フコイダンの抗がん作用：生体内および試験管内研究のレビュー

フコイダンの抗乳がん効果

Yamasakimiyamotoらは、MCF-7細胞に対するフコイダンのアポトーシス誘導効果を研究した。彼らは、フコイダンがクロマチン凝縮や核間DNAの断片化などを誘導することを発見した。研究では、フコイダンがカスパーゼ8依存性経路を介してMCF-7細胞のアポトーシスを誘導できることが示唆されている[ 60 ]。Vishchukらは、乳がんT-47D細胞株に対するフコイダンの影響を調べ、フコイダンはT-47D細胞の増殖を効果的に阻害し、マウス表皮細胞に対する毒性が非常に低いことを発見した[ 57 ]。Wilfredらは、ニュージーランドのUndaria pinnatifidaからのフコイダンでMCF-7細胞を処理したところ、フコイダンは腫瘍細胞の増殖を著しく抑制し、正常組織細胞に対する細胞毒性が極めて低いことがわかった[ 23 ]。さらに、科学者らは3-(4,5)-ジメチルチアゾ(-z-y1)-3,5-ジフェニルテトラゾリウムロミド(MTT)法を用いて、フコイダンが生存細胞の数を減らすことができることを確認した。MCF-7細胞はフローサイトメトリーで検出された。G1期停止は遺伝子発現の減少と関連していることが判明した。この研究の全体的な結果は、フコイダンがアポトーシス関連遺伝子発現と細胞周期を調節することにより、アポトーシスとG1期停止を誘導できることを示した[ 61 ]。フコイダンは、TGFβ受容体(TGFR)によって誘導されたEMTを効果的に逆転させることができる。また、上皮マーカーを上方制御し、間質マーカーを下方制御し、転写抑制因子Snail、Slug、Twistの発現を減少させ、それによってMDA-MB-231細胞の増殖を阻害し、その細胞コロニーの形成を減らすことができる。同グループによる4T1異種移植マウスへのフコイダン投与に関する生体内実験では、PBS溶液を注射した対照群と比較して、腫瘍容積が大幅に減少し、肺における転移性腫瘍結節の平均数も大幅に減少したことが示された。この研究は、フコイダンが4T1細胞の増殖と転移を効果的に防ぐことができることを証明した[ 27 ]（表2 ）。

フコイダンの抗肺がん効果

Dimitriらは、大西洋岸のBifurcaria bifurcataから抽出したフコイダンでヒト非小細胞気管支肺癌株（NSCLC-N6）を処理し、腫瘍細胞が不可逆的に阻害されることを発見しました[ 62 ]。Wilfredらは、ヒト肺癌A549細胞をフコイダンで処理し、腫瘍細胞の増殖を著しく阻害し、正常組織細胞に対する細胞毒性が低いことを発見しました[ 23 ]。その相対的な作用機序は同様の実験で解明されています。Hye-Jinらも、 Undaria pinnatifidaから抽出したフコイダンでA549細胞を処理しました。強力な抗増殖活性に加えて、フコイダンはp38ミトゲン活性化プロテインキナーゼ（p38 MAPK）とホスファチジルイノシトール3キナーゼ/プロテインキナーゼB（PI3K/Akt）をダウンレギュレーションし、A549細胞のアポトーシスを誘導する経路を制御することもわかっています[ 63 ]。Madhavaraniらは、 Turbinaria conoidesから精製されたフコイダンが、用量依存的にA549細胞の生存率を低下させることを実証しました。彼らはまた、それが非腫瘍形成性ヒト皮膚組織のケラチノサイト細胞株（HaCaT）に対して細胞毒性を示さないことを発見しました[ 55 ]。Huangらは、Vero正常腎上皮細胞とLewis肺癌細胞を異なる濃度のフコイダン溶液で培養しました。MTSアッセイでは、LLC細胞の増殖は用量依存的に有意に阻害されましたが、正常腎細胞では阻害されませんでした。

