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DECEMBER 2015

未来に続く健康を守るために
環境化学物質の継世代影響とエピジェネティクス

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59 DECEMBER 2015

私たちが生活する環境中には、さまざまな化学物質が存在しています。 その中には、微量であっても日常的に摂取することによって健康に悪影響を及ぼすものがあります。
最近、母親が妊娠中に体内に取り込んだヒ素が胎盤を通過して胎児に影響を及ぼし、生まれた子の成長後に各種の疾患リスクを高めるという現象があることがわかってきました。さらに、胎児期に受けた影響は、孫世代の成長後にも影響をあらわすという、これまでに考えられなかった可能性が指摘されています。このように化学物質の影響が世代を越えて伝えられる（継世代影響）という未知の現象を理解し、人々に悪影響を与えることを防ぐためには、化学物質の毒性の作用メカニ
ズムを解明することが重要です。 近年では、このメカニズムを解くカギとして「エピジェネティクス」が注目されています。

環境中の化学物質が健康へ与える悪影響が何世代にもわたって受け継がれる可能性が懸念されています︒
未来に続く人々の健康を守るために︑
今︑そのメカニズム研究が必要です︒

国立環境研究所では、化学物質のひとつであるヒ素の毒性メカニズムの研究に取り組んできました。 本号
では、「エピジェネティクス」というメカニズムを中心としたヒ素の継世代影響についての研究を紹介します。

未来に続く健康を守るために
環境化学物質の継世代影響とエピジェネティクス● Interview 研究者に聞く

ヒ素曝露による世代を越える影響と
p4 ～ 9そのメカニズムを探る● Summary

継世代影響のメカニズムを探る
─妊娠期ヒ素曝露による発がんを中心に─
p 10 ～ 11● 研究をめぐって

環境化学物質による次世代・継世代影響
p 12 ～ 13● 国立環境研究所における「環境化学物質の次世代・継世代影響研究」のあゆみ

p 14

3

nterview

研究者に聞くヒ素曝露による世代を越える影響とそのメカニズムを探る
ヒ素は生体に対する有害性が高く、世界でさまざまな健康被害をもたらしています。近年、マウスの実験で、胎児期にヒ素に曝露すると成長後にがんの発症率が増加するという結果が報告されました。 環境健康研究センターの野原恵子さん、鈴木武博さん、
岡村和幸さんのグループでは、この報告を背景に、胎児期ヒ素曝露の影響が孫の世代にまで及ぶという現象を発見し、そのメカ
ニズムの解明に向けて研究を進めています。

自然界に広く存在するヒ素出す方がいるかもしれません。猛毒というイメージがありますが、ヒ素にはいろいろな化学形態があり、毒Q：研究を始めたきっかけは何ですか。

性もそれぞれ異なります（コラム①参照）。かつては、

野原：10 年ほど前、アメリカの研究グループが、妊毒性の強いタイプのヒ素が木材の腐食剤や殺虫剤、農娠中のマウスに無機ヒ素を含む水を 10 日間だけ与え薬などに使われました。現在は半導体の材料にも使わると、そのマウスから生まれた子が中年期以降に肝がれています。また、薬としての作用もあり、急性前骨んを高率に発症すると発表しました。
その論文を読み、

髄球性白血病の治療薬として使われています。

世代を越えてヒ素の影響が現れるという現象に強い衝

岡村：実は、ヒ素は自然界に広く存在しています。も撃を受け、そのメカニズムを解明しようとしたのが研ともと地球の地殻に無機ヒ素が分布しており、そのヒ究を始めたきっかけです。

素が地表に放出されて、岩石や土壌に含まれるように

Q：ヒ素とはどんな物質ですか？

なりました。海水にもヒ素が含まれており、海水を通鈴木：ヒ素と聞くと、1955 年の森永ヒ素ミルク事

じて海藻や魚介類の体内にヒ素が蓄積されています。

件や 1996 年の和歌山のヒ素カレー事件などを思い

鈴木：バングラデシュなどの世界各地では、岩石や土コラム❶ 環境中のヒ素と毒性

4ヒ素は単体として、またはさまざまな無機ヒ素化合物や先祖から伝えられる生物の色や形などの性質（形質；先上の高濃度のヒ素が検出されています。このようにヒ素の

天的に子の形質が親の形質に似ることを遺伝という）
有機ヒ素化合物として、自然界の鉱物、水、堆積物、またが、健康被害が確認されてもなお、技術的、経済的な理由から子の代に受け継がれる際に遺伝子の変化によって変わるこ
食べ物などに含まれ、環境中に広く分布しています。生体

安全な水の確保が実現できない地域が多く、慢性ヒ素中毒とを突然変異といいます。例えば、内には ppb（10 億分の 1）のオーダーで存在し、生命の維
フナの体色は黒ですが、の患者数は世界で数千万人にも上るといわれています。

黒い体色を決定する遺伝子が変化した結果、体色が赤に変持に必要な「超微量元素」とも考えられています。しかし我が国では、水道法によって、水道水に含まれるヒ素おわったものがヒブナです。現在は、この遺伝子の変化とはながら、ヒ素は有害性が高く、微量であっても長期間摂取

よびその化合物は 0.01ppm 以下でなければならないと水細胞の中にある
すると、角化症などの皮膚疾患や発がん、および代謝疾患、DNA の配列の変化であることが判ってい

質基準値が定められています。しかし井戸水については、神経疾患、免疫抑制など、慢性ヒ素中毒による健康被害をます。
DNA は細長い分子で、アデニン（A）、チミン（T）、

それより高濃度のヒ素が含まれるケースが見つかっていま

もたらすことが知られています。
グアニン（G）、シトシン（C）という 4 種類の塩基が並んです。また、日本人はヒ素の含有量が高い海藻や魚介類を食

現在、大きな環境問題のいます。この塩基の順番（配列）をコードといい、これが1 つになっているのが、東南アべる習慣があり、一部の高曝露集団では健康に悪影響を及

遺伝情報を担っています。コードに従って、様々な種類のジアをはじめ世界各地で発生している井戸水の無機ヒ素汚

ぼしうる量のヒ素を摂取している可能性が指摘されていま

タンパク質が合成され、そのタンパク質の働き方により生染です。たとえば、バングラデシュではかつてため池などす。

物の性質が決まります。子が親に似るのは、コードが親かの表層水を利用していましたが、1970 年代からより衛生

ヒ素は私たちの身の回りに常に存在し、健康被害をおこら子へ正しく伝えられるからです。しかし、精子や卵子の的な水を得るために井戸を掘って地下水を利用したとこ

す可能性のある元素です。このような状況から、生体へのろ、地層から高濃度の無機ヒ素が混入し、健康被害が発生において、遺伝情報のコードつまり塩基の配列が正DNA影響を評価するために、曝露の実態調査、毒性メカニズム

