毛髪で分かる乳ガンの前兆と発生―放射光蛍光 X 線分析で早期発見―
千川純一
山田耕作
秋元利男
桜井 弘
安井裕之
山本 仁
江原正明
福田浩之
要

旨

兵庫県立先端科学支援センター〒6781205 兵庫県赤穂郡上郡町光都 311

兵庫県立先端科学支援センター〒6781205 兵庫県赤穂郡上郡町光都 311

兵庫県立先端科学支援センター〒6781205 兵庫県赤穂郡上郡町光都 311

京都薬科大学代謝分析学教室〒6078414 京都市山科区御陵中内町 5

京都薬科大学代謝分析学教室〒6078414 京都市山科区御陵中内町 5

箕面市立病院外科中央手術部〒5628562 大阪府箕面市萱野 571

千葉大学大学院医学研究院〒2608677 千葉市中央区井之原 181

千葉大学大学院医学研究院〒2608677 千葉市中央区井之原 181

放射光 Spring-8 BL
24XU を用いると毛髪一本0.2 mm の長さで分析できる。毛髪のカルシウム濃度は体温や脈拍数のように万人共通の一定値に揃っていた。カルシウムは生体の情報伝達物質だからだ。乳ガンの10人で毛根から先端へと分析すると，毛の伸びる速さから発症 1 年前にカルシウムの異常が全員で始まっていた。定期分析検査をすれば予知も予防も可能と思われる。遺伝子に原因があっても細胞間の情報伝達が正常ならば発現しないと考えられる。カルシ
ウム代謝の重要性はよく知られていたが，その異常を毛髪分析で判定できることが初めて分かった。

1. はじめにした江橋の研究，西塚による細胞間の情報伝達をするカル
シウムを含む蛋白分子の発見があり，また，西塚の所属し「毛髪なんかで分かるものか」という誰もが持つ先入観た研究室を主宰した藤田はカルシウム含有量が低い和歌山

は，これまで報告された毛髪分析データの大きく変動する

県古座川の流域に発生する特異な病気の研究から出発して様子からすれば当然です。体温や脈拍数のように健常者でカルシウム不足の影響に関する壮大な研究を展開してい一定値を持たないと健康診断には使えません。でも蛍光る。

X 線分析のデータ処理の仕方を改善すると，たとえば毛このように必須元素の中でもカルシウムは特に重要な役

髪中のカルシウム濃度は万人共通の一定値になっていて，割をしており，循環する血液中のカルシウム濃度［ Ca ］

今度は「あまりにもデータが揃い過ぎる，生き物には個人

は，骨とバランスして，厳密に一定値（血液 1 リットル

差があるはずだ」と言われるほどです。しかも，毛髪は根中に0.1 g）に保たれています1)。骨はその血液（血清）濃元で成長し，とても安定な物質なので，過去の経過が記録

度の 1 万倍，一方，細胞内は 1 万分の 1 のカルシウム濃されている最高のメモリー媒体なのです。これまでの検査度です（Fig. 1）。細胞内濃度が極めて低いので，カルシウ

は現時点のデータを提示するものであって，過去が分かる

ムの流入に対して細胞は迅速に反応して情報が伝達でき診断法は毛髪しかありません。

る1)。

なぜ毛髪の元素濃度は一定なのでしょうか。カルシウ

血液中のカルシウム濃度［ Ca ］を一定に保つ仕組みをム，鉄，銅，亜鉛などは健康に必須の元素で，血液中の濃Fig. 2 に示す。骨は巨大な貯蔵庫，カルシウムバンクで度は一定に制御されていて，その血液から材料の供給を受す。血液中の［ Ca ］が増加すると甲状腺から血液中のカ

けて毛髪が成長するからです。乳ガンによる乳房のしこり

ルシウムを骨に預ける作用をするカルシトニン（ Calcito-には石灰化したものがあるので，濃度を一定に保つカルシ

nin, CT ）が分泌される。血液中の［Ca］が減少すると，ウム代謝が乱れているはずで，それが毛髪カルシウムの異甲状腺の背部に接して 4 つある副甲状腺から副甲状腺ホ常となるに違いない，という直感が本研究の発端です。

ルモン PTH ( Parathyroid hormone ) が分泌されて骨からカルシウムは生体の情報伝達物質です。この分野ではわ

血液中へカルシウムを引き出す。 PTH は腎臓にも作用が国に伝統がある。筋肉収縮の伝令役のカルシウムを発見

し，カルシウムの尿への排泄を抑制し，またビタミン D

84 ● 放射光 March 2005 Vol.18 No.2
(C) 2005 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

トピックス ■ 毛髪で分かる乳ガンの前兆と発生―放射光蛍光 X 線分析で早期発見―

Fig. 1

Constant Ca concentration in blood balanced with those in bone and cell (cytosol). When Ca deˆciency takes
place, Ca is drawn from bone to keep [Ca] constant in blood, accompanied with increasing [Ca] in cytosol evenin a Ca shortage. This phenomenon is named ``Ca paradox''.

