低線量α線の持続的内部被ばく〜肝内胆管癌〜川島なお美さんの癌の真実

http://ir.library.tohoku.ac.jp/re/bitstream/10097/41554/1/kaken-14390006.pdf
トロトラスト被注入例の解析を中心としたα線発がんの分子機構の解析(14390006)
平成14年度～16年度科学研究費補助金(基盤研究(B) (2) )研究成果報告書
平成17年3月　研究代表者　福本　学(東北大学加齢医学研究所)



トロトラスト症､放射線発がん機構解明の温故知新
平成17年3月
研究代表者　福本　学　(東北大学加齢医学研究所)

はじめに
放射線の内部被ばくは､核種によって体内分布が異なるために被ばくの標的臓器が異なる｡今後､放射性廃棄物の管理に伴う事故やテロも想定されるため､内部被ばくの人体への影響研究は重要であるが､一般に線量評価が困難なために､外部被ばくに比べて研究は進んでいない｡自然α放射線源である二酸化トリウムのコロイド溶液､トロトラストは､投与時の急性の副作用がない.ために､第二次世界大戦中から終戦直後において血管造影剤として､主に傷痍軍人に使用された｡トリウムは､生物的半減期が400年と長く､血管内に注射されて起こる病態はトロトラスト症と呼ばれている｡そのため､旧厚生省援護局による健診と病理解剖のために集積線量を含めて貴重な資料が残されている｡トロトラストの半分以上は肝臓に沈着し､α線よる被ばくを与え続けるため､多くの場合､投与後数十年して肝腫癌を発症する｡本邦の原発性肝がんは､ 肝実質細胞由来と考えられる肝細胞癌(HCC)が圧倒的に多いが､トロトラスト症では胆管上皮由来と考えられる､肝内胆管癌(ICC)が最も多い｡さらに血管肉腫(AS)､ HCCもほぼ同様な比率1/3ずつで発症することから､トロトラスト症のICCとASの発がん機構を解析し､比較することは､ヒトにおける低線量α線の持続的被ばくが､どのような遺伝子にどのような変異を引き起こすかを理解することにつながる｡さらに､その結果として起こるヒトの放射線発がん機構の解明にとって不可欠な研究と言える｡



現在､発がんはその要因が物理的､化学的､生物的に拘わらず､多段階のがん遺伝子の活性化とがん抑制遺伝子の不活性化の複合､すなわち遺伝子の傷害の積み重ねの結果起こるとされている(図1)｡古典的な放射線発がん機構は､以下のように考えられていた｡放射線によるDNA傷害は直接損傷と､反応性の高いフリーラジカルによる間接的損傷であり､欠失の形をとることが多い｡その結果､細胞の生存に重要な遺伝子が傷害されれば細胞死が起こり､誤って修復されればがんになる､というものである｡特にトロトラスト症では､高LET放射線であるα線によるDNAの二重鎖切断とその修復異常が､発がんの原因であると考えると単純明快である｡

今日､放射線の晩発障害としての発がん機構を考える上で､重要な考え方が加わっている｡一つは､放射線によって細胞に遺伝子変異を起こし易くなるという､ゲノム不安定性の獲得､もう一つは､ある細胞が直接被ばくしていなくても､周囲の細胞が被ばくすれば､被ばくしたと同様な放射線影響を受ける､というバイスタンダー効果である｡それらがヒトの放射線発がんに当てはまるかについての解答は出ていないため､我々はトロトラスト症肝腫瘍を丹念に解析することによって､放射線発がん機構を解明することを目指した｡

トロトラスト症発がん
トロトラストは発がん性のために､敗戦後すぐに使用禁止となったこと､現在トリウムは国際規制物質であるために入手と動物実験はほぼ不可能に近い｡そこで検討対象は解剖後作製された病理標本に限られる｡しかし､上述のようにトロトラストは戦中に投与されたため､ほとんどは15年以上以前に亡くなった症例で､古い症例ほど保存状態が悪いという条件から出発した｡そのため､ PCR (短時間に目標とする特定のDNA領域を増幅する技術)による200bp以下のDNA断片の増幅とその解析を中心として､非トロトラスト症の腫癌と比較した｡その結束種々のことが明らかとなった｡

