薬となり得る。つまり、この薬を投与すれば、酵素反応の進行を阻害し、酵素が要因となっている癌の発症を予防できる。図６は、酵素反応を止めることができることを実証する実験結果を示す図である。酵素反応の進捗中にＳＫＦ−５２５を滴下したところ、蛍光の増加が止まった。そのことから、酵素反応を阻害していることが分かる。すなわち、この薬剤を投与すれば、癌の発症を予防できる。なお、図６には、比較例として、ＳＫＦ−５２５を滴下しなかった場合の蛍光の変化の様子も示してある。
【００２８】
次に、本発明の癌予防診断装置の実施例について説明する。図７は、本発明の癌予防診断装置の１実施例の構成を示す図であり、励起用光源１０１、及び、光検出器１０２を内臓した癌予防診断装置本体に図１で説明したような光ファイバセンサ１０３が接続されている。
【００２９】
光ファイバセンサ１０３の先端（図１の光ファイバ１３先端と光ファイバ１７先端を一体にした先端）１０４を被験者の皮膚１０５に接近させる。この部位１０５には、予め酵素反応試験薬（酵素が代謝酵素チトクロムＰ４５０−１Ａ（ＣＹＰ１Ａ）の場合には、ｅｔｈｏｘｙｒｅｓｏｒｕｆｉｎ（図３））を塗布しておく。いま、皮膚細胞に代謝酵素が誘導されていると、その酵素の作用により試験薬が蛍光物質化し、光ファイバセンサ１０３はその蛍光物質からの蛍光を検出することになる。検出された光信号は、信号処理電子回路１０７を経て、接続ケーブル１０８を経由して、データ処理用コンピュータ１０９に与えられ、ここでデータ解析を行う。コンピュータ１０９には、取得したデータから酵素の活性度を自動的に算出する酵素活性解析ソフトウエア１１０が内蔵されており、そこでの処理結果は、癌の発症の可能性を評価する癌診断エキスパートシステム（ソフトウエア）１１１に送られ、その診断結果はモニタ１１２に表示される。診断者は、モニタ１１２の表示を参考にして、癌の予防診断を行う。
【００３０】
図８に、酵素活性解析ソフトウエア１１０と癌診断エキスパートシステム１１１で行う癌予防診断の手順のフローチャートを示す。
【００３１】
まず、ステップＳＴ１で、光ファイバセンサ１０３を被験者に装着してその先端１０４を皮膚１０５に接近させる。このステップＳＴ１は診断者が行う行為で、癌予防診断装置自身の動作ではない。次いで、ステップＳＴ２で、診断者が被験者の皮膚１０５に酵素反応試験薬を滴下するか、体内に注入する。この行為も診断者が行う行為で、癌予防診断装置自身の動作ではない。次に、ステップＳＴ３で、光ファイバセンサ１０３により、被験者に滴下あるいは注入され、発癌促進酵素（例えばＣＹＰ１Ａ）により蛍光物質化した試験薬からの蛍光強度を検出（実測）する。そして、ステップＳＴ４で、その実測値から蛍光強度の単位経過時間当たりの増大比（曲線の傾き）を求め、その酵素の活性度を表す反応パラメータ値を推定する。その後、ステップＳＴ５で、推定された反応パラメータ値から予想される蛍光強度の増大を示す図５に示したような曲線を算出する。次いで、ステップＳＴ６で、算出された曲線と実測値の曲線とを比較して、２つの曲線の差異を表現する分散値あるいは標準偏差を算出する。そして、ステップＳＴ７で、分散値あるいは標準偏差が極小か否かを判断し、極小と判断されると、ステップＳＴ８で、推定された反応パラメータ値が安定しているか否かを判断し、安定と判断されると、ステップＳＴ９で、その反応パラメータ値を出力する。ステップＳＴ７で、算出された分散値あるいは標準偏差が極小でないと判断されると、ステップＳＴ１２でその推定された反応パラメータ値を修正してステップＳＴ５へ戻り、ステップＳＴ７で算出された分散値あるいは標準偏差が極小と判断されるまで、ステップＳＴ５〜ＳＴ７〜ＳＴ１２を繰り返す。また、ステップＳＴ８で、推定された反応パラメータ値が安定でないと判断されると、ステップＳＴ３へ戻り、ステップＳＴ８で安定と判断されるまで、ステップＳＴ３〜ＳＴ８を繰り返す。以上のステップＳＴ３〜ＳＴ８、ＳＴ１２は、酵素活性解析ソフトウエア１１０で行われる。
【００３２】
ステップＳＴ９で反応パラメータ値が出力されると、ステップＳＴ１０で、その反応パラメータ値を用いて、癌診断エキスパートシステム１１１で過去の治検データや動物実験データ等から予め得られている発癌促進酵素の活性度と発癌の確率との関係に照合して、癌の発症の危険性を定量的に予測し、ステップＳＴ１１で、その予防診断結果をモニタ１１２に出力（表示）する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の癌予防診断装置の概略の構成を説明するための図である。
【図２】癌の発症プロセスを示す模式図である。
【図３】光ファイバセンサを用いて酵素を検出する原理を説明するための図である。
【図４】ｒｅｓｏｒｕｆｉｎの濃度と光ファイバセンサにより検出した蛍光強度との関係を示す図である。
【図５】ＣＹＰ１Ａを誘導したラットの肝臓と誘導しないラットの肝臓の蛍光強度の時間変化を示す図である。
【図６】酵素反応を止めることかできることを実証する実験結果を示す図である。
【図７】本発明の癌予防診断装置の１実施例の構成を示す図である。
【図８】癌予防診断の手順のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…発癌物質
２…代謝酵素チトクロムＰ４５０−１Ａ（ＣＹＰ１Ａ）
３…活性物質
４…究極発癌物質
５…遺伝子（ＤＮＡ）
６…発癌物質−ＤＮＡ結合体
７…癌細胞
１１…光ファイバセンサ
１２…光源
１３…光ファイバ
１４…診断部位
１５…励起光
１６…蛍光
１７…光ファイバ
１８…光検出器
３１…代謝酵素（ＣＹＰ１Ａ）
３２…基質（試験薬：ｅｔｈｏｘｙｒｅｓｏｒｕｆｉｎ）
３３…産生物質（蛍光物質：ｒｅｓｏｒｕｆｉｎ）
３４、３７…光ファイバ
３５…励起光
３６…蛍光
１０１…励起用光源
１０２…光検出器
１０３…光ファイバセンサ
１０４…光ファイバセンサの先端
１０５…被験者の皮膚
１０７…信号処理電子回路
１０８…接続ケーブル
１０９…データ処理用コンピュータ
１１０…酵素活性解析ソフトウエア
１１１…癌診断エキスパートシステム
１１２…モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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