生体内実験では、フコイダンがC57BL/6マウスのウイルス症状を緩和し、ルイス肺がんを移植されたマウスの肺転移を阻害できることが示された[ 50 ]。別の研究では、Alekseyenkoらもルイス肺がん細胞を接種したC57BL/6マウスを使用して、シクロホスファミドとフコイダンの補助剤としての併用効果を調査し、フコイダンの反復注射によりシクロホスファミドの抗転移効果が増強されたが、抗腫瘍効果は増強されなかったことを示しました。シクロホスファミドの毒性効果は、25mg/kgのフコイダンの単回注射によって増強されます[ 24 ]。Hsien-Yehらは、連続療法（シスプラチンベース）におけるフコイダンの影響を研究しました。彼らは、フコイダンが切断カスパーゼ3とポリ（ADPリボース）ポリメラーゼ（PARP）の発現をアップレギュレーションすることでアポトーシス反応を誘導することを実証した。LLC-1細胞を移植したC57マウスでの研究では、シスプラチンとフコイダンの併用は、それらを単独で使用した場合と比較して、腫瘍容積の抑制に効果的であることが明らかになった[ 22 ]。関連研究では、フコイダンがマウスの肉腫180細胞によって誘導される新生血管を抑制できることがわかっている[ 51 ]。この実験では、フコイダンが抗血管新生能を通じて効果的な抗腫瘍効果を発揮できることが実証された[ 24 ]（表3 ）。

フコイダンの抗肝癌効果

フコイダンは細胞周期を阻害し、癌細胞のアポトーシスを誘導することで抗腫瘍活性も発現する。ヒト肝癌SMMC-7721細胞をフコイダンで処理した後、細胞は顕著な成長阻害とアポトーシスを示した。ミトコンドリアの腫大、空胞化、クロマチン凝縮または周縁化、数の減少など、いくつかの典型的な特徴がある。この研究では、フコイダン誘導SMMC-7721細胞のアポトーシスはグルタチオン（GSH）消費の減少と関連していることも判明した。このプロセスは細胞内のROSレベルも上昇させ、ミトコンドリアの超微細構造を損傷し、ミトコンドリア膜電位を脱分極させた。これらの証拠は、フコイダンがROS媒介ミトコンドリア経路を介してヒト肝細胞癌SMMC-7721細胞のアポトーシスを誘導できることを示唆している[ 64 ]。別の実験では、科学者らはフコイダンのマイクロRNA発現に対する効果を研究し、ヒトHCC細胞におけるマイクロRNA-29b（miR-29b）を著しくアップレギュレーションすることを発見した。miR-29bの誘導は、その下流標的DNAメチルトランスフェラーゼ3B（DNMT3B）の阻害と用量依存的な関係にあった。DNMT3Bによって阻害された腫瘍転移抑制遺伝子1（MTSS1）のメッセンジャーRNAとタンパク質レベルは、フコイダンによる治療後に著しく上昇した。さらに、フコイダンは肝細胞癌細胞における形質転換成長因子（TGF）受容体とSMADシグナルもダウンレギュレーションした。これらの効果は細胞外マトリックスの分解を阻害し、HCC細胞の浸潤活性を低下させる可能性がある[ 35 ]。 BEL-7402およびLM3細胞株をフコイダンで処理した結果、フコイダンの細胞増殖抑制作用はp38MAPK/ERK経路を介していることが示された。フコイダンはPI3Kの活性化を阻害し、ERKの阻害とMAPKの活性化につながる。Bcl-2とBaxの比率が減少し、ミトコンドリア機能不全を引き起こした。その後、カスパーゼの放出が増加し、アポトーシスを引き起こした（図3 ）[ 65 ]。

図3

フコイダンの抗腫瘍活性の分子メカニズム[ 65 ]