1一４bp単位の繰り返し配列であるマイクロサテライト(MS)がヒトゲノム中に万遍なく存在する｡各MSの両端はゲノム上の特定の配列をしているために､その配列をプライマーとしてPCRを行えば､染色体上の特定のマイクロサテライト配列を増幅させることができる｡もし､そのMSの繰り返し数が同一アリルで父方と母親由来で異なれば､ PCR産物の長さも異なる｡そのような場合､ ヘテロであるといい､長さが等しい場合､ホモであるという｡癌抑制遺伝子は､両親からの一方に変異が起こり､他方に欠矢が起こることによってがん化に寄与するとされているため､非がん部でヘテロ､がん部でホモの場合､ ヘテロ接合性の消失(loss of heterozygosity, LOH)が起こったとされ､ゲノム上のその部位にがん抑制遺伝子候補の存在が考えられる｡また､ MS配列は繰り返し数をDNAポリメラーゼが読み違う可能性が高く､DNAミスマッチ修復機構が働かなければ､長さの異なった複数のPCR産物がみられるようになる｡これをMS不安定性(MSI)がある､といい､ゲノム不安定性形質のひとつとして考えられている｡ミスマッチ修復にはいくつかの分子が関与しているが､特にhMLHlとhMSH2遺伝子の変異やプロモーター領域のメチル化による不活性化がMSI形質を引き起こすことが知られている｡我々はK-ras癌遺伝子活性化､ p53癌抑制遺伝子不活性化､ LOH､ MSIについて検討した結果､種々の事実が明らかとなった｡また､組織標本について､トロトラストの沈着様式の三次元再構築を行い､ α線被ばくと発がんの発生母細胞の関係が明らかになるかを検討した｡

トロトラスト症肝腫癌から明らかになったこと
①トロトラスト症ICCでは癌抑制遺伝子p53の変異頻度が高く､フリーラジカルが原因である､ transversion型変異よりも､化学発がんにみられるtransition型がほとんどであること､非がん部にもクローナルな変異がみられること､腫癌の発生が多発性であることが明らかとなった｡

②トロトラスト症肝内胆管がんを含めて､肝胆道系の発がんに関わる遺伝子変異は､発がん要因よりも発がんの発生母地となる細胞に特異的であることが明確になった｡そして､トロトラスト症肝内胆管癌はHCCとICCの中間にあること､すなわち肝細胞と胆管細胞の両方へ分化しうる幹細胞由来の可能性が明らかとなった｡これは被ばくの標的細胞と発がんの標的細胞が必ずしも一致している訳ではないことを現している｡

③ゲノム不安定性形質のひとつであるMSIを検討した｡その結果､トロトラスト症ICCのMSI形質は非トロトラスト症の2倍以上の頻度でみられた｡ゲノム全体としてみた場合､放射線被ばくによってメチル化が低下することが知られている｡
しかし､トロトラスト症ICCでは､ DNAミスマッチ修復遺伝子であるhMLHl遺伝子プロモーター領域のメチル化による不活性化が関与していることが明らかとなった｡さらに､非がん部にもLOHやMSIのみられる症例があり､傷害DNAを有する細胞のモノクローナルな増殖も､一見､ MSIのように見えていることが明らかとなった｡以上からトロトラストICCではDNAミスマッチ修復遺伝子のメチル化によるゲノム不安定性と､ランダムなDNA傷害が混在していることが明らかとなった｡

④トロトラストの沈着様式の三次元再構築から､ α線被ばくと発がんの発生母細胞の関係が明らかになるかを検討した｡病理切片についてイメージングプレートを用いて､通常のパラフィン切片上で沈着したトリウムのα線を検出し､定量することができた｡その結果､病理切片一枚から肝全体のトリウム沈着量の推定も可能となった｡トリウムは非がん部の門脈域の胆管周囲に最も多く沈着していたが､がん部にも非がん部同様､沈着を認めた｡さらに､トロトラストは主にマクロファージに貧食されて肝内を循環しているため､ α線の飛程は80ミクロンと短いものの､肝全体が被ばくしていることが明らかとなった｡また､貧食マクロファージはお互いに集族し､周囲の組織改変と線維化が著明であった｡

