基礎老化研究 48（1）; 29－30, 2024

【奨励賞受賞者研究トピックス】

老化指標 DNA メチル化に影響を及ぼす因子の評価
佐藤綾美、石神東京都健康長寿医療センター研究所昭人

老化制御研究チーム

分子老化制御キーワード：DNA methylation, Smoking, Heated tobacco products, RRBS
１．はじめに価は急務である。以上の背景より、本稿では、HTP が

喫煙は、老化を促進する代表的なリスクファクターである。喫煙者の寿命は約 10 年短いとの調査結果もあDNAmに及ぼす影響を調べた我々の研究成果［7］を概説する。

り［1］、世界で毎年 800 万人以上がたばこを原因として亡くなっている［2］。喫煙によるニコチン摂取は快感を得ら

２．DNAm への HTP の影響れる一方、たばこ煙への曝露は、酸化ストレスや慢性

我 々 は、 ヒ ト 肺 胞 上 皮 由 来 の 細 胞 株 A549 を 用 い、炎症を介して老化や加齢性疾患につながる。また、喫市 販 の HTPs エ ア ロ ゾ ル 抽 出 液 の 曝 露 に よ る 細 胞 毒

煙はエピジェネティクス異常を引き起こすことが知ら性、DNAm、および遺伝子発現への影響を生化学的にれる。エピジェネティクスとは、DNA 塩基配列の変化解析した。比較対象には、紙巻きたばこ標準品であるを伴わない遺伝子発現制御機構であり、DNA メチル化

1R6F（reference cigarette：RC）の煙抽出液を用いた。

（DNAm）やヒストン修飾に代表される。DNAm の加たばこ煙抽出液は、専用の吸引システムでガラス繊維

齢変化は、エピジェネティック時計と称され、老年病罹フィルターに捕集したエアロゾル中の総粒子相（total

患リスクや寿命の予測への応用研究が加速している。即particulate matter：TPM）を DMSO に溶解し、培養液

ち、DNAm は老化指標として注目される。一方、喫煙に添加した。まず細胞毒性を WST-8 法と LDH（lactateによる DNAm 変化は、喫煙が原因となる疾患の発症メdehydrogenase）アッセイにより評価した結果、RC でカニズムの一つである［3］。喫煙者と非喫煙者で血球のは 0.1mg TPM/mL か ら 毒 性 を 示 し た が、HTPs で はDNAm 状態を調べた複数の研究により、多くの CpG サ

1mg TPM/mL まで毒性を示さなかった。しかし、HTP

イトでメチル化の変化が認められた［4］。対して、喫煙者でも 2mg TPM/mL では細胞生存活性の減少がみられが禁煙することにより、一部の DNAm は元の状態に戻た。たばこ煙中の芳香族アミンやフェノール化合物などることもわかっている［4］。さらに、喫煙による DNAmは、細胞毒性に関与することが知られている［8］。これら変化は肺がん発症を予測するマーカーになり得ることがの有害成分は、RC より HTP の方が少ないが、HTP は［5］報告されており 、DNAm 変化がみられる主な遺伝子

グリセロールやプロピレングリコールの含有量が多いには p16 などが含まれる［6］。以上のように、DNAm にという特徴がある。HTP は加熱温度が高い製品の方が影響する喫煙のようなリスク因子の理解は、老化制御をエアロゾル中の粒子状物質が多く発生しやすく［9］、一部目指す上で重要である。の HTP は酸化ストレスを惹起し炎症マーカー（IL-6 な

近年、従来の紙巻きたばこに代わり、加熱式たばこど）を増加させることが報告されている［10］。次に我々（heated tobacco product：HTP）が普及している。2023

は、HTP エアロゾル抽出液曝露による DNAm 関連因

年現在、HTP は日本のたばこ市場の３割を占めており、子への影響を検討した［7］。Dot blot 法によるゲノム全使用者は増加している。HTP は、たばこ葉を燃焼せずに、体での DNAm 定量の結果、RCでは有意な減少がみら加熱して発生する蒸気（エアロゾル）を喫煙する製品でれたが、HTPs では変化は認められなかった。しかしなあり、従来の紙巻きたばこのような煙や副流煙、灰は出が ら、DNAm シ ー ケ ン ス（reduced representation ofない。しかし、HTP が使用者の健康に与える影響は未bisulfite sequencing：RRBS）法を用いて CpG サイトのだ十分に調査されていない。現在、世界中でさまざまなメチル化変化を網羅的に解析した結果、HTP は相対的種類の HTP が使用されており、その生体へのリスク評にメチル化率を減少した（図１A）。可変メチル化シトシ ン（differentially methylated cytosine：DMC） サ イ

