平成 28 年度
医療生命薬学助成研究概要- 33 -

愛知学院大学薬学会誌 第１０巻

カドミウム長期曝露による鉄輸送関連因子の発現および肝臓中鉄濃度の変動研究代表者：徳本 真紀（医療生命薬学研究ユニット）【背景】わが国で発生した公害病の一つであるイ取り込まれることが知られている。

タイイタイ病は、環境有害重金属カドミウム (Cd)の長期摂取による腎近位尿細管障害を原因とした、【目的】当研究室では Cd を単回投与したマウス

骨成分の再吸収阻害による骨軟化症を伴う疾病でにおいて、十二指腸中の複数の鉄輸送関連遺伝子ある。Cd の慢性毒性標的組織は腎臓であるが、その発現レベルが減少し、血清鉄濃度が低下するこの毒性発現メカニズムはいまだ明らかにされていとを見いだしている。本研究では、Cd を長期曝露ない。今日の日本の衛生状態において、イタイイしたマウスにおける十二指腸中の鉄輸送関連遺伝

タイ病発生時のような高濃度の Cd に長期間曝露子の発現レベルを測定し、血清および肝臓中鉄濃される危険性はほとんどないが、火山大国である度との関連を検討した。

日本の環境水中および土壌中には比較的多くのCd が含まれている。Cd は穀類や貝類に蓄積しや【方法】5 週齢の雌性 C57BL/6J マウスに 300

すく、コメを主食とし、海産物を多く摂取する日ppm の Cd を含有した餌を自由摂取させ、12, 15,

本人は微量の Cd に長期的に曝露されるリスクが19 および 21 ヶ月後に解剖を行って血清、肝臓並高い。イタイイタイ病患者には貧血の症状も頻発

びに十二指腸を採取した。十二指腸は胃の直下 2するが、これは腎臓で産生される造血ホルモンでcm とした。血清中 GOT および GPT 活性、血清あるエリスロポエチンの減少による腎性貧血であ中尿素窒素 (BUN) 並びにクレアチニン (Cre)ると言われてきた。一方、Cd は鉄欠乏性貧血を引

値は臨床化学自動分析装置スポットケムを用いたき起こすことも知られている。

比色定量法によって測定した。各種遺伝子発現レベルはリアルタイム RT-PCR 法により測定した。

必須微量元素である鉄は、体内において二価鉄(Fe2+)の組織中の Cd および鉄の定量は原子吸光光度法を錯体である非ヘム鉄として存在する。ヘム鉄はヘ用いた。不飽和鉄結合能 (UIBC) はバソフェナン

モグロビンに存在して酸素を運搬し、シトクロムトロリン法を用いた呈色反応により求めた。総鉄P450 やカタラーゼなどの酵素に含有されて酸結合能 (TIBC) は血清中鉄濃度と UIBC から算化・還元反応などに関与する。非ヘム鉄はトラン出した。の錯体であるヘム鉄と、三価鉄(Fe3+)

スフェリンと結合して血流で運搬され、肝臓や骨髄に貯蔵される際にはフェリチンと結合している。

【結果および考察】Cd 曝露により GOT および動物性食品にはヘム鉄が、植物性食品には非ヘムGPT 活性が有意に高値を示した。また、BUN 値

鉄が多く含まれ、それぞれ図 1 に示す経路を介しは Cd 曝露期間依存的に上昇し、Cre 値は Cd 21て十二指腸刷子縁膜より吸収され、基底膜より血ヶ月曝露によって有意に増加したため、本実験条流へ放出される。
肝臓で産出される Hepcidin は、件において肝毒性並びに腎毒性が出現しているこ

鉄の排出トランスポーターである Ferroportin 1とが示唆された。肝臓中 Cd 濃度は Cd 12 ヶ月曝(Fpn1) と結合することでその分解を促進し、小露後において約 300 µg/g liver であり、その後も腸上皮細胞から血中への鉄の放出を負に制御する投与期間に依存して増加した。

