JP7140820B2 - ヒスタミン産生細菌株及びがんにおけるそれらの使用 - Google Patents

ヒスタミン産生細菌株及びがんにおけるそれらの使用 Download PDF

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Description

ATCC PTA-6475 ATCC PTA-4659 DSMZ DSM 32273
本発明は、一般に、乳酸菌株、及び特にはヒスタミン産生乳酸菌株、並びに、例えば、がんにおけるそれらの使用に関する。
ヒスタミンが様々な正常及び悪性細胞の増殖を調節し得ることを示す初期的な証拠が集まっている。ヒスタミン受容体を伴う高いヒスタミン生合成及び含量が、メラノーマ、結腸がん及び乳がんを含む様々なヒトのがんにおいて報告されている。
結腸がん、直腸がん、又は腸がんとも呼ばれる結腸直腸がん(CRC)は、3番目に最も一般的ながんであり、がん関連死亡率の第3の主要原因である。結腸直腸発癌は、遺伝的要因及び環境的要因の両方に関連している。結腸直腸がんは、結腸及び/又は直腸におけるがんである。
ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)は、多様な鳥類及び哺乳動物の種の胃腸管において広く蔓延している腸管のファーミキューテス(Firmicute)及びプロバイオティックである。この生物は一般的に安全(GRAS)と認識され、且つ有益な微生物と考えられており、約20年間、プロバイオティックとして世界的に使用されている。L.ロイテリ(L. reuteri)は、様々なげっ歯類モデル内の腸上皮細胞、単球、及び腸の炎症における炎症促進性サイトカインを抑制することが報告されている。
WO2013/011137は、ヒスタミンを産生する特異的なプロバイオティック乳酸菌株の選択、及び哺乳動物についての有益な効果のためのそのような株の使用を開示する。選択された細菌株は、特に炎症状態の治療又は予防における使用のための、哺乳動物におけるヒスタミンの局所産生において使用され得る。
本発明は、結腸直腸がんを含むがんの治療の使用のためのヒスタミン産生細菌株を本明細書において開示する。
本発明者らは、ヒスタミン産生プロバイオティック細菌が、結腸直腸がんのHdc-/-における炎症関連CRCの頻度及び重症度を低減させることが可能であることを見出した。L.ロイテリATCC PTA-6475は、結腸直腸腫瘍又は結腸腫瘍の数及びサイズを有意に減少させた。一方、ヒスタミンを産生する活性を欠損しているL.ロイテリATCC PTA-6475の同質遺伝子的なhdcA突然変異体は、そのような効果を示さず、胃腸のマイクロバイオームにおける細菌性hdcA遺伝子の重要な役割及び結腸直腸腫瘍形成の抑制のためのヒスタミン産生を示した。
従って、本実施形態の態様は、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のためのヒスタミン産生乳酸菌株に関する。
本実施形態の別の態様は、放射線療法及び化学療法からなる群から選択されるがん治療におけるアジュバントとしての使用のためのヒスタミン産生乳酸菌株に関する。
本実施形態のさらなる態様は、放射線療法及び化学療法からなる群から選択されるがん治療に関連する胃腸障害の予防、阻害又は治療における使用のためのヒスタミン産生乳酸菌株に関する。
本実施形態の別の態様は、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株の選択方法に関する。本方法は、活性ヒスチジンオペロンの存在について乳酸菌をスクリーニングすることを含む。本方法はまた、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミンを産生することが可能な乳酸菌株として同定された、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択することを含む。
本実施形態のさらなる態様は、がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択する方法に関する。本方法は、乳酸菌を活性ヒスチジンオペロンの存在について、及びジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生する能力についてもスクリーニングすることを含む。本方法はまた、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミン及びDagKを産生することが可能な乳酸菌株として同定された、がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択することを含む。
本実施形態のさらなる態様は、炎症状態の予防、阻害又は治療における使用のための乳酸菌株を選択する方法に関する。本方法は、活性ヒスチジンオペロンの存在及びDagKを産生する能力について乳酸菌をスクリーニングすることを含む。本方法はまた、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミン及びDagKを産生することができる乳酸菌株として同定された、炎症状態の予防、阻害又は治療における使用のための乳酸菌株を選択することも含む。
本実施形態のさらなる態様は、薬剤としての使用、特にがんの予防、阻害、治療若しくは再発の危険性の低減における使用のための、又は炎症状態の予防、阻害、若しくは治療における使用のための、新しいL.ロイテリ株ラクトバチルス・ロイテリDSM 32273、L.ロイテリDSM 32273株などに関する。
本発明のさらなる目的は、男性結腸直腸がんの治療のための薬剤の製造のためのヒスタミン産生細菌株の使用を提供することである。
本発明のさらなる目的は、有効量の前記細菌株及び薬学的に許容されるビヒクルを含む男性結腸直腸がんを治療するための組成物を提供することである。
