【目次】
【早期診断の今日的課題】
オンコロジーの領域では、腫瘍の発見時期が予後に大きく影響し、早期に見つける程予後が良好である事は、誰もが認めるところである。がんの種類によって早期診断の難易度は異なるが、一般には乳がんへのアプローチが進んでいると考えられる。乳がん遺伝子BRCA1/2を持つ場合は発症率が高いと言われ、乳がんの罹患率の高い欧米諸国では、女優のアンジェリーナ・ジョリーが予防的乳房切除を受けたように過剰とも思われる予防措置も現実になっている。
これは、予防医学的に有効な早期診断の実際的な方策が十分に現実化されておらず、がんによる死亡率が一向に低下しない状況において、表面化してきた今日的課題であろう。
【スクリーニングの問題点】
乳がんにおいてマンモグラフィーによるスクリーニング検診は一世を風靡した感があったが、昨今は状況が変化してきている。2009年、USPSTF（米国予防医療専門委員会）はマンモグラフィー検診について「SCREENING FOR BREAST CANCER USING FILM MAMMOGRAPHY」という勧告書を発表し、血縁者に乳癌患者がいない40〜49歳の女性はマンモグラフィー検診の利点と危険性について主治医と話し合ったうえで個々に受診するかどうか判断すべきであるとした。
これは、40代女性では検診の偽陽性率が高く不要な過剰検査（各種X線診断による被曝や針生検）を低減させるためである。 つまり今日的課題の解決には、侵襲性が低く、多くの対象者が簡便に受ける事ができるスクリーニング検診の開発が待たれているという事である。
【呼気分析と簡便さ】
オーストラリア・クイーンズランド州にあるPrince Charles HospitalのDr. Annette Dent等の研究チームは2013年10月、Journal of Thoracic Diseases誌において、「Exhaled Breath Analysis for Lung Cancer」と題した肺がん検診に呼気分析を適用するレビューを発表し、新たな診断領域への提言を行っている。
古くはローマ時代から呼気の臭いは隠れた疾患のマーカーとして認識されており、例えば重い糖尿病では甘いアセトン臭、肝臓疾患においては魚類の臭い、腎臓疾患では尿様の臭いがする。
Annette博士は、「肺がんの確定診断では、Bronchoscopy（気管支鏡検査）や針生検のようなリスクの高い方法が標準化されているので、広範なスクリーニング検診の妨げとなっています。」と指摘し、更に、「代謝サイクルのエンドポイントとしての揮発性成分と不揮発性成分との分析を呼気をサンプルとして行うことは、呼気凝縮物から遺伝子変異やDNA異常が解析できる事も加味すれば、その簡便さも考慮すれば大変意味ある事だと考えられます」と論じている。
【呼気分析総説】
呼気分析が一躍注目を集めるようになったきっかけは、米国Pine Street FoundationのMcCulloch M等が2006年3月にIntegrative Cancer Therapies誌に発表した犬による呼気分析の報告である。これは、訓練された犬に、早期から末期までの乳がんや肺がん患者の呼気を嗅がせることによって、100％の感度で患者を同定出来るという内容であった。呼気の分析について最初に見受けられた文献は、スタンフォード大学化学科のPauling L博士らが1971年10月にPros Natl Acad Sci 誌に発表した、呼気や尿中揮発分子をガスクロマトグラフィ（GC）によって解析した報告である。
その後多くの検討がなされているが、分析方法の主たる技術はGCとGC-MSが圧倒的に多く、対象となる疾患は肺がん、乳がん、肺線維症、COPD、喘息、大腸がん、前立腺がん等が目立つ。分子マーカーではC1-C4ケトン類、C1-C9アルコールや脂肪酸類等が主たるマルチマーカーとして議論されている。
現行の検査薬の主流である、抗原抗体反応を利用するELISA法やECI法と比較して、上記の方法の特徴は、対象とする分子マーカーが複数であり、総量や組み合わせや統計的評価によって閾値を求めていく事であろう。