ことが報告されている。Cd は二価の重金属であり、十二指腸において、ヘム鉄のトランスポーター

Fe2+ の 流 入 ト ラ ン ス ポ ー タ ー で あ る Divalent

で あ る Heme carrier protein 1 (HCP1) のmetal transporter 1 (DMT1) を利用して体内にmRNA レベルは Cd の曝露期間を通じて有意に低- 34 -下した。一方、DMT1 および Fpn1 に Cd 曝露にの長期曝露によって顕著な低値を示した。生体内よる遺伝子発現レベルの顕著な変動は認められな鉄蓄積量が欠乏している可能性があるため血清中かった。また、十二指腸基底膜上で Fe2+を Fe3+鉄濃度を測定したが、Cd による減少は確認されなに酸化する酵素 Hephaestin (HEPH) の mRNAかった。一方、UIBC および TIBC は有意な上昇

レベルは 12 ヶ月間の Cd 曝露時点では顕著に減少を示した。

していたが、15 ヶ月曝露以降発現レベルが上昇し以上の結果から、Cd は十二指腸における鉄の吸ていき、21 ヶ月曝露時にはコントロールレベルま収機構に影響を及ぼし、鉄の吸収を阻害する可能で回復していた。しかし、十二指腸刷子縁膜上で性が示唆された。血清中鉄濃度は見かけ上正常レ

Fe3+を Fe2+に還元する酵素 Duodenal cytochrome

ベルを維持していたが、肝臓中貯蔵鉄が欠乏するb (Dcytb) の mRNA レベルは Cd 曝露期間を通じことが明らかとなり、長期間に及ぶ Cd 曝露が鉄て有意に減少していた。このことから、Cd の長期のホメオスタシス異常を引き起こすことが示され曝露は非ヘム鉄トランスポーターの遺伝子発現レた。

ベルには影響を及ぼさないが、非ヘム鉄が吸収されるための第一段階である Fe3+還元酵素 Dcytb の【謝辞】愛知学院大学医療生命薬学研究所 医療薬

遺伝子発現レベルを顕著に抑制することが明らか

学助成により本研究を実施できましたことに感謝となった。したがって、ヘム鉄・非ヘム鉄ともに申し上げます。

Cd の長期曝露によって吸収が阻害される可能性が示唆された。

【研究成果発表】

1.

HCP1 によって小腸上皮細胞内に取り込まれたヘム鉄をFe2+へと分解する

Heme oxygenase-1

徳本真紀、李辰竜、藤原泰之、佐藤雅彦
鉄の吸収に及ぼす慢性カドミウム曝露の影(HO-1) の十二指腸中 mRNA レベルは Cd によっ響て劇的に上昇した。また、肝臓中 Hepcidin mRNA

第 44 回日本毒性学会学術年会（平成 29 年 7レベルは顕著な減少を示した。これら 2 因子の変月、横浜）

2.

動は、十二指腸基底膜側への鉄の放出に寄与して

徳本真紀、李辰竜、佐藤雅彦

おり、長期の Cd 曝露によって HCP1 および Dcytb

カドミウム長期曝露による鉄輸送関連因子

mRNA レベルが抑制されたことに対する、生体内の発現変動と肝臓中鉄蓄積量の減少

鉄蓄積量の恒常性維持に向けた応答ではないかと

メタルバイオサイエンス研究会 2017（平成考えられた。

29 年 10 月、岡山）

次に、肝臓中の鉄濃度を測定したところ、Cd[Non-Heme]
3+Fe
Fe3＋ ＋

Apicalmembrane[Heme]
2+Fe2＋ ＋Fe

Dcytb

Duodenum
Duodenum

DMT1

HCP12＋ ＋Fe2+Fe

HO-1
Enterocyte

Hepcidin
Fpn1
Basolateral
membrane

2＋ 2+＋FeFe

LiverHEPH

Blood ﬂow
Fe3＋3+＋

FeTransferrin

図 1. 小腸上皮細胞における鉄の吸収機構- 35 -