ヒト血清アルブミンの酸化修飾を活用した放射線の線量評価

弘前大学大学院保健学研究科
特任教授 柏倉幾郎
助教 山口 平2023年3月14日
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従来技術とその問題点• 放射線の生体内の標的は「細胞核」とされ，多くの評価は核やDNAの損傷に注力されている。
• リンパ球による「染色体異常解析」はGold
standardとして国際標準法に採用されているが、高い専門性と数日の時間を要し、500 mSv以下の低線量域評価には不向きである。
• 現時点では精確・迅速かつ大規模に生物学的線量評価が可能な方法は無い。
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新技術の特徴・従来技術との比較• インドネシア高線量自然放射線地域（平均≒50mSv，日本の平均自然放射線2.1 mSvの約24倍）住民の血液解析から、被ばく線量と相関する血清アルブミンの酸化修飾配列を見出した。
• 放射線被ばくの「痕跡」が血清アルブミンに残るという発見は新たな知見である。
• 100 mSv以下の低線量域における生物応答を評価しうる可能性を示した点は革新的である。
3自然・人工放射線からの被ばく線量4

大地の放射線（世界）5新たに見出された高自然放射線地域

2014年インドネシア国家原子力庁は、西スラウェシ州マムジュ地区（赤矢印）での陸域放射線による高レベルの線量率を報告した。
6スラウェシ島マムジュ地区

スラウェシ島マムジュ地区① タンデ タンデ村：33.5 – 60.5 mSv/年
平均=49.6 mSv/年② ボッテン村：2.93 – 14.89 mSv/年④ タカンディア村：4.14 – 5.87 mSv/年

外部被ばくラドン
トロン
飲用水のラドン
飲用水のラジウム
食物中の放射性物質7住民の採血から血清の解析
血清400g，30min

遠心分離

住民からの採血（各26人）

総被ばく線量（Sv/年）

トポヨ村 (低線量地区)
タンデ タンデ村 (高線量地区)

プロテオーム解析（医学研究科）
nanoLC Eksigent 400/TripleTOF6600
システム (AB Sciex) (LC-MS/MS)

低線量地域

高線量地域

酸化修飾応答解析
含有タンパ
ク質の定量

血清アルブミン（HSA）の立体構造8ヒト血清アルブミンの酸化修飾解析

LC-MS/MSによる解析の結果、19種類のタンパク質が同定され、そのうちアポリポプロテ
インB-100（図上段）とヘモグロビンサブユニットα1（図下段）の発現量は、高線量地域では低線量地域より有意に低かった。

黄色（アルギニン残基の酸化によるγ -グルタミルセミアルデヒド）
緑色：カルボニル化（プロリン残基の酸化によるγ -グルタミルセミアルデヒド）
紫色（リシン残基の酸化によるアリシン）
灰色：ニトロ化（チロシン残基）
青色：酸化（その他）＊ ：糖化

アルブミン上に1155の修飾を同定し、このうち酸化修飾は270箇所だった。
M. Yamaguchi & I. Kashiwakura et al. Free Radic Biol Med (2022)9ヒト血清アルブミンの酸化修飾解析
A : OMSA9AUC = 0.828

B : OMSA34

AUC = 0.813

C : OMSA24

AUC = 0.794

D : OMSA3

AUC = 0.730★ 血清タンパク質の定量

高線量放射線地区住民のApolipoprotein B-100，
Hemoglobin subunit alpha 1 が有意に低い★ 酸化修飾応答解析

高線量放射線地区住民血清アルブミンに38 箇所の酸化修飾HSA (OMSA)を見出した
M. Yamaguchi & I. Kashiwakura et al. Free Radic Biol Med (2022)10喫煙と放射線の酸化修飾応答

・マロンジアルデヒド（MDA）：脂質過酸化分解生成物の一つであり、脂質過酸化・酸化ストレスマーカーの1つ
表2. MDAの上位5位と総線量との相関係数
低線量地域
高線量地域

サンプル番号

低線量地域 高線量地域★喫煙者の血清アルブミンの酸化修飾応答は放射線とは異なる．またMDAと個人の総有効線量との間に相関はなく、低線量慢性被曝をMDAでの検出は困難である可能性が示唆。
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原子力発電に関わる人材

