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トピックス

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トピックス

酸性微小環境がビタミン D 受容体− SOX2 シグナルを介して大腸がんの悪性化を誘導する
An acidic microenvironment induces the malignant phenotype of colorectal cancer
through the VDR-SOX2 signaling

ビタミン D は，古くから骨代謝や骨リモデリング，カまず，大腸がん細胞の stemness（ 幹細胞としての形ルシウムのホメオスタシスを調整する役割があることが質）に酸性の微小環境がどのような影響を及ぼすか確知られており，ビタミン D の欠乏が小児における成長認した．大腸がん患者の組織検体から単離・培養した遅延やくる病，成人における骨粗鬆症の発症に関与す細胞（CC tissue-adherent cells）と大腸がん細胞株 R.Oることが証明されている 1）2）．また，近年の健康ブーム

細胞を pH 68 および pH 74 の条件下で培養したとこと相まって，ここ数年，ビタミン D と種々の疾患との関ろ，pH 68 培養群で CD133（がん幹細胞マーカー）陽性係を明らかにしようと数多くの研究が行われており，特細胞の割合が有意に増加した．また，pH 74 に比べてが腫にがん領域では活性型ビタミン D（1Į25（OH）
2D3）

pH 68 では自己複製能が著しく促進し，CD133 および瘍の成長を抑制すること 3）や血中 1Į25（OH）
2D3 濃度

未分化状態の維持に関わりマスター転写調節因子としががん患者の罹患や生存に影響することが報告されてて知られる OCT4 ならびに SOX2 の mRNA 発現の増4）5）．さらには，ビタミン D 受容体（VDR vitamin加も認めた．すなわち，酸性条件下において大腸がんD receptor）の発現レベルが，がん細胞の分化度に関与幹細胞の表現型が誘導および維持される可能性が示さするという報告もあり 6），悪性腫瘍に対するビタミンれた．

いる

D の役割が注目されている．

次に，その主となる経路を確認するため，pH 68 お悪性腫瘍は，生物学的に不均一な細胞集団により構よび pH 74 の条件下で培養した R.O 細胞を用いて成されており，その細胞の不均一の起源は少数のがん

RNA sequencinJ および enrichment 解析を行ったとこ幹細胞であると考えられている．最近，そのがん幹細ろ，pH 68 培養群では脂溶性ビタミンの代謝過程が大胞の表現型にがん微小環境が重要な役割を果たしていきく変化することが分かった．脂溶性ビタミンの中で7）8），がん微小環境における低酸素もビタミン D は，ビタミン D シグナル経路を介してや酸性化が，がん幹細胞の表現型の変化を導く可能性

がん細胞の分化制御に関連することが知られている 3）．

ることが報告されが示されている 9）．そして，ビタミン D シグナル経路

そこで，CC tissue-adherent cells および種々の大腸がんもがん幹細胞の表現型の進展に関与することが知られ細胞株を用いて，ビタミン D シグナル経路に重要な役ているだけでなく，グリオーマ細胞を用いた研究では，割を担う CYP27A1，CYP27B1，CYP24A1 および VDR6）の発現量が培養条件（pH）により異なるのか確認したという報告もあり，ビタミン D や VDR が悪性腫瘍のところ，pH 74 に比べて pH 68 で VDR タンパク質おビタミン D シグナル経路が酸性条件下で抑制される

イニシエーションや進展に関与している可能性が考えよび mRNA 発現量が明らかに低値を示した．しかしられる．しかしながら，がん幹細胞に対するビタミンながら，CYP27A1，CYP27B1 および CYP24A1 発現量

D や VDR の役割に関する詳細なメカニズムは未だ不には明らかな違いは確認できなかった．また，大腸が明な点が多い．そこで，Hu らのグループが大腸がんん患者から採取したがん組織とその周辺組織（正常組患者の組織検体や大腸がん細胞株を用いて，がん幹細織）を比較した検討では，正常組織に比べてがん組織胞の進展および悪性化にがん微小環境の酸性化と VDR

で VDR mRNA 発現量が明らかに低値を示したが，そがどのように関与しているか検証し，新たな可能性をの他の分子においては明らかな違いを確認できなかっ提唱しているので，本トピックスで紹介する．