Fig. 2

System for the Ca metabolism to keep [Ca] constant in blood (serum).

を活性化して腸からのカルシウムの吸収をよくする。こう

かってもその検出法がないので身近かに危険を意識しない

し て PTH は 血 液 中 の ［ Ca ］ を 高 め る 。 そ れ と 同 時 にように，カルシウム不足も，それを簡単に検出できなけれ

PTH は全身の細胞内にカルシウムをあふれさせて，情報ば，その知識を活かせない。

伝達がわるくなって細胞の機能が劣化し，さまざまな病気を引き起こす13)。

カルシウム不足の指標と考えられる血液中の PTH 濃度
 PTH は脈動的に分泌される，
 夜間にの測定には，

カルシウム不足にもかかわらず細胞内濃度が上昇するのピークを持つ日内変動をするので採血時間を一定にする必は矛盾した現象なので，「カルシウムパラドックス」と呼 運動や精神的ストレスでも PTH 分泌は上昇要がある，

ばれ，これが原因で発症する病気にはアルツハイマー病，

 PTH は分解して断片になりやすく，断片も同じする，

結腸ガン，糖尿病，動脈硬化，胆石，白内障などがあ働きをする，などの問題点がある4) 。 Fig. 2 で簡潔にカルり，総称して「カルシウムパラドックス病」と言われていシウム制御の概要を示したが，実際には，甲状腺を全摘します。

た患者の血清カルシウムはしばらくすると正常になり，カ

このカルシウム代謝の研究は 1980 年頃から始まり，膨

ルシトニンや PTH と類似の作用をする物質が甲状腺以外

大な研究成果が蓄積され，種々のカルシウムパラドックスの組織でも作られている。前述の Ca パラドックス病の実病が実証されている2,3)。

証には，血清中の濃度［PTH］が測定された例が少なく，だが，その知識が普及していない。活性酸素が猛毒と分

専らカルシウム剤の効果やカルシウムの摂取量を制限した

放射光 March 2005 Vol.18 No.2 ● 85

動物実験などで実証されてきた。
カルシウムが細胞へあふれてくる現象は PTH ，カルシ
トニンと，それらのフラグメント，および，その類似物質の総合的な効果で起こっていると考えられる。知りたいの
は細胞間の情報伝達を妨げるカルシウムの細胞への流入であり，それを直接測定する方法が切実に求められてきた。
しかし，細胞全体の Ca を測定しても，細胞内には小包体，ミトコンドリアなど Ca の貯蔵庫があり，それを勘定に入れると血清の濃度とほぼ等しくなり，細胞への Ca の流入量を知ることができない。
そこで筆者らは血清からの供給で 1 日に約0.3 mm の割合で成長する毛髪に着目した。毛髪は毛母細胞で作られ，定常成長するので，その過程に複雑な問題があっても，毛髪の Ca は血清から毛母細胞への Ca の流入と等しくなるはずです。つまり毛母細胞を全細胞の代表と考えて細胞への Ca 流入を知るわけです。
本文は，毛髪の太さや形状に影響されない解析法，毛髪カルシウム濃度はなぜ一定になるか，乳ガン発生でどう変

Fig. 3Comparison of ‰uorescent X-ray spectra for hair root andserum taken simultaneously from a healthy donor. The spectrum for serum is superimposed on that for hair by sliding
vertically.

わるかで構成されています。次の「試料」と「蛍光 X 線分析」を省略して読んで戴いても結構です。
試料はすべて Informed consent を得て採取された。

2. 試料
3. 蛍光 X 線分析
頭髪には，いつも生える毛と抜ける毛があって，人間特有のヘアサイクル，成長期，退行期，休止期を毛髪一本

蛍光 X 線分析法では，電子線や X 線を試料に照射し，ごとに勝手にくり返している。成長期は 3～7 年で，それ発生する元素特有の波長を持つ蛍光 X 線を検出して，元が終る頃に毛根部を包む毛包は休止期に入る準備を始め

素の種類と量を測る。従来法では，照射する X 線の波長る。これが退行期で 2～3 週間，休止期に入ると毛は毛包が広がっていて，また電子線励起では制動輻射の白色 Xにしばらくとどまるが抜け落ちる。休止期が 3～6 ヶ月間

線が発生し，蛍光 X 線と重なる。放射光 X 線を用いると続くと，再び成長期に入り毛包は深部に入り活性化し，毛単色化して試料を照射しても強い蛍光 X 線を励起でき，が生えてくる。本研究に必要な成長期の選別ができなかっ

高い SN 比が得られる。

たので，元素濃度が極端に低い毛根は退行期のものと思われる。成長している白髪は黒髪と同じ結果を与える。

毛髪の分析は，放射光 X 線からモノクロメータで 20

keV の X 線ビームを得てサンプルの毛髪に当て，発生し被験者 37 人から毛髪を抜いて採取した。その内， 11 人

た蛍光 X 線を半導体検出器と多チャンネル波高分析器には肝臓ガン（ HCC ）の患者で H1 から H11 までの符号でより蛍光 X 線を分解し，設定した時間（たとえば200秒間）示す。一名は骨粗鬆症と肝臓ガン併発の患者（男）で，そに計数した光子数を記録したのがスペクトル図である。放の毛髪は OH1, OH2, OH3, OH4 の 4 本で，4 ヶ月，1

