化学物質の安全性と発がん性リスク評価のための短・中期バイオアッセイ系の開発

文献情報

• 文献番号: 201624014A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 化学物質の安全性と発がん性リスク評価のための短・中期バイオアッセイ系の開発
• 課題番号: H26-化学-指定-001
• 研究年度: 平成28(2016)年度
• 研究代表者(所属機関): 吉見 直己(琉球大学 大学院医学研究科・腫瘍病理学講座)

研究分担者(所属機関)

• 塚本　徹哉(藤田保健衛生大学・病理学)
• 魏　民(大阪市立大学大学院医学研究科・分子病理学)
• 横平　政直(香川大学医学部・病理学)
• 小川　久美子(国立医薬品食品衛生研究所・安全性生物試験研究センター病理部・実験病理学)
• 鈴木　周五(名古屋市立大学大学院医学研究科・実験病態病理学)
• 戸塚　ゆ加里(国立がん研究センター研究所・発がん・予防研究分野)
• 伊吹　裕子(静岡県立大学・食品栄養学部・光環境生命科学)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成26(2014)年度
• 研究終了予定年度: 平成28(2016)年度
• 研究費: 10,825,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

本研究は、短・中期発がん予測バイオアッセイ系を開発し、発がん試験ガイドライン設定の方向性への提唱が目的である。既に動物実験に対する３Ｒ（代替法活用、使用数削減、苦痛軽減）の原則に、一部は動物実験そのものができない状況にあるが、ヒトに対する発がん影響を明確に反映できる代替法は現在のところないため、動物モデルでの評価法は未だに必要不可欠である。そのため、上記３Ｒの原則を考慮した短・中期での各臓器別の発がん試験の開発が望まれる。すなわち、動物数の軽減とともに、短期での苦痛の軽減を考慮し、従来の判定である長期の時間を要する腫瘍の顕在化に代わって、腫瘍形成を予測し得る早期に発現する病理組織学的な評価による試験法の開発を目指す。加えて、各分担者の施設で得られた臓器を、臓器専門性を有する多施設間で評価を行う共同システム構築を検討し、動物数の削減化も図る。

研究方法

主に臓器別に短・中期バイオアッセイ系の確立のために、胃、大腸、肝臓、肺臓、膀胱および前立腺に対するそれぞれの特異的な発がん物質を利用して、早期に病理形態的に観察される病変を誘導させ、その特徴を検討する。各分担者により、モデル系は異なるため、ここではその誘導方法の詳細は省略する。また、多施設共同システム構築のために昨年度作成した共通プロトコールマニュアル(各分担者の研究対象臓器に対する固定・保存・標本作製方法を統一)を実際に運用した。前年度まで新規バイオマーカー候補であるDNA損傷依存的ヒストン修飾酵素であるγH2AXに関しては、上記多施設共同システムを利用して、標的臓器以外での臓器の発現を検討した。

結果と考察

今まで、大腸と肺臓での早期がん病巣を特定できる短・中期モデルの可能性が示唆されたが、新たに、膀胱発がんで、DNA損傷依存的ヒストン修飾酵素であるγH2AXを予測マーカーとした早期病巣の特定の可能性が示され、加えて、今年度は、胃、大腸、肝臓、肺臓、前立腺で、早期に発現を認めた。しかし、発がん物質の標的臓器に必ずしも特異的に発現していなかった。そのため、γH2AXの早期の発現は各臓器での発がん予測の可能性があるものと考えられ、今後の更なる検証が必要である。加えて、本研究班でのγH2AXに関するin vitro系の実験成果から、遺伝毒性を呈する物質が関与するだけでなく、一部遺伝毒性を有しない物質でも、DNaseIが遊離することで、DNAを切断して誘導される可能性が示され、今後、こうした視点を踏まえた動物系での発現解析も、新規マーカーとしての検証と平行して、実施する必要性がある。