しています。場所によっては、1 ppm（100 万分の 1）以
しく伝わらないと、親とは異なるタンパク質が合成されや代謝機構の研究が必要であると考えられています。

左：鈴木 武博（すずき たけひろ）
環境健康研究センター
分子毒性機構研究室 主任研究員
中央：野原 恵子（のはら けいこ）
環境健康研究センター センター長
右：岡村 和幸（おかむら かずゆき）
環境健康研究センター
分子毒性機構研究室 研究員

壌から高濃度の無機ヒ素が地下水に混入し、ヒ素に汚量が高い傾向があると報告されています。先ほどお話染された水を飲み続けることによって慢性中毒が発生があったバングラデシュなどの地下水のヒ素汚染の量しています。
岩石などに含まれているヒ素は無機ヒ素、よりは摂取量はずっと少ないのですが、それでもヒ素

魚介類などに含まれているヒ素は主に有機ヒ素です。

を多く含む海藻をたくさん食べる集団では注意が必要

水による慢性中毒をひきおこしているのは主に無機ヒと考えられています。

素です。

Q：慢性中毒の症状にはどんなものがあるのでしょう

孫まで伝わる？

か。
岡村：色素脱色や角化症などの皮膚疾患や、皮膚や肺、Q：論文でインパクトを受けた「世代を越えてヒ素の肝臓、前立腺などのがんをひきおこすこと、また心血影響が現れる」とはどういう現象でしょうか。

管系や代謝系の疾患、神経疾患、免疫抑制などをひき野原：例えば、妊娠中にヒ素を体内にとりこむと、生おこすことが報告されています。

まれた子供に何らかの影響があるとします。その影響

Q：私たちは水や食品を通じて環境中のヒ素を摂取すが子供だけでなく、孫の世代や、さらにその後の世代る機会があるのですね。

に伝わるということです。そのメカニズムとして、私

野原：そうですね。特に日本人は魚介類や海藻などをが最初に読んだ論文では、「エピジェネティクス」が食べる習慣があるので、諸外国と比較してヒ素の摂取関与する可能性が指摘されており、世界中で注目され■ 図 1：ヒ素の分析に使用する誘導結合プラズマ
質量分析計（ICP-MS）■図 2：バングラデシュの井戸

5

ています。

Q：エピジェネティクスとはどういうことですか。
鈴木：遺伝情報は基本的にはアデニン（A）、チミン（T）、グアニン（G）、シトシン（C）という 4 種類の塩基の連なり（塩基配列）として DNA に書き込まれていマウスケージ

ます。エピジェネティクスでは、塩基配列を変化させることなく、遺伝子の働きを変化させ、この変化は子や孫にまで伝わります。この仕組みには、DNA や
DNA が巻き付いているヒストンというたんぱく質のメチル化やアセチル化などの化学修飾が関与しています。化学修飾とは DNA やタンパク質の官能基を化学的に変化させて、機能を変化させることで、メチル化
はメチル基をつけること、アセチル化はアセチル基を付けることです（コラム②参照）。ただ、どのように伝わるかという、詳しい仕組みはまだわかっていません。

パイロシークエンサーによる DNA メチル化測定

Q：どのような化学物質がエピジェネティクスをひきおこすのですか。

の両面から検討することが必要だと考えて研究してい岡 村： ヒ 素 の 他 に も ダ イ オ キ シ ン や た ば こ の 煙、ます。先にお話ししたように妊娠中のマウスに無機ヒディーゼル排気の粒子、カドミウムなどによって、素を含んだ水を飲ませると、生まれた子が大人になっDNA のメチル化に変化がおこることが報告されていたときに肝がんを高率に発症するという現象を使ってます。

実験をしています。最近、この実験で、妊娠中にヒ素を摂取することによって、子供の世代ばかりでなく、遺伝子への影響

さらに孫世代でもがんの発生が高くなるという、驚くべき結果を得ることができました。

Q：どのように研究を進めていますか。

Q：環境影響が世代を越えて伝わることを実際に実験

野原：ヒ素によって発がんが増加するという機構を解によって確認したのですね。

明するためには、DNA の塩基配列を変化させないエ

野原：そうです。そして、この結果が意味すること

ピジェネティクスと、塩基配列を変化させる突然変異

は、 大 変 な 問 題 で あ る だ け に、 よ く 理 解 す る 必 要

コラム❷ エピジェネティクス「エピジェネティクス」という言葉は、個体発生に関する説の 1 つである「エピジェネシス（後成説）｣ と、「ジェネ（1）DNA メチル化：4 つの塩基の組み合わせの中で、シティクス（遺伝学）｣ を起源としています。「エピ」はギリ

トシンの次にグアニンが続く配列のシトシンにメチル基

シャ語で「後で」や「上に」という意味の接頭語であるため、（-CH3）が付加され、5 メチルシトシンになることを DNA「エピジェネティクス」は「遺伝子の上にさらに修飾が入っメチル化といいます。哺乳類では 3 種類の DNA メチル化たもの」などという概念です。ジェネティクスでは、DNA

酵素と 3 種類の DNA 脱メチル化酵素が見つかっています。

を構成する A（アデニン）、T（チミン）、G（グアニン）、C（シトシン）という 4 種類の塩基の並び方、すなわち塩基配

DNA 配列のなかには、CG 配列が集まって密に存在する領域（CpG island）があり、CpG island の DNA メチル

列を遺伝情報の基本とします。一方エピジェネティクスで化は、遺伝子が働きはじめる過程に深く関与することがわ

は、DNA の塩基配列は変えずに、あとから加わった修飾

かっています。

が遺伝子機能を調節する制御機構となります。
エピジェネティクスは、個体発生や細胞分化の過程をは

6

ながることがわかってきています。

（2）ヒストン修飾：ゲノム DNA はヒストンというタン
パク質に巻き付いた状態で核内に収納されています（このじめとして、重要な生命現象における必須のメカニズムで構造をクロマチンといいます）。ヒストンがアセチル化、す。エピジェネティクスの主要な制御機構は、DNA メチ