射光は一般に水平面内の直線偏光になっており，その偏光ヶ月，5 ヶ月の間隔で採取した。OH2u は毛根から 1 mm

面上で入射方向と直角の方向では原理的に散乱 X 線の強上の部分の分析結果である。残りの 25 人の被験者は健康度が 0 になるので，この方向に放出される蛍光 X 線を測で N1 から N25までの記号で示した。N1～N5 の 5 人はカ定して高い S/N 比を得て，毛髪 1 本，長さ0.2 mm の部分

ルシウム剤を 10 日間服用し，その前後で毛髪を採取しで Fig. 3 のようなスペクトルが数分で得られる5)。

て，それぞれ N1
1 と N1
2 という具合に記号付けをした。

T1 から T8 の被験者は健康で，血液と毛髪の分析結果を

4. 手法の問題点と対策比較するために毛髪と血液を同時に採取した。血液は遠心分離器で血清を得，その一滴を厚さ 1 mm のマイラフィル

毛髪中の微量元素は放射光蛍光 X 線分析で調べられてム上に垂らしてよく乾燥して用いた。また，乳ガンの患者いる6)。しかし，毛の太さや型による測定値の変動を除く

17 人から毛髪を採取した。その内， BP1 ～ BP10 は原発ガ必要がある。毛髪 1 g の中に何 mg の元素が含まれているンで，残り BS1 ～ BS7 は骨に転移を起こした患者からのか，濃度の絶対測定が必要であるが，各試料について照射毛髪である。

部の質量を正確に測るのは難しい。蛍光 X 線スペクトル86 ● 放射光 March 2005 Vol.18 No.2

トピックス ■ 毛髪で分かる乳ガンの前兆と発生―放射光蛍光 X 線分析で早期発見―

ピークの高さが太い毛では A で，細い毛では B であったは言うまでもない。

とすると，比例関係 A ＝ aB が成り立つ。ここで， a は比例定数で，a の値を正確に決定することは難しいので対数

5. 毛髪の標準元素濃度をとる。すなわち，log A＝log aB＝log B＋log a。もしこの元素の濃度が毛の太さにかかわらず一定であるとする

上記の A と B は太さの異なる 2 本の毛髪のスペクトルと，二つのピーク log A と log B は log a だけずらすこととしたが，血清と毛髪にとれば両者を比較することができによって重なることになる。縦軸（光子数）を対数目盛にる。毛髪は毛包の中の毛母細胞で作られる。毛包は血管でして，比較したい二枚のスペクトルをかさねて置き，バッ

取り巻かれていて，血液（血清）から材料の蛋白やアミノ

クグラウンドがよく重なるように 1 枚を上または下方に酸を供給されて毛髪が成長する。そこで血清と毛髪の元素ずらす。もし，一つのピークが重なれば，そのピークの元濃度の関係を調べるため，健康な被験者 8 人から毛髪と素は同じ濃度（毛髪 1 g 中に同じ量の元素）を持つことに血液を同時に採取した。血液から分離して得られる血清試なる。重ならないピークでは高さの差が濃度が何倍違うか

料と毛髪の蛍光 X 線分析を行い，そのスペクトルをバッを与えてくれる。ここでピークの高さを log P ，試料からクグラウンドが一致するように重ねて示したのが Fig. 3散乱される X 線によるバックグラウンドを log S とするで，これは健康で定常状態にある被験者の場合の典型的なと，この元素の濃度は［ log P －log S]＝log ( P /S ) で表さ例である。血清と毛髪に含まれる多くの微量元素のピークれる。S は試料からの散乱によるので，照射部の質量に比が見えている。毛髪中の亜鉛 Zn のピークは血清中のそれ例するから，P/S は単位質量中の元素の量，すなわち，元より高く，逆に臭素 Br は低くなっている。毛髪と血清の素濃度とみなしてよい。健康な標準値［log P－log S]st かCa, Fe, Cu, Sr のピークは重なっている。対数の性質かららのずれを表示するために，測定された値［log P－log S］

健康な定常状態では，これらの元素の毛髪濃度は血清中のを次式によって規格化し， M の値を対数目盛でプロット

濃度に比例しており，しかも比例定数が同じであることが分かる。また， Zn や Br の毛髪中の濃度も正常な場合にした。

は血清のそれと一定の関係をもっている。
[log Plog S]/[log Plog S]st＝log M(1)

被験者 8 人の血清中の元素分布はよく似ており，全員のスペクトルピークはほぼ重なった。このことは，ここですなわち，健康な標準値は M ＝ 10 となる。この方法は，検出されている微量元素はすべて重要で，その血清中の濃元素の濃度の絶対測定をしないで，ある標準値，例えば健度は恒常的に一定に制御され，万人共通の元素濃度になっ