た．さらに，大腸がん組織検体において，微小環境の530

トピックス〔ビタミン 96 巻

酸性度に関連することが知られる LAMP2 の発現量とでは，VDR はどのような機構で大腸がん幹細胞の表VDR 発現量には負の相関が認められた．つまり，これ現型や薬剤抵抗性に影響を与えているのだろうか．

らの結果は，酸性の微小環境が VDR の発現に影響をVDR はリガンド依存的に転写を制御する転写因子のひ与えていることを示唆している．ところで，これまで

とつで，標的タンパクの発現を調節することが知られに報告された臨床研究によれば，大腸がんのリスク軽て い る． そ こ で， 幹 細 胞 マ ー カ ー（SOX2，OCT4，減に最適な血中 1Į25（OH）
2D3 濃度は，75 〜 100 nmol/LCD44 および NANOG）のプロモーター領域への VDRであるとされている 10）．この濃度は通常推奨されてい結合能を調べたところ，pH 68 で VDR は SOX2 のプ

る 1Į25（OH）
2D3 濃度に比べると遥かに高い数値であロモーター領域に結合することが分かった．そして，る．その理由として，大腸がん組織の酸性微小環境がVDR を過剰発現させた大腸がん幹細胞では対照群に比VDR の発現を低下させることから，大腸がんのリスクべて，SOX2 の発現が減少していることや SOX2 プロ軽減には，より多くの 1Į25（OH）
2D3 の投与が必要にモーター領域への VDR 結合能が亢進すること，SOX2なることが推察される．そこで次に，VDR が大腸がんプロモーターの転写活性を阻害することを確認した．

患者に与える影響を確認するため，原発（primary）組すなわち，VDR が SOX2 プロモーターに結合して転写織と再発（recurrence）組織，そして staJe 分類の異なるを阻害することによって SOX2 発現をダウンレギュ

組織検体を用いて VDR mRNA 発現量を比較した．そレートする可能性が考えられた．の結果，recurrence 組織および staJe Ⅳの組織検体で次に，VDR が SOX2 のダウンレギュレーションを介VDR mRNA 発現量が低値を示し，VDR 発現量が低値して大腸がんの悪性形質を制御するのか否かを検討しを示す患者では生存期間が短いことが認められた．こた．VDR を過剰発現させた大腸がん幹細胞に SOX2 をれらの結果から，VDR の発現低下が大腸がんの再発や過剰発現させ培養したところ，自己複製能が著しく増悪性度に関与している可能性が考えられた．

大した．一方，すでに VDR が十分に発現している大次に，VDR が大腸がんの stemness に影響を与える

腸がん細胞を用いた検討では，VDR と SOX2 を共にのか確認した．大腸がんの組織検体および培養細胞株

ノックダウンさせると，がん幹細胞マーカーであるの非がん幹細胞とがん幹細胞の VDR 発現量を測定しCD133 および CD44 の発現が低下し，かつ自己複製能たところ，非がん幹細胞に比べてがん幹細胞で著しくが低下した．次に，pH 74 に比べて pH 68 で培養した低値を示した．そこで，遺伝子導入により，がん幹細大腸がん幹細胞で SOX2 mRNA 発現の著しい増加を認胞に VDR を過剰発現させ培養したところ，対照群にめた．SOX2 をノックダウンした大腸がん幹細胞を pH比べて腫瘍塊の大きさが縮小し，腫瘍塊の数が有意に68 で培養すると，自己複製能の低下やオキサリプラ減少した．また，CD133 陽性細胞の割合も有意に減少

チンによる感受性の増大を認め，SOX2 のターゲットした．一方，すでに VDR が十分に発現している大腸遺伝子でもある OCT4 や MYC，CCDN1 などの幹細胞がん細胞の VDR をノックダウンすると自己複製能の遺伝子の減少を認めた．さらに同条件において，活性促進や stemness マーカーの発現増加，CD133 陽性細胞型ビタミン D で処置すると pH 68 で促進する自己複の割合の増加が確認できた．続いて，VDR と大腸がん製能が抑えられることや pH 68 で増加する CD133，の悪性度との関係を明らかにするため，白金製剤の抗SOX2 および OCT4 発現が減少することを確認した．

