生体不安定鉄の生成と毒性の発現機構
Formation and Toxicity of Labile Plasma Iron
金沢医科大学総合医学研究所

客員教授

西田 雄三

YUZO NISHIDA
Visiting Professor of Kanazawa Medical University

1．慢性腎臓病（CKD）と生体不安定鉄がみられ、それに相応して多彩な神経症状・網膜変性・糖尿病を発症するようになる 7）。同様な鉄沈着は、鉄過剰

近年、慢性腎臓病（CKD）という新しい病気の概念が症患者にも多く見られる 2）。臓器に沈着しているのは、主指摘され、世界中で注目されている 1）。慢性腎臓病でとして水酸化鉄（Ⅲ）
であり、これは水には溶けないので、は、ステージ4の段階にはいると透析導入となる。透析治

これ自身は毒性を示すことはない。しかし、この水酸化鉄

療は、週3回は必要であり、しかも1回の透析に要する時（Ⅲ）
は、いろいろなアミノ酸・ペプチド化合物と反応して溶間は4時間にもなり、患者のクオリティ・オブ・ライフ（QOL）
を解し、それが毒性を示す可能性が高い。

損なうとともに、労働の機会を損失させている。そのため、通常、血漿中の鉄イオンは、トランスフェリンと結合していてステージ3の段階で治療を行い、透析導入、心血管疾患毒性はない。しかし、トランスフェリンとは結合せずに、毒性を合併を防ぐことができれば、1.2兆円超と言われている日示す鉄イオンが体内に確実に存在すると推測される2-4）。

本の多大な透析医療費の削減につながる。

その生体不安定鉄の生成機構を明らかにし、その除去法

この慢性腎臓病の発症因子については、いろいろ想を早く確立することが「慢性腎臓病や各種生活習慣病の定されている。その中でも一番危険視されているのは、生予防・治療法」
への近道となる。スキーム1に示したように、体内にある余剰鉄イオンであると考えられている。この余フェリチンから出た2価の鉄イオンは、セルロプラスミン（血中剰鉄イオンは、しばしば生体不安定鉄（labile plasmaの主なフェロオキシダーゼ）で酸化されトランスフェリンへ移行iron）ともNTBI（non-transferrin-bound iron）とも呼ばれてする。われわれは、フェリチンから出てきた鉄イオンはペプチいる。慢性腎臓病や各種生活習慣病の予防・治療法

ドを含むキレートであると考えているが、現状ではこの時のとして、生体不安定鉄を除去する治療法が有望視されてキレート構造に関して何ら情報はない。この鉄（Ⅱ）
キレートいるが、そのためには生体不安定鉄の実態を明らかにすがセルロプラスミンで酸化され、鉄（Ⅲ）
キレートとなって、トラる必要がある。

ンスフェリンにとり込まれるといわれているが、鉄（Ⅲ）
イオンが2-4）トランスフェリンへ移行する過程も全く解っていない。
2．アポトランスフェリンと鉄キレートとの相互作用
われわれは、いくつかの鉄キレートによる腎毒性・ガン発生の発現機構を、これまでに提起してきたが 5,6）、実際の生体不安定鉄の生成機構・構造に関しては、いまでも解明されていない。生体不安定鉄は、しばしばいろいろな臓器の表面に沈着という形で現れる。例えば、無セルロプ
ラスミン血症患者の脳・肝臓・膵臓・心臓に鉄イオンの沈着

18

THE CHEMICAL TIMES 2010 No.4（通巻218号）

スキーム1

生体不安定鉄の生成と毒性の発現機構

そこでわれわれはまず、いろいろな鉄（Ⅲ）
キレートとア（Ⅲ）
イオンのポトランスフェリンとの相互作用を検討し、鉄取り込み過程を明らかにすることを目的に研究を始めた。鉄（Ⅲ）
イオンがアポトランスフェリンへ移行したかは、ESRスペクトル法 8）に加えてキャピラリー電気泳動法（CE）も利用した 5）。後者の方法では、鉄イオンの取り込みとスキーム2同時に、CEにおけるピークの強度の増大が観測される。これは、鉄イオンの取り込みに伴うタンパク質のコンこの事実と、多くの錯体に関する結果をもとにすると、フォーメーション変化に由来すると指摘している 。これ

