［III］組織・器官幹細胞：臨床応用への基盤開発（2）●幹細胞と細胞療法

2．前立腺における幹細胞・前駆細胞とがん治療への応用渡部徹郎＊

前立腺は内胚葉由来の腺管組織であり，分泌細胞など複数種の分化した細胞群から構成されている．成体の前立腺においては活発な細胞増殖は見られないが，その再生能力から多分化能を持つ幹細胞と分化過程にある前駆細胞の存在が示唆されている．
米国人男性の間で最も患者数が多いがんである前立腺がんの発生において幹細胞や前駆細胞の関与が注目を集めており，それら細胞群の同定が急務となっている．我々は前立腺の発生，再生，がん化において幹・前駆細胞を簡便に観察できるトランスジェニックマウスを作製することにより，前立腺幹・前駆細胞の同定を試みた．
トランスジェニックマウスを作製するため前立腺幹細胞特異抗原（Prostate Stem
Cell Antigen ; PSCA）
遺伝子のプロモーターを用いた．PSCA はヒトにおいて前立腺に主に発現し，ヒト正常前立腺においては未分化細胞が存在すると考えられている基底層に特異的に発現している．PSCA のプロモーターにより，簡便に検出できる GFPレポーター分子を発現させる PSCA―GFP トランスジェニックマウスにおいて，GFPは主に前立腺で発現していた．前立腺における GFP の発現パターンは細胞増殖活性が最も高い腺管の末端に限定されていた．GFP の発現は発生中の（5 週齢）前立腺においてはより広い領域に見出され，成熟した（14 週齢）前立腺においてはより末端領域に限定されていた．また PSCA―GFP マウスを去勢することによって前立腺を退縮させ，その後アンドロゲン活性を回復させることにより再生させたところ，GFP の発現は新たに再生した細胞特異的に検出され，前立腺が成熟するとともに消失した．以上の結果より，GFP は前立腺において未分化の前駆細胞を含む領域において発現していることが示唆された．我々は PSCA―GFP マウスと前立腺がんを発生する TRAMPマウスの交配により前立腺がんにおける GFP の発現を検討した．23 週齢の PSCA―GFP マウスの正常前立腺において GFP の発現はほとんど見られなかったが，がん化した前立腺においては GFP の発現が上昇していた．以上から，PSCA―GFP マウスが前立腺前駆細胞を同定するための良いモデルであり，前立腺の発生やがん化に関与する遺伝子の同定などの目的に利用されることが期待される．

Visualization of prostatic stem progenitor cells during development, regeneration and tumorigenesis
TETSURO WATABE Department of Molecular Pathology, Graduate School of Medicine, University of Tokyo
わたべ・てつろう：東京大学大学
院医学系研究科分子病理学助手．
平成２年東京大学大学院農学系研
究 科 修 了 ． 平 成 ９ 年 Universityof California , Post-doctral fellow．平成13年現職．主研究領域／
前立腺の発生，がん化における幹細胞の役割．
＊90 第 117 回日本医学会シンポジウム

Key words

前立腺
前立腺がん幹細胞
前駆細胞
トランスジェニックマウス

む）と基底細胞層の 2 層からなり，アンドロはじめにゲン活性を阻害すると分泌細胞層が失われ，さまざまながんの治療において，幹細胞そアンドロゲン活性を回復すると残った基底細して前駆細胞の研究が最近注目を集めてい胞から分泌，神経内分泌細胞が分化，増殖しる．その理由の一つは，一部のがんではがんて再生が行われることから未分化な幹細胞と化が未分化状態の細胞において起こることが前駆細胞は基底層に存在すると考えられてい知られているため，幹・前駆細胞の性質を調る3）．

べることによって，それらの細胞を標的とした治療を試みることができる点である．またがん細胞の細胞増殖のメカニズムが幹細胞の2．前立腺がんにおける幹細胞モデル増殖機構と共通している部分が多いため，幹近年，前立腺がんの発生における幹細胞の細胞の研究によってがん細胞の異常増殖を防関与が注目を集めており，前立腺の幹細胞研ぐ治療方法を見つけることも期待できる．幹究の医学的な新しい応用面が広がっている．

細胞の研究は血液系（中胚葉由来），神経系

前立腺がんは現在米国人男性の間で最も患者（外胚葉由来）などでめざましい進展を見せて数が多いがんであり，日本においてもその患いるが，肝臓以外の内胚葉系組織ではまだ多者数，死亡者数ともに年々増加の傾向にある．