腫瘍の転移は、がん患者の死亡の重要な原因の1つです。血液転移とリンパ転移は、がん細胞が遠隔転移を形成する主な方法です。これは、多くの遺伝子を伴う複雑な生物学的プロセスです。転移のプロセスは、成長、浸潤、血液循環、リンパ転移などの観点から、がん細胞の生物学的活動にも関連しています。 Choらは、フコイダンの抗転移効果と転移を制御する重要なシグナルの役割を発見しました。 両方の実験は、N-myc下流調節遺伝子1（NDRG-1）依存性因子ID-1を阻害することにより、肝臓がん細胞の浸潤を止めることができることを証明しました[ 66 ]。 さらに、フコイダンは、細胞外シグナル調節キナーゼ2/1（p42/44 mapk）を介してNDRG-1 / CAP43を上方制御することにより、肝癌細胞の浸潤を阻害しました。また、フコイダンは常酸素状態でp42/44 mapk媒介液性膜タンパク質1（1VMP-1）の発現をアップレギュレーションすることにより、生体内での肝癌細胞の転移を減少させることが解明され、また、カスパーゼ-8、カスパーゼ-7の阻害およびFas関連死ドメインの活性化を介して、胆汁酸によって誘導される肝細胞のアポトーシスを減少させることも明らかになった。フコイダンがMH134細胞の肝転移モデルで抗転移活性を有するかどうかを調べるために、Yuriらは、フコイダンを投与されたマウスの肝転移巣の数は対照群よりも大幅に少なく、肝転移の最大直径の合計は対照群よりも低いことを発見した[ 25 ]（表4 ）。

フコイダンの抗白血病効果

フコイダンの抗白血病効果に関するいくつかの研究では、良い結果が得られています。Jinらは、フコイダン媒介アポトーシスのシグナル伝達経路を研究しました。HL-60細胞のフコイダン処理は、カスパーゼ3、8、9の活性化、およびミトコンドリア膜透過性の変化を誘発することができました[ 67 ]。同じ研究結果が他の実験にも反映されています。Hyunらは、アポトーシスの増加は、カスパーゼ加水分解酵素、Bidの切断、アポトーシス前のミトコンドリアへのBaxの挿入、ミトコンドリアから細胞質へのシトクロムcの放出、およびU937細胞におけるミトコンドリア膜電位の喪失に関連していることを発見しました。彼らはまた、カスパーゼ阻害剤がフコイダンによって誘発されたアポトーシスを阻害することを発見し、アポトーシスはカスパーゼ活性化に依存することを示しました。さらに、フコイダンはp38ミトゲン活性化プロテインキナーゼ（MAPK）とp38 MAPK阻害剤を効果的に活性化することができ、Bax転座とカスパーゼ活性を阻害することによってフコイダン誘導性アポトーシスに大きく対抗することから、p38 MAPKの活性化はフコイダン誘導性アポトーシスに重要な役割を果たす可能性があることが示唆されている。Hyunらはまた、フコイダンがU937細胞におけるBcl-2の過剰発現を著しく減弱させることを発見した[ 68 ]。そのため、彼らはp38 MAPKとBcl-2の生物学的機能の一部をフコイダン誘導性アポトーシスを抑制する能力に帰属させようとした。Farzanehらは、ヒト急性骨髄性白血病細胞に対するフコイダンの細胞毒性と抗腫瘍活性を調査した。結果は、フコイダンが内因性および外因性の経路によってNB4およびHL60の増殖を阻害し、アポトーシスを誘導することを明らかにした。NB4細胞では、アポトーシスはカスパーゼの影響を受け、汎カスパーゼ阻害剤による前処理はアポトーシスを大幅に減衰させることができる。P21、WAF1、およびCIP1の有意な上方制御は、細胞周期停止をもたらした。NB4移植マウスに対するフコイダンの研究に基づいて、研究者らは腫瘍サイズ、細胞傷害活性、およびNK細胞に焦点を当て、フコイダンが異種移植腫瘍の成長を大幅に遅らせ、NK細胞の細胞傷害活性を高めることを発見した。これらの結果は、フコイダンがいくつかのタイプの白血病の治療に有用な薬剤になり得ることを示した[ 53 ]。