二核錯体における2個の鉄（Ⅲ）
イオンが同時に相互作

アポトランスフェリンはらの手法を用いた結果から 5,6）、用できることが、アポトランスフェリンへの移行に必須な条鉄キレートをきちんと識別していることが明らかになっ件であることが 解った5,6）。二 核Fe（2 hida）
2 や単 核Feた。たとえば、H（hida）
やH（HPTP）のキレート剤（表1）3（edta）キレートに似た構造も持つ鉄キレートが（edta：表1）

は、鉄（Ⅲ）
イオンと反応して二核構造のキレート（図1）
を形は、トランスフェリンには移行しないので、この種の鉄キレー成するが、後者の鉄キレートの鉄（Ⅲ）
イオンのみが、トラントは血漿中に存在できることが明らかになった。ただし、

9）スフェリンへ移行する。

5,6）

これらの鉄キレートには毒性がない 8）。

表1 キレート剤の構造

3．タンパク質表面での金属キレートとの結合スキーム2で、金属キレート中の金属イオンのタンパク質表面での相互作用の重要性を示した。この相互作用とは金属イオンがタンパク質表面のアミノ酸残基の主として酸素原子と結合することを意味するが、実際にこれを確認しておく必要がある。われわれは、いろいろなタンパク質と金属錯体（バナドセンジクロライドなど）との反応をESRスペクトルで調べた。バナドセンジクロライドは、シクロペンタジエニルアニオンを含むバナジウム（Ⅳ）
錯体である。
この錯体は、不対電子を1個持っているのでESRスペクトルの測定対象になる。これと同じ構造をもつ、
チタノセン
ジクロライド（対応するチタン（Ⅳ）
錯体）
は、アポトランスフェリンと反応して、チタン（Ⅳ）
イオンがトランスフェリンに移動する。この特性を用いて鉄イオンが過剰になるのを食い止めてガン発生を防ごうとする制ガン剤としての可能性が注目されている化合物である 10）。
ウレアーゼにバナドセンジクロライドを加えた溶液のESR
図1 左：Fe（hida）（HCl4の結晶構造 6）222O）2の結晶構造と、右：Fe（HPTP）
2

スペクトル（室温、水溶液）
では、16本のシグナルが観測できるが、この事実はバナジウム（Ⅳ）
イオンが、タンパク質表トの鉄イオンは、その立体的条件二核Fe（hida）22 キレー面と結合していることを明らかに示している11）。同じ実験をのため、2個の鉄イオンが同時にタンパク質表面とは相互作

アポトランスフェリンで行うと、最初16本のESRシグナルが観用できないが、Fe（HPTP）
Cl4 錯体では、水溶液中で4個211）測されるが、時間とともに8本になる（図2）。これは表面の塩化物イオンが解離するので、2個の鉄（Ⅲ）
イオンは同時に結合したバナジウム（Ⅳ）
イオンは酸化されて、ESRで検にタンパク質表面と結合できる点が異なる（スキーム2）。

出されなくなるが、トランスフェリンに取り込まれたバナジウム

THE CHEMICAL TIMES 2010 No.4（通巻218号）

19

（Ⅳ）
イオンは酸化されないので、8本のESR シグナルがずできる。しかし、この過程は生体内ではありえない。現っと残ることになる。これらの事実から二核バナジウム

在、生体内での水酸化鉄（Ⅲ）の生成モデルとしては、次（Ⅳ）錯体を利用した制ガン剤の開発を行っている 11）。の2例が知られている。
イミノ二酢酸のオキソ架橋二核鉄（Ⅲ）錯体 8）、Fe 2 O（ida）4 の水溶液を３５℃以上に温めると、水酸化鉄（Ⅲ）の（ida：表1）。通常鉄（Ⅲ）
イオンはキレート沈殿が生じてくるを生成すれば安定化すると思われがちであるが、そうではない。これは、この構造でのFe-O-Fe骨格の弱さが原因で錯体が壊れて沈殿になるのである14）。これに反して
Fe2O（ida）2 錯体は同じオキソ架橋二核錯体であるが、ずっと安定で、沈殿は生じない。ヘモジデリン（鉄過剰症患者に多く見られる）から水酸化鉄沈着が生じることは解っている15,16）。そのときの水酸化鉄沈着生成は、水溶性のFe2O（ida）4 錯体から水酸化鉄（Ⅲ）の沈殿が生成するのと同じ機構で進行している可能性が高い。同様に無セルロプラスミン血症患者の鉄沈着もこの機構で生じていると考えられる。
もうひとつの例は、亜鉛イオンの効果である。たとえば、