メチル化、リン酸化やユビキチン化などの修飾を受けると、ル化とヒストン修飾です。これらのエピジェネティックなクロマチン構造が変化し、DNA と転写因子などの核内因

修飾が、何らかの原因で変化すると、さまざまな疾病につ子との接近のしやすさが変化し、遺伝子の発現制御が可能

るのでしょうか。
野原：胎児期に化学物質に曝露されると、化学物質がエピジェネティクスを介して遺伝子機能を変化させ、それが成長後の疾患につながるのではないかと考えて
解剖実験

います。

Q：エピジェネティクスの関与はわかりましたか。
鈴木：私たちは、胎児期にヒ素を曝露し、肝がんを発症したマウスとヒ素を曝露していない対照群のゲノムを比べました。その結果、メチル化の程度が変化した
がん遺伝子をいくつか見つけました。また、ヒ素曝露
により肝がんを発症したマウスでは、これらがん遺伝
子の発現量も増えていることがわかりました。現在、
がん遺伝子のメチル化と肝がんの発症率の増加の関係を明らかにするための検討をしています。

Q：発がん以外にどんな影響がありますか。

DNA 濃度測定装置

岡村：私は白血球やリンパ球など免疫に関わる免疫細胞に対するヒ素の慢性中毒の影響について調べていまがあり ま す。 胎 児 期に対する環境の影響に関してす。マウスのリンパ球細胞に無機ヒ素を長時間曝露しは、最近、Developmental Origins of Health andたところ、短時間のヒ素の曝露では現れなかった「細Disease（DOHaD）という考え方が注目されていま胞老化」をおこした細胞が新たに出現することがわかす。DOHaD とは、胎児期から乳幼児期の環境が成人りました。

期の慢性疾患リスクに影響を与えるという概念です。

Q：細胞老化とは何ですか。

ここで重要なのは、胎児期だけでなく、生後の環境も

岡村：細胞は細胞分裂を繰り返しながら、増殖します

重なり合って影響が出るという点です。すなわち、胎が、分裂回数には限界があります。細胞老化は、細胞

児期に悪影響につながる化学物質の曝露を受けたとしが細胞分裂をやめ、自分自身は不可逆的な増殖の停止ても、生後の環境次第で悪影響を打ち消すことができ状態になることです。また、リンパ球の話ではないでるのです。胎児期のみならず、生後までの環境影響をすが、体内でヒ素によって発がんが生じる組織と細胞研究することが必要です。

老化が蓄積される組織が比較的一致しています。細胞

Q：胎児のときに受けた影響がどうして疾患につなが老化は、周囲の細胞のがん化を促進することも報告さMeとなります。アセチル化は遺伝子発現の活性化に関与します。また
メチル化については、メチル化を

Me

Me

ヒストン
DNA

Me

Me

DNA 高メチル化Me

抑制型ヒストン修飾の増加

Me

Me

Me

受けるリジンの位置が遺伝子の発クロマチン構造の凝集現制御に重要であることが明らかになっています。ヒストンのアセチル化酵素や脱アセチル化酵素、

Me

Me

Ac

Ac

Me
Ac

特定の位置のヒストンメチル化酵

遺伝子発現の活性抑制
Ac

Ac

DNA 低メチル化
活性化型ヒストン修飾の増加

素や脱メチル化酵素が同定されて
います。

Ac

Ac

Ac

クロマチン構造の緩み

Me

遺伝子発現の活性化■ 図 3：遺伝子発現調節に関わるエピジェネティック修飾変化の模式図
上：DNA の高メチル化や抑制型ヒストン修飾の増加によりクロマチン構造が凝集すると、遺伝子発現の活性が抑制されます。
下：DNA の低メチル化や活性化型ヒストン修飾の増加によりクロマチン構造が緩むと遺伝子発現が活性化されます。

7

れているので、ヒ素が細胞の老化をひきおこし、それによってがんなどの疾患が誘導されるのではないかと考えて、研究を進めています。

研究は粘り強くバングラデシュ住民からの生体試料採取

Q：研究ではどんな苦労がありましたか。
野原：私たちの研究は、非常に時間がかかります。まずマウスを妊娠させてヒ素を含む水を飲ませ、その孫世代が中年期以降になってから肝がんを発症しているかを調べるまでには約 2 年かかります。そのため、大学院生が研究したいといっても、2 年間しかない修士課程では、最初から最後まで実験はできません。追試をするとさらに 2 年かかります。将来は子供の生殖細胞で実験しようと考えているので、時間がだいぶ短縮されると思いますが、発がん影響を調べるためには、実験技術指導の 1 コマ

このような長期の実験をする必要があるのです。
鈴木：長い動物実験を終えると、こんどはすぐに解析間がかかりましたね。

できないほど膨大な量のサンプルが生じます。以前、

岡村：私は現在、国立成育医療研究センターの先生方

解析用サンプルを冷凍庫に保存し、解析を始めようしに教わりながら、次世代シークエンサーによるゲノム

たところで、東日本大震災が発生しました。あのとき

ワイドな DNA メチル化測定の結果を解析しています

は、停電で大事なサンプルがダメになってしまうのでが、網羅的な解析に必要なバイオインフォマティクス

はないかと、あせりました。ドライアイスを買い集めの習熟に苦労しています。PC 言語はたった 1 つのスることができ、
なんとかサンプルが持ちこたえて、ほっペースが入っていたり、１文字違うだけで全く動作しとしました。それから、新たに DNA メチル化の解析ないことがあるので大変です。

を始める時は、実験条件の検討にはかなり時間がかかりました。この解析に次世代シークエンサーなど最新

バングラデシュとの共同研究もの装置を用いると大量のデータが出るので、解析ソフ
トを扱うための PC 言語の勉強まで必要で、これも時

Q：ヒ素汚染地域と連携はありますか。

コラム❸ 継世代影響のメカニズム：エピジェネティクスと突然変異
母親（図の F0）が妊娠中に化学物質の曝露を受け、その世代影響ということもありますが、最近の整理では、妊娠化学物質が胎盤を通る場合には胎児（F1）にまで到達し、期に曝露を受けた母親の F2 世代にあらわれる影響を多世