結論

動物を供する発がん性試験における代替法の確立は、化学物質のヒトへの安全性に対して重要である。しかし、動物実験に対する3R(代替法活用、使用数削減、苦痛軽減)の原則は決して動物を使用しないということではないため、今回の研究目標はその精神に基づいて動物での発がん、すなわち、従来からの顕在化による腫瘍形成の代わりに、腫瘍の早期病変を病理組織学的な検索で予測することを目指し、その方法の中で、多施設共同システムの構築による毒性病理専門家による判定が必須であると思われた。また、新たに早期病変での新たなバイオマーカーγH2AX発現の有用を見出した。なお、上記以外に、今年度は、化学物質暴露動物系を利用した迅速評価方法の新展開(化学物質の動物暴露24時間後での遺伝子マーカー変動により発がん性予測の可能性を示すモデルと肝臓におけるDNA付加体の網羅的な解析により、遺伝毒性化学物質と非遺伝毒性化学物質を区別できる可能性)が得られたが、研究の緒についたばかりであり、両者ともに今後の検証研究が不可欠ではあるが、化学物質の評価手法の迅速化への新たな展開として、本研究班に類似する新たな継続研究が期待される。

公開日・更新日

• 公開日: 2017-07-12
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201624014B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 化学物質の安全性と発がん性リスク評価のための短・中期バイオアッセイ系の開発
• 課題番号: H26-化学-指定-001
• 研究年度: 平成28(2016)年度
• 研究代表者(所属機関): 吉見 直己(琉球大学 大学院医学研究科・腫瘍病理学講座)

研究分担者(所属機関)

• 塚本　徹哉(藤田保健衛生大学・病理学)
• 魏　民(大阪市立大学大学院医学研究科・分子病理学)
• 横平　政直(香川大学医学部・病理学)
• 小川　久美子(国立医薬品食品衛生研究所・安全性生物試験研究センター病理部・実験病理学)
• 鈴木　周五(名古屋市立大学大学院医学研究科・実験病態病理学)
• 戸塚　ゆ加里(国立がん研究センター研究所・発がん・予防研究分野)
• 伊吹　裕子(静岡県立大学・食品栄養学部・光環境生命科学)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成26(2014)年度
• 研究終了予定年度: 平成28(2016)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

本研究は、短・中期発がん予測バイオアッセイ系での発がん試験ガイドライン設定の方向性を探ることが目的である。既に動物試験に対する３Ｒ（代替法活用、使用数削減、苦痛軽減）の原則に、欧米では一部は動物実験そのものができない状況にあるが、ヒトに対する発がん影響を明確に反映できる代替法は現在のところないため、動物モデルでの評価法は未だに必要不可欠である。そのため、上記３Ｒの原則を考慮した短・中期での各臓器別の発がん試験の開発が望まれる。すなわち、動物数の軽減とともに、短期での苦痛の軽減を考慮し、従来の判定である長期の時間を要する腫瘍の顕在化に代わって、腫瘍形成を予測し得る早期に発現する病理組織学的な評価による試験法の開発を目指すことで、代替法としての実験期間の短縮を目指す。加えて、各分担者の施設で得られた臓器を、臓器専門性を有する多施設間で評価を行う共同システム構築を検討し、動物数の削減化も図ることを目的とした。

研究方法

主に臓器別に短・中期バイオアッセイ系の確立のために、胃、大腸、肝臓、肺臓、膀胱および前立腺に対するそれぞれの特異的な発がん物質を利用して、早期に病理形態的に観察される病変を誘導させ、その特徴を検討した。各分担者により、モデル系は異なるため、ここではその誘導方法の詳細は省略する。加えて、多くの施設では標的臓器に対応する化学物質(発がん物質)を利用しているが、多施設共同システム構築することで、非標的臓器の検索も、可能となる。実際に、それぞれ、各施設での臓器専門家による臓器摘出とその早期病変の検出方法をまとめ、多施設で共通した摘出可能できるように、共通プロトコールマニュアル(各分担者の研究対象臓器に対する固定・保存・標本作製方法を統一)を作成した。加えて、大腸と肺臓および肝臓は、今までの研究成果での早期病変を有しているものの、他の臓器ではバイオマーカーとしての早期病変は特定していないため、新規バイオマーカー候補として、DNA損傷依存的ヒストン修飾酵素であるγH2AXの発現を検討した。また、それ以外の迅速な検出マーカーに関しても検討した。

結果と考察

これまで大腸と肺臓での早期がん病巣を特定できる短・中期モデルの可能性が示唆され、大腸ではACF(aberrant crypt foci)と肺臓ではNapsinA発現をマーカーとした微小病変の検出による短・中期発がん試験法のガイドライン提唱の可能性を得られた。また、新たに、膀胱発がんで、DNA損傷依存的ヒストン修飾酵素であるγH2AXを予測マーカーとした早期病巣の特定の可能性が示され、加えて、今年度は、胃、大腸、肝臓、肺臓、前立腺で、早期に発現を認め、早期病変検出の新たなバイオマーカーの可能性を示唆された。しかし、発がん物質の標的臓器に必ずしも特異的に発現していなかった。そのため、γH2AXの早期の発現は各臓器での発がん予測の可能性があるものと考えられ、今後の更なる検証が必要である。