図2 アポトランスフェリンとバナドセンジクロライドとの混合溶液のESRスペ
クトル 11）（X-band、室温）（A）混合直後、（B）混合後60分（↓印の8本は消失し、＊印の8本はずっと残る。）

Fe2O（edda）2 のオキソ架橋二核錯体５）の溶液を通常の方法で調製する（edda：表1）。この溶液はそのままでは安定で、これにアミロイド（1-40）やアルブミンを加えてもなんの変化も見られない。これに塩化亜鉛の水溶液を加える

これをマンガン（Ⅲ）
キレートで行うと、興味深い。Mnと、タンパク質の沈殿ができると同時に水酸化鉄（Ⅲ）の（Ⅱ）
イオンを含む錯体で無色で（dpea）Cl2 錯体はマンガン沈殿が生じる17）。この沈殿生成の機構は今でも不明である（dpea：表1）。この水溶液は時間とともに徐々にマンガあるが、アミロイド斑には、鉄イオンと亜鉛イオンが多く含まン（Ⅲ）キレートが酸化されて薄い褐色になるが、ESRシグれていることから１8）、アミロイド斑形成モデル反応としてもナルは観測できない。この溶液にアポトランスフェリンを加興味深い。

えるとESRスペクトルは一変し、オキソ架橋二核Mn（Ⅲ）/Mn（Ⅳ）錯体に特有な16本のシグナルが観測される。こ5．生体不安定鉄の形成とその除去法

れは、アポトランスフェリンとマンガン（Ⅲ）
イオンがアポトランスフェリン表面で相互作用・結合していることを示しておイミノ二酢酸のオキソ架橋二核鉄（Ⅲ）錯体 Fe2O
（ida）
2

り、その結果マンガンイオンの酸化反応を経て、マンガンイは、高い腎毒性を示す4,5）。このタイプの錯体は、生体内オンがトランスフェリンに取り込まれていくのである12,13）。

では容易に形成される可能性がある。水酸化鉄（Ⅲ）
は、いろいろなアミノ酸・ペプチドと反応してキレートを生成

4．水酸化鉄(Ⅲ)沈着の形成機構して溶解する。また、ヘモジデリンからも同様な鉄キレートが遊離する可能性が高い。このような鉄キレートは、血漿20

さきに無セルロプラスミン血症患者および鉄過剰症患

その多くはオキ中のｐH が 7.3 程度であることを考えれば、者のいろいろな臓器に水酸化鉄（Ⅲ）
イオンの沈着が観ソ架橋二核種 Fe-O-Fe（または、それ以上の多核種）として察されると述べたが、その過程を再現できるのであろう存在すると考えられる。実際、オキソ架橋二核錯体 Fe2Oか。水酸化鉄（Ⅲ）の沈殿は、たとえば塩化第二鉄（Ⅲ）

（epy）
（epy）
Cl（黄色結晶）をメタノール2Cl2 は、単核錯体 Fe3の水溶液に水酸化ナトリウム溶液を加えれば得ることが水溶液に溶かすだけで褐色の結晶として得られる１9）

THE CHEMICAL TIMES 2010 No.4（通巻218号）

生体不安定鉄の生成と毒性の発現機構（epy：表1）。

引用文献

そのままアポトラ
このようなオキソ架橋二核鉄（Ⅲ）種は、ンスフェリンと反応して鉄イオンがトランスフェリンに移行す

1） 日本 慢 性 腎 臓 病 対 策 協 議 会 : CKDについて, http://jckdi.jp/ckd/index.html（2010/8/12）

る場合もあるが、この種の錯体が過酸化水素や還元系

2） 岡田茂、「鉄と人体の科学」悠飛社（2005）

5,6）酵素と反応すると、高い毒性を発揮することになる。これが、生体不安定鉄による鉄毒性発現の本質であり、この種の鉄キレートの鉄イオンを定期的に除くことが必要になろう。
現在、この生体不安定鉄を除去する治療法として、（1）3） B. Dresow, D. Peterson, R. Fischer & P. Nielsen, Biometals,
21, 273-276（2008）
4） D. Lane, J. R. & A. Lawen, J. Biol. Chem. 283, 12701-12708（2008）
5） Y. Nishida, Y. Ito & T. Satoh, Z. Naturforsch. 62C, 608-612（2007）