胎児も曝露を受けます。さらに、胎児に到達した化学物質

代影響、F3 以降に現れる影響を継世代影響ということがは胎児の体内の生殖細胞、すなわち孫世代（F2）をつくる

多いようです。それらの多世代・継世代影響のメカニズム

細胞にも到達し、そこで曝露を受けた生殖細胞に何らかのとして可能性が高いと考えられるのが、化学物質によって変化をおよぼす可能性があります。その後は、ある量のF1 胎内の生殖細胞のゲノムでひきおこされるエピジェネ

化学物質が F1 の生殖細胞内に存在しても、その生殖細胞

ティック修飾変化です。また頻度は低いものの突然変異のが受精して F2 が生まれると体の体積は生殖細胞とは比べ関与も示唆されています。

られないほど大きくなるため、F2 体内の化学物質の濃度
質そのものはその後の世代に伝わりません。一方、直接F1 生殖細胞でおこった突然変異は、そこから生まれる
F2 個体の、生殖細胞を含むすべての細胞で複製されるため、F2 生殖細胞に引き継がれ、F3 以降の世代にも受け継曝露を受けた F1 の生殖細胞から生まれた F2 世代には化がれます。遺伝子の突然変異によって、そこからつくられ

学物質は伝わらなくても、何らかの影響があらわれる可能

るタンパク質の機能が変化し、その機能が個体にとって重性があります。さらに、母親（F0）の妊娠中に化学物質の要だった場合、その個体に突然変異の影響が出ることにな

曝露を受けたことによって、F3 以降の世代にも影響が出ります。

は無視できるほど低くなり、F0 世代が曝露された化学物

る例が報告され始めています。F2 にあらわれる影響を継8

一方、近年注目されているのが、化学物質のエピジェネ

よくわかり、とても有意義でした。来年は、ミャンマー
で行われる学会で、ヒ素を研究するグループのシンポ
ジウムがあります。
国際協力セミナー

将来の健康な生活を守っていくために

40

Q：今後の抱負をきかせてください。

30

野原：現在、私たちはマウスを使って実験をしていま20

すが、マウスはヒトに比べてヒ素に対する耐性が高い

10

ため、実際にヒトが摂取しているよりもかなりたくさ

0
E

S

G

T

C

G

A
5

T

T

A

G

T
10

A

G

T

C

A
15

パイロシークエンサーで得られたデータ

んの量のヒ素を投与して実験しています。今後は、ヒトの摂取レベルでも同様のことがおこるかどうかを調べることが必要です。そこで、マウスでメカニズムを明らかにすることによって、DOHaD の考え方のよ

野原：バングラデシュにあるラージシャーヒ大学のフ

うに、生後の環境を見直し、悪影響が及ぶのを防ぐ方

セイン教授から DNA のメチル化解析をしてほしいと法を見つけることもできると思います。

いうメールがきたのがきっかけで、共同研究をしてい鈴木：ヒ素の毒性のメカニズムを明らかにし、さらにます。

ヒ素の悪影響を早期発見するためのマーカーも見つけ

鈴木：共同研究では、フセイン教授がヒ素汚染の深刻たいです。マーカーがあれば、病気の予防や健康の維な地域の住民から採取した血液をサンプルにして、メ持に大いに役立ちますからね。どの実験を行うのも時

チル化解析をしています。血液から DNA を抽出し、間がかかるし、苦労がありますが、私たちの研究は国すでに 80 サンプルほど測定しましたが、ヒ素で汚染

立環境研究所だからこそできる研究だと思っています。

されていない地域と汚染地域の間には、特定の遺伝子

岡村：妊娠中に受けた影響が孫の世代に伝わると聞くの DNA メチル化に違いがありそうなことがわかってと、不安に思われる方も多いと思います。私たちの研

います。
昨年は、
国立環境研究所にフセイン教授やラー

究は人々の不安をあおるために行っているわけではあジシャーヒ大学の研究者を招へいし、DNA メチル化

りません。私たち研究者の使命は、過度な不安を払しょ

測定の技術指導を行いました。

くし、誤解を生まないようにするために、正確な科学

岡村：東南アジアのヒ素研究者を招いてシンポジウム

データを提示することだと思っています。今後もこのも行いました。シンポジウムでは、汚染地域の現状がような姿勢で研究を続けていきたいです。

ティック作用です。胎児（F1）の体内で生殖細胞ができる際に、エピジェ■ 図 4：継世代影響のメカニズム
化学物質に曝露された胎児の生殖細胞のゲノムでひきおこされるエピジェネティック修飾などの変化が継世代的に引き継がれ、影響を及ぼす可能性があります。

ネティック修飾が一度リセットされ、また再構築されます。これらのエピ
ジェネティック修飾は生殖細胞の発生をプログラムしていると考えられます。この時期に化学物質によってエピジェネティック修飾が書きかえられると、発生プログラムが書きかえられ、F2 に影響がでると考えられます。ところがこの生殖細胞のエピ
ジェネティック修飾変化は、F3 やそれ以降の生殖細胞に受け継がれることが報告されています。しかしその具体的な分子メカニズムはまだ明らかにされていません。

9Summary
継世代影響のメカニズムを探る
─妊娠期ヒ素曝露による発がんを中心に─

環境化学物質の悪影響が世代を越えて伝わるという、継世代影響が懸念されています。私たちの使命は、環境化学物質によるヒトの健康への悪影響を防ぐために、「なぜ継世代影響がおこるのか」、そのメカニズムを科学的に明らかにすることであると考えています。

ヒ素の健康影響と発がん性妊娠期のヒ素摂取による子の発がん増加
メカニズムの検討

ヒ素による健康被害が世界各国で大きな環境問題となっています。特に、中国やインド、バングラデシュ

ヒ素による発がん増加メカニズムを検討する動物実などアジア諸国では、天然由来の無機ヒ素が地下水に験系として、アメリカの Waalkes らのグループは、

混入し、その水を飲んでいる住民に大きな被害を与えオスが肝がんを発症しやすい C3H マウスを用いた実ています。ヒ素を連続的に摂取すると、皮膚疾患を特験系を報告しました。これは、妊娠中のマウスに 10徴とする慢性ヒ素中毒がおこります。さらに、肝障害

