5 定期的な運動は、PTEN 欠損肝細胞マウスにおける肝細胞癌の発生を、脂肪肝の改善とは別の機序で減少させる Regular exercise decreases liver tumors development in hepatocyte-specific PTEN-deficient mice independently of steatosis J Hepatol 2015; 62; 1296–1303 研究の背景と目的 10 不健康なライフスタイルは非アルコール性脂肪性肝炎（NASH）の素因となり、さらに肝細胞癌（HCC）が発生することがある。定期的な運動によって NASH の病変は改善するが、肝細胞癌の発症リスクまで低下するかは判っていない。そこで我々は、定期的に運動することで肝細胞癌の発生が抑制されるかどうか、検討した。材料は PTEN#1を肝細胞特異的に欠損させた雄のマウス（AlbCrePtenflox/flox）である。このマウスは自然に脂肪性肝炎と肝細胞癌を発症する。 15 方法マウスには規格化された 10％脂肪食を与え、運動(+)群と運動(-)群にランダムに分けた。運動(+)群は 32 週間、60 分/日、5 日/週、電動トレッドミルを走らせた。 20 25 結果 15mm3 以上の大きさの肝細胞癌が生じたのは、運動(-)群の 100％に対して、32 週間の定期的な運動(+)群は 71％だった。個体あたりの癌の平均個数だけでなく、癌の総体積も、運動によって減少した。運動によって、癌細胞の増殖も低下した。脂肪肝の程度や非アルコール性脂肪性肝疾患の活動性スコア（NAS#2）は、運動の影響を受けなかった。この結果の機序として、運動が AMPK#3およびその基質である raptor のリン酸化を刺激し、それが mTOR#4のキナーゼ活性を低下させた、と考えられた。結論 30 今回の研究から、NASH の実験モデルにおける肝細胞癌の発生に、定期的な運動は有益な予防効果を示すと考えられた。これは、肝細胞癌の予防のために、患者に運動を増やすように指導する、理論的根拠になる。 #1 phosphatase and tensin homolog #2 Nonalcoholic fatty liver disease Activity Score #3 AMP-activated protein kinase #4 mammalian target of rapamycin 1 解説 5 10 15 20 25 30 運動することで、癌の発生率、また癌に罹患した時の生存率が改善することは、これまでにも判っていた。乳癌および結腸癌の 5％から 12％に運動不足が関与していることが、最近実証された。さらに乳癌患者において、運動が再発および死亡のリスクを低減することが示された。結腸・直腸癌の患者においても同様に、運動によって再発リスクが低減し、生存率が改善することが観察された。肝細胞癌と運動に関する研究は少ないが、ある研究によると、低強度の運動で肝細胞癌発生のリスクが減少し、強い運動ではさらにそのリスクが低下すると報告された。今回我々が用意した雄の AlbCrePtenflox/flox マウスは、肝細胞が Pten を欠損しており、mTOR が過剰に活性化することで、NASH を発症して肝細胞癌が発生する特徴がある。実験では運動(+)群マウスの癌の個数と大きさが減少することが観察された。つまり、運動は NAFLD#5モデルにおける肝発癌過程の進行を遅らせる効果を示した。定期的な運動により運動(+)群マウス群の代謝や生理学的な指標は僅かに改善したが、脂肪肝や NASH が組織学的に改善した訳ではない。運動による癌増殖抑制のメカニズムとして注目されるのは、NASH 改善効果ではなく、mTOR-Raptor の複雑な活性化経路を阻害するのがその 1 つだと考えられる。水泳が癌増殖の抑制に効果的なことは、すでにいくつかの研究で実証されている。運動は、例えば前立腺、乳房、腸など、他臓器の癌の自然経過に影響することも実証されている。肝臓は筋肉作業時における代謝需要に非常に敏感であり、短時間の運動でも、肝臓の AMPK 活性が亢進することが実証されている。AMPK-mTORC1 シグナル伝達経路#6は、肝発癌と増殖抑制に関与しており、mTORC1 シグナル伝達経路の抑制により細胞周期停止およびアポトーシスが誘導される。AMPK は癌抑制遺伝子である TSC2#7を直接リン酸化して、Rheb#8に対する TSC2 の GTPase 活性を増強し、 Rheb を不活性化して mTORC1#6 シグナルを抑制する。更に AMPK は、mTORC1 の成分である raptor を直接リン酸化し#9、raptor の 14-3-3 結合を誘導して mTORC1 活性を阻害し、細胞周期の停止をもたらす。