くのことが解明されていない．内胚葉由来の前立腺がんの特徴の一つとして 1 つのがん上皮組織である前立腺は男性の生殖器官で腺病巣の中に様々な組織構築（分泌細胞のマー管が集合した構造をしており，その上皮組織カーを持つ組織や基底細胞のマーカーを持つは精液を構成する前立腺液を分泌する分泌細組織）を持つがんが含まれるということがあ胞や神経分泌細胞などの分化した複数の細胞げられる．この前立腺がんの多様性を説明す群から構成される．前立腺は，その再生能力るために Bonkhoff らは幹細胞モデルを提唱

から成体の組織においても多分化能を持つ幹した3）（図 1）．このモデルにおいては前立腺細胞や分化過程にある前駆細胞が存在するの上皮組織においてがん化するのは基底層にあではないかと考えられており，前立腺がんのる未分化な細胞であり，その未分化がん細胞発生への関与から，がん治療への応用などのがその環境にしたがって未分化正常細胞が分1）面でその研究に注目が集まっている ．

化していくように，様々な種類のがんに分化していく．このモデルに従うと，前立腺がん

1．前立腺における幹細胞
成体の前立腺においては活発な細胞増殖は見られないが，成体の腺管上皮組織に再生能治療の標的はより未分化のがん化した前立腺幹細胞または前駆細胞であり，その治療方法の確立のためにも前立腺幹・前駆細胞の同定が急務となっている．

力があることが以下の実験によって確かめられている．前立腺はアンドロゲン活性を阻害することにより，その上皮細胞の 9 割がアポトーシスによって消失するが，その後アンドロゲン活性を回復することにより完全な形で
2）3．前立腺幹・前駆細胞を標識するトラ
ンスジェニックマウスの作製
前立腺において幹細胞や前駆細胞はいまだ再生する ．ヒトの前立腺上皮組織は分泌細同定されていないが，その理由の一つとして，胞層（分泌細胞と少数の神経内分泌細胞を含前立腺が細胞増殖活性の低い固形組織である幹細胞と細胞療法 91

PSA+

PSAbcl-2+

bcl-2分泌細胞

幹細胞

PSA-前駆細胞正常
前立腺

chromogranin+
神経内分泌細胞
がん化

PSA++
アンドロゲン
存在下

bcl-2アンドロゲン
依存性がん
PSA+

がん化した
前駆細胞

前立腺
がん

bcl-2+

アンドロゲン
非存在下

PSAchromogranin+
アンドロゲン
非依存性がん

図1

前立腺の発生，がん化における幹細胞モデルということが挙げられる．固形組織においてニックマウスを作製した（渡部ら，投稿中）．

は，細胞の性質がそれを取り巻く環境によっマウスやラットの前立腺における腺管構造て変化することが多く，単離することによっはヒトのものと異なることが知られている．てその性質を失う可能性があるため，前立腺ヒト前立腺において細胞増殖活性が主に腺管の幹細胞を単離，同定することは困難だった．

基底層に見出されるのに対して，マウスや我々はこの問題を解決するため，前立腺におラットにおいては細胞増殖が前立腺腺管の末ける幹・前駆細胞群を簡単に観察できるトラ

端部分で主に起こっていることが確かめられ

ンスジェニックマウスを作製し，前立腺の発ている5,6）（図 2 A）
．以上の知見から前立腺上生，再生，がん化における幹・前駆細胞の同皮の幹細胞はヒトにおいては基底細胞層に，定を試みた．前立腺幹細胞特異的プロモー

マウスにおいては腺管の末端部分に存在するターとして，我々は Prostate Stem Cell Anti-ことが推測される．我々が作製したトランスgen（PSCA）遺伝子のものを選んだ．PSCA

ジェニックマウス（PSCA―GFP マウス）におはヒトにおいて前立腺に主に発現し，ヒト正いては GFP は前立腺に発現しており，その発常前立腺においては幹細胞が存在すると考え

現パターンは生後 8 週齢のマウスの前立腺られている基底細胞層に特異的に発現しておにおいては腺管の末端に限定されていた（図り，さらに前立腺がんにおいてその発現は上2 B）．この結果から，GFP が細胞増殖活性の4）昇する ．我々はヒト PSCA のプロモーターある未分化の細胞群において発現しているこにより蛍光顕微鏡によって簡便に検出できるとが示唆された．