日間のみ無機ヒ素を含む水を飲ませると、母親の体や心血管系障害や、長い期間を経て各種臓器における内で胎児期にヒ素曝露を受けたオスが、成長後 74 週

発がんが増加することが疫学研究によって明らかにさ齢で対照群と比べて肝がんを高率に発症するというもれています。さらに、胎児期などの発達期のヒ素曝露のです。そのメカニズムとして、妊娠中の母親への無によって、成人後に各種臓器の発がんが増加するとい

機ヒ素投与によってひきおこされた、子の肝臓でのあう疫学研究の結果も報告されています。

る遺伝子の DNA メチル化変化の関与が示唆されまし国際がん研究機関も、ヒ素およびヒ素化合物を人にた。

対して発がん性のある物質に分類しています。ヒ素に

私たちはこの実験系を用いて、胎児期のヒ素曝露による発がん増加のメカニズムは明らかになっていませよる成長後の肝がん増加のメカニズムについて研究をんが、近年、ヒ素による発がんにエピジェネティック

行っています。私たちの研究では、胎児期のヒ素曝露なメカニズム、特に DNA メチル化変化の関与が示唆

によって成長後に肝がんが増加することは確認できまされています。

したが、先に述べたようなある遺伝子の DNA メチル

*
*

90

n.s.

60
50
40
30
20
10
0

正常

非がん
対照群

がん

正常

非がん

*

7

80
70

*

b)
相対的遺伝子発現量

DNA メチル化率 [%]a)

がん

妊娠期ヒ素曝露群

6
5
4

n.s.

3
2
1
0

正常

非がん
対照群

がん

正常

非がん

がん

妊娠期ヒ素曝露群■図 5：妊娠期ヒ素曝露により増加した肝がんにおける DNA メチル化率と遺伝子発現変化a）Fosb 遺伝子領域内部の DNA メチル化率
正常な肝臓、がんがある肝臓の非がん部、がんがある肝臓のがん部の各サンプルについて Fosb の DNA メチル化率を示しています。○は各サンプルのメチル化率、横棒は平均値、* は有意差あり、n.s. は有意差なし、をあらわしています。妊娠期ヒ素曝露群のがん部の DNA メチル化率は、対照群のがん部と比べて、有意に増加しました。
b）Fosb 遺伝子の発現変化
正常な肝臓、がんがある肝臓の非がん部、がんがある肝臓のがん部にわけて、それぞれの部位での Fosb 遺伝子の発現量を示しています。* は有意差あり、
n.s. は有意差なし、をあらわしています。 DNA メチル化率に対応して、遺伝子発現量も変化していることがわかります。
10

■図 6：F2 マウスの作成と肝がん発症率
ヒ素曝露された母親（F0、A）から産まれたオスの子（F1、A）を父親とする世代のオス（F2、AC と AA）は、ヒ素曝露されていない母親（F0、C）
から産まれたオスの子（F1、C）を父親とする世代のオス（F2、CC と CA）と比較し、生後 74 週程度で肝がんの発症率が増加することがわかりました。

化変化は検出されませんでした。妊娠中のヒ素曝露

ヒ素の継世代影響による子の肝がん増加に関与する他のメカニズムがあると考えられたため、私たちは、ゲノム全体の DNA

最近私たちは、妊娠中の母親（F0）に無機ヒ素を投メチル化解析を行いました。その結果、がん遺伝子

与すると、孫の世代（F2）においても、対照群と比べとして知られている Fosb 遺伝子の遺伝子領域内部のて肝がんの発症率が増加することを見出しました。具

DNA メチル化が、胎児期のヒ素曝露による肝がんで増加することを明らかにしました（図 5）。また同時に、Fosb 遺伝子の発現も増加することがわかりました（図 5）。以上の研究から、Fosb 遺伝子のように胎児期のヒ素曝露で DNA メチル化変化がおこり、発現

体的には、ヒ素を摂取した母親から産まれたオスの子が増加する遺伝子を明らかにすることができました。
現在、DNA メチル化変化を介した肝がん増加のメカ
ニズムを解析中です。

（F1）を父親とする孫世代（F2）のオスが、中年期以降に対照群と比べて肝がんを高率に発症するという結果が観察されました（図 6）。この結果は、妊娠期のヒ素の摂取が F2 世代まで影響をもつということを世界で初めて明らかにしたものです。
マウスはヒ素に対する耐性が高いことから、上記の実験はヒトが摂取するよりも高い濃度のヒ素を用いて発がんには多くの要因が関与し、エピジェネティッ

実験しています。今後はメカニズムやさらに低い濃度

ク修飾変化のみでがんができるわけではありません。

のヒ素の影響を検討し、妊娠中のヒ素曝露のヒトへのヒ素はバクテリアや細胞株を用いた研究から、DNA

影響の予見や有効な予防法を可能にしたいと考えていに突然変異をひきおこす作用（変異原性）がほとんどます。

ないと言われていましたが、私たちのマウスの研究

胎児期の化学物質曝露は、F1 の生殖細胞への曝露

ではヒ素には変異原性があるという結果が出ていまを介して F2 に影響を与えると考えられるため、そのす。そこで私たちは、C3H マウスの肝がんの一部でメカニズムについて、私たちは F1 の精子に着目しては Ha-ras というがん遺伝子が突然変異によって活性研究を進めています。現在、国内の他機関と共同で、化している、という報告に着目しました。そして肝が次世代シークエンサーを用い、精子の全ゲノム DNA

んの Ha-ras の突然変異を調べたところ、胎児期ヒ素を対象にした DNA メチル化解析や突然変異解析を曝露を受けたマウスでは、突然変異によって活性化し行っているところです。このような研究から、ヒ素のた Ha-ras をもつがんが増加していることを明らかに

継世代影響のメカニズムを明らかにし、さらに化学物しました。すなわち、Ha-ras 変異の増加も、胎児期質の悪影響を予防する方法を明らかにすることにつな

ヒ素曝露による肝がん増加のメカニズムに関与するこ

げていきたいと考えています。

とが考えられました。
11

研究をめぐって

環境化学物質による次世代・継世代影響

世界では
かつて胎児は子宮内で化学物質などから守られてい性障害（ADHD）や神経発達に影響することや、さま
ざまな化学物質の胎児期曝露による生殖系、免疫系、ると考えられていました。しかし 1950 年代を中心に代謝系などへの影響が明らかにされています。