⑤組織所見で､類洞内にも有意にトロトラスト沈着が観察され､特に中心静脈周囲の沈着と実質細胞の変性と線維化が著明であった｡この事実は類洞内皮がα線被ばくの直接の標的であることを示唆している｡トロトラスト症ASについてゲノム全体に26cM間隔でLOH解析を行ったところ､全体のLOH頻度はトロトラスト症の方が非トロトラスト症ASに比して2倍高く､大きい染色体で､しかも､短腕よりも長腕に高い傾向がみられた｡トロトラスト症では標的の大きさに関連してα線による直接DNA傷害が起こっている可能性が高い｡トロトラスト症ICCもASも投与後､発がんまでの潜伏期間は約40年､集積線量は8Gyと両者に有意差を認めなかった｡しかし､トロトラスト症ICCとASの高頻度LOHの分布は全く異なっていた｡これらは､トロトラスト症ICCとASCは､発がんに必要な遺伝子変異の数はほぼ等しいが､発がんの標的細胞によって変異を受ける遺伝子が異なると考えられる｡現在､トロトラスト症ICCとASに共通して､染色体8qと13qに高頻度LOHを伴った2ローカス(遺伝子座)を見出した｡これは､放射線発がんに共通した遺伝子変異が存在する可能性を示唆している｡また､病理解剖によってICCと最終診断された肝組織を再検したところ､ ASや血管内皮の異常増殖した症例がみられた｡これはLOH解析が診断困難な症例の補助診断として有用であることも示している｡

まとめく図2)
トロトラスト症肝腫癌はヒトにおいて､ α線による体内被ばくの影響を知るために､最適で貴重な試料である｡トロトラスト症ICCの発がんに関しては､ゲノム不安定性が関与しているが､非がん部のモノクローナルな増生も特徴的に観察された例もあり､発がん早期にゲノム不安定性が誘発されている可能性が高い｡ LOH解析から､トロトラスト症ICCの発生母地細胞は肝細胞と胆管細胞の両方へ分化しうる､いわゆる､幹細胞であることが示唆された｡



組織所見から､肝に沈着したトロトラストの一部はマクロファージに貧食されて肝内を常時移動しているため､肝全体がある程度α線に被ばくしていること､それによって組織改変が絶え間なく起こっていることを明らかにした｡トロトラスト症ASとICCは､ほぼ同一数ではあるが､異なる遺伝子の変異が関わっていると考えられる｡ASでは放射線によるDNAの直接傷害の関与の大きいことが考えられるが､ICCと共通したLOHローカスが存在したことから､放射線発がん過程に特異的な遺伝子変異の存在も否定できない｡以上から､放射線発がんは､従来考えられていたように放射線によるDNAの傷害･修復異常による遺伝子変異の固定という単純な機構ではなく､被ばく組織の改変や炎症など､生体側の反応が発がんに大きく関与していることを明らかにした｡


ーーーーここまでーーーー


トロトラスト＝体内被曝

トロトラストの半分以上は肝臓に沈着し､α線よる被ばくを与え続けるため､多くの場合､投与後数十年して肝腫癌を発症する｡
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体内被曝の半分以上は肝臓に沈着し､α線よる被ばくを与え続けるため､多くの場合､投与後数十年して肝腫癌を発症する｡

本邦の原発性肝がんは､ ･肝実質細胞由来と考えられる肝細胞癌(HCC)が圧倒的に多いが､トロトラスト症では胆管上皮由来と考えられる､肝内胆管癌(ICC)が最も多い｡さらに血管肉腫(AS)､ HCCもほぼ同様な比率1/3ずつで発症する
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本邦の原発性肝がんは､ ･肝実質細胞由来と考えられる肝細胞癌(HCC)が圧倒的に多いが､体内被曝では胆管上皮由来と考えられる､肝内胆管癌(ICC)が最も多い｡さらに血管肉腫(AS)､ HCCもほぼ同様な比率1/3ずつで発症する

トロトラスト症では､高LET放射線であるα線によるDNAの二重鎖切断とその修復異常が､発がんの原因であると考えると単純明快である｡
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体内被曝では､高LET放射線であるα線によるDNAの二重鎖切断とその修復異常が､発がんの原因であると考えると単純明快である｡

トロトラスト症肝内胆管癌(ICC)のMSI形質は非トロトラスト症の2倍以上の頻度でみられた｡
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体内被ばく肝内胆管癌(ICC)のMSI形質は非体内被ばくの2倍以上の頻度でみられた｡

トロトラストは主にマクロファージに貧食されて肝内を循療しているため､ α線の東程は80ミクロンと短いものの､肝全体が被ばくしていることが明らかとなった｡
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体内被曝では主にマクロファージに貧食されて肝内を循療しているため､ α線の東程は80ミクロンと短いものの､肝全体が被ばくしていることが明らかとなった｡


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トロトラストによる放射線の晩発障害 (09-03-01-11)
2001年03月　　ATOMICA