野生型L.ロイテリATCC PTA-6475はインビボでAOM/DSS誘導性結腸がんを減弱するが、hdcA突然変異株では減弱しないことを示す図である。(A)マウス実験のタイムライン。11週齢のHdc-/-BALB/cマウスを、陰性対照群、陽性対照群、L.ロイテリATCC PTA-6475処置群及びL.ロイテリhdcA突然変異処置群を含む4つの群に無作為に分けた。L.ロイテリATCC PTA-6475処置群又はhdcA突然変異体処置群のマウスに、それぞれ5×10CFUの野生型L.ロイテリATCC PTA-6475又は同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA変異株を、0.2mlのMRS中で、経口胃での強制投与により、1日1回、7日間、及びその後3日間に1回、与えた。陰性及び陽性対照群のマウスには、豊富な微生物培地(MRS)のみを与えた。12週齢で、これらのマウスに腹腔内注射により1用量のAOM(12.5mg/kg)で負荷をかけ、その後、2サイクルの飲料水中の2%DSS処置を6日間行い、DSS投与期の間は、飲料水のみ2週間の回復期間を置いた。陰性対照群のマウスには、AOM及びDSSの代わりに1用量のPBS及び飲料水のみを与えた。マウスを27週齢で犠牲にし、結腸発癌を各群で評価した。 野生型L.ロイテリATCC PTA-6475はインビボでAOM/DSS誘導性結腸がんを減弱するが、hdcA突然変異株では減弱しないことを示す図である。(B)陰性対照群(MRS/PBS-H2O)、陽性対照群(MRS/AOM-DSS)、L.ロイテリATCC PTA-6475処置群(L.ロイテリ6475/AOM-DSS)及び同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体処置群(hdcA突然変異体/AOM-DSS)におけるマウスの代表的な結腸画像。 野生型L.ロイテリATCC PTA-6475はインビボでAOM/DSS誘導性結腸がんを減弱するが、hdcA突然変異株では減弱しないことを示す図である。(C)上述の各群のマウス由来の大きい(>3mm)及び小さい(<3mm)結腸腫瘍の両方の数値。データは、メジアン値並びに10及び90パーセンタイルを示すボックス及びウィスカープロットとして提示される(**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=8~10)。 野生型L.ロイテリATCC PTA-6475はインビボでAOM/DSS誘導性結腸がんを減弱するが、hdcA突然変異株では減弱しないことを示す図である。(D)陰性対照群(MRS/PBS-HO)、陽性対照群(MRS/AOM-DSS)、野生型L.ロイテリATCC PTA-6475処置群(L.ロイテリ6475/AOM-DSS)及び同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体処置群(hdcA突然変異体/AOM-DSS)におけるマウスの代表的な顕微鏡結腸画像(H&E染色させた)。 PET画像化による結腸腫瘍形成減弱の検出を示す図である。(A)PET画像化の手順。 PET画像化による結腸腫瘍形成減弱の検出を示す図である。(B)各群のPET/CTスキャンによって画像取り込みされた代表的なマウスの画像。コードバーは、FDG信号強度を表す。 PET画像化による結腸腫瘍形成減弱の検出を示す図である。(C)各群のSUVを用いた全マウス結腸におけるFDG信号の定量化によって、L.ロイテリATCC PTA-6475の投与によりマウス結腸におけるFDG強度がMRS培地対照と比較して有意に減少したが、同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体はそのような効果を欠いていた(盲検的に解析された)ことが示された。散布図としてデータを提示する(P<0.05、各群についてn=6)。 ネズミ血漿中のサイトカイン産生は、L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により影響を受けることを示す図である。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により、雄のHdc-/-マウス血漿における炎症促進性サイトカインKC(A)、IL-22(B)及びIL-6(C)産生がルミネックスアッセイによって決定されたタンパク質レベルで有意に減少した一方で、ヒスタミン産生能を欠く同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、そのような効果を示さなかった。散布図としてデータを提示する(P<0.05、**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=8~10)。 ネズミ血漿中のサイトカイン産生は、L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により影響を受けることを示す図である。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により、雄のHdc-/-マウス血漿における炎症促進性サイトカインKC(A)、IL-22(B)及びIL-6(C)産生がルミネックスアッセイによって決定されたタンパク質レベルで有意に減少した一方で、ヒスタミン産生能を欠く同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、そのような効果を示さなかった。散布図としてデータを提示する(P<0.05、**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=8~10)。 ネズミ血漿中のサイトカイン産生は、L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により影響を受けることを示す図である。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により、雄のHdc-/-マウス血漿における炎症促進性サイトカインKC(A)、IL-22(B)及びIL-6(C)産生がルミネックスアッセイによって決定されたタンパク質レベルで有意に減少した一方で、ヒスタミン産生能を欠く同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、そのような効果を示さなかった。散布図としてデータを提示する(P<0.05、**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=8~10)。 L.ロイテリATCC PTA-6475の投与は、結腸におけるサイトカイン遺伝子発現に影響を及ぼすことを示す図である。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により、雄のHdc-/-マウス結腸粘膜における炎症促進性サイトカインKC(A)、IL-22(B)、IL-6(C)、TNF(D)及びIL-1α(E)遺伝子発現がRT-qPCRによって決定されたmRNAレベルで有意に減少した一方で、ヒスタミン産生能を欠く同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、そのような効果を示さなかった。散布図としてデータを提示する(P<0.05、**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=5~6)。 L.ロイテリATCC PTA-6475の投与は、結腸におけるサイトカイン遺伝子発現に影響を及ぼすことを示す図である。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により、雄のHdc-/-マウス結腸粘膜における炎症促進性サイトカインKC(A)、IL-22(B)、IL-6(C)、TNF(D)及びIL-1α(E)遺伝子発現がRT-qPCRによって決定されたmRNAレベルで有意に減少した一方で、ヒスタミン産生能を欠く同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、そのような効果を示さなかった。