雲南懇話会
日 時 ２０１８年９月２９日（土）13時00分～17時00分。
場 所 東京慈恵会医科大学/ 高木2号館地下１階「南講堂」（東京・新橋）

低酸素症／低体温症／熱中症の分子メカニズムから考える癌予防－還暦誕生祝いに登った 劔岳チンネ左稜線－
国際山岳医、JAC東海支部技術向上委員会委員
至学館大学栄養科学科教授
三浦 裕

一つの細胞に二つの代謝系がある（嫌気的・好気的）
PAL = Present Atmospheric Level

1000.21PAL

好気的代謝Louis Pasteur 1822– 1895
「近代細菌学の開祖」

パスツール・ポイント

嫌気的代謝

Lactobacillus

酸素分圧（気圧）10-1

H2O + CO2

Mitochondria

10-20.01PAL

10-3
10-4
10-5

10-13

CH3CH2OH

Saccaromyces（イースト）

Saccaromyces（イースト：ミトコンドリアを持つ真核細胞）は21%酸素PAL（Present Atmospheric Level)の1/100の酸素分圧の境に、酸素呼吸から嫌気呼吸に転換する。発見者にちなんでこの酸素分圧をパスツール・ポイントと称する。
低酸素センサーの予言をしている。
井上薫「藻類30億年の自然史」第二版

2006年

東海大学出版会

15億年前にミトコンドリアを持つ真核生物が誕生した
PAL = Present Atmospheric Level
100（0.2PAL）

酸素分圧（気圧）10-1

ミトコンドリア
真核生物が誕生

10-2
10-3

0.01PAL

10-4

藍藻
ストロマトライト

10-5

縞状鉄鋼床
10-13

Fe2 , Fe3+

35

3025

20
1510時間（億年前）5井上薫「藻類30億年の自然史」第二版

０（現在）

2006年

東海大学出版会

一つの細胞に二つの代謝系がある（嫌気的・好気的）
ミトコンドリアを持つのメリット
ミトコンドリアを持つのデメリット

嫌気的代謝 C6H12O6 + 2 ADP + 2 phosphate → 2 lactic acid + 2 ATP

チトクロームC

死死好気性菌

O2

ミトコンドリアC6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 phosphate → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATPWarburg effectOtto Heinrich Warburg
1883 –1970

Fluorodeoxyglucose
18F-FDG

Nobel Prize inPhysiology or Medicine (1931)

OH

Whole-body PET scan using 18F-FDG
D-Glucose
http://en.wikipedia.org/wiki/Positron_emission_tomography

ワールブルクはドイツの生まれの生理学者。カイザー・ヴィルヘルム研究所で（現在のマックス・プランク生物学研究所）の局長。癌細胞の呼吸代謝系の研究で、1931年にノーベル賞を受賞した。彼は低酸素濃度下において腫瘍が発達することを最初に実証した。助手にクレブスが居た。
「TCAサイクル＝クレブス回路」の発見者で1953年にノーベル賞受賞。

胎児はエベレスト山頂の低酸素で育つ
大気圧760 x 0.21=160
大気標高 0 m 160

吸気肺胞気 動脈血

毛細血管

PAL = Present Atmospheric Level
静脈血0.21PAL

14012010080Mt.Everest 608848 m 53

Mitochondria
細胞外胎児

4020

胎盤絨毛側 44 mmHg
好気的代謝遺伝子群

臍帯静脈 32mmHg
臍帯動脈 25 mmHg

0.01PAL低O2 嫌気的代謝遺伝子群
Warburg effect: 癌・増殖系細胞

転写因子が標的を選ぶ
Chromosomes
20,000種類の遺伝子
Oct3/4

Sox2

Klf4

c-Myc

転写mRNA

翻訳
タンパク質

分化脱分化 iPS細胞

転写因子が標的を選ぶ
４つの転写因子がiPS細胞を誘導する

Oct3/4

Sox2

Klf4

c-Myc

Shinya Yamanaka
1967 –Nobel Prize inPhysiology or Medicine (2012)
基礎研究を諦め、研究医より給料の良い整形外科医へ戻ろうと半ば決意した
中、科学雑誌で見つけた奈良先端科学
技術大学院大学の公募に「どうせだめだろうから、研究職を辞めるきっかけのために。」と考え、応募したところ、採用に至り、アメリカ時代と似た研究環境の中で再び基礎研究を再開した。