今回の研究では、運動後すぐに AMPK 活性が亢進し、raptor の AMPK 標的部位#3 がリン酸化されて、mTORC1 活性が低下した。この mTORC1 活性の低下は、下流の S6 リボソームタンパク質のリン酸化の #5 #6 #7 #8 #9 Nonalcoholic fatty liver disease mTORC1: mammalian target ofrapamycin complex 1 tuberous sclerosis complex 2。Thr1227 および Ser345 で作用する。 Ras homolog enriched in brain Ser722 および Ser792 2 5 10 15 20 25 30 減少によって確認された。これらのデータは、メトホルミン等#10が AMPK シグナル伝達を薬理学的に活性化して、細胞周期の停止と細胞増殖の減少を起こし、癌細胞の増殖を抑制した、他の癌モデルにおける以前の研究結果とも合致する。これらの研究のいずれにおいても、細胞周期の停止は p21 の細胞周期阻害因子の発現増加と関連していた。また Ddit4#11の発現も運動直後に増加した。Ddit4 は REDD1#12としても知られている mTORC1 シグナル伝達の負の調節因子であり、低酸素、DNA 損傷、酸化的ストレスなど、多くのストレスに応答して誘導される。mTORC1 は細胞周期停止とアポトーシスに関与する他に、オートファジーの調節にも重要な複合体である。mTORC1 が活性化するとオートファジーが阻害される。AMPK の活性化は mTORC1 活性を阻害してオートファジーを促進することにより、癌の成長を防止する。ただし、今回の AlbCrePtenflox/flox マウスで観察された運動の肝細胞癌抑制効果に、AMPKα の活性化と mTORC1 の阻害は関与したが、オートファジーは影響しなかった。運動中の筋肉からは数種類の myokines（筋肉分泌因子）が分泌され、色々な器官にパラクラインあるいは内分泌的に作用する。Myokines は肝臓および癌組織において観察された細胞増殖の低下に関係した可能性がある。実際、これらの myokines のいくつかは癌細胞の増殖を阻害することが示されており、運動により分泌される myokines が癌の防御に役立つと示唆される。また myokines は直接、肝臓に抗炎症性に作用し、これも癌防御に貢献している。定期的な運動が癌発生を抑制する効果は、脂肪肝や NASH の改善とは無関係であった。運動の終了直後から脂肪酸代謝の改善が見られたが、肝臓の中性脂肪含有量や脂肪性肝障害の長期的な改善は、今回の運動では見られなかった。脂肪肝スコアと NAS は運動前の値から変化しなかったが、Pten 遺伝子欠損によって引き起こされた脂肪肝と NASH を改善させるのに、今回の研究の運動強度では十分でなかった可能性がある。本研究のトレッドミル運動は最大有酸素能の 70％に相当し、血中の乳酸値は安静時の 1.5mM から運動 1 時間後の 3mM にわずかに増加した。これは運動強度としては、低ないし中等度と考えられた。ラット乳癌モデルでは、低強度の走行運動は発癌率に影響せず、強い運動強度において発癌率が低下した。ブドウ糖負荷試験や血糖値を測定して、運動の糖代謝に与える効果も調べた。運動によってマウスの体重はわずかに改善したが、糖代謝（耐糖能およびインスリン感受性）は改善しなかった。肝細胞癌の発生を予防するために、脂肪性肝疾患の患者に運動量を増やすように促すことは理にかなっている。しかしながら、脂肪性肝疾患の患者が、高強度の運動を定期的に継続することは容易ではない。 35 #10 ほかに AICAR（5-アミノイミダゾール-4-カルボキシアミドリボヌクレオチド）とフェンホルミン #11 DNA-damage-inducible transcript 4 #12 Regulated in development and DNA damage response 1 3 マウス NASH モデル運動群マウス安静群マウス NASH の発症 NASH の発症 mTORC1 阻害 Raptor リン酸化 mTORC1 阻害 mTORC1 阻害 mTORC1 阻害低酸素、DNA 損傷、ROS 運動群安静群 S6K リン酸化の低下 S6K リン酸化研究報告のサマリーレセプターチロシンキナーゼ肝細胞メトホルミン肝細胞のエネルギー状態細胞の生存、成長と増殖脂質、タンパク質、グリコーゲンの合成リボゾーム生合成ミトコンドリアにおける代謝癌化肝臓の mTOR 経路 4 インスリン正常因子成長因子受容体栄養素ストレス/低酸素タンパク合成代謝アクチン合成転写オートファジー細胞分裂と生存 5