わが国で発生した水俣病は、メチル水銀が胎盤を通過

帯血に送られることが世界各国の研究で報告され、最2007 年 に デ ン マ ー ク の フ ェ ロ ー 諸 島 で 開 か れた 国 際 会 議 International Conference on Fetal
Programming and Developmental Toxicity（PPTOX）では、発達期の化学物質曝露が生後や成長

近では、臍帯や臍帯血から 300 種近くの化学物質が後にあらわれる遅発性の影響によって、生涯にわたる検出されたという報告もあります。これらの化学物質疾患のリスクを高めるという概念を支持する実験的の妊娠中から出生後の曝露が発達に影響を及ぼすこと

データや疫学データが数多く発表されました。この会

や、特に胎児期は各種の化学物質に対して感受性が高

議では、これらの現象の分子的基盤として、新たにエいことが次々と明らかにされています。

ピジェネティクスの関与が実験的研究で示され、そのして胎児に影響を与えることを示しました。その後一般の環境中のメチル水銀やさまざまな化学物質が臍

一方、1962 年に発表された Rachel Carson 氏の作用は次の世代に受け継がれる可能性がある、という

著書『沈黙の春』は、農薬などの環境中に放出されたことが重要なトピックスの 1 つとしてとりあげられま

化学物質がホルモン作用をかく乱することによって、した。

すなわち内分泌かく乱化学物質として、ヒトや野生

こ の 会 議 に 先 立 つ 2005 年 に、 米 国 の Michael

生物に影響を及ぼす危険性を指摘しました。2002 年
分泌かく乱化学物質のヒトへの影響に関しては十分

Skinner のグループは、殺菌剤のビンクロゾリンを妊娠中のラットに 1 週間だけ投与すると、その母親から生まれた子を含めて 4 代目の子孫まで、オスの精子な証拠が得られていないということが報告されまし

形成能の低下や不妊が継世代的に続くという実験結た。 し か し WHO と United Nations Environment

果を発表し、研究者に強いインパクトを与えました。

Program（UNEP）がその後の実験的研究や疫学研究をレビューした最近の報告書（2013 年）では、内分泌そのメカニズムとして、母親の体内で胎児の生殖細かく乱化学物質の曝露が、野生生物だけでなく、ヒト

ネティック変化が孫世代で生殖機能を低下させるこの疾患にも関与している証拠が得られていると述べてと、および生殖細胞のエピジェネティック変化は 4 代

います。現在では内分泌かく乱化学物質は 800 種類

目の生殖細胞まで引き継がれ、同様に生殖機能の低下にのぼるとされています。例えば、かつて絶縁体などを招くことを示唆しました。この研究に続いて、最近として大量に使用され今なお環境中に相当量が残存しではビスフェノール A やダイオキシン類、農薬のメトている PCB や、プラスチックの可塑剤のフタル酸エ

キシクロルなどの継世代影響が報告されています。まステル、有機リン系殺虫剤のクロルピリホスなどの母

た、その分子メカニズムとして、ゲノム全体にわたるに WHO が中心となって発表したレビューでは、内12親を介しての胎児期曝露が、子どもの注意欠陥・多動胞（将来孫世代となる）のゲノムでおこったエピジェ

胎児が母親からの栄養を受け取る臍帯血からは多種類の環境化学物質が検出され、母親が取り込んだ環境化学物質に胎児が曝露されていることが示されています。胎児期は化学物質の影響を特に受けやすい時期です。その影響は生涯にわたってさまざまな形であらわれます。さらに、その後の世代に受け継がれる場合があることもわかってきました。一方で、胎児期に受けた悪影響を、生後の環境によって改善できる可能性も指摘されています。

DNA メチル化変化やヒストン修飾変化の解析などが原料である 4-tert- オクチルフェノールなどの発達期続けられています。しかしまだ、確定的な証拠は得ら

曝露の研究結果が収録され、証拠の蓄積に貢献をしてれていないと考えられます。

います。

なお胎児期などの発達期に対する影響が成人後にあらわれるという概念は、発達期の栄養状態に注目した

DOHaD（Developmental Origins of Health andDisease）学説でも指摘されました。この考え方のもとになったのは、英国の David Barker 博士が疫学データをもとに 1986 年に提唱した「胎児期・乳児期

国立環境研究所では1995 年に、極めて厳しい管理のもとで有害性の高い化学物質を用いた動物実験や細胞レベルの実験を安全に行うことができる施設が完成し、ダイオキシン類の低栄養が後年生活習慣病のリスクを高める」というなどが脳・神経系、生殖系、免疫系に与える影響に関説でしたが、現在では発達期の栄養と生活習慣病の関して研究が開始されました。2000 年前後から、世界係に限らず、「胎児期や乳児期における栄養状態や環では遺伝子解析技術が飛躍的に進歩し、生体反応を境因子などの影響が、生後の生活環境と相まって、各

遺伝子レベルで容易に解析することが可能になりまし

種疾患のリスクを高める」というように、環境因子のた。私たちのグループも、2004 年から環境化学物質

関与を含めたより広い考え方となっています。

の生体影響をゲノムの網羅的遺伝子発現解析を利用し日本ではさらにその遺伝子発現の調節に関して、特に胎児期へて解析する「トキシコゲノミクス研究」を行いました。
の化学物質の作用についてはエピジェネティクスが重1990 年代後半に、有害性が高く内分泌かく乱作用要な役割をすることが明らかにされはじめ、私たちのももつダイオキシンや、ビスフェノールＡなどの内分研究もエピジェネティクスを包括した研究へと展開し

泌かく乱化学物質、いわゆる環境ホルモンの生体へのました。

悪影響についての社会的関心が高くなり、その影響と現在はマウスの実験系において、無機ヒ素の妊娠期メカニズム研究が盛んに行われました。その後、ダイ曝露が雄の子の生殖細胞を通して孫世代に肝がん増加

オキシン類の排出等に関する法律が施行され、日本のという形質を伝えるという、これまで想像しなかった

環境中のダイオキシン量は大きく減少しました。また現象をみつけたため、そのメカニズム解析に取り組ん上述した 2002 年の WHO を中心とした報告書の、内でいます。肝がんや精子において、全ゲノムの遺伝子