レポーター分子である GFP（Green Fluorescence Protein）を 発 現 さ せ る ト ラ ン ス ジ ェ
92 第 117 回日本医学会シンポジウム

Transillumination Image

Green Fluorescence Image

図 2 PSCA―GFP マウスにおける GFP の発現
A．マウス前立腺の構造B．トランスジェニック（上），非トランスジェニック（下）の前立腺を普通光下（左）と緑色蛍光下（右）において観察した．

領域を除くほぼ全領域に広がっており，活発4．前立腺の発生における GFP の発現様式な細胞増殖分化が行われている部分と一致した（図 3 B）．性徴後，前立腺の細胞増殖活性は 低 下 し，細 胞 の 最 終 分 化 が 進 む．生 後 8

PSCA―GFP マウスにおける GFP の発現は週齢（図 3 C），14 週齢（図 3 D）の前立腺にお細胞増殖活性が存在する領域と一致していた

いては徐々に末端領域に限定されていった．

ため，その発現は前立腺の発生過程において以上の結果より，GFP の発現は前立腺の発生変化することが予想された．我々は，前立腺において変化し，分化過程にある細胞を含むの発生過程において GFP の発現がどのよう領域において検出されることが示唆された．

な細胞において見出されるかを調べた．マウスの前立腺発生は胚発生後期に始まり，生後3 週間で腺管構造の活発な分枝，伸展が行われる．生後 1 週齢のマウスの前立腺における5．前立腺の退縮，再生における GFP の発現様式

GFP の発現は，末端領域を除くほぼ全領域に肝臓や前立腺などの臓器再生の過程におい広がっていた（図 3 A）．この GFP 発現の認めては幹・前駆細胞を介した活発な細胞増殖とられなかった末端領域はまだ管状化が進んで分化が行われる．我々は PSCA―GFP マウスにいない発生過程で最も未分化な領域である．

おける前立腺の退縮，再生における GFP の発

生後 3〜8 週の間マウスは性徴を迎え，血中現を調べた．14 週齢の無処理の PSCA―GFP

アンドロゲン濃度の上昇に応答して，前立腺マウスの前立腺においては，腺管末端におい細胞の増殖と分化が起こる．GFP の発現は生て見られた GFP の発現が（図 4 A），去勢をし後 4 週齢のマウスの前立腺においては近位てアンドロゲン活性が低下したことにより退幹細胞と細胞療法 93

A. 1 week old

B. 5 week old

C. 8 week old

D. 14 week old

図3

前立腺の発生における GFP の発現様式
P：近位領域，スケールバー：0.2 mm

縮した前立腺においては消失していた（図 4た前立腺のほぼ全域で GFP の発現が見られB）．去勢した PSCA―GFP マウスにアンドロた（図 4 C）．この GFP の発現は投与 5 週間でゲンを投与することによって，前立腺は活発前立腺が成熟するとともに末端領域に限定さな細胞増殖と分化を経て元の大きさまで再生れた（図 4 D）．またこの GFP 発現の変化が過することから，退縮した前立腺には複数種の剰アンドロゲン投与によるものでないこと上皮細胞に分化可能な幹細胞が含まれると考が，去勢していない PSCA―GFP マウスにアンえられる．去勢した PSCA―GFP マウスにアンドロゲンを投与し，1 週間後に GFP の発現がドロゲンを投与し，GFP 発現を時間経過とと変化しなかったことにより示されている．以もに観察した． 投与後 1 日目では細胞増殖，上の結果から，前立腺の発生，再生過程にお分化が始まった腺管末端において GFP の発

いては 1）最も未分化な幹細胞群（去勢したマ現が見出された．投与後 1 週間後では再生しウスの前立腺に含まれる細胞），2）分化過程

94 第 117 回日本医学会シンポジウム

A. Control
B. Castrated（2 wks）

C. Castrated（2 wks）
+Androgen（1 wk）

D. Castrated（2 wks）
+Androgen（5 wks）

TI

GF

図4

TI

GF

前立腺の退縮，再生における GFP の発現様式にある前駆細胞群（発生または再生中の前立のがん化により生じる，と説明している．

腺に含まれる細胞），3）最終分化した細胞

PSCA―GFP マウスにおける GFP の発現が前（成熟した前立腺腺管の近位，中間領域に含ま立腺前駆細胞を標識していることが示唆されれる細胞）といった少なくとも 3 グループのたため，我々は GFP の発現を調べることによ細胞が存在することが示唆され，GFP の強いり前立腺がんにおける前駆細胞の関与を検討