二つの代謝系（嫌気的・好気的）切り替えスイッチが故障した疾患…

Von Hippel-Lindau病
Eugen von Hippel
1867 - 1939

Arvid Vilhelm Lindau
1892 – 1958

Arvid Vilhelm Lindau(23 July 1892 – 1958)
John Forssman(1868-1947)

Göttingen大学
眼科学
1904 angiomatosis retinae

Lund大学 病理学
1926 association withhemangioblastomas of the cerebellum
http://www.medicinhistoriskasyd.se/SMHS_bilder/displayimage.php?album=11&pid=1843

Von Hippel-Lindau病
Chromosomes
20,000種類の遺伝子
異常VHL

常酸素分圧

HIF-1
HIF-1
転写
HIF-1mRNA

翻訳

主な症状：網膜の血管腫、脳や脊髄の血管腫。

低酸素防御反応
VEGF(血管内皮細胞増殖子）

未熟児の出生：救命救急でO2投与！
核酸素
VHL

分解

HIF-1αコラーゲン線維化（創傷治癒）
未熟児新生血管（ー）

血管増殖停止未熟児網膜症

未熟児網膜症PDHによるプロリン残基の水酸化
HIF-1αが酸素上昇で分解される生化学反応の本質は？

④
α-ケトグルタル酸
OC

コハク酸

H2
H C C
CH2
HN
C
H2

HIF-1αCH
H C C

HIF-1αプロリル水酸化酵素(PHD)

O2 , Fe2+HO

C

HN

Ub

Ub

VHL

OH

C
H2

① ②

プロリン

Fe3+ , CO２

HOO

H

HOUb
OH

O

OH

UbO

O
O

デヒドロアスコルビン酸

O

H

HOHOO
OH

③ ビタミンCHIF-1α 分解

低酸素で壊血病症状が起こる④
α-ケトグルタル酸
O

C

コハク酸

OH

OH

OH

O

H2C
CH2HNCH2H
H C C

プロリル水酸化酵素
(PHD)

H C

O2 , Fe2+C

HN

OH

C
H2

① ②プロリン

C

Fe3+ , CO２

コラーゲン
プロリンの水酸化

OH
OH

OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH
OH

コラーゲンの３重螺旋形成
HO

HO
O

H

HO

O

O
O

デヒドロアスコルビン酸

O

H

HO

HO

O
OH

③ ビタミンCMELAS（ミトコンドリア脳筋症）
Mitochondrial myopathy, encephalopathy. Lactic acidosis and stroke -like episodes「病気がみえる」

Vol.3 MEDIC MEDIAより

ライ症候群（Reye's syndrome）
症状：インフルエンザや水痘などの感染後、特にサリチル酸系製剤を服用している小児に、急性脳症、肝臓の脂肪浸潤をきたす。ウイルス感染症の症状に続いて激しい吐き気、嘔吐、錯乱、反応の鈍化がみられる、ときに昏睡に至る。
発生機序： サリチル酸系製剤は、高アンモニア血症、肝機能異常、低血糖、血液凝固異常などを特徴とするライ症候群の原因となる。サリチル酸はミトコンドリアを膨化させ、代謝機能不全を来たすことによりライ症候群を引き起 こす。ジクロフェナ
クナトリウムおよびメフェナム酸はインフルエンザ脳 症の予後を悪化させる。ジクロフェナクナトリウムはシクロオキシゲナー ゼの活性を阻害することや炎症性サイトカイン産生を助長することなどによる血管内皮細胞障害が原因と考えられている（厚生労働省 重篤副作用疾患別対応マニュアル 資料1-3)
Kakita H, Aoyama M, Hussein MH, Kato S, Suzuki S, Ito T, Togari H, Asai K.
Diclofenac enhances proinflammatory cytokine-induced nitric oxide production
through NF-κB signaling in cultured astrocytes. Toxicol Appl Pharmacol 2009;
238: 56-63.