分泌かく乱化学物質のヒトへの影響に関しては十分な発現解析や、次世代シークエンサーによる DNA メチ

証拠が得られていないという報告などにより、その研

ル化解析・突然変異解析などを含め、国内の国立研究究が収束の方向に向かうかとも見える時期があったよ

機関や大学の先生方と共同で研究を進めています。まうに思いますが、2013 年の WHO と UNEP の報告書

た、
海外の研究者とのディスカッションも活発に進め、

では、日本からの、ダイオキシンやカドミウム、樹脂現象の理解を目指しています。

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国立環境研究所における「環境化学物質の次世代・継世代影響研究」のあゆみ
国立環境研究所では、環境化学物質の次世代・継世代影響に関する研究を行っています。
これまでの研究のあゆみを紹介します。
年度

課題名

1998 - 2003 リスク評価のためのダイオキシンによる内分泌かく乱作用の解明（＊ 1）2004 - 2006 トキシコゲノミクスを利用した環境汚染物質の健康 ･ 生物影響評価法の開発に関する研究
2007 - 2010

エピジェネティクス作用を包括したトキシコゲノミクスによる環境化学物質の影響評価法開発のための研究

2007 - 2008 ヒ素の転写因子調節作用に着目した免疫細胞特異的作用メカニズムと免疫毒性の解明（＊ 2）2008 - 2009

グローバルな DNA メチル化変化に着目した環境化学物質のエピジェネティクス作用スクリーニ
ング法の開発（＊ 3）2011 - 2015

小児・次世代環境保健研究プログラム．プロジェクト 2 環境汚染物質曝露による小児・次世代への健康影響の機構解明と評価システムの構築に関する研究2013 - 2015 環境化学物質の「多世代にわたる後発影響」の機序に関する研究
2014 - 2016 妊娠期の化学物質曝露による孫世代での体細胞突然変異の増加を誘導するエピ変異の探索（＊ 2）2015 - 2016 妊娠期ヒ素曝露による F2 肝腫瘍増加機序解明のための精子の網羅的 DNA メチル化解析（＊ 2）＊1：科学技術振興機構 CREST＊2：文部科学省（日本学術振興会）科学研究費補助金＊3：環境省 環境技術開発等推進費

本号で紹介した研究は、以下の機関、スタッフにより実施されました（所属は当時、敬称略、順不同）。
〈研究担当者〉
国立環境研究所：野原恵子、鈴木武博、岡村和幸、内匠正太、前川文彦、道川武紘、佐野友春、青木康展、古山昭子、鑪迫典久、
宇田川理、西村典子、村井 景、松本みちよ、石塚文人、大和田美佳〈共同研究者〉
国立がん研究センター研究所：牛島俊和、山下 聡
国立成育医療研究センター：秦健一郎、中林一彦
農研機構食品総合研究所：小堀真珠子
熊本大学：伊藤隆明
名古屋市立大学：近藤 豊、新城恵子
群馬大学：畑田出穂：MD Khaled Hossain
Rajshahi 大学（Bangladesh）

14

これまでの環境儀から、健康影響と健康リスク評価に関するものを紹介します。

NO.56 大気中の化学物質の健康リスク評価
─ 実験研究を環境施策につなげる

国立環境研究所が取り組んできた、大気環境中に存在する化学物質の有害性とそのリスク評価に関する研究、特にがんの原因となる突然変異の体内での発生を定量的に評価する基礎的な研究について紹介しています。また、国内外の知見を総合的に検討して大気中の化学物質のリスクを評価し、指針値設定などの環境施策につなげる研究を紹介しています。

NO.54 環境と人々の健康との関わりを探る ─環境疫学

国立環境研究所では、環境と健康との関わりについて、実験研究と疫学研究の二つの異なる手法を用いた研究に取り組んでいます。本号では、「環境疫学」が、人々の健康状態と環境との関わりを探ることによって、人の集団における健康問題に対する予防や対策に役立つことを解説しています。また、大気汚染の健康影響に関する疫学研究と、子どもの健康と環境に関する全国調査（エコチル調査）を紹介しています。

NO.46 ナノ粒子・ナノマテリアルの生体への影響

─ 分子サイズにまで小さくなった超微小粒子と生体との反応

ナノマテリアルとは、非常に小さなサイズの物質をいいます。きわめて分子に近い生体内挙動を示すので、人体に対して、これまでの粒子とは異なる影響を及ぼす可能性があります。国立環境研究所が取り組む、ナノ粒子やナノマテリアルのヒトの健康への影響を中心とした安全性評価に関する研究について紹介しています。

NO.27 アレルギー性疾患への環境化学物質の影響

近年、アトピー性皮膚炎やアレルギー性喘息、花粉症など、アレルギー性疾患が小児を中心に急増しています。国立環境研究所では、アレルギー性疾患への環境化学物質の影響を研究し、低濃度の曝露でもアレルギー症状を悪化させる化学物質が存在することなどの成果を得ています。これらの研究成果を紹介しています。

NO.22 微小粒子の健康影響 ─アレルギーと循環機能

国立環境研究所では、2001 年度から大気中微小粒子状物質（PM2.5）・ディーゼル排気粒子（DEP）等の大気中粒子状物質の動態解明と影響評価の研究を行っています。本号では、DEPなどの微小粒子のアレルギーや免疫機構に及ぼす影響や循環機能に関する研究の成果を紹介しています。

NO.1 環境中の「ホルモン様化学物質」の生殖・発生影響に関する研究

化学物質の中には、ヒトや動物のホルモンに類似した構造を持つものがあり、低い濃度でも影響を及ぼすことが心配されています。本号では、環境ホルモン（内分泌かく乱物質）の一つである
ダイオキシンがラットの生殖や発生に及ぼす影響を中心に紹介しています。