康な人の毛髪の元素の濃度を標準として，その何倍になっていることが分った。さらに，元素のスペクトルピークのているか，相対測定値が精度良く得られるものである。こ比較から血清と毛髪の間に一定の関係があることが分かれにより大勢の毛髪スペクトルを正確に比較できる。このり ， たっ た 8 人 の デー タ であ っ ても 納 得で き る 標準 の方法は発生した蛍光 X 線の試料自体による吸収が無視でピーク値を設定できる。この標準値を用いて，Ca, Cu, Fe

きる場合に適用でき，毛髪 1 本の場合に適合できることのピークの測定値を(1)式で規格化して Fig. 4(a), Fig.5(a),Fig. 4

Calcium concentrations of hair roots and serum normalized by Eq. (1) to be 10 for the case of Ca enough. (a)Comparison of hair root and serum. (b) [Ca] in hair roots for 37 donors including osteoporosis & HCC ``OH''
and HCC ``H1'' to ``H11'' patients. Five of them from N1 to N5 took a Ca supplement ``3ACa'' for 10 days, andthe data before and after the taking period are indicated as N11 and N12, respectively, and so on. N12, N13
and N14 were measured with an equal interval of 6 months. For N12, N22, H4 and H11, [Ca]～0 due to the ˆnal
period of hair life. The very high peak for H6 may be due to hypercalcemia by PTHrP from the cancer.

放射光 March 2005 Vol.18 No.2 ● 87

Fig. 5

Copper concentrations of hair roots and serum normalized by Eq. (1) to be 10 for the healthy standard. (a)Comparison of hair (root) and serum. (b) [Cu] in hair roots for the 37 donors including osteoporosis & HCC``OH'' and HCC ``H1'' to ``H11'' patients. The size of cancer in mm: OH 40, H1 30, H2 30x20 & 25, H3 12, H4
40, H5 12 & 12, H6 35, H7 35, H8 30, H9 15, H10 36, H11 10 & 15.

Fig. 6Iron concentrations of hair roots and serum normalized to be 10 for the healthy standard. (a) Comparison of hair(root) and serum. [Fe] in serum varies to some extent among the donors and is known to vary in a daily circle;
high in the morning and low in the evening. (b) [Fe] in hair roots for the 37 donors.

Fig.6 (a )に示す。各元素について健康標準濃度が存在する

例する。 T8 では，血清が正常な［ Ca ]S を持つのに対しことが分かる。標準値は測定値の平均ではなく，血清とのて，毛髪の［Ca ]H のピークは 2 倍の高さ，すなわち 2 乗

関係で決まる。従って，毛髪中の元素濃度も健康な場合に倍になっている。この［Ca ]H の高い値は Fig. 4 (b )に示さは一定になっている。

れる37 人の被験者の毛髪に対する実験結果から，Ca の不足によることが分かった。

6. 毛髪中のカルシウム濃度

大部分の被験者の規格化された［Ca ]H の値は 10のレベ
ルの近傍に分布する。記号 N3, N4, N5, N18, OH, H2 の毛

不健康になると血清中の濃度は一定に保たれていても，髪試料は高さ 100 もある［ Ca ]H のピークを示している。

毛髪濃度は，正常値から大きくずれる。特にカルシウムでしかもピークの高さが揃う。すなわち，これらピークは正はこのずれも一定置になっている。

確に重ねることができた。そこで，記号 N3, N4, N5 の被Fig. 4 (a )では毛根と血清の Ca 濃度を T1 ～ T8 の 8 人の験者に優れたカルシウム剤 3ACa (Active Absorbable Al-

被験者で比較した。スペクトルの CaKb のピークは， Fig.

gal Calcium)7)を10日間毎日 Ca 900 mg の割合で服用して3 の例のように，正常な場合には血清と毛髪のスペクトル

もらい，再び毛髪を採取して分析した結果，Fig. 4(b)に矢の CaKb のピークが重なる（ CaKa は KKb と重なるので印で示すように［ Ca ]H は低い正常値に減少した。また，

CaKb を測定した）。
このピークの高さ（ log P log S ）が 10 になるように式

記号 OH の被験者（男性）は肝臓ガンと骨粗鬆症にかかっていて，1 年間にわたって採取した OH1 から OH
3ま(1 )によって規格化して，Fig. 4 に示した。T5 を除けば血での毛髪試料は［ Ca ]H の高い値を示していたが，長期に清 中 の 濃 度 ［ Ca ]S の 恒 常 性 が 見 ら れ る 。 毛 髪 の 濃 度

わたる 3ACa サプリメントの摂取とガンの治療によって［Ca ]H のピークの高さは，T4, T5, T8 を除けば［Ca ]S と［ Ca ]H は正常値に減小した。これらの結果から［ Ca ]H の一致する。すなわち正常な場合には［Ca]H は［Ca]S に比100 の高いレベルは Ca の不足に対応することが分かる。