散布図としてデータを提示する(P<0.05、**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=5~6)。 L.ロイテリATCC PTA-6475の投与は、結腸におけるサイトカイン遺伝子発現に影響を及ぼすことを示す図である。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により、雄のHdc-/-マウス結腸粘膜における炎症促進性サイトカインKC(A)、IL-22(B)、IL-6(C)、TNF(D)及びIL-1α(E)遺伝子発現がRT-qPCRによって決定されたmRNAレベルで有意に減少した一方で、ヒスタミン産生能を欠く同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、そのような効果を示さなかった。散布図としてデータを提示する(P<0.05、**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=5~6)。 L.ロイテリATCC PTA-6475の投与は、結腸におけるサイトカイン遺伝子発現に影響を及ぼすことを示す図である。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により、雄のHdc-/-マウス結腸粘膜における炎症促進性サイトカインKC(A)、IL-22(B)、IL-6(C)、TNF(D)及びIL-1α(E)遺伝子発現がRT-qPCRによって決定されたmRNAレベルで有意に減少した一方で、ヒスタミン産生能を欠く同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、そのような効果を示さなかった。散布図としてデータを提示する(P<0.05、**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=5~6)。 L.ロイテリATCC PTA-6475の投与は、結腸におけるサイトカイン遺伝子発現に影響を及ぼすことを示す図である。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与により、雄のHdc-/-マウス結腸粘膜における炎症促進性サイトカインKC(A)、IL-22(B)、IL-6(C)、TNF(D)及びIL-1α(E)遺伝子発現がRT-qPCRによって決定されたmRNAレベルで有意に減少した一方で、ヒスタミン産生能を欠く同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、そのような効果を示さなかった。散布図としてデータを提示する(P<0.05、**P<0.01、***p<0.001、各群についてn=5~6)。 H2R発現はAOM/DSSの負荷によって低減し、L.ロイテリによって誘導されたことを示す図である。(A)H2R特異的抗体を用いた免疫組織化学研究によって、H2RがHdc-/-マウスの結腸で発現されたことが示された。AOM及びDSS処置は、健常対照と比較してH2Rの強度を低減し、L.ロイテリ投与はH2R発現を誘導した。 H2R発現はAOM/DSSの負荷によって低減し、L.ロイテリによって誘導されたことを示す図である。(B)Hdc-/-の雄マウスにおいて、結腸粘膜におけるH2R遺伝子の発現は、AOM/DSSの負荷又はL.ロイテリの投与によって有意に変化しなかった(各群についてn=5~6)。 L.ロイテリATCC PTA-6475の投与によって脾臓中のCD11bGr-1 IMCが減少したことを示す図である。AOM/DSS処置により、健常対照と比較して脾臓におけるCD11bGr-1 IMCの割合が有意に増加することが、Hdc-/-雄マウスの骨髄(A)及び脾臓(B)サンプルから取得したフローサイトメトリー解析により示された。AOM/DSSによって負荷をかけたマウスにおけるL.ロイテリATCC PTA-6475投与は、細菌を与えなかったマウスと比較して、脾臓におけるCD11bGr-1 IMCの割合を有意に減少させた(***p<0.001、平均±s.d.;各群についてn=3~4)。 L.ロイテリATCC PTA-6475の投与によって脾臓中のCD11bGr-1 IMCが減少したことを示す図である。AOM/DSS処置により、健常対照と比較して脾臓におけるCD11bGr-1 IMCの割合が有意に増加することが、Hdc-/-雄マウスの骨髄(A)及び脾臓(B)サンプルから取得したフローサイトメトリー解析により示された。AOM/DSSによって負荷をかけたマウスにおけるL.ロイテリATCC PTA-6475投与は、細菌を与えなかったマウスと比較して、脾臓におけるCD11bGr-1 IMCの割合を有意に減少させた(***p<0.001、平均±s.d.;各群についてn=3~4)。 L.ロイテリATCC PTA-6475はHdc-/-雌マウスにおいて大きな結腸腫瘍を減少させたことを示す図である。(A)陰性対照群(MRS/PBS-H2O)、陽性対照群(MRS/AOM-DSS)、L.ロイテリATCC PTA-6475処置群(L.ロイテリ6475/AOM-DSS)及びhdcA突然変異処置群(hdcA突然変異体/AOM-DSS)におけるマウスの代表的な結腸画像。 L.ロイテリATCC PTA-6475はHdc-/-雌マウスにおいて大きな結腸腫瘍を減少させたことを示す図である。(B)Hdc-/-雌マウスからの大きな(>3mm)結腸腫瘍の数は、L.ロイテリATCC PTA-6475投与によって有意に減少したが、Hdc-/-雌マウスからの小さい(<3mm)結腸腫瘍の数は、有意に変化しなかった。データは、メジアン値並びに10及び90パーセンタイルを示すボックス及びウィスカーとして提示される(P<0.05、***p<0.001、各群についてn=8~10)。 炎症関連性発癌のモデルにおけるL.ロイテリの機構を示す図である。炎症関連性発癌のマウスモデルにおけるL.ロイテリATCC PTA-6475のプロバイオシスの潜在的機構を模式的に図に示す。 L.ロイテリWT並びにhdcA突然変異ATCC PTA-6475及びATCC PTA-4659は、ジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を生産することを示す図である。各々の細菌の3、6、24及び48時間の培養液から、ハウスキーピング遺伝子rpoBに対すし正規化された相対的なmRNA標的遺伝子発現レベルを示す。各々の細菌の3時間の培養液から得られたmRNAを1.0に設定し、mRNAが相対的に何倍異なるかを同定するためのキャリブレーターとして使用した。 L.ロイテリDagKアミノ酸配列を示す図である。L.ロイテリDagKのアミノ酸配列(配列番号25)をトリプシン切断部位(縦線)と共に示す。太字のアミノ酸は、そのようなトリプシン処理の後に得られたペプチド配列を示す。黒色の棒は、LC-MS/MS実験で見出されたペプチド配列を示す。