血管内皮細胞障害が原因

ライ症候群（Reye‘s syndrome）の背景
アスピリンは、肝臓でサリチル酸になる。
サリチル酸はミトコンドリアのPTPを開口させ、膜電位を低下させ、呼吸鎖でのATP生成を低下させる。
J Pharmacol Exp Ther. 1996 Sep;278(3):1000-15.
The mitochondrial permeability transition: a new pathophysiologicalmechanism for Reye's syndrome and toxic liver injury. H+PTP（permeability transition pore）

ROS

40種類以上ある複合Iを構成するサブユニットの１つを電子漏出の場所として同定した。Herrero A, Barja G.
Localization of the site of oxygen radical generation
inside the complex I of heart and nonsynaptic brain
mammalian mitochondria.
J Bioenerg Biomembr. 2000 Dec;32(6):609-615.
Free radicalは単に損傷や破壊の原因になるだけでなく、ニーズに合わせて呼吸を微調整し呼吸の不具合を核に知らせるという重要な役割を演じている。

eNature Chemical Biology 1, 223 - 232 (2005)
Cytochrome c acts as a cardiolipin oxygenase required
for release of proapoptotic factors

Pentobarubital sodiumはNADH
dehydrogenase(complex I) 4の可逆的阻害剤である
Barbiturates Induce Mitochondrial Depolarization andPotentiate Excitotoxic Neuronal Death

Journal of Neuroscience,
November 1, 2002, 22(21):9203–9209

Nick Lane; Power, Sex, Suicide Epilogue
2012 March 15 by Yutaka Miura

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/89/Mitochondrial_electron_transport_chain—Etc4.svg

熱中症予防情報サイト

熱中症予防情報サイト

原材料

果汁（グレープフルーツ、レモン）、果糖、食塩、はちみつ、シー
クワーサー
ピール、うん
しゅうみかん、
ドライトマト
エキス、香料

成分・特性
オレンジジュース

エネルギー（100mlあたり）

20kcalエネルギー（100mlあたり）

10kcalたんぱく質（100mlあたり）

0g

たんぱく質（100mlあたり）

0g

脂質（100mlあたり）

0g

脂質（100mlあたり）

0g

42kcal

炭水化物（100mlあたり）

4.9g

炭水化物（100mlあたり）

2.5g

ナトリウム（100mlあたり）

40mg

ナトリウム（100mlあたり）

115mg

1mg

カリウム（100mlあたり）

7mg

カリウム（100mlあたり）

78mg

9mg

カルシウム（100mlあたり）

0.1～1.0mg

カルシウム（100mlあたり）-マグネシウム（100mlあたり）

0.1～1.0mg

マグネシウム（100mlあたり）

2.4mg

アミノ酸（100mlあたり）

3～15mgアミノ酸（100mlあたり）-ぶどう糖（100mlあたり）

160mg

ぶどう糖（100mlあたり）

1800mg

クエン酸（100mlあたり）

80mg

クエン酸（100mlあたり）-リン（100mlあたり）

6.2mg

リン（100mlあたり）

1mg未満

水中毒
水中毒（water intoxication）とは、過剰の水分摂取によって生じる中毒症状であり、具体的には低ナトリウム血症やけいれんを生じ、重症では死亡に至る。人間の腎臓が持つ最大の利尿速度は、毎分16mlであるため、これを超える速度で水分を摂取すると、体内の水分過剰で細胞が膨化し、希釈性低ナトリウム血症を引き起こす水中毒に陥る。
16x60=960ml/時間
Hyponatremia among Runners in the Boston Marathon.
N Engl J Med 2005; 352 : 1550-6熱不安定性CPT2遺伝子多型のアミノ酸変異
日本救急医学会雑誌JJAAM 2011; 22:350-351
1. 東京医科大学救急医学
2. 徳島大学医学部疾患酵素研究センター