鉄制限食法、（3）
鉄キレート剤による薬物療
瀉血療法、
（2）

6） Y. Nishida, TCI Mail, 141, 2-15（2009）法、などがある。瀉血療法は、患者の QOL の改善にはよ

7） K. Yoshida, K. Kaneko, H. Miyajima,T. Tokuda,A. Nakamura,
M. Kato & S. Ikeda, J. Neurol. Sci. 175, 91-95（2000）

いが、貧血や低たんぱく血症などの副作用があり、貧血の無い患者に対してのみ適用可能である。鉄制限食法
は、栄養のアンバランスなどの副作用があり、一部の肝疾患のみ適用可能である。鉄キレート剤による薬物療法の効果は顕著であり、輸血後鉄過剰症の患者に対して主に利用されている。しかし、軽度の鉄過剰または鉄代謝異常による一部臓器での鉄関連障害では、オーバーキレートによる副作用の頻度が高いと言われている。ごく最近、海外で製造された経口投与できる除鉄剤が日本でも承認されて使用されているが、この除鉄剤の腎毒性も懸念されている 6）。
われわれは、これまでの除鉄用キレート剤を見直し、毒性がなく、かつ、生体不安定鉄のみを捕捉できる除鉄剤（1）ペプチドよりなるを開発した20）。この除鉄剤の特徴は、
鉄キレートの鉄（Ⅲ）
イオンを完全に捉えることができる、

8） R. Mizuno, T. Kawabata, Y. Sutoh, Y. Nishida & S. Okada,
Biometals, 19, 675-683（2006）
9） Y. Nishida, TCI Mail, 135, 2-11（2007）
10） A.D. Tinoco, E. V. Eames, & A. M. Valentine, J. Amer. Chem.
Soc.,130, 2262-2270（2008）11）Y. Nishida, A. Niinuma & K. Abe, Inor g. Chem.
Communications, 12, 198-200（2009）12）Y. Nishida, The Chemical Times, 208, 15-21（2008）13）K. Abe, Y. Chiba & Y. Nishida, Z. Naturforsch. 63c, 154-156（2008）
14）Y. Sutoh, Y. Okawamukai, S. Nishino & Y. Nishida, Z.
Naturforsch. 61c, 149-154（2006）15）P. M. Harrison, P. Arosio, Biochim. BIophys. Acta , 1275, 161（1996）
16）N. D. Chasteen, P. M. Harrison, J. Struc. Biology, 126, 182（1999）（2）
トランスフェリンの鉄イオンとは相互作用しない、（3）除17）Y. Okawamukai, Y. Sutoh & Y. Nishida, Synth. React. Inorg.
Metal-org. Nano-Metal Chem. 36, 373-375（2006）

鉄剤と鉄イオンで生成した鉄（Ⅲ）キレートには毒性がな

18）A. I. Bush, Trends Neuroscience, 26, 273-214（2003）

いこと、である。現在、更に無毒化を進めた新規除鉄用

19）S. Ito, T. Okuno, H. Itoh, S. Ohba, H. Matsushima, T. Tokii &Y. Nishida, Z. Naturforsch. 52b, 719-727（1997）

キレート剤の合成にも成功している。
アルツハイマー病・パーキンソン氏病・プリオン病などへ

20）西田雄三、高後裕、佐々木勝則、生田克哉、特願2008243095（2008）の生体不安定鉄イオンの関与が指摘されていることもあ21）A. Gaest, R. C. Hider, Brit. J. Pharm. 146, 1041-1059（2005）

り6,9,18,21）、
今後、われわれが開発した高度に無毒化された新規生体不安定鉄除去剤が、慢性腎臓病などの各種生活習慣病や神経性疾患の予防・治療に大きく貢献できると期待している。

THE CHEMICAL TIMES 2010 No.4（通巻218号）

21