本発明は、がん、特に、結腸直腸がんを含むがこれに限定されないヒスタミン依存性がん、において使用するためのプロバイオティックヒスタミン産生細菌株を開示する。本発明は、がんにおける使用のためのプロバイオティックヒスタミン産生細菌株の選択を開示する。選択されたヒスタミンを産生する細菌株は、ヒスタミン受容体アゴニストとしてのヒスタミンの局所送達のために使用され得る。
本発明の一実施形態は、ヒスタミンを産生することが可能な特定のプロバイオティック細菌を選択することである。これらの選択された細菌は、がん、特には、例えば結腸直腸がんのようなヒスタミン依存性がんの治療に使用することができる。
本発明の別の実施形態は、ヒスタミンを産生することが可能であり、ジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生及び分泌するなど、DagKを産生すること、又はDagKを少なくとも放出して細胞外効果を有することもまた可能な、特定のプロバイオティック細菌を選択することである。これらの選択された細菌は、がん、特には、例えば結腸直腸がんのようなヒスタミン依存性がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減において使用することができる。
本発明の別の実施形態は、ヒスタミンを産生することが可能で、DagKを産生することが可能な特定のプロバイオティック細菌を選択することである。これらの選択された細菌は、例えば結腸炎、炎症性腸疾患(IBD)、過敏性腸症候群(IBS)、憩室症、歯肉炎、乳腺炎又は膣炎などの炎症状態の予防、阻害又は治療において使用することができる。
本発明の別の実施形態において、選択された細菌株は、好ましくは男性がん患者に使用され、本発明のさらに別の実施形態においては、細菌株は、大きな結腸腫瘍又は直腸腫瘍を有する男性患者に使用される。
選択された細菌株は、古典的放射線療法又は化学療法のアジュバントとして使用することができる。
選択された細菌株はまた、がんの放射線療法又は化学療法に伴う下痢及び他の胃腸障害を最小限にするための生成物として使用することができ、同時にがんを軽減するためのそのような治療を改善するためのアジュバントとしても働く。
微生物由来のヒスタミンは、組織発現パターンが異なる特異的ヒスタミン受容体の活性化に依存して、宿主において様々な効果を生じ得る。特に、CRCについては、結腸直腸がんの10例の手術患者において摘出されたヒト腫瘍由来の検体において、顕著に増加したヒスチジン脱炭酸酵素(HDC)活性が見出され、結腸直腸腫瘍細胞の進行においてHDCの酵素活性が重要な役割を果たすことが示された(Garcia-Caballeroら、1988)。他方、HDCの欠乏は、CD11bGr-1 IMCの蓄積による炎症関連性CRCを促進することが示された(Yangら、2011)。H2Rについては、H2Rをそのアンタゴニストを介して阻害することにより、CRCを有する患者の生存率が増加した(Adams及びMorris、1994;Kellyら、1999)。
本発明者らは、アゾキシメタン/デキストラン硫酸ナトリウム(AOM/DSS)により誘導された炎症関連性結腸直腸がんモデルにおいて、結腸の巨視的及び顕微鏡的評価、並びに18F-FDG生体動物PET画像化によって評価した結腸腫瘍の数及びサイズの減少によって示されるように、L.ロイテリATCC PTA-6475のようなヒスタミン産生細菌が雄Hdc-/-マウスを防御したことを見出した。一方、本発明者らは、hdcA突然変異体の抗腫瘍形成効果の喪失によって示されるように、生物活性化合物としてヒスタミンを生成するために、酵素機構であるヒスチジン脱炭酸酵素が腸内マイクロバイオームに存在しなければならないことを見出した。ヒスタミン産生株の投与により炎症/腫瘍関連サイトカインが減少するが、非ヒスタミン産生株では減少しないことが、サイトカイン研究(血漿におけるタンパク質量及び結腸粘膜におけるmRNA量)により示されたが、これは表現型の観察と一致している。
本発明者らはまた、Hdc-/-マウスの結腸におけるH2R発現の潜在的変化を観察した。AOM及びDSSの処置は、健常対照と比較してH2Rの強度を低減させ、L.ロイテリ投与はH2R発現を誘導させた。この観察は、H2R発現と炎症又はCRCとの間の関連性を示唆した。結腸がん誘導のためにマウスをAOM/DSSで処置すると、H2R発現が低減する。L.ロイテリを投与すると、H2R発現が誘導された。hdcA突然変異体の投与はまた、AOM/DSSを受けたが細菌は存在しない陽性対照マウスと比較して、H2R発現の上昇を示した(L.ロイテリATCC PTA-6475群ほど高くはない)ことを考慮すると、L.ロイテリは、ヒスタミンに加えH2Rを誘導するかもしれないいくつかの物質を生産する可能性がある。
本発明の目的は、結腸直腸(結腸)がん、メラノーマ、乳がん、膵臓がんなどを含む、ヒスタミン依存性がんを治療及び予防するヒスタミンを産生する細菌である。
別の目的は、おそらく特定のヒスチジン源と共に送達される、ヒスタミン受容体アゴニストとしてのヒスタミンの局所送達のための特定の細菌を使用することである。
別の好ましい実施形態において、選択された細菌株は、特にがんに罹患している男性患者、特に結腸直腸がんにおいて使用される。
さらに別の実施形態において、選択された細菌株は、特に、大きな結腸腫瘍又は直腸腫瘍を有する男性患者について使用される。
別の実施形態において、ヒスタミン産生株は、古典的放射線療法又は化学療法のアジュバントとして使用される。
別の実施形態は、ヒスタミンを産生する株を含む製品であり、がんの放射線療法又は化学療法に伴う下痢及び他の胃腸障害を最小限に抑えると同時に、ヒスタミン依存性のがんを低減するためのそのような治療を改善するためのアジュバントとして働く。
Hdc-/-マウスにおけるAOM/DSSにより誘導された結腸直腸がんの別の特徴は、脾臓におけるCD11bGr-1 IMCの蓄積である。Hdc遺伝子発現が欠損しているがん保有マウスの脾臓において、CD11bGr-1 IMCの大量蓄積が見られる(Watanabeら、2008)(Yangら、2011)。本発明者らは、ヒスタミン産生細菌の投与がCD11bGr-1 IMCを低減することを見出し、外因性ヒスタミンがCD11bGr-1 IMCの分化を調節することを確認した。