＜概要＞
　二酸化トリウムコロイドを主剤とするＸ線 造影剤トロトラストは、わが国では広島、長崎の原爆に次ぐ大規模な放射線による健康障害をもたらした。体内に注入されたトロトラストは肝臓や骨髄などに沈着しα線を長年月にわたって放出する。数十年経過後、肝がん、肝硬変や白血病を発症し、死亡率も高いことが明らかにされている。
＜更新年月＞
2001年03月　　　（本データは原則として更新対象外とします。）
＜本文＞
1895年、レントゲンによってＸ線が発見されて間もなくＸ線の透過力と写真作用は1915年頃から病気の診断に利用されるようになった。鮮明なＸ線写真を得るために造影剤が用いられるがヨウ素系の造影剤にくらべて、二酸化トリウム（ThＯ2）はきわめて勝れていることが明らかになった。当初は血管塞栓や痛みを伴うことが問題になったが、1929年にドイツのハイデン社が、二酸化トリウムのコロイド状水溶液を開発し、「トロトラスト」という商品名で市販された。気管支、肝臓、ひ臓および血管の造影に威力を発揮し、1930年以降ドイツを中心にポルトガル、デンマーク、スウェーデン、日本などで広く使われるようになった。
　
トロトラストは、30～100オングストローム（平均55オングストローム、1オングストローム＝0.1nm）という微細で均一な二酸化トリウム（25％）に安定剤としてデキストリン（20％）などを加えたコロイド状水溶液である。
　
血液内に注入されたトロトラストコロイドは血管内を循環した後、網内系細胞に異物として取り込まれ、その後、肝臓、ひ臓、骨髄に蓄積される。トロトラストは殆ど排泄されないので長期間トリウムからのα線や娘核種からのγ線を照射されることになり、肝がん（癌、ガン）や白血病を誘発するのである。初めは血管内に使用してもアレルギーなどの早期の障害が認められなかったことから血管造影剤として利用され、威力を発揮した。とくに、これまで注入時の血管痛のため不可能とされていた脳血管造影が可能になった。世界各国で広く用いられるようになり、その数は数万に達するという。
　
1942年、Wohlwillはトロトラスト血管内注入者に発生した急性白血病を初めて報告したが、その後、肝硬変、肝血管肉腫、白血病などが続出した。これらの報告を受け、放射線防護の立場から ICRP、IAEA、WHOは各国に呼びかけトロトラスト晩発障害の共同研究が始まった。
　
血管内注入例における二酸化トリウム（ThＯ2）の臓器別分布は 表１ に示すように肝臓に最も集まる。 図１ はトロトラスト障害の肉眼像と電子顕微鏡像である。



図１

トロトラスト障害は、Ｘ線やγ線にくらべてRBE（生物効果比）の高いα線障害であり一般の放射線障害でのそれと比較する時は線質の違いを考慮しなくてはならない。また、トロトラスト顆粒の巨大化に伴う問題がある。すなわち、自己吸収および臓器内の不均等分布による局所的な大線量被ばくの問題もある。
　
血管内注入で臓器および組織がトリウムとその娘核種から放出される放射線を吸収する線量はα線オートラジオグラフィー法、α線スペクトロメーター法、γ線シンチレーションスペクトロメーター法などで調べることができる。現在、国際的な標準法としてα線シンチレーションスペクトロメーターで測定したトリウムおよびその娘核種のγ線の値を各種の要素を考慮して補正しα線の値を求めている。


表１
　
表１は各国における調査結果で対象者、注入理由となった疾患や注入量が異なるので厳密な比較はむつかしいがいずれも生存率の低下が明らかである。
　
わが国のトロトラスト血管内注入例で肝線量率と悪性腫瘍発生数、死亡までの期間を 表２ に示す。


表２

ドイツの研究でも注入量もしくは肝線量率が増大すると、肝悪性腫瘍で死亡するまでの期間が短縮することが認められた。
　

わが国のトロトラスト血管内注入例における累積死亡率および累積死亡数の経時変化を 図２ に示す。


図２

トロトラスト注入から死亡までの期間は 表３ に示すように肝線量率が増大すると、期間が短縮する。


表３

また、各国における血液疾患の発生数と発生率は 表４ に示すようにかなり高いことも明らかにされている。


表４

トロトラストの使用が中止されて長い年月が経過しているため患者の数や実態は不明な点も多いが、現在でも研究は続けられている。
　
なお、トロトラストは、がん抑制遺伝子P53に突然変異を起こしてがんを発生するといわれている。また、精巣にも沈着し、父親の精子の遺伝子を傷つけた影響が子供たちに伝わる恐れも指摘されているが、今後の課題であろう。




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「肝内胆管癌」という肝内の胆管にできるガンは内部被ばくによって誘発されるガンである