発現は第二のグループの前駆細胞を標識してした．

いることが示された．

前立腺がんを発生させるために前立腺特異的プロモーターによりがん遺伝子（SV 40 T

6．前立腺のがん化における GFP の発現様式antigen）を発現させるトランスジェニックマ
7）
ウス（TRAMP マウス）を用いた．PSCA―GFP

マウスと TRAMP マウスを交配して得られた
3）





前立腺がんにおける幹細胞モデル は，前TRAMP 陽性 PSCA―GFP 陽性（T＋ G＋）マ

立腺がん組織の多様性は分化過程の前駆細胞

ウスと，TRAMP 陰性 PSCA―GFP 陽性（T−

幹細胞と細胞療法 95化により肥大した T＋ G＋マウスの前立腺
TRAMP−
GFP＋TRAMP＋
GFP＋

においては GFP の発現が増大していた（図 5B, C）．
GFP の発現をさらに詳細に解析するために，これらのマウスの前立腺の組織切片を抗 GFP 抗体で染色した．T− G＋マウスにおける正常前立腺においては GFP の発現が見

出されなかったのに対して，T＋ G＋マウスの前立腺がん組織では GFP の発現の上昇が見られた．

おわりに以上の結果から，PSCA―GFP＋マウスにおける GFP が前立腺上皮組織における前駆細胞において発現していること，そして前立腺前駆細胞群が前立腺がんにおいて増大していることが示唆された．現在このトランスジェニックマウスの前立腺から GFP 活性を用いて前駆細胞を単離しようと試みているところである．この GFP 陽性細胞の分化再生調節機構の解明，また特異的に発現している情報伝達因子，転写因子の同定などによって前立腺をはじめとする内胚葉系幹・前駆細胞の正常発生，そしてがん化における研究が進むことが期待される．

図5

前立腺のがん化における GFP の発現様式
A．BL：膀胱，PR：前立腺，SV：性 ，B．
普通光下で観察した前立腺，C．緑色蛍光下で観察した前立腺G＋）マウスの前立腺における GFP の発現を前立腺がんが発生する 20〜25 週齢においてや前立腺の増大などがん調べた．図 5 A に示すように，T＋ G＋マウスの泌尿系器官は精化の影響が顕著であった．これらの週齢の T

− G＋マウスにおける前立腺における GFPの発現は検出限界下に低下していたが，がん
96 第 117 回日本医学会シンポジウム〔文献〕
1）渡部徹郎，Reiter R, Witte O：幹細胞システムと再生
医学 前立腺の発生・再生・癌化における内胚葉系幹細胞の役割．細胞工学 2000 ; 19 : 414―419.
2）English HF, Santen RJ, Isaacs JT : Response of glandular versus basal rat ventral prostatic epithelial cells
to androgen withdrawal and replacement . Prostate1987 ; 11 : 229―242.
3）Bonkhoff H, Remberger K : Differentiation pathways
and histogenetic aspects of normal and abnormal
prostatic growth : a stem cell model. Prostate 1996 ;
28 : 98―106.
4）Reiter RE, Gu Z, Watabe T, et al. : Prostate stem cell
antigen : a cell surface marker overexpressed in prostate cancer. Proc Natl Acad Sci USA 1997.
5）Sugimura Y, Cunha GR, Donjacour AA, et al. : Wholemount autoradiography study of DNA synthetic activity during postnatal development and androgeninduced regeneration in the mouse prostate. Biol Reprod 1986 ; 34 : 985―995.

6）Lee C, Sensibar JA, Dudek SM, et al. : Prostatic ductal
system in rats : regional variation in morphological andfunctional activities. Biol Reprod 1990 ; 43 : 1079―1086.
7）Greenberg NM, DeMayo F, Finegold MJ, et al. : Prostate cancer in a transgenic mouse. Proc Natul Acad
Sci USA 1995.