連絡先：佐藤〒 173-0015

ト数を図１B に示す。RC より小さいが、HTP でもメチ綾美
東京都板橋区栄町 35-2

TEL：03-3964-3241

ext．4304

E-mail：ayamis@tmig.or.jp

ル化の変動がみられた。さらに、DNA マイクロアレイによる遺伝子発現解析の結果、HTP（2mg TPM/mL）
は DNAm 関連遺伝子セットや老化関連遺伝子（GDF15など）の発現レベルに影響した。しかし、RC（0.1 mg－ 29 －引用文献
1． Doll R, Peto R, Boreham J, et al . Mortality inrelation to smoking：50 years’ observations onmale British doctors. BMJ 328（7455）：1519, 2004.
2． WHO, https：//www.who.int/news-room/factsheets/detail/tobacco（2023-08）．
3． Gao X, Jia M, Zhang Y, et al . DNA methylation
changes of whole blood cells in response to active
smoking exposure in adults：a systematic reviewof DNA methylation studies. Clin Epigenetics 7：113, 2015.
4． Joehanes R, Just AC, Marioni RE, et al . Epigenetic
signatures of cigarette smoking. Circ Cardiovasc
Genet 9：436-47, 2016.
5． Zhang Y, Elgizouli M, Schöttker B, et al . Smokingassociated DNA methylation markers predict lung
図１

HTP の影響
A）たばこ煙による DNAm 変化の概念図．B）可変メチル化シトシン（DMC）への影響．A549 細胞に0.1mg TPM/mL RC ま た は 2mg TPM/mL HTP
を 12h 曝露した．RRBS 解析よりメチル化率の差が 25% 以上であったサイト数を示す．C）発現変動がみられた遺伝子数．DNA マイクロアレイ解析より
Fold change ２倍以上であった遺伝子数を示す．

cancer incidence. Clin Epigenetics 8：127, 2016.
6． Kaur G, Begum R, Thota S, et al . A systematic
review of smoking-related epigenetic alterations.
Arch Toxicol 93（10）：2715-40, 2019.
7． Sato A, Ishigami A. Effects of heated tobacco
product aerosol extracts on DNA methylation andgene transcription in lung epithelial cells. Toxicol
Appl Pharmacol 475：116637, 2023.
8． Schaller JP, Keller D, Poget L, et al . Evaluation ofTPM/mL）と比較するとその程度は小さかった（図１

the Tobacco Heating System 2.2. Part 2：ChemicalC）。注目すべき点として、HTP は特にシトクロム P450

composition, genotoxicity, cytotoxicity, andの一種 CYP1A1（cytochrome P450 family 1 subfamily

physical properties of the aerosol. Regul Toxicol

A member 1）のプロモーター領域メチル化を大きく変Pharmacol 81（2）：S27-47, 2016.

化させ、mRNA 発現量を増加した。しかし、RC と比較

9． Horinouchi T, Miwa S. Comparison of cytotoxicity

するとその程度は小さかった。CYP1A1 は、たばこ煙of cigarette smoke extract derived from heat-not-に含まれるベンゾピレンのような多環芳香族炭化水素に

burn and combustion cigarettes in human vascular

対し、体内で変異原性・発がん性のある物質へ代謝する

endothelial cells. J Pharmacol Sci 147（3）：223-33,

はたらきをもつため、肺がんのリスク因子として注目さ2021.

。本研究より、HTP は CpG 領域のメチル化に10．Sawa M, Ushiyama A, Inaba Y, et al . Increased

影響するが、RC ほど大きな遺伝子発現変化にはつながoxidative stress and effects on inflammatory

らない可能性が示された。

cytokine secretion by heated tobacco products［11］れるaerosol exposure to mice. Biochem Biophys Res
３．おわりにCommun 610：43-8, 2022.

HTP は、DNAm および遺伝子発現を変化させるリス

11．Denissenko MF, Pao A, Tang M, et al . Preferential

クはあるが、そのリスクは紙巻きたばこよりは低いと考

formation of benzo［a］pyrene adducts at lung

えられる。コホート研究では、HTP 使用者は紙巻きた

cancer mutational hotspots in P53. Science 274（5286）：430-2, 1996.

ばこ喫煙者と比べて血球のメチル化への影響は小さい可能性が示されている［12］。一方、現状では多くの対象者

12．Ohmomo H, Harada S, Komaki S, et al . DNAが紙巻きたばこの喫煙歴があるため、今後、HTP のみ

methylation abnormalities and altered wholeを使用する若年層を対象とした調査が望まれる。また、

transcriptome profiles after switching from

HTP の長期的な使用による影響など、まだ分かっていcombustible tobacco smoking to heated tobacco

ないことも多い。今後、紙巻きたばこと同様に HTP もproducts. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 31

喫煙というくくりで、老化の交絡因子として考えてよい（1）：269-79, 2022.のかなど、注視していく必要がある。

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