これらの研究に基づいて、本発明者らは、炎症関連性発癌のマウスモデルにおけるL.ロイテリATCC PTA-6475のプロバイオシス(probiosis)の有望なメカニズムをまとめた(図8)。巨視的に観察される結腸腫瘍、遺伝子発現データによる結腸KC、IL-22、IL-6、TNF、及びIL-1αの増加した量、並びに血漿IL-6、IL-22及びKCの増加した量で示されるように、AOMの腹腔内注射、それに続く飲料水でのDSS処置は炎症関連性結腸がんを誘導した。マウスにヒスチジン含有飼料を与えた場合、経口胃での強制投与によりマウスに投与されたhdcL.ロイテリは、ヒスチジン脱炭酸酵素(HdcA)によりL-ヒスチジンをヒスタミンに変換し、ヒスタミンをヒスチジン/ヒスタミン・アンチポーター(HdcP)によって管腔に輸送した(Thomasら、2012)。L.ロイテリ由来のヒスタミンは、上皮細胞上のヒスタミンH2受容体(H2R)を活性化させ、結腸における抑制KC、IL-22、IL-6、TNF、及びIL-1α遺伝子発現、並びに血漿におけるIL-6、IL-22及びKC産生によって示されるように、抗腫瘍形成経路を誘発する。一方、L.ロイテリATCC PTA-6475投与は、脾臓におけるCD11bGr-1 IMCの相対的存在量を低減させ、CD11bGr-1 IMCの低減もまた潜在的な抗腫瘍形成効果に寄与した。
L.ロイテリATCC PTA-6475はインビボで結腸発癌を減弱するが、hdcA突然変異体は減弱させない
L.ロイテリATCC PTA-6475のコロニー形成が抗腫瘍形成の役割を果たすかどうかを調べるために、本発明者らはAOMプラスDSS処置を用いて、12週間のHdc-/- BALB/cマウスにおいて結腸炎関連結腸がんを誘導させた(図1A)。結腸腫瘍形成の重症度は、AOM注射後15週間で結腸腫瘍の数とサイズによって評価した。雄については、AOM及び2%DSSの代わりに緩衝食塩水(PBS)及び飲料水を与えた陰性対照マウスは、腫瘍を発症しなかった。AOM/DSSの負荷をかけ、MRS培地で強制投与した一方で、外因性細菌を与えなかった陽性対照マウスは、結腸腫瘍を発症した。L.ロイテリATCC PTA-6475を指数増殖期において投与すると、陽性対照群と比較して、結腸腫瘍の数及びサイズを顕著に低減した。しかし、hdcA突然変異体の投与はそのような効果を示さなかった(図1B~1C)。雌については、同様のパターンが観察された。陰性対照マウスは結腸腫瘍をもたらさず、陽性対照マウスは結腸腫瘍を発症した。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与は、陽性対照群と比較して大きな(>3mm)結腸腫瘍の数を顕著に低減したが、小さい(<3mm)腫瘍の数は低減しなかった。L.ロイテリのhdcA突然変異株の投与は、大きい又は小さい結腸直腸腫瘍の量を低減しなかった(図7)。
H&E染色による雄の結腸の組織学的解析により、野生型の、ヒスタミンを産生するL.ロイテリATCC PTA-6475の抗腫瘍形成効果が確認された。陰性対照マウスは予期される結腸の組織像を示した一方で、陽性対照マウスは広範な結腸腫瘍の証拠を示した。L.ロイテリATCC PTA-6475処置マウスは、陽性対照群と比較して、結腸腫瘍のサイズ及び数が低減したが、同質遺伝子的なL.ロイテリのhdcA突然変異株は、同様の効果をもたらさなかった(図1D)。
PETイメージングは、L.ロイテリATCC PTA-6475の抗腫瘍形成効果を支持した
結腸がんのAOM/DSS誘発マウスモデルにおけるL.ロイテリの抗腫瘍形成効果の可能性をさらに解析するために、臓器機能をトレースするための最も強力な非侵襲的診断ツールの1つであるPETイメージングを、犠牲にする前のマウスに適用した(図2A)。[18F]FDGをトレーサーとして使用したが、体内のその濃度はグルコースの取り込みとリン酸化の分布を反映している(Brewerら、2008)。結腸腫瘍形成の間、結腸における活性化リンパ球によるFDGの取り込みは、トレーサーシグナルの高い強度によって検出することができる。陰性対照マウスにおいて、FDGシグナルは、高いグルコースの取り込みと代謝が起こる「正常な」身体部位であると提案された領域であるマウスの膀胱及び上胸部で大部分検出された(Galitovskiyら、2013)。微量のFDGシグナルは、結腸領域で明らかであり、健康なマウスの結腸における低いグルコースの取り込みを示す(図2B~2C)。陽性対照マウスにおいては、結腸内にいくつかのホットスポットが観察され、全マウス結腸内のFDG強度は陰性対照群(図2B~2C)と比較して顕著に増加したが、これはAOMプラスDSS処置を受け、MRS培地で強制投与されたマウスの結腸において結腸腫瘍が検出されたこととグルコースの取り込みが増加したことを示す。L.ロイテリATCC PTA-6475処置マウスは、結腸内のホットスポットの数の低減、及び陽性対照と比較してFDG強度の顕著な低減を示し、L.ロイテリATCC PTA-6475の抗腫瘍形成効果を実証した。一方、同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、同様の効果をもたらさず、L.ロイテリATCC PTA-6475処置マウスと比較して、顕著に増加したFDG強度に加えて、結腸内のホットスポット数の増加を示した。これらの結果は、腸内マイクロバイオーム中の完全な細菌性ヒスチジン脱炭酸酵素遺伝子の欠損が、抗腫瘍形成効果の喪失をもたらすことを示しており、観察された結腸の数及びサイズと一致している。
マウス血漿における全身サイトカイン濃度はL.ロイテリの抗腫瘍形成効果と関連していた
特定の炎症促進性サイトカインは、腫瘍支持性の微小環境の形成を促進することによって結腸腫瘍形成の発達に寄与することが報告されている(Landskronら、2014)。ルミネックス・システム(Millipore、Billerica、MA、USA)を活用して、少ないサンプル体積(25μl)を使用した単一のマイクロプレートで分析物を多重化する(同時に測定する)ことができた。血漿中の16のサイトカイン(表1)のタンパク質レベルを、4つのサイトカイン多重化キットを使用して測定した。興味深いことに、本発明者らは、KC、IL-22及びIL-6を含む3つのサイトカインが同様のパターンを示すことを見出した(図3):雄のHdc-/-マウスにおけるAOM/DSS処置は、PBS/H2Oを与えた対照マウスと比較して、血漿中のこれらのサイトカインの生成を顕著に増加させた;L.ロイテリATCC PTA-6475投与は、これらのサイトカインの生成を顕著に減少させた一方で、ヒスタミン産生能力を欠損した同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、AOM/DSSで処置したHdc-/-雄マウスにおいてこれらのサイトカインを減少させなかった。