いう fetus 時代のものに関心を持っているものですから，質問しました．前立腺癌は hormone dependent な要素が非常に強くて，高齢者が多いということで少しピントがはずれた質問だったかもしれませんが，非常に興味深
く拝聴しました．
北村幸彦（大阪大） 去勢して，アンドロゲンを投与して，もう一度分化させるという実質疑応答

験の時に，すぐ分化するようなかなり大量のアンドロゲンを投与されたと思いますが，そ座長（秦） どうもありがとうございました．それではご質問をお願いします．

の時にアンドロゲンの量を抑えて，1 3 とか

1 4 にすると増殖が持続するような気がする

今村正之（京都大） 非常に興味深くうかがの で す．私 は 以 前 に prostate で は な く ていました．先生の研究の逆の方から質問いた

seminal vesicle で実験をしました．よく似てします．先生のお話は，前立腺癌というものいるのですが，大量のアンドロゲンを投与すがあって，その非常に未分化な癌組織の中にるとすぐ分化して止まってしまうのです．とprogenitor cell，androgen dependent な stem

ころがそれの 1 3 か 1 4 ぐらい投 与 し ま すcell と考えられるものがあって，その細胞かと，アポトーシスを起こしながらかなりの間らの癌化の可能性があるのではないかというずっと増殖しています．ですから，そういう主旨かと思います．私の質問は，fetus 時代に，時の数も調べられたでしょうか．

先生が最後に示されましたような，そういう渡部

私どもが使っているアンドロゲンのstem cell のような性質を持っている細胞が投与法は，皮下にアンドロゲンの錠剤を埋め存在して，成人での癌化に関係していないか込むという方法ですので，ある意味では調節ということです．先生のお考えをお聞きしたが効かないのです．しかし同じような実験をいと思います．

している人に聞いてみますと，アンドロゲン

渡部幹細胞のような，または transientlyは，内因性のもののレベル以下を与えると，amplifying cell のような未分化細胞が，癌化に確かに先生がおっしゃられたようなこともあ関係している一つの理由として，活発な細胞るかと思いますが，ある程度以上与えても，増殖を経る中で，いろいろな DNA のエラー

おそらく受容体の飽和とか，もしくはリガン等の蓄積があることがあげられます．

ド自身の分解とかで，なかなか内因性以上のただ前立腺癌は，ご存じのようにお年を召量は超えないということがいわれています．

した方の病気であり，例えば embryo の前立先生のご質問の答えとしては，私どもは低い腺において，ヒトでも，マウスでも自然発生レベルの実験はやっていないということで的な癌はみられませんので，embryo の未分化す．

細胞が癌化に関与するという例は見つかっていないと思います．
今村

私どもは，膵癌とか非常に難治癌のアプローチで，通常の癌だけ調べていたのでは駄目ではないかということで，やはりそう逆に質問させていただきたいのですが，低いレベルでやるというのは，どのような感じで行われたのかうかがいたいと思います．
北村

それは毎日注射して投与するのです．prostate の癌は老年に多いですね．これは幹細胞と細胞療法 97

想像ですが，老年になると，テストステロン

すと，BCL-2 等の基底細胞に特 異 的 な マ ーの分泌は，ヒトでもコンスタントではなしに，カーしか出ていません．それに対してアンドかなり fluctuation するのではないかと思う

ロゲンを加えますと，分泌細胞と神経内分泌のです．そのようなことが，癌化に関係しな細胞という，2 種類の細胞がまた再生して出いかということが気になりましてお聞きしまてくるということから，基底細胞に幹細胞がした．

含まれることが考えられています．

渡部

それに関しては，少なくともヒトに座長

今日は PSCA 自体については説明が関してそのようなことを調べた論文を読んでありませんでしたが，どのような分子なのでいませんのでわかりません．

しょうか．

座長

アンドロゲン活性を低下させると前渡部

もともと前立腺の未分化な，前立腺立腺は退縮し，回復させると再生するとのこ癌において低分化型から特異的に採られた分とですが，その場合に再生するのは基底細胞子ですが，構造的には GPI 結合型の細胞表面からですか．

抗原で，その発現等は一応腫瘍マーカーにな渡部

そうですね．最初に説明した基底細胞から再生するという証拠としては，退縮した前立腺でいろいろな免疫組織染色を行いま98 第 117 回日本医学会シンポジウムるのではないかということで，われわれの共同研究者等はいろいろ調べています．
座長

どうもありがとうございました．