Yangらは、びまん性大細胞型B細胞リンパ腫（DL-BCL）細胞におけるフコイダンの抗腫瘍活性をin vivoおよびin vitroで研究した。その結果、フコイダンはG0/G1細胞周期停止を引き起こし、リンパ腫細胞におけるMMPの減少も引き起こし、シトクロムcとアポトーシス誘導因子がミトコンドリアから細胞質に放出され、リンパ腫細胞のアポトーシスを誘導することが示された[ 69 ]。科学者らは、マウスA20白血病細胞の腫瘍増殖に対するフコイダンを研究し、T細胞受容体トランスジェニック（DO-11-10-Tg）マウスにおけるT細胞介在性免疫応答に対する効果も研究した。食物にフコイダンを添加したマウスでは、リンパ腫細胞のトランスフェクションを阻害するオボアルブミンの溶解活性が増強され、NK細胞の殺傷効果も有意に増強された[ 70 ]（表5 ）。

フコイダンの抗膀胱がん効果

2014年、Hyeらはフコイダンが膀胱がん細胞の増殖に与える影響を初めて報告しました。その結果、フコイダンはG1細胞周期停止を誘導することでT24細胞の生存率を低下させることがわかりました。また、フコイダンによって引き起こされるこの停止は、CDK阻害剤の発現増加とpRBの脱リン酸化に関連していることもわかりました。この研究では、MMPの喪失とミトコンドリアから細胞質へのシトクロムcの放出も発見されました。フコイダン処理後のミトコンドリア機能不全とBax/Bcl-2発現比の増加が確認されました。フコイダンによって引き起こされるアポトーシスは、Fasの上方制御、Bidの切断、およびカスパーゼ8の連続活性化とも組み合わされていました。さらに、フコイダンはカスパーゼ9/3の活性化を大幅に増加させ、PARPの分解とIAPの発現を減少させました。これらの観察は、フコイダンがT24細胞におけるカスパーゼ依存性の内因性および外因性アポトーシス経路間の相互作用の重要なメディエーターであることを示唆している[ 40 ]。科学者らはヒト膀胱癌細胞5637をフコイダンで処理し、フコイダンが腫瘍の増殖を抑制し、サイクリン依存性キナーゼ阻害剤1（p21WAF1）の発現を促進し、サイクリンおよびサイクリン依存性キナーゼの発現を阻害することが明らかになった。フコイダンによる治療は膀胱癌細胞の転移および感染を阻害できることも判明している。同様の結果がT24細胞でも確認された[ 71 ]。Han et al.フコイダン誘発性のヒト膀胱癌細胞5637のアポトーシスは、Bax/Bcl-2比の増加、ミトコンドリア膜の構造破壊、シトクロムCの放出に関連していると報告されています。同じ実験条件下で、科学者らは、フコイダンがヒトテロメラーゼ逆転写酵素（hTERT）、プロトオンコゲン転写因子（c-myc）、刺激タンパク質1（Sp1）の発現を低下させることを発見しました。彼らはまた、フコイダンがPI3K/Aktシグナル伝達経路の活性化を阻害することによってアポトーシスを促進し、テロメラーゼ活性を低下させることを発見しました。実験データは、フコイダン誘発性のアポトーシスとテロメラーゼ活性の阻害が、活性酸素種に依存するPI3K/Akt経路の不活性化によって媒介されることを示しました[ 72 ]。

Meng-Chuanらは、低分子量フコイダン（LMWF）が、低酸素刺激性H ₂ O ₂の形成、低酸素誘導因子-1の蓄積、転写活性血管内皮増殖因子の分泌、および低酸素性ヒト膀胱癌細胞T24の移動と浸潤を阻害できることを発見しました。また、T24細胞におけるPI3K / AKT / mTOR / p70S6K / 4EBP-1シグナル伝達の低酸素活性化リン酸化も阻害しました[ 73 ]。