88 ● 放射光 March 2005 Vol.18 No.2

トピックス ■ 毛髪で分かる乳ガンの前兆と発生―放射光蛍光 X 線分析で早期発見―

つまり，カルシウムパラドックスが毛髪に現れる。
上の結果をまとめると，毛髪の蛍光 X 線分析でカルシ Ca 充足のときには毛髪のウム不足が容易に検出でき，

カルシウム濃度は血清の［Ca]S に比例した低い値を示し，

していなければならない。つまり，毛髪分析は血液から毛母細胞へのカルシウムの流入を測定していることになる。
ここでは毛髪カルシウム濃度を現象論的に考える。
血清中では，蛋白相の Ca 原子と Ca2＋ イオンは，［Ca]P Ca 不足のときには［ Ca ]H は［ Ca ]S の 2 乗に比例した
～[Ca ]I であるから，ほぼ等しい化学ポテンシャルを持っ高いレベルに増加する。

て平衡している。それゆえ，両方とも同じ化学ポテンシャ
ルの差で，毛母細胞の中へ取り込まれると仮定してよい。

7. 血清と毛髪のカルシウム濃度の関係

Ca 充足の場合には， Ca2＋ 関門が閉じていて血清中の［Ca]S の半分を持っている蛋白だけが（または，アミノ酸

血清中のカルシウム濃度［ Ca ]S は 10 mg / dL に保たれに分解して）細胞外液を経て毛母細胞に取り込まれる。

ている。血清にはアルブミン，グロバリン，フィブリノー

Ca 充足の場合の毛髪中の Ca 濃度［ Ca ]HE は，毛髪を成ゲンなど沢山の種類の蛋白が存在し，血清は蛋白相と液相長させるのに必要な蛋白量を供給する血清から毛母細胞へからできていて，カルシウムは両相に分配している1)。カ

の蛋白の流れに乗かっている Ca の流れによって決まる。

ルシウムの 半分は蛋白 相に存在し ，その蛋白 相の濃度

すなわち，

［PP ]＝4 ～5 g /dL であり，蛋白 1 g はカルシウム 1 mg を
[Ca]HE＝k[Ca]P含んでいる。残りの半分はカルシウムイオン Ca2＋ として(2 )

液相に存在 する。すな わち血清中 の全カルシ ウム濃度
［ Ca ]S は イ オ ン 濃 度 ［ Ca ]I と 蛋 白 相 に 含 ま れ る 濃 度

ここで k は，血清と毛母細胞の間の化学ポテンシャルの差である。 Ca2＋ は細胞に対応する比例定数である。
［Ca]P～[Ca]S/2 なので，(2)［ Ca ]P の和，［ Ca ]S ＝[ Ca ]I ＋[ Ca ]P間の信号伝達の役割を果たし，その濃度は万人共通の一定値［Ca2＋]＝[Ca]式は Fig. 4(a)の実験結果［Ca]HE∝[Ca]S と一致する。

I である。これに対して［ Ca ]P は一定値

Ca 不足の場合［ Fig. 4 ( a )の T8 ]には，副甲状腺ホルモの［Ca ]I と平衡していて，血液が酸性になると［Ca ]P はン PTH が Ca2＋ イオン関門を開ける。したがって毛母細減少し，逆にアルカリ性になると増加する。

胞中の［ Ca2＋ ]は血清の［ Ca ]I と平衡して，常に k [ Ca ]I

細胞内の Ca 濃度を制御するために， Fig. 7 の模式図のに保たれている。Fig. 4 は Ca 不足の場合の毛髪の Ca 濃度

ように細胞膜にはカルシウムポンプとカルシウムイオン関［ Ca ]HD は［ Ca ]S (∝[Ca ]I ) の二乗に比例していることを門（Ca2＋ channel ）がある。ポンプは細胞から Ca を汲み示し，これは毛母細胞中の蛋白分子に Ca 原子がペアを作出すために，いつでも働いていて，カルシウム充足の場合って取り込まれることを意味している。ペアを作る反応速には， Ca2＋ 関門が閉じて前述のように細胞内のカルシウ

度はイオンの衝突確率｛k[Ca ]I}2 に比例し，蛋白相の Ca

ムイオン濃度は血清の 1 万分の 1 に保たれている。毛を原子が解離する速度は［Ca]HD に比例する。化学平衡では作る毛母細胞は，血管に取り巻かれた毛包の中にあって，両速度が等しくなければならない。すなわち，比例定数 r血清からの蛋白の供給により 1 日に約0.3 mm の速さで毛と q を用 いて ， r [ Ca ]HD ＝ qk 2 [ Ca ]I 2 と なる 。実 験結 果