結論

動物を供する発がん性試験における代替法の確立は、化学物質のヒトへの安全性に対して重要であり、動物実験に対する3R(代替法活用、使用数削減、苦痛軽減)を目指して、長期実験での苦痛軽減とともに、早期病変を見るために使用数削減が可能である、従来からの顕在化による腫瘍形成の代わりに、腫瘍の早期病変を病理組織学的な検索による発がん予測法を、大腸・肺臓では提言の可能性が示唆された。特に、多施設共同システムの構築による毒性病理専門家による判定が必須であると考えられた。また、膀胱発がんモデルでは、新たに早期病変での新たなバイオマーカーγH2AX発現の有用を見出した。
なお、本研究班の成果として、上記結果以外に、今年度は、化学物質暴露動物系を利用した迅速評価方法の新展開(化学物質の動物暴露24時間後での遺伝子マーカー変動により発がん性予測の可能性を示すモデルと肝臓におけるDNA付加体の網羅的な解析により、遺伝毒性化学物質と非遺伝毒性化学物質を区別できる可能性)が得られたが、研究の緒についたばかりであり、詳細は割愛したが、両者ともに今後の検証研究が不可欠ではあるものの、化学物質の評価手法の迅速化への新たな展開として、本研究班の新たな継続性が期待される。

公開日・更新日

• 公開日: 2017-07-12
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201624014C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 従来、動物発がん試験法は、ラットないしマウスでの1年以上での長期試験法が実施されているが、20週程度までの短・中期発がん性試験として、少なくとも、動物の使用数削減および苦痛軽減ができる発がん性予測バイオアッセイ系が、大腸と肺臓が標的臓器とされる化学物質に対して、提言でき、加えて、膀胱に対しては、DNA損傷依存的ヒストン修飾酵素であるγH2AXの発現が予測マーカーとして新規に提言できた。
• 臨床的観点からの成果: 該当しない
• ガイドライン等の開発: 今後、多施設で共通した動物処理のための標準化実験プロトコールを作成した。それをベースに発がん性が未知である化学物質での検証を踏まえて、大腸・肺臓モデルに関しては、ガイドライン作成を、また、膀胱を含む他臓器にはγH2AXの発現の詳細を持って、ガイドライン作成が望まれる。
• その他行政的観点からの成果: 現状では直接的に審議されてはいないが、上記ガイドライン作成とvalidation後には、動物実験に望まれている３Ｒ（代替法活用、使用数削減、苦痛軽減）の一部が改善され、動物発がん性試験の代替法の一つとして、提言可能であり、新規の化学物質に対する行政的な対応がスムーズになるとこが期待される。
• その他のインパクト: 2018年1月開催予定されている第34回日本毒性病理学会及び学術集会において、シンポジウム「発がんリスク評価法」として取り上げられる予定である。

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 15件
• その他論文(和文): 8件
• その他論文(英文等): 73件
• 学会発表(国内学会): 93件
• 学会発表(国際学会等): 10件
• その他成果(特許の出願): 0件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 0件