悪性腫瘍薬オキサリプラチンに耐性を示す HCT-116 細

これらの結果から，酸性の微小環境がビタミン D −胞の VDR 発現を確認したところ，HCT-116 細胞に比VDR シグナル経路を介して大腸がん細胞の stemness

べて VDR 発現量が低値を示した．また，大腸がん幹に影響を与えることが示された 細胞に VDR を過剰発現させるとオキサリプラチンへさらに詳しい機序を明らかにするために，酸性微小の感受性が増すことも分かった．さらには，酸性の微環境における VDR の subcellular locali]ation を検出した．

小環境下では，がん幹細胞はオキサリプラチン抵抗性

大腸がん細胞を pH 68 で培養したとき，細胞質内のを示すが，VDR を過剰発現させることにより抵抗性がVDR 発現が減少し，核内における VDR の蓄積量も減改善されることを確認した．一方，すでに VDR が十少した．このとき細胞質内の pH も低下していた．また，分に発現している大腸がん細胞の VDR をノックダウ

さらなる解析により VDR の liJand-bindinJ domain にはンすると，オキサリプラチン抵抗性が増した．これら

核外輸送シグナル（NES；nuclear export siJnal）を含んで一連の結果から，VDR が大腸がん幹細胞の表現型を制いることが分かった．そこで，VDR の核外輸送と NES御している可能性や大腸がん患者における治療薬抵抗の関連性を検証するために，leptomycin B（LMB）を用性に起因している可能性が示された．

いて検討した．LMB は，核外輸送レセプター（CRM1；12 号（12 月）2022〕

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トピックス

chromosome reJion maintenance 1）に 結 合 す る こ と で，タミン D3 を投与すると，腫瘍の増殖が抑制できること，核外輸送基質の CRM1 結合を阻害することが知られてそして，ビタミン D3 とオキサリプラチンを同時に投11）．まず，pH 68 および pH 74 で培養した大腸

与すると腫瘍増殖抑制効果が増すことが分かった．以

がん細胞を LMB で処置したところ，pH 68 において上の知見は，今後の臨床における大腸がん治療に新し

VDR の核外輸送が阻害された．この結果は，酸性下にい選択肢を提供することができるだろう．

いる

おける VDR の核外輸送が CRM1 に依存することを意

最後に，大腸がんの腫瘍形成能に VDR と SOX2 発味する．次に，大腸がん細胞に NES site-mutant プラス

現が影響するのか否かを検討した．VDR を過剰発現さミドを組み込み，pH 68 および pH 74 で培養したとこせた大腸がん幹細胞を播種したヌードマウスでは，対ろ，pH 68 において VDR の核外輸送が阻止された．

象群に比べて有意に腫瘍発生率が低下したが，SOX2さらに，大腸がん幹細胞に NES site-mutant プラスミドの過剰発現を伴う場合は，その発生率は上昇した．まを組み込み，同条件で培養したところ，pH 68 におい

た，大腸がん患者の予後と VDR および SOX2 発現量て大腸がん幹細胞の自己複製能が抑制された．これらの関係を解析したところ，腫瘍組織の VDR 発現が低のことから，酸性微小環境における VDR の核外輸送値かつ SOX2 発現が高値である患者の生存期間が最もは NES を介して起こり，それは CRM1 に依存してい短かった．一方，staJe ⅢおよびⅣ患者の腫瘍組織のると考えられる．

VDR および SOX2 発現量を調べた結果，VDR が高発次に，QiaJen のデータベースを利用することで，腫現している患者では SOX2 が低発現を示し，VDR が低瘍の発生に重要な役割を果たすペルオキシソーム増殖発現の患者では SOX2 が高発現している患者が多かっ剤 活 性 化 レ セ プ タ ー（PPAR；peroxisome proliferator-

た．次に，大腸がん化学療法の中でオキサリプラチンactivated receptor）ファミリーが VDR プロモーターにを含む治療（FOLFOX と XELOX 療法）を受けた 65 名

関 与 す る 可 能 性 が あ る こ と が 分 か っ た． そ こ で，の進行大腸がん患者の組織検体を用いて VDR およびTCGA（The Cancer Genome Atlas）のデータベースを分SOX2 の発現量を評価した．原発組織の VDR が高発現

