文豪・開高健は氏の著書「オーパ・アマゾン編」中で、現地で獲れたばかりの泥まみれの蟹の写真を掲載し、その端に「この泥をみて食欲が沸かない人には人生も芸術も語れない」と記している。
無類の食通で蟹好きだった氏らしい言葉だが、この言葉は無類のニンニク好きの方々にとってのニンニク（Allium sativum）にも当てはまるだろう。
獲れたての泥まみれのニンニクを見て生唾も食欲も湧かず、豊潤な香りに対して「匂いが・・・」などと言う人間には芸術も人生も語れないのだ。
そもそも、ニンニクは何世紀にもわたっては病気の予防・治療薬として用いられてきた。機能性・薬用食品。
ニンニクには抗酸化作用、抗腫瘍作用、抗炎症作用、グルコースおよびコレステロール低下作用、発がん物質によるDNA鎖切断の減少、細胞周期の停止とアポトーシスの誘導、RNAとDNA合成の阻害、血管新生の抑制作用があることが確認されている。
調理の際にニンニクを刻んだり、すりつぶしたり、圧搾したりするとアリイナーゼと言う酵素がアリインをアリシンに変換する。アリシンから変換される有機硫黄化合物（OSC）は、ジアリルスルフィド（DAS）、ジアリルジスルフィド（DADS）、ジアリルトリスルフィド（DATS）から構成され、ニンニクの抗発がん作用はそのOSCに起因する。
ジアリルトリスルフィド（DATS）も構造の硫黄原子数が多いため、ニンニク水溶性硫黄化合物よりも抗がん作用が大きい。DATSには抗腫瘍作用、抗酸化作用、抗菌作用、抗炎症作用など、さまざまな薬理学的・生物学的活性がある。DATSの腫瘍増殖抑制作用には、活性酸素の抑制、細胞増殖、細胞周期の停止、腫瘍細胞の遊走・浸潤など様々なメカニズムが関与している。これまでの研究では、DATSはヒト乳癌、結腸癌、胃癌、前立腺癌、骨癌細胞株において、酸化的修飾と活性酸素レベルの抑制を通じたアポトーシスを誘導することが示されている。
上記のニンニクの持つ薬理学的活性を踏まえた上で、本日のブログは乳がんにおける初期前がん活性を減弱させるDATSの能力を評価した研究をまとめてみたい。
世界的に、非浸潤性乳癌および浸潤性乳癌の発生率は農村部よりも都市部の方が高いとされている。疫学的研究では女性のライフスタイルの都市化と非浸潤性乳がん罹患率および浸潤性乳がん罹患率の上昇には正の相関があることが示唆されている。
多環芳香族炭化水素（PAH）ファミリーであるベンゾ[a]ピレン（B[a]P）は都市部で広くみられるヒト発がん物質で、日常的に用いる工業製品（精油，潤滑油，殺虫剤，接着剤及び塗料等）に揮発性成分として含まれる。
B[a]Pは有機物の不完全燃焼から生成される環境汚染物質および毒性物質として知られ、B[a]Pへは周囲の空気、煙、自動車の排気ガス、住宅や商業施設の暖房、バイオマス、屋内外の発生源を通じての曝露する。
空気中のB[a]Pへの累積曝露の長期的影響は、肉腫、肝臓腫瘍、肺腫瘍の発生率増加と有意に関連し、特に乳癌リスクを著しく増加させる。
リンクの研究は、上記の背景に基づいてB[a]Pによる発がんの予防におけるDATSの有効性をさらに検証することを目的としたもの。
クローン形成、活性酸素形成、酸化的DNA損傷、および代謝、抗酸化、DNA損傷、DNA修復タンパク質の発現の変化を通して、ヒト乳腺上皮細胞株（MCF-１０A細胞）におけるDATSのB[a]P誘発発がんイニシエーションへの阻害能を評価。
【結果】
B[a]Pはコントロールと比較して、増殖、クローン形成、活性酸素形成、8-OHdGレベルを増加させ、ARNT/HIF-１βおよびCYP１A１のタンパク質発現を増加させた。
一方で、DATS/B[a]P共処理（CoTx）は、B[a]P単独処理と比較して、細胞増殖、クローン形成、活性酸素形成、および8-OHdGレベルを抑制した。
DATSの投与は、乳がんの発生と進行に関与するAhR発現を有意に阻害した。
また、CoTxは上記のB[a]P誘発性タンパク質発現変化をすべて抑制した。
同時にCoTxはDNA POLβタンパク質の発現を増加させ、これはDNA修復の亢進を示すものであり、化学予防効果をもたらした。
【結論】
これらの結果は、乳がん予防におけるDATSの化学予防効果を証明するものである。
MCF-１０A細胞においてDNA修復タンパク質DNA POLβの発現を増加させる一方で、DNA損傷につながりうる活性酸素の形成、および様々なタンパク質（AhR、HIF-１β、CYP１A１）の発現を含む、発がんの初期段階に関連する活性を阻害することが示唆された。