これら以外では、電子鼻（Electric Nose）と呼称されるQuartz Microbalance法やCyranose320による揮発性分の分析も行われる。Cyranose320はポータブルであることが特長であり、32種のカーボンポリマー表面に揮発性分が吸着することによって生じる電気抵抗値の違いをセンサーとして使用する。適用疾患はほとんどが肺がんに限られているが、COPD患者との識別をユニークな機能としてアピールするケースが多い。
【呼気分析による乳がんのスクリーニング例】
2014年3月、NJ州Breath Research LabのDr. Michael Phillips等の研究チームは、乳がん診断とマンモグラフ異常診断とを呼気をサンプルとして行う方法を、PLOS ONE誌に報告した。これは、POCとして6分間で行う画期的方法であり、呼気を簡便な前処理を行った後GCで分離しSAW（Surface Acoustic Wave Detector）検出器にて分析する。マンモグラフィーにて異常所見がなされた37人、正常であった93人、針生検にて乳がんが確定した35人、乳がんではなかった79人、合計244人をケースとした臨床研究であった。
同グループは呼気解析では世界的に有名な研究チームであり、2010年にも検出器に質量分析を用いたGC-MSによる同様の研究を行っており、その際にはマルチマーカーとして、がん細胞膜由来と考えられるTridecane、Tetradecane、Dodecane、2,7,10-Trimethyl等の代謝成分類と、由来不明のベンゼン化合物類を採用している。今回の報告ではGC-SAWであってもGC-MSと同様の解析精度得られた為、最新の知見として報告された。バイオマーカーについては個々の分子を特定せず、Multiple Monte Carloシミュレーション法とWDA法（Weighted Digital Analysis）を採用している点がユニークである。
呼気中成分が有効なマーカーである機序として、ガン化によって生じた間質線維芽細胞のフェノタイプが過酸化水素や強い酸化物質を分泌し酸化ストレスを上昇させ、細胞膜中の不飽和脂肪酸類が過酸化作用を受けることが想定される。乳がんの例では、アロマターゼを含むいくつかのチトクロームp450酵素ファミリーの活性化と関連し、エストラジオールが濃縮され、悪性化した上皮細胞のER-αレセプターを介してがん遺伝子の活性化が進む。それによって脂肪酸類の分解が促進され代謝物の特徴的な増加が観察されると考えられる。
Michael博士は「私たちの目的は、マンモグラフィーを不必要とされる年代が、それ以外の簡便で侵襲性が低く、且つ精度の高い本法を診断法として行うことができれば、新たな検査法の確立となると思います。」と述べる。
【マルチプレックス解析の重要性】
マルチプレックス解析の可否がこれからの重要なキーワードとなると思われる。これは既に製薬業界においてADMEスクリーニングにLC-MSMSが多用されている理由と同様で「同時に複数成分を同定出来る事」である。また、個々の成分の感度・特異性が低くても、複数を生物統計学的に評価すれば唯一無二の特性が浮かび上がる事も、マルチプレックスの評価されるべき特長である。
創薬現場の課題は、評価するには膨大になりすぎたライブラリーの扱いであり、物性の明確な既存の候補化合物を「再利用」する戦略が重視されてきている。「Repositioning」と称される新たな創薬領域においては、患者個々人の特質に応じた最適な治療法を適用するためのコンパニオン医薬の開発が急務となっている。その為には標的分子の正確な分子同定とファミリーや代謝物の動態追跡等が必須となってくる。
活性成分の振る舞いの結果としての現象を解りやすく生物学的に表現するのが抗原抗体法であるが、千差万別の「振る舞い」を個々に同定するためには分子生物学的手法が必須となり、その最たる技術が質料分析法であると言っても過言ではないであろう。
バイオアソシエイツ株式会社 2014.08.19