髪を成長させている。この定常成長では，毛髪内のカルシ［Ca]HD＝[Ca]HE2 と一致するためには（［Ca]P～[Ca]I），q

ウムの濃度は，毛母細胞の小胞体やミトコンドリアなどの＝r となる。これはペア形成と解離は，ともに拡散制御の

内部カルシウム源と無関係に，血液からの供給とバランス

ような同一過程であることを示唆している。このように考えて，[Ca]HD＝k 2[Ca]I 2(3 )式 ( 3 ) で ，［ Ca ]I は 恒 常 的 に 不 変 で あ り ， し た が っ て［Ca]HD は Fig. 4(b)で見たように一定値になる。式(2)に戻ると，［Ca]P は血清の pH で変化し，［Ca]HE は Fig. 4 で見たように少し変動する。結論として，［Ca ]HD は血清と平衡しているのに対して，［ Ca ]HE は血清から蛋白を経由す
る Ca の供給で制限されている。言葉を変えれば，［Ca]HDと［Ca]HE は細胞の Ca2＋ 関門の開閉に対応している。
上の考察では血清中の蛋白相の密度［ PP ］を一定として［Ca]HE と［Ca]HD を考えた。しかし，血清中の蛋白の密度はわずかに変動し，［PP]＝4～5 g/dL である。
Fig. 7

Schematic of ‰ows of elements in a cell.

［ PP ]が大きい場合には，蛋白に含まれる Ca の全量が放射光 March 2005 Vol.18 No.2 ● 89

変わらないので，蛋白分子一個あたりの Ca 原子の数が減
少し，毛髪 1 g の形成に必要な蛋白分子の数は決まっているから，［PP］が大きければ［Ca]HE が低くなる。Fig. 4(a)の T4 はこれに当たる。 Fig. 5 ( a )と Fig. 6 ( a )では， T4 の［ Cu ]H ，［ Fe ]H はともに［ Ca ]H と同じように低い値である。これは Cu も Fe も Ca の場合と同様に蛋白によって毛髪に運び込まれること意味している。
次に Fig. 4 (a )の T5 では，［ Ca ]S と［ Ca ]HE ともに正常値より低い。これは血清が酸性で蛋白相の Ca 量が低くなっているからである。［Ca]I は常に正常値に保たれているの で ，［ Ca ]S の 20  減 は ， 蛋 白 し か 入 ら な い 毛 髪 の［Ca]HE は40減になる。

Fig. 4 ( b )の H6 の高い毛髪の Ca 密度は腫瘍から分泌される PTHrP（Parathyroid Hormone-related Protein, PTHと類似の作用をもつ）によって引き起こされる高カルシウ
ム血症によるものと考えられる。
これまで血清中の PTH の濃度は Ca 不足の指標と考えられ，年齢と共にその平均値はだんだん増加するので，Ca 不足 は加 齢とと もに 進む と考え られ てき た2) 。 しかし，今回の毛髪の分析結果は老人でも健康ならば Ca 制御
は正常であって，加齢と共に Ca 不足の人の数が増加する
ことを示している。Fig. 4 の統計では，人数が少ないけれ
ど，Ca 不足は50歳を超えると 5 人に 1 人，20歳代では20人に 1 人ぐらいの割合であった。

8. 乳ガンの検出

Fig. 8

Calcium concentrations in hair from breast-cancer patients.
(a) [Ca] of hair roots for 17 patients, including 7 patients
BS1 to BS7 with bone metastasis. The samples BP1 to BP10
are for primary cancer; most of them were taken simultaneously with discovery of cancer. All the hair roots have thenormal values of [Ca]. (b) Variations in [Ca] from the root
to tip observed for dye-free hair.

乳ガンの早期発見には乳房に生じる腫瘤（しこり）や石灰化（カルシウム塩が沈着した状態）の X 線撮像が行わ上の結果から，乳ガンの石灰化が起こる前に長期にわたれている。それゆえ，患者にはカルシウム代謝の異常が推ってカルシウム不足が続き，細胞にあふれ続けたカルシウ

測される。そこで骨に転移した 7 人の患者を含む 17 人のムが引き金となって乳ガンが発症する。今日の一般的な知

乳ガン患者から採取した毛根のカルシウム濃度［Ca ]H を識では，乳ガンが発症すると，全身に影響が出て，骨を血測定した。Fig. 8(a)に見られるように，全員が正常な低い液に溶かす作用がはじまり，その結果，血清中のカルシトレベルの［ Ca ]H を示した。これは Fig. 4 (b )で25 人の健康

ニンの濃度が増加し，PTH が減少して4,9)，毛髪のカルシな人の毛髪の中で 4 人がカルシウム不足による［Ca ]H のウム濃度は正常値に降下する。それゆえ，この毛根から先高い値を持つのに対して，乳ガンになると全員が正常値と端へのカルシウム濃度の変化を調べれば乳ガンの前兆を発いうのは不自然である。そこで，毛根から先端に向けて 1症の 6～12ヶ月前に知ることができる。

cm 間隔で濃度を測定した。あらかじめ，健常者の毛髪は今回の実験は次のことを示唆している。乳ガンは長期に毛根から 10 cm 以上の位置まで全域にわたって［ Ca ]H のわたって続いた Ca 不足によるカルシウム洪水の中で芽生低い値を示すことを確認した。また，染髪の効果も観測さえ，それから［Ca ]H のゆっくりした減少をともなって成れたが，毛，染めた毛，染料自体の分析結果を総合して長する。このように骨の血液への溶解の原因は PTH からの真性の値も得られた8)。骨に転移していない患者