析 し た 結 果， 大 腸 が ん 検 体 に お け る PPARA お よ びの患者に比べて SOX2 が高発現の患者のほうが化学療

PPARD の発現量は VDR 発現量と正の相関を示すこと

法に抵抗性を示し，VDR が低発現かつ SOX2 が高発現が認められた．また，PPARD の mRNA およびタンパの患者が最も化学療法に抵抗性を示した．これらの結ク発現量は酸性下で培養することで有意に減少するこ果から VDR および SOX2 の発現を事前に調べることとを発見した．さらには，PPARD は VDR のプロモーで無駄な治療を回避できるかもしれない．

ター領域に結合することや，PPARD の発現の低下に以上のように，転写因子である VDR が SOX2 発現より VDR mRNA およびタンパク発現量が減少するこを抑制することで，大腸がんの進展や予後，がん幹細と，そして，幹細胞マーカーの発現が増えることを発胞の stemness に影響を与えるという新しいメカニズム見した．これらの結果は，酸性微小環境が PPARD のが明らかになった．Hu らは，酸性であるがん微小環発現低下を介して VDR の発現を抑制することを示唆

境が VDR の核外輸送を引き起こすことで，SOX2 発現している．

を誘導し，大腸がんの悪性形質の獲得に寄与している

これまでの結果から，酸性の腫瘍微小環境を改善し，ことを提唱している（図 1）．近年の大腸がん治療の進

VDR 発現を誘導させることで，大腸がんの発生や進展歩は目覚ましく，本邦でも手術療法，化学療法およびを抑制できる可能性が考えられた．そこで，ヌードマ

放射線療法の治療成績は過去に比べて大きく改善してウスに VDR を過剰発現させた大腸がん幹細胞を播種いるが，現在，がんによる死因の第 2 位であり，死亡したところ，対照群に比べて腫瘍の進展が抑えられた．

者数も年々増加している．がん細胞のプロテオームはさらに，それらマウスに H2O および NaHCO3 を投与し非常に複雑であり，SOX2 以外にも VDR と拮抗作用をたところ，H2O 投与群に比べて NaHCO3 投与群で有意示す因子が存在する可能性もあり，さらなる研究が求に腫瘍組織の SOX2 発現や腫瘍の進展が抑えられた．

められるが，今回紹介した Hu らの報告は，大腸がんまた，VDR をノックダウンした大腸がん細胞を移植しの新たな治療戦略の一助になると期待される．

たヌードマウスで同様の検討を行ったところ，対照群のマウスに比べて腫瘍が増大し，NaHCO3 投与によって，その進展が抑えられた．さらに，患者腫瘍移植モデル（Patient-derived xenoJraft PDX モデル）マウスにビKey words :Vi t a m i n D  Vi t a m i n D r e c e p t o r S O X 2 
Colorectal cancer Stemness532〔ビタミン 96 巻トピックス

図1

大腸がんの悪性形質に関わる VDR-SOX2 シグナル経路

転写因子である VDR は SOX2 プロモーター領域に存在するビタミン D 応答配列（VDREs）に結合することでSOX2 発現を抑制する．しかし，酸性微小環境では，VDR の核外輸送が誘導され SOX2 発現が増加することで大腸がんの stemness や悪性化が誘導される．VDR；vitamin D receptor，VDRE；vitamin D response elements，SOX2；
SRY-box 2，NES；nuclear export siJnal，PPARD；peroxisome proliferator-activated receptor delta（文献 6 の図を改変，詳細は本文参照）

1

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Sciences MukoJaZa Women’s University

pathZays in cancer: potential for anticancer therapeutics Nat Rev

2Cancer 7 684-700

2nd Department of Biochemistry School of Pharmacy andPharmaceutical Sciences MukoJaZa Women’s University

Motohiro Yamamori1 .a]uto Nosaka2
武庫川女子大学薬学部臨床薬学講座

2

武庫川女子大学薬学部生化学Ⅱ講座
元博 1，野坂

cancer: a revieZ of molecular mechanisms Biochem J 441 61-765）Peterlik M Grant WB Cross HS (2009 Calcium vitamin D and1山森4）Fleet -C DeSmet M -ohnson R Li Y (2012 Vitamin D and和人 2cancer Anticancer Res 29 3687-36986）Hu P (2019 Acidosis enhances the self-reneZal and mitochondrial
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利益相反自己申告 : 申告すべきものなし（2022910 受付）

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