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Kiriyama Y, Tahara T, Tsukamoto T, et al. ; Gastric-and-Intestinal Mixed Intestinal Metaplasia is Irreversible Point with Eradication of Helicobacter Pylori. ; Open J Pathol. , 6 , 93-104 (2016); doi.org/10.4236/ojpathology.2016.62012
• 原著論文2: Yamada T, Wei M, Toyoda T, et al.; Inhibitory effect of raphanobrassica on Helicobacter pylori-induced gastritis in Mongolian gerbils.; Food Chem Toxic. , 70 , 107-113 (2014); doi.org/10.1016/j.fct.2014.04.037
• 原著論文3: Gi M, Fujioka M, Yamano S,et al.; Determination of hepatotoxicity and its Underlying metabolic basis of 1,2-dichloropropane in male syrian hamsters and B6C3F1 mice. ; Toxicol Sci. , 145 (1) , 196-208 (2015); doi: 10.1093/toxsci/kfv045.
• 原著論文4: Kanki M, Gi M, Fujioka M, et al. ; Detection of non-genotoxic hepatocarcinogens and prediction of their mechanism of action in rats using gene marker sets. ; J Toxicol Sci. , 41 (2) , 281-292 (2016); doi: 10.2131/jts.41.281.
• 原著論文5: Yokohira M, Kishi S, Yamakawa K, et al. ; Napsin A is possibly useful marker to predict the tumorigenic potential of lung bronchiolo-alveolar hyperplasia in F344 rats. ; Exp. Toxicol. Pathol. , 66 (2-3) , 117-123 (2014); doi: 10.1016/j.etp.2013.11.002.
• 原著論文6: Yokohira M, Yamakawa K, Nakano Y, et al. ; Immunohistochemical characteristics of surfactant proteins-A, -B, -C and -D in inflammatory and tumorigenic lung lesions of F344 rats. ; J. Toxicol. Pathol. , 27 (3-4) , 175-182 (2014); doi: 10.1293/tox.2014-0020.
• 原著論文7: Toyoda T, Cho YM, Ogawa K, et al.; Early Detection of Genotoxic Urinary Bladder Carcinogens by Immunohistochemistry for γ-H2AX.; Toxicol Sci. , 148 (2) , 400-408 (2015); doi: 10.1093/toxsci/kfv192.
• 原著論文8: Nonaka M, Amakasu K, Ogawa K, et al.; Non-neoplastic lesions found only in the two-year bioassays but not in shorter toxicity studies of rats. ; Regul Toxicol Pharmacol. , 86 , 199-204 (2017); doi.org/10.1016/j.yrtph.2017.03.008
• 原著論文9: Hirata T, Cho YM, Ogawa K, et al.; Lack of in vivo mutagenicity of 1,2-dichloropropane and dichloromethane in the livers of gpt delta rats administered singly or in combination.; J Appl Toxicol. , 37 (6) , 683-691 (2017); dos:10.1002/jat/3416.
• 原著論文10: Cho YM, Hasumura M, Ogawa K, et al.; Horseradish extract promotes urinary bladder carcinogenesis when administered to F344 rats in drinking water.; J Appl Toxicol. , 37 (7) , 853-862 (2017); doi: 10.1002/jat.3434.
• 原著論文11: Yoshida I and Ibuki Y. ; Formaldehyde-induced histone H3 phosphorylation via JNK and the expression of proto-oncogenes.; Mutat Res. , 770 , 9-18 (2014); doi: 10.1016/j.mrfmmm.2014.09.003.
• 原著論文12: Zhao X, Toyota T, Ibuki Y, ret al.; γ-H2AX induced by linear alkylbenzene sulfonates is due to deoxyribonuclease-1 translocation to the nucleus via actin disruption.; Mutat Res. , 777 , 33-42 (2015); doi: 10.1016/j.mrfmmm.2015.04.006.
• 原著論文13: Ibuki Y, Shikata M, Toyooka T.; γ-H2AX is a sensitive marker of DNA damage induced by metabolically activated 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone.; Toxicol In Vitro. , 29 (7) , 1831-1838 (2015); doi: 10.1016/j.tiv.2015.07.023.
• 原著論文14: Zhao X, Yang G, Ibuki Y, et al.; New mechanism of γ-H2AX generation: Surfactant-induced actindisruption causes deoxyribonuclease I translocation to the nucleusand forms DNA double-strand breaks. ; Mutat Res. , 794 , 1-7 (2015); doi: 10.1016/j.mrgentox.2015.09.006.
• 原著論文15: Zhao X, Takabayashi F, Ibuki Y.; Coexposure to silver nanoparticles and ultraviolet A synergistically enhances the phosphorylation of histone H2AX. ; J Photochem Photobiol B. , 162 , 213-222 (2016); doi: 10.1016/j.jphotobiol.2016.06.046.

公開日・更新日

• 公開日: 2017-07-12
• 更新日: 2023-04-28

収支報告書

• 文献番号: 201624014Z
• 報告年月日: 2017年06月21日

収入

• (1)補助金交付額: 14,072,000円
• (2)補助金確定額: 14,072,000円
• 差引額 [(1)-(2)]: 0円

支出

研究費 (内訳)	直接研究費	物品費	8,320,924円
		人件費・謝金	985,605円
		旅費	861,552円
		その他	656,919円
	間接経費		3,247,000円
	合計		14,072,000円

備考

• 備考: -

公開日・更新日

• 公開日: 2017-07-12
• 更新日: -