12低線量放射線被ばく影響を高精度に検出するキット

国内市場予測（年間）対象市場
自然高線量被ばく者
医療被ばく者

被ばく者数（含リスク者）

測定キット
販売額

年1回測定販売額

備考

67億5,000万円

CTのみ0人2,700,000人 2,000施設×50万円=10億円

原発施設関係者

80,000人 16施設×50万円 2億円

航空被ばく者

18,000人 10施設×50万円 4,500万円

宇宙被ばく者
合計=8百万円=5百万円

2人 1施設 50万円
2,798,002人 10億1,350万円

パイロット約6,000人
CA約12,000人

5千円
69億9500万5千円

13医療被ばくの現状
わが国では年間延べ1億件以上の放射線診断が行われ、放射線治療を受ける癌患者は年間16万人を超え、さらに増加しています。わが国の医療被ばくによる一人あたりの実効線量は年間3.9 mSvと推定され（図１）、自然放射線の年間被ばく線量2.1 mSvよりも多いとされています。
日本のCT装置台数は世界一で（図２） 、年間約3千万件ものCT検査が行われている。一方、米国の人口あたりのCT検査件数はわが国よりもさらに多い。CT装置１台あたりの平均検査件数が少ないのが、わが国の医療の特徴。(首相官邸HP https://www.kantei.go.jp/saigai/senmonka_g65.html#03)
我々の調査（2011～2013年）では、医学部附属病院での全CT検査の1.2％が5歳以下であった。(ExpTher Med, 14(5): 4515–4520, 2017)

図1 年間当たりの被ばく線量の比較

図2 100万人当たりのCT数14

研究成果の情報発信
Detection of biological responses to low-dose radiation in humans
Masaru Yamaguchi, Yota Tatara, Eka Djatnika Nugraha,
Dwi Ramadhani, Yuki Tamakuma, Yoshiaki Sato, Tomisato Miura,
Masahiro Hosoda, Shinji Yoshinaga, Mukh Syaifudin,Ikuo Kashiwakura, Shinji Tokonami
Free Radical Biology and Medicine 184 196-207 2022年5月

IF=8.101
Serum Proteomic and Oxidative Modification Profiling in Mice
Exposed to Total Body X-Irradiation
Masaru Yamaguchi, Yota Tatara, Eka Djatnika Nugraha,
Yoshiaki Sato, Tomisato Miura, Masahiro Hosoda,
Mukh Syaifudin, Shinji Tokonami, Ikuo Kashiwakura
Antioxidants 11(9) 1710 2022年8月30日 査読有り
IF=7.67515

本発明の優位性 比較表
構成

得られる特性本発明

染色体異常解析特開2019-69996

特開2020-80781

バイオマーカーヘモグロビンＡ１および酸化修飾アルブミン

リンパ球の染色体
異常検査

血漿タンパク質バイオマーカー群

遺伝子のmRNA発
現量

低線量被ばくを検出可能＞0.5 Gyマウスモ
適応範囲は吸収線 ＞0.5Gyマウスモ
量で 100mGy～
デルの遺伝子応答 デルの遺伝子応答
5Gをもとに抽出をもとに抽出

低線量被ばくの検出

高線量被ばく
放射線被ばくの確定診断

適用分野

その他

ELISA測定システ
ムを開発中＜100mSvでは個人差が顕著

低線量での効果は 低線量での効果は確認されず確認されず

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発明者自身の先願 発明者自身の先願
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情報発信

https://www.youtube.com/watch?v=_6hwNCLwXpI
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想定される用途• 特に１００ｍＳｖ以下の低線量放射線被ばくを検出可能とする優れた特徴を有する。
• 原子力産業での安全対策、鉱山労働者や航空機乗務員などの職業被ばくや医療被ばくの影
響評価、核テロ対策への応用。原子力発電所の建設が進む海外での展開が期待される。
• アルブミンの酸化修飾は、酸化ストレス関連疾患（感染症、がん等）、疲労や加齢状態との関連性解明が期待される。
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実用化に向けた課題• 現在、酸化修飾ペプチドに対するポリクローナル抗体を作成して検証中であるが、特異的検出が不十分。
• 今後、CT検査前後の多発性外傷患者より採取した血清を用いて検証予定。
• 実用化に向けて、アルブミンの酸化修飾を特異的かつ迅速・簡便に検出可能な技術の確立が必要。
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企業への期待• 未解決の特異的な検出については、限外濾過での前処理、トリプシン消化やLC-MS/MSでの応用により克服できると期待している。
• 生体成分の高い解析技術を持つ、企業との共同研究を希望。
• 新たな診断方法を開発中の企業、健康寿命延伸や加齢研究分野への展開を考えている企業には、本技術が有効である可能性が高い。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：放射線被ばくを検出するためのバイオマーカー• 出願番号 ：特願2020-125736
PCT/JP2021/26902
• 出願人
：弘前大学
• 発明者
：柏倉幾郎，山口平，床次眞司，三浦富智，多田羅洋太 他４名
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お問い合わせ先
国立大学法人弘前大学

研究・イノベーション推進機構

リサーチアドミニストレーター(URA)：
工藤 重光、山科 則之、渡部 雄太(東京事務所在籍)
産学官連携コーディネーター：三上 夫美加
ＴＥＬＦＡＸe-mail0172-39-3176
0172-39-3921
ura＠hirosaki-u.ac.jp22