KCは、結腸がんの増殖、進行及び転移を促進することが報告されているIL-8と多くの機能的特性を共有している(Oquendoら、1989)(Leeら、2012)。IL-22はまた、胃がん細胞の浸潤(Fukuiら、2014;Jiら、2014)及び結腸がんの幹細胞性(Kryczekら、2014)を促進することが示された。IL-6は、結腸直腸がん発症の重要な調節因子とみなされており(Waldnerら、2012)、高いレベルの血漿IL-6は結腸がんを含む様々ながんにおける予後不良と相関している(Nagasakiら、2014)。これらの報告された証拠に基づくと、本発明者らの研究における異なるマウス群の血漿中のこれらのサイトカインの変化は、疾患表現型:AOM/DSSの負荷によるCRC誘導に関連するサイトカインの健常対照と比較しての増加、ヒスタミン産生L.ロイテリATCC PTA-6475投与によるCRCの減弱に関連するサイトカインの減少、及び非ヒスタミン産生hdcA突然変異体による抗腫瘍形成効果の欠損に関連するサイトカインの増加、と関連及び一致している。
結腸粘膜におけるサイトカイン遺伝子の発現はL.ロイテリの投与によって調節された
サイトカインとCRC重症度との間の関連性をさらに調査するために、血漿中の全身サイトカイン量の測定に加えて、GAPDHを内部標準として使用したRT-qPCRによる結腸粘膜サンプルにおける選択されたサイトカイン(表2)の遺伝子発現を解析した。AOM/DSSによる負荷は、炎症促進性サイトカインKC、IL-22、IL-6、TNF及びIL-1αの遺伝子発現を、健康な雄Hdc-/-マウス(図4)と比較して顕著に誘導した。AOM/DSSで負荷をかけたマウスのL.ロイテリATCC PTA-6475処置は、これらのサイトカインの相対的な遺伝子発現を顕著に低減した一方、ヒスタミン産生を欠いている同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体は、野生型細菌を強制投与したマウスと比較して、これらの炎症促進性サイトカインの増加した相対的遺伝子発現をもたらした。qPCRによる他のサイトカインmRNAの検出は、検出不能な結果(IL-17)であった、又は群(IL-12、IL-23及びIFN-γ)の間で有意差を生じなかった。
H2R発現はL.ロイテリの投与によって誘導された
ヒスタミン産生L.ロイテリATCC PTA-6475の投与は、雄のHdc-/-マウスにおいてAOM/DSSで誘導したCRCを減弱させた一方で、ヒスタミン非産生hdcA突然変異体はそのような効果を失っており、CRCの減弱における管腔内ヒスタミンの重要な役割を示している。しかし、ヒスタミンがその抗炎症作用及び抗発癌効果を発揮する可能性があるシグナル伝達経路は明らかではない。ヒスタミンは、4つのヒスタミン受容体(H1R、H2R、H3R及びH4R)を介して様々な病態生理学的機能を発揮する生体アミンであり(O’Mahonyら、2011)、H2R活性化は抗炎症効果と関連している(Freiら、2013;Jutelら、2001;O’Mahonyら、2011)。さらに、L.ロイテリATCC PTA-6475がH2Rの活性化によってTNBS誘導性結腸炎を減弱させることが本発明者らの以前の研究により示されている。従って、本発明者らの今回の研究においては、H2R特異的抗体を使用した免疫組織化学による雄Hdc-/-マウスの様々な群における相対的なH2R発現を調べた。H2R発現は、陰窩において比較的高い強度で、健康な雄Hdc-/-マウスの結腸で検出された(図5A)。興味深いことに、AOM/DSSによる負荷は、健常対照と比較して、結腸内のH2Rの相対強度を低減した。AOM/DSSで負荷をかけられたマウスにL.ロイテリATCC PTA-6475又は同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体を与えた場合、いかなる細菌も与えていない対照群と比較して、H2R発現の増加が観察された。L.ロイテリATCC PTA-6475の投与は最も高いH2R強度をもたらしたが、これは、H2R活性化が特定の腸内細菌によって誘発され、ヒスタミンがCRCの減弱において重要な役割を果たしていることを示唆している。H2Rの低減は、AOM/DSSにより負荷をかけたマウスにおけるCRCの発生と関連し、L.ロイテリATCC PTA-6475の投与によるH2Rの誘導は、減弱したCRCに関連する。hdcA突然変異体の投与もまたH2R強度を増加させるので(野生型株ほどには高くはないものの)、マウスに投与されたL.ロイテリは、ヒスタミンに加えて、マウス結腸においてH2R発現を誘導し得るシグナルを生成するようである。
しかし、mRNAレベルでのH2R発現を結腸粘膜内においてRT-qPCRで調べたところ、群間に有意差は観察されなかった(図5B)。この観察は、異なる量の細胞表面H2Rが、タンパク質産生及び局在化における転写後の差に起因することを示す。
L.ロイテリATCC PTA-6475は、脾臓においてCD11bGr-1 IMCを下方制御した
内因性ヒスタミンが存在しないと、CD11bGr-1 IMCの増加をもたらし、これは哺乳動物におけるがん進行と関連している(Yangら、2011)。ヒスタミン産生L.ロイテリATCC PTA-6475の投与がIMCの分化に影響を与えるかどうかを評価するために、雄Hdc-/-マウスを犠牲にした直後に採取した骨髄及び脾臓検体サンプル由来の細胞についてフローサイトメトリー解析を行った。脾臓におけるCD11bGr-1 IMCのパーセンテージは、健常対照と比較してAOM/DSSで負荷をかけたマウスで顕著に増加した(図6)。AOM/DSSで負荷をかけたマウスにL.ロイテリATCC PTA-6475を投与すると、培地のみ(MRS)を与えた対照のマウスと比較して、CD11bGr-1 IMCのパーセンテージが顕著に減少した。これらの観察は、L.ロイテリATCC PTA-6475がAOM/DSSで誘導したCRCを減弱したという表現型の結果と一致する。ヒスタミン産生L.ロイテリATCC PTA-6475の投与がIMCの分化に影響を及ぼすことが示されている。
L.ロイテリATCC PTA-6475、ATCC PTA-4659及びDSM 32273発現dagK遺伝子
野生型L.ロイテリATCC PTA-6475及びhdcA突然変異体は、L.ロイテリDSM 32273及びL.ロイテリATCC PTA-4659と共に、dagK遺伝子を発現することができた。dagK遺伝子は、細菌の伸長期中に非常に高く発現した。dagK遺伝子を発現する他の細菌株は、他のL.ロイテリ株を含めて、本明細書に記載の方法を使用して検出することができる。ヒスタミンを産生できないL.ロイテリ株DSM 17938においては、このdagK遺伝子は欠損している。
L.ロイテリATCC PTA-6475分泌/放出DagK
L.ロイテリATCC PTA-6475のdagK遺伝子によって発現されたタンパク質DagKは、インタクトな細菌細胞を除去した後の培地の上清中に見出された。従って、L.ロイテリATCC PTA-6475は、DagKを産生及び分泌する、又は他の方法で放出することができ、そのことによって細胞外のDagK効果を達成する。
DagKは、リン酸源としてアデノシン三リン酸(ATP)を利用してジアシルグリセロール(DAG)のホスファチジン酸(PA)への変換を触媒する酵素である。非刺激細胞においては、DagK活性が低く、DAGをグリセロリン脂質の生合成に使用することができる。しかし、ホスホイノシチド経路の受容体活性化において、DagK活性はDAGをPAへ変換させることを促進する。DAGのPAへの変換は、さもなければプロテインキナーゼC(PKC)を活性化し得るDAGを枯渇させる。