ガンの効果に変わるけれども，乳ガンはカルシウムパラド［Ca ]H

10 人から採取した BP1 から BP10 の毛髪は全て，毛根かックス病の一種である。

らの距離とともに［Ca]H はゆっくり増加し，8 cm を越え

乳ガンは遺伝子源（P53の異常）から発生することはよた距離で高い異常値に達することが観察された。典型的なく知られている。しかし，ガンを培養する環境がないとガ

例として，染めていない毛髪の結果を Fig. 8(b)に示す。毛ン遺伝子は機能しない。それゆえガンは若い年代にはほと髪は月に約 1 cm の割合で成長するので，［Ca ]H は当初高んど起こらない。従ってカルシウム剤の服用で正常な Ca

いレベルにあって，それが乳ガン発見までの 8 から 12 ヶ代謝を維持すれば乳ガンを予防できる可能性がある。

月の間にゆっくり降下して低い正常値のレベルになる。

90 ● 放射光 March 2005 Vol.18 No.2

J. M. Bishop によれば，細胞間の社会秩序が乱れると

トピックス ■ 毛髪で分かる乳ガンの前兆と発生―放射光蛍光 X 線分析で早期発見―

ガンが発生するので，すべてのガンはカルシウムパラドッ

このようにカルシウム代謝は健康を維持する根幹の機能

クス病の可能性がある。たとえば，前立腺ガンは乳ガンのであるが，その異常を検出する方法がなかったので，カル場合に類似の骨の溶解を起こす9)。［Ca]H の測定は過去を

シウム不足が身近な問題として一般に浸透していない。毛

知る唯一の方法であり，ガン研究の新しい手法になるであ髪診断は毛髪に溢れてくるカルシウムを検出する確実な方ろう。

法なので，この分野の研究に広く用いられるであろう。

なお，ガンの成長による［ Ca ]H のゆっくりとした降下

今回は，この方法で乳ガンは新型のカルシウムパラドッ

は， Ca2＋ 関門の開閉がガンの効果の出現で頻繁に繰り返

クス病であり，超早期発見ができることが分かった。日本

され，閉じた時間がガンの成長とともに長くなると考えら

人の食生活は豊かになったけれども，カルシウムについてれる。X 線マイクロビームによる分析で［ Ca ]H の振動がは平均の摂取量は 1 日当たり 551 mg で，必要摂取量 800

観察できるかもしれない。

mg に達していない。しかも，カルシウムは摂取しても体内に取り込まれにくい。今回の毛髪分析によりカルシウム

9. 毛髪の銅と鉄不足の人は， 20 歳代では 20 人に 1 人， 50 歳代で 4 人に 1人の割合でした。骨粗鬆症や乳ガンだけでなく，カルシウ

銅と鉄は生命に必須の元素であり，その役割を果たすと肝臓によって胆汁として排泄される。肝臓ガンはこの排泄

ム代謝の異常をともなう前立腺ガンなど種々の病気の予知と予防に毛髪分析が応用できる。

作用を劣化させ10)，血清と毛髪の［Cu ］と［ Fe ］を増加

一本の毛髪で検査でき，今後，測定を自動化すれば，経させる。健康な場合について血清と毛髪の CuKa と FeKa

済的に乳ガンのスクリーニングができる。乳ガンは 30 人のピークの高さを比較して Fig. 5(a)と Fig. 6(a)に示し，37に一人の割合で発生し，全国で 1 台 3 千万円のマンモグ人の被験者で観測された毛根の［ Cu ]H と［Fe ]H は式(1 )ラフィ装置を500台導入する計画があるが，毛髪スクリーで規格化して Fig. 5 ( b )と Fig. 6 ( b )に直線スケールで示し

ニングで医療費を大幅に削減できると思う。

た。 OH と H1 ～ H11 と符号付けした肝臓ガン患者の毛髪は， H1 と H8 を除いて異常に高い［ Cu ]H または［ Fe ]H

謝辞を示す。H8 に対しては異常に高い［Zn]H が検出された。

藤田拓男神戸大学名誉教授からカルシウム代謝の詳細にさらに，健康な場合に比して全患者の毛根が非常に低い

わたって懇切な指導を賜り，また，カルシウム剤 3ACa の［ Rb ]H を示した。［ Rb ]H は［ K ]H 関連しているので，こ服用の前後で毛根を分析するなど，貴重な示唆を戴いた。

れはカリウム代謝の異常を示唆している。ここで注目すべ

また， Fig. 1 と Fig. 2 は藤田教授出演のテレビ番組を参考

きは，腫腸サイズは 10 ～ 20 mm であって，これは肝臓ガにして作成したものです。ここに深甚の謝意を表します。

ンが最初に発見された時の一般的なサイズである。以上のSpring-8BL 24XU の実験では篭島靖教授とその研究室の結果から，自覚症状のない肝臓ガンの検出に毛髪の分析が方々の支援に対し厚く御礼申し上げます。特に，毛髪と染有効であることが分かる。