熱不安定性CPT2遺伝子多型のアミノ酸変異
FEBS Letters 579 (2005) 2040-2044

血管内皮細胞のエネルギー源は脂肪酸

熱不安定性CPT2遺伝子多型のアミノ酸変異
1) 1055T>G (p.Phe352Cys)
2) 1102G>A (p.Val368Ile)3) 1511C>T (p.Pro504Leu)
4) 1813G>C (p.Val605Leu)
5) 647A>G (p.Glu216Arg)(Ref. 6,7,8)(Ref. 6,7,8)(Ref. 7)
(Ref. 7)
(Ref.9)Ref. 6: Y. Chen, H. Mizuguchi, D. Yao, M. Ide, Y. Kuroda, Y. Shigematsu, S. Yamaguchi, M. Yamaguchi, M.
Kinoshita, H. Kido. 2005. Thermolabile phenotype of carnitine palmitoyltransferase II variations as a predis
posing factor for influenza-associated encephalopathy. FEBS Lett. 579:2040-2044.
Ref. 7: D. Yao, H. Mizuguchi, M. Yamaguchi, H. Yamada, J. Chida, K. Shikata, H. Kido. 2008. Thermal inst
ability of compound variants of carnitine palmitoyltransferase II and impaired mitochondrial fuel utilization in
influenza-associated encephalopathy. Hum. Mutat. 29:718-727.
Ref. 8: M. Kubota, J. Chida, H. Hoshino, H. Ozawa, A. Koide, H. Kashii, A. Koyama, Y. Mizuno, A. Hoshino,M. Yamaguchi, D. Yao, M. Yao, H. Kido. 2011. Thermolabile CPT II variants and low blood ATP levels are closely related to severity of acute encephalopathy in Japanese children. Brain Dev. PMID: 21277129
Ref.9: D. Yao, M. Yao, M. Yamaguchi, J. Chida, H. Kido. 2011. Characterization of compound missense mutation and deletion of carnitine palmitoyltransferase II in a patient with adenovirusassociated encephalopathy. J. Med. Invest. 2011 58:210-218.

低体温症蘇生 (0288-4348)25巻3号 Page165(2006.10)

低体温下のヒト脳は長時間の心肺蘇生法でも回復する
引き続き人工呼吸管理を行いながら、低体温療法として33℃・24 時間の低体温と0.5℃/12hr の復温、その後35℃にて2 日間の体温管理をした。PCPS は第2 病日に離脱できた。経過中に播種性血管内凝固症候群（disseminated intravascularcoagulation : DIC）や横紋筋融解症(第５病日にCK:423,200IU/L)による急性腎不全を合併し、持続濾過透析(continuoushemodiafiltration ：CHDF)なども行ったが、約1 ヶ月で腎機能は改善し透析療法も中止できた。本症例から心拍再開までの急速復温と、引き続く軽度低体温療法は、数時間の心肺停止を経た偶発的低体温症の成人例
でも神経学的予後に有効である治療法と考えられた。体温低下様式が、スキーウェアー着用のため比較的緩徐であったと推測されたにも関わらず、２時間４５分に及ぶ
CPR にて社会復帰しえた。原因として、（１）患者が体格の良い成人男性であり、長時間の心臓マッサージでも適切な心拍量が維持できたこと、（２）受傷機転が、窒息ではなく低体温症であったこと、などが挙げられる。

低体温は窒息と同じだ！
肺低体温症

Temp↓
pH↑

臓器（末梢）Temp
pH

蝶ヶ岳ボランティア診療班

Y. MIURA 2014

組織障害修復
Procollagen I, III, IV

PDGFRB

Jung et al.Neurodegener. 2011

MIura et al. DMM 2010, 3:752-762

DNA障害修復出血（低酸素）リン酸化

癌抑制因子・炎症抑制

ATBF1

Vitamin A

ATM
Miura et al. JBC 1995
毛細血管拡張性
細胞周期抑制 運動失調症
Calpain -1
p21

増殖抑制
細胞増殖

DCA αリポ酸
ジクロロ酢酸ナトリュウム

ParkinHIF-1aピルビン酸と拮抗（競合）阻害

半枝蓮

PDHA-1長鎖脂肪酸＋カルニチン

CPT-Ⅰ
CPT-Ⅱ 熱中症（血管内皮細胞）

OXAMIC ACID

Alexander PNAS 2010

Miura et al. BBRC 2012

LKB１
肝癌、胃癌
(Peutz-Jeghers S.） 前立腺癌、膀胱癌
過誤腫性ポリポーシス
AMPK
TSC2:Tuberous sclerosis
結節性硬化症: 血管線維腫
AutophagymTOR

HIF-1aO2↓

O2↑
Von Hippel Lindau

ROS

PINK1

ParkinInhibition of lactate dehydrogenase A induces oxidative stress and inhibits tumor progression PNAS
107(5):2037-2042, 2010
乳酸脱水素酵素Aの阻害は酸化ストレスを増大し、腫瘍の進展を阻害する

Science. 2009 May 22; 324(5930): 1029–1033を改変

脳，脊髄，網膜の血管芽腫、腎癌

VEFG, EPO etc.
HIF-1は低酸素下において全ゲノム上で約1,400箇所に結合しておりその結合配列はHRE(RCGTGの塩基配列、R＝A or G)と一致していた。