環境儀 No.59—国立環境研究所の研究情報誌—

2015 年 12 月 28 日発行
編

集

国立環境研究所編集委員会（担当 WG：小林弥生、野原恵子、鈴木武博、岡村和幸、田中嘉成、
竹内やよい、青野光子、滝村 朗）

発行

国立研究開発法人

国立環境研究所〒 305-8506 茨城県つくば市小野川 16-2
問合せ先

国立環境研究所情報企画室

編集協力

有限会社サイテック・コミュニケーションズ

印刷製本

朝日印刷株式会社

pub@nies.go.jp

つくば支社

無断転載を禁じます

「

環

境

儀

」

既

刊

の

紹

介

No.13
2004 年 7 月

難分解性溶存有機物─湖沼環境研究の新展開

No.36
2010 年 4 月

日本低炭素社会シナリオ研究─ 2050 年温室効果ガス 70％削減への道筋

No.14
2004 年 10 月

マテリアルフロー分析─モノの流れから循環型社
会・経済を考える

No.37
2010 年 7 月

科学の目で見る生物多様性─空の目とミクロの目

No.15
2005 年 1 月

干潟の生態系─その機能評価と類型化

No.382010 年 10 月

バイオアッセイによって環境をはかる─持続可能な生態系を目指して

No.16
2005 年 4 月

長江流域で検証する「流域圏環境管理」のあり
方

No.39
2011 年1月「シリカ欠損仮説」と海域生態系の変質─フェリーを利用してそれらの因果関係を探る

No.17
2005 年 7 月

有機スズと生殖異常─海産巻貝に及ぼす内分泌
かく乱化学物質の影響No.40
2011 年 3 月

VOC と地球環境─大気中揮発性有機化合物の実態解明を目指して

No.18
2005 年 10 月

外来生物による生物多様性への影響を探る

No.41
2011 年 7 月

宇宙から地球の息吹を探る─炭素循環の解明を
目指して

No.19
2006 年 1 月

最先端の気候モデルで予測する「地球温暖化」

No.42
2011 年 10 月

環境研究 for Asia/in Asia/with Asia ─持続可能なアジアに向けて

No.20
2006 年 4 月

地球環境保全に向けた国際合意をめざして─温暖化対策における社会科学的アプローチ

No.43
2012 年 1 月

藻類の系統保存─微細藻類と絶滅が危惧される
藻類

No.21
2006 年 7 月

中国の都市大気汚染と健康影響

No.44
2012 年 4 月

vitro バイオアッセイ

No.22
2006 年 10 月

微小粒子の健康影響─アレルギーと循環機能

No.452012 年 7 月

干潟の生き物のはたらきを探る─浅海域の環境変動が生物に及ぼす影響No.23
2007 年 1 月

地球規模の海洋汚染─観測と実態

No.46
2012 年 10 月

ナノ粒子・ナノマテリアルの生体への影響─ 分子サイズにまで小さくなった超微小粒子と生体との反応

No.242007 年 4 月

21 世紀の廃棄物最終処分場─高規格最終処分システムの研究No.47
2013 年 1 月

化学物質の形から毒性を予測する─計算化学によるアプローチ

No.25
2007 年 7 月

環境知覚研究の勧め─好ましい環境をめざして

No.48
2013 年 4 月

環境スペシメンバンキング─環境の今を封じ込め
未来に伝えるバトンリレー

No.26
2007 年 10 月

成層圏オゾン層の行方─ 3 次元化学モデルで見るオゾン層回復予測

No.49
2013 年 7 月

東日本大震災─環境研究者はいかに取り組むか

No.27
2008 年 1 月

アレルギー性疾患への環境化学物質の影響No.50
2013 年 10 月

環境多媒体モデル─大気・水・土壌をめぐる有害化学物質の可視化

No.28
2008 年 4 月

森の息づかいを測る─森林生態系の CO2 フラックス観測研究No.51
2014 年 1 月

旅客機を使って大気を測る─国際線で世界をカ
バー

No.29
2008 年 7 月

ライダーネットワークの展開─東アジア地域のエ
アロゾルの挙動解明を目指して

No.52
2014 年 4 月

アオコの有毒物質を探る─構造解析と分析法の
開発

No.30
2008 年 10 月

河川生態系への人為的影響に関する評価─よりよい流域環境を未来に残す

No.53
2014 年 6 月

サンゴ礁の過去・現在・未来―環境変化との関わりから保全へ

No.31
2009 年 1 月

有害廃棄物の処理─アスベスト、PCB 処理の一翼を担う分析研究

No.54
2014 年 9 月

環境と人々の健康との関わりを探る―環境疫学

No.32
2009 年 4 月

熱中症の原因を探る─救急搬送データから見るその実態と将来予測

No.55
2014 年 12 月

未来につながる都市であるために―資源とエネ
ルギーを有効利用するしくみ

No.33
2009 年 7 月

越境大気汚染の日本への影響─光化学オキシダ
ント増加の謎No.56
2015 年 3 月

大気環境中の化学物質の健康リスク評価―実験
研究を環境行政につなげる

No.34
2010 年 3 月

セイリング型洋上風力発電システム構想─海を旅するウィンドファーム

No.57
2015 年 6 月

使用済み電気製品の国際資源循環―日本とアジアで目指す E-waste の適正管理

No.35
2010 年 1 月

環境負荷を低減する産業・生活排水の処理システム〜低濃度有機性排水処理の「省」「創」エネ化〜

No.58
2015 年 9 月

被災地の環境再生をめざして―放射性物質による環境汚染からの回復研究

試験管内生命で環境汚染を視る─環境毒性の in

地球儀が地球上の自分の位置を知るための道具であるように、『環境儀』という命名には、われわれを取り巻く多様な環境問題の中で、われわれは今どこに位置するのか、どこに向かおうとしているのか、それを明確に指し示すしるべとしたいという意図が込められています。
『環境儀』に正確な地図・行路を書き込んでいくことが、環境研究に携わる者の任務であると考えています。
2001 年 7 月 合志 陽一（環境儀第 1 号「発刊に当たって」より抜粋）

国立環境研究所「 環境儀」

このロゴマークは国立環境研究所の英語文字
N.I.E.S で構成されています。N= 波（大気と水）、
I= 木（生命）、E・S で構成される○で地球（世界）を表現しています。ロゴマーク全体が風を切って左側に進もうとする動きは、研究所の躍動性・進歩・向上・発展を表現しています。

国立研究開発法人

http://www.nies.go.jp/kanko/kankyogi/index.html

59 DECEMBER 2015

●環境儀のバックナンバーは、国立環境研究所のホームページでご覧になれます。