料の分析データは和田いづみ氏の修士論文から戴いた。

Ca に対する Fig. 8 ( b )のような元素濃度の過去の変化

参考文献

は，病気がどのように進行したかを知るために重要である。肝ガンの前にしばしば起こる肝硬変の効果を明らかに1)するために実験を進めている。ここでは，血清と毛髪のCu, Fe, Zn のような必須元素の濃度は恒常的に制御されており，その変動が病気の検出に役立つことを強調してお

2)
3)

きたい。
4)

10. むすび5)カルシウムは情報伝達物質であり，細胞内濃度は極めて低く保たれていて，そこへカルシウムが流入して細胞が反応する。しかし，カルシウムが不足すると，全身の細胞にカルシウムがあふれてきて，情報伝達が妨害され

6)
7)
8)

る。
この現象は不足にもかかわらず全身の細胞にカルシウムが溢れてくるという矛盾を含んでいるので，「カルシウム
パラドックス」と呼ばれ，細胞間の情報伝達の悪化からア

9)10)藤田拓男｢カルシウムシグナリング」吉岡 亨，桐野豊，工藤佳久編(培風館，東京， 1997 ）第 5 章， pp. 111 
145.
T. Fujita: J. Bone Miner. Metab. 16, 195 (1998).
T. Fujita and G. M. A. Palumieri: J. Bone Miner. Metab. 18,
109 (2000).
井上大輔，松本俊夫臨床医 Vol. 28増刊号（中外医学社，
東京，2002）pp. 1092
1094.
Y. Kagoshima, Koyama, I. Wada, T. Niimi, Y. Tsusaka, J.
Matsui, S. Kimura, M. Kotera and K. Takai: in Proc. EighthInt. Conf. Synchrotron Radiation Instrumentation, edited byT. Warwick (AIP, New York, 2004) p. 1263.
A. Iida and T. Noma: Nucl. Instr. Meth. B82, 129 (1993).
T. Fujita: J. Bone Miner. Metab. 14, 31 (1996).
真性の［ Ca ]H は［ Ca ]H ＝[ Ca]Hd/[Ca]D で与えられる．ここで［ Ca]Hd と［ Ca ]D は染めた毛と染料の濃度である．式(3)のペア形成のルールが毛髪と染料の間でも成立している．
大畑雅洋臨床医 Vol. 28増刊号（中外医学社，東京，2002）
pp. 1095
1097.
A. Nakayama, H. Fukuda, M. Ebara, H. Hamasaki, K.
Nakajima and H. Sakurai: Biol. Pharm. Bull. 25, 426 (2002).

ルツハイマー病，糖尿病など種々の病気が発生する。

放射光 March 2005 Vol.18 No.2 ● 91

Screening of breast cancer by elemental
concentrations in hair observed by ‰uorescent
X-ray analysis
Jun-ichi CHIKAWA
Kousaku YAMADA
Toshio AKIMOTO
Hiromu SAKURAI
Hiroyuki YASUIHitoshi YAMAMOTO
Masaaki EBARA
Hiroyuki FUKUDA

Center for Advanced Science and Technology,
Kouto 311, Kamigori, Ako, Hyogo, 6781205, Japan
Center for Advanced Science and Technology,
Kouto 311, Kamigori, Ako, Hyogo, 6781205, Japan
Center for Advanced Science and Technology,
Kouto 311, Kamigori, Ako, Hyogo, 6781205, Japan
Kyoto Pharmaceutical University,
5 Nakauchi-cho Misasagi, Yamashina-ku, Kyoto, 6078414, Japan
Kyoto Pharmaceutical University,
5 Nakauchi-cho Misasagi, Yamashina-ku, Kyoto, 6078414, Japan
Minoh City Hospital,
Kayano 571, Minoh-shi, Osaka, 5628562, Japan
Graduate School of Medicine, Chiba University,181 Inohara, Chuo-ku, Chiba, 2608677, Japan
Graduate School of Medicine, Chiba University,181 Inohara, Chuo-ku, Chiba, 2608677, Japan

Trace elements in a 0.2-mm-long part of a single hair can be analyzed using synchrotron radiaAbstracttion. We found that calcium concentration in hair is universally constant like our temperature and pulse rate fora healthy case, because calcium is so important as to play the messenger in the universal cellular signal transmission. Since calciˆed lesions are detected in an early stage of breast cancer by X-ray mammography, one
may expect a disorder of the calcium metabolism for the patients. Since hair grows with a rate of about 1 cm
per month, the analysis from root to tip of single hair samples taken from 10 breast-cancer patients showedthat a characteristic calcium abnormality began in all the hair 8 to 12 months before ˆnding the cancer. Mostof cancer originates from a genetic source, but cannot sprout without a disorder of the signal transmission
among cells. Prediction and prevention of breast cancer may be possible with the hair analysis.

92 ● 放射光 March 2005 Vol.18 No.2