この結果は、B[a]Pが酸化ストレスを誘導し、それによってGC:TAの突然変異とDNA付加体の発生を通じて癌の発生につながることを示している。
一方でCoTxは、活性酸素の形成を減弱させ、MCF-10A細胞におけるGC：TAトランスバージョン変異の発生を防ぐことにより、癌の発生を防ぐ可能性がある。
DATSは非がん性乳房上皮細胞MCF-１０AにおけるB[a]P誘導発がんの初期段階の抑制に有効だった。
したがって、ニンニクはその抗酸化能と抗腫瘍能により、効果的な化学予防剤であると考えられる。
・多環芳香族炭化水素（PAH）であるB[a]Pは有機物の不完全燃焼時に生成され、In vitroおよびin vivoの研究ではB[a]Pおよびその反応性代謝物への曝露によって、活性酸素による酸化損傷、DNA鎖切断、DNA付加体、突然変異、がんの発生につながる腫瘍形成を介した変異原生が生じる。
・この研究では４０μM、６０μM、８０μMのDATSの１日投与量は、ヒトの１日消費量でそれぞれ３.５mg、５.２mg、７.０７mgに相当する。これらの数値はヒトにおける生理学的許容範囲内にある。
・B[a]Pで処理した正常乳房上皮細胞MCF-10Aでは、細胞増殖、クローン形成、DNA損傷につながる活性酸素の形成、および突然変異や腫瘍性形質転換につながる可能性のあるDNA損傷の指標として発現される様々なタンパク質（AhR、HIF-１β、CYP１A１、DNA POLβ）の相互作用が変化した。
・ある研究では、DATSは過酸化脂質の生成、DNA損傷を抑制し、DATS/B[a]P共暴露２４時間後の正常乳房上皮細胞のG２/M期およびS期移行を維持することで、B[a]P誘導作用の効果的な減衰剤であることが示され、保護メカニズムが示されている。
・この研究では、DATS CoTxはB[a]Pによる細胞増殖を１２時間と２４時間で抑制する効果があり、２４時間でより顕著な効果が認められた。また、DATS単独およびCoTxは処理７日後にクローン形成を有意に阻害することがわかった。したがって、DATSはB[a]Pによる細胞増殖を効果的に抑制することが示された。この結果は、DATSがB[a]Pやその代謝物のような発癌物質の増殖作用を減弱させる可能性があるというこれまでの知見と一致する。
・B[a]Pの主な作用機序は、DNA付加体を形成することによるDNAへの直接的損傷であり、DNA病変や突然変異の発生につながる。この研究では、B[a]Pが酸化的損傷の前駆物質となりうる活性酸素の発生を有意に誘導した。細胞レベルでは、活性酸素は短命で反応性の高い酸素含有分子であり、DNA損傷を誘発し、DNA損傷応答に影響を及ぼす可能性がある。以前の研究では、DATSは正常細胞において脂質過酸化物の形で活性酸素を減衰させ、発癌物質によって誘導されるフリーラジカル誘導を効果的に抑制することが示されている。
・DNA修復システムは５つの主要経路（すなわち塩基除去修復（BER）、ヌクレオチド除去修復（NER）、ミスマッチ修復（MMR）、非相同末端結合（NHEJ）、相同組換え（HR））を介してゲノムの完全性を維持する。BERは酸化損傷、自然加水分解、アルキル化を含む保存されたメカニズムである。突然変異の発生は８-オキソ-Gをアデニンに置換する際の誤ったペアリングに起因する。この研究では、B[a]Pが正常乳房細胞において１μMの濃度で８-oHdGの有意な増加を通じて酸化的DNA損傷を有意に誘導することを示した。
・DNA付加体や酸化的病変の発生は、B[a]PのようなPAHsへの曝露によって引き起こされることが研究で示されている。今回の結果では、１μMのB[a]Pを４０～８０μMの様々な濃度のDATSと共処理することで、正常乳房上皮細胞におけるB[a]P誘発の８-OHdGレベル上昇が有意に抑制され、酸化的DNA損傷とストレスの軽減が示された。
４０μMのCoTxがB[a]P誘発DNA損傷の抑制に最も効果的な濃度だった。
・アリール炭化水素受容体（AhR）経路は、有害物質の代謝と発生を統合している。AhRと細胞質受容体は、内因性シグナルや環境シグナルに応答してDNA応答エレメントによって活性化され、遺伝子発現を制御する。AhRはxenobiotic responsive elements (XRE)に結合してヘテロ二量体複合体(AhR/ARNT)を形成し、そこで低酸素応答性エレメント(HRE)と連動して転写が開始される。B[a]PはAhRの主要リガンドとして受容体に直接結合し、癌の発癌や乳癌の発生と進行に関連する生物学的作用を誘導する。