H1R下流シグナル伝達は、シグナル伝達に関わる脂質DAGを阻害することにより、L.ロイテリにおけるDagK合成によって中断される。従って、本明細書に開示されるようなヒスタミン及びDagK産生乳酸菌株は、ヒスタミンの炎症促進性効果を抑制する。これは次に、細菌株によって産生されたヒスタミンによるH2R活性化のみを可能にする。そのようなH2R活性化は抗炎症症状を促進する。
従って、ヒスタミンとDagKの両方を産生することができる乳酸菌株は、H1R下流シグナル伝達の抑制を引き起こすが、H2R活性化を誘導する。これは次に、ヒスタミンの炎症促進性効果を抑制し、抗炎症症状を促進する。活性なdagK遺伝子発現を有する細菌株は、DagKを産生し、場合により分泌する、又は他の方法で放出することができる。
本実施態様の態様は、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のためのヒスタミン産生乳酸菌株に関する。
本明細書中に開示される実施形態のヒスタミン産生乳酸菌株は、がん患者、又はがんを発症する危険性を有する患者に関連して利用することができる有益な特徴を有する。このことは、本実施形態のヒスタミン産生乳酸菌株を、患者のがんを治療するために、そして特に患者の結腸直腸がんを治療するために使用することができることを意味する。
ヒスタミン産生乳酸菌株を用いた治療は、放射線療法、化学療法及び外科手術を含むがこれに限定されない他のがん治療と組み合わせることができるであろう。ヒスタミン産生乳酸菌株は、そのような場合、がん治療におけるアジュバントとして使用され得る。従って、本実施形態の別の態様は、放射線療法及び化学療法からなる群から選択されるがん治療においてアジュバントとして使用するためのヒスタミン産生乳酸菌株に関する。
本実施形態のヒスタミン産生乳酸菌株はまた、がん治療特性自体に加えて、がん治療を受ける患者又はがん治療に供せられる患者、特に放射線療法及び/又は化学療法に供せられる患者に有益な特性も有する。特に、ヒスタミン産生乳酸菌株は、例えばがん治療によって引き起こされるような、がん治療に関連する胃腸障害と闘う又はそのような胃腸障害を治療するために有用である。従って、本実施形態のさらなる態様は、放射線療法及び化学療法からなる群から選択されるがん治療に伴う胃腸障害の予防、阻害又は治療に使用するヒスタミン産生乳酸菌株に関する。
一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、がん治療に伴う下痢の予防、阻害又は治療に使用される。特定の実施形態において、がん治療は、結腸直腸がんを治療するためのがん治療であり、すなわち、がん治療に供せられる患者は、結腸直腸がんに罹患している患者である。
しかし、患者へのヒスタミン産生乳酸菌株の投与は、必ずしも患者の結腸直腸がんの100%の治療、すなわち、検出可能な腫瘍を全く有さない患者をもたらすこと、を起こす必要はない。従って、ヒスタミン産生乳酸菌株は、患者の結腸直腸がんを阻害又は低減するために使用することができるであろう。例えば、本明細書に提示される実験データは、ヒスタミン産生乳酸菌株が腫瘍の数を減少させ、腫瘍のサイズを減少させることができることを示している。従って、本実施形態において、結腸直腸がんの阻害又は低減は、患者の腫瘍の数を減少させ、患者の腫瘍のサイズを減少させ、又は患者の腫瘍の数及びサイズを減少させることを含む。従って、一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、結腸直腸がんに罹患している患者の腫瘍の数及び/又はサイズを低減させることについて使用するためのものである。
本実施形態のヒスタミン産生乳酸菌株はまた、又は代替的には予防、すなわち患者が結腸直腸がんを発症する危険性を低減するために使用することができるであろう。例えば、患者は、結腸直腸がんに対する遺伝的又は遺伝的素因のような、結腸直腸がんの素因を有する患者であり得る。その後、ヒスタミン産生乳酸菌株は、結腸直腸がんに罹患している患者の危険性を予防する、又は少なくとも危険性を低減するために、そのような患者に投与することができる。
本実施形態のヒスタミン産生乳酸菌株はまた、結腸直腸がんに罹患し、結腸直腸がんの治療を受けている患者にとっても有益な特徴を有する。このことにより、ヒスタミン産生乳酸菌株を、結腸直腸がんの再発の危険性を低減するために使用することができる。
一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、炎症関連結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のためのものである。
患者は、好ましくは哺乳動物患者であり、より好ましくはヒト患者である。特定の実施形態において、患者は男性のヒト患者である。従って、この実施形態においては、ヒスタミン産生乳酸菌株は、男性患者の結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減のために使用される。
一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、活性ヒスチジンオペロンを含む。特定の実施形態において、このヒスチジンオペロンは、ヒスチジン/ヒスタミンアンチポーター(hdcP)遺伝子、ヒスチジン脱炭酸酵素ピルボイルタイプA(hdcA)遺伝子及びヒスチジン脱炭酸酵素ピルボイルタイプB(hdcB)遺伝子からなるものなどを含む。従って、一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、hdcP遺伝子、hdcA遺伝子及びhdcB遺伝子を含む。
一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、ジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生することができる。本明細書中に提示される実験データは、結腸直腸がんの予防、阻害若しくは治療、又は結腸直腸がんの再発の危険性の低減においてヒスタミン産生及びDagK産生乳酸菌株を使用することが有利であり得ることを示す。
DagK産生は、H1R下流シグナル伝達を抑制するという点において、それによって、さもなければヒスタミンが引き起こす可能性のある炎症効果を抑制するという有益な効果を有する。従って、ヒスタミン及びDagKの両方の産生は、作用をH1R活性化からH2Rへと移行させ、これはヒスタミンの抗炎症効果を促進する。