この研究では、１μMのB[a]Pに２４時間曝露したところAhR発現が有意に誘導されている。DATS CoTxは同じ時点でAhR応答を有意に減少させることが観察された。
従って、B[a]P処理乳房上皮細胞におけるAhR発現を減弱させる。
・ARNT/HIF-１βは酸素欠乏（低酸素）または微小環境ストレス因子への応答において重要な役割を果たしている。この研究では、ARNT/HIF-１βの発現が１μMのB[a]Pに２４時間暴露した後に有意に誘導されることがわかった。DATS CoTxはB[a]P処理したMCF-１０A細胞において、同じ時点でARNT/HIF-1β反応を有意に減少させた。
他の研究でも、CoTxはARNT/HIF-１β応答を有意に減少させ、１００μMのDATS CoTxと１μMのB[a]Pの同時併用はHepG2肝癌細胞株において、B[a]P誘導性のAhRリクルートメントとCYP１A１上のヒストンアセチル化を増強することが観察されている。
・一方で、１００～２００μMの高濃度のDATSが細胞死と酸化ストレスを引き起こすという知見もある。他の研究では、高用量DATSがB[a]PによってCYP１A１遺伝子に誘導されるAhRのリクルートメントを増加させることを示している。このデータは、非癌性MCF-１０A細胞において、１μMのB[a]P単独と比較した場合、低用量の４０μM DATS CoTxは細胞死には影響せず、AhRとARNT/HIF-１βを有意に減少させ、活性酸素を減少させた。
・CYP１A１などのチトクロームP４５０酵素の発現はAhRシグナル伝達の活性化と代謝特徴である。CYP１A１はB[a]Pのような環境汚染物質と結合してAhRを誘導し、その生物学的および毒性作用を緩和する化学物質を吸入することで発癌および腫瘍の進行に関与する主要酵素である。この研究では、１μMのB[a]Pに２４時間曝露した後、AhRおよびARNT/HIF-1βタンパク質の発現の増加とともに、CYP１Aタンパク質の発現が有意に誘導された。また多環芳香族炭化水素に２４時間暴露した乳腺上皮細胞では、CYP１A１、CYP１B１、ARNT/HIF-１β、AhR受容体タンパク質が発現した。
CYP１A１発現は、コントロールと比較してDATS単独またはDATS CoTxで処理したMCF-１０A細胞で有意に増加したが、B[a]P 単独と比較するとDATSまたは DATS CoTxサンプルではCYP１A１タンパク質の発現が有意に減少した。これは、CoTxサンプルにおけるAhRおよび ARNT/HIF-１βの発現低下と相まって、DATS単独曝露が乳腺上皮細胞において CYP１A１発現を誘導する一方で、DATS CoTxがB[a]P誘導性のAhR、ARNT/HIF-１β、および CYP１A１発現を減弱させることを示している
・過去の知見および今回の知見に基づくと、DATS CoTx曝露後のAhR、HIF-１β、 およびCYP１A１発現と、DATS CoTx曝露後の８-OHdGおよび活性酸素レベルの低下から、OSCのような天然化合物はDNA付加体形成を阻害し、PAHsとAhRおよびHIF-１β受容体を競合させることによって化学予防効果を発揮し、CYP１A１タンパク質の発現を減弱させ、乳腺上皮細胞におけるB[a]P誘発毒性を減弱させる可能性が示唆される。
・DNAポリメラーゼXファミリー（POLX）は、DNA複製、修復、合成、組換え、細胞周期制御、DNA損傷チェックポイント制御などの過程で必要とされる重要な酵素である。DNAポリメラーゼβ（POLβ）はDNA修復酵素であり、活性酸素やアルキル化剤による病変損傷を修復するためにPOLβがアプリン／アピリミジン部位の１塩基のギャップを埋めることによってBERに寄与する。今回、ニンニクOSCであるDATSは、対照と比較してPOLβタンパク質の発現を有意に増加させている。４０μMのDATS CoTxが、２４時間暴露後のPOLβ応答を有意に増加させた。
過去に、DATSとPOLβのようなDNA修復酵素との関係を報告した研究はない。
４０μMのCoTxによるPOLβの誘導は、同濃度のDATSで処理したMCF-１０A細胞における活性酸素形成および８-OHdGレベルの低下とも相関している。
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