一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、ヒスタミン産生ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)株である。特定の実施形態において、ヒスタミン産生L.ロイテリ株はL.ロイテリATCC PTA-6475である。別の特定の実施形態において、ヒスタミン産生L.ロイテリ株はL.ロイテリATCC PTA-4659である。さらなる特定の実施形態において、ヒスタミン産生L.ロイテリ株はL.ロイテリDSM 32273である。さらに別の実施形態において、ヒスタミン産生L.ロイテリ株は、ヒスタミンを産生することができ、場合によりさらにDagKを産生することができる少なくとも2つのL.ロイテリ株の混合物である。例えば、L.ロイテリATCC PTA-6475及びATCC PTA-4659の混合物、L.ロイテリATCC PTA-6475及びDSM 32273の混合物、L.ロイテリATCC PTA-4659及びDSM 32273の混合物、又はL.ロイテリATCC PTA-6475、ATCC PTA-4659及びDSM 32273の混合物を使用することができる。
一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、ケモカイン(C-X-Cモチーフ)リガンド1(CXCL1)、インターロイキン22(IL-22)、及びインターロイキン6(IL-6)からなる群から選択される少なくとも1つのがん関連サイトカインの産生を抑制することができる。CXCL1はまた、当該技術分野において、GRO1がん遺伝子、GROα、KC、好中球活性化タンパク質3(NAP-3)及びメラノーマ成長刺激活性、アルファ(MSGA-α)とも呼ばれる。これらの3つのサイトカインは全て結腸直腸がんに関わっていることが知られている。従って、これらのサイトカインの産生の抑制は、結腸がんの増殖、進行及び転移(CXCL1の抑制による)、胃がん細胞の浸潤及び結腸がんの幹細胞性の抑制(IL-22の抑制による)並びに改善された結腸がんの予後(IL-6の抑制による)の点において有益な効果を有するであろう。これらのケモカインの産生の抑制は、様々な方法で誘導することができる。例えば、サイトカイン遺伝子の転写は、ヒスタミン産生乳酸菌株によって抑制又は低減することができる。代替的には、又は付加的には、サイトカインmRNA分子の翻訳を、ヒスタミン産生乳酸菌株によって抑制又は低減させることができる。また、又はさらに、これらのサイトカインの産生を抑制するために翻訳後効果を関わらせることもできるだろう。本明細書に提示される実験データは、本実施形態のヒスタミン産生乳酸菌株が血漿中のこれらのサイトカインのタンパク質レベルを低減し、これらのサイトカインの相対的な遺伝子発現を低減することを示す。
一実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、脾臓におけるCD11bGr-1未熟骨髄細胞(IMC)の存在量を低減させることができる。CD11bGr-1 IMCは、哺乳動物におけるがんの進行と関連している。従って、実験データに示されているように、これらのCD11bGr-1 IMCの存在量を低減させることは、がんの進行を抑制することに関して有益な効果を有するであろう。
本実施形態のさらなる態様は、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択する方法に関する。その方法は、活性ヒスチジンオペロンの存在について乳酸菌をスクリーニングすることを含む。方法はまた、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミンを産生することができる乳酸菌株として同定された、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減のためにおける使用のための乳酸菌株を選択することを含む。
従って、本実施形態のこの態様は、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用に適した乳酸菌株を選択及び同定するために使用することができる方法に関する。そのような選択された乳酸菌株は、活性ヒスチジンオペロンを有し、本明細書に記載されているようなヒスタミンを生成することができるものとして同定される。
活性ヒスチジンオペロンの存在は、ヒスチジン/ヒスタミンアンチポーター遺伝子、ヒスチジン脱炭酸酵素ピルボイルA型遺伝子及びヒスチジン脱炭酸酵素ピルボイルB型遺伝子の存在の検出、例えばhdcP遺伝子、hdcA遺伝子及びhdcB遺伝子の存在の検出に基づいて決定することができる。代替的には、活性ヒスチジンオペロンの存在は、例えば、タンパク質HdcP、HdcA及びHdcBの産生又は存在のような、ヒスチジン/ヒスタミンアンチポータータンパク質、ヒスチジン脱炭酸酵素ピルボイルA型タンパク質及びヒスチジン脱炭酸酵素ピルボイルB型タンパク質の産生又は存在の検出に基づいて決定することができる。
一実施形態において、乳酸菌のスクリーニングは、活性ヒスチジンオペロンの存在及びジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生するさらなる能力について乳酸菌をスクリーニングすることを含む。この実施形態において、乳酸菌株の選択には、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミンの産生及びDagKの産生が可能な乳酸菌株として同定された、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択することを含む。
故に、一実施形態において、乳酸菌株は、ヒスタミンを産生するための活性ヒスチジンオペロンを含むだけでなく、DagKを産生する能力も有する。DagKを産生する能力は、そのゲノム中又は、例えばプラスミド中のような発現カセット中のいずれかにおける乳酸菌株中のdagK遺伝子のようなジアシルグリセロールキナーゼをコードする遺伝子の存在を検出することによっても評価することができる。代替的には、DagKを産生する能力は、例えば、細菌の細胞質ゾル中などである、又は細菌株がさらにDagKを分泌することができる場合には、細菌株が培養された培地中において、ジアシルグリセロールキナーゼタンパク質の存在を検出することによって決定することができる。
一実施形態において、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択する方法には、L.ロイテリATCC PTA-4659及びATCC PTA-6475以外の乳酸菌株を同定すること及び選択することが含まれる。
実施形態のさらなる態様は、がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減に使用するために乳酸菌株を選択する方法に関する。この方法は、活性ヒスチジンオペロンの存在及びジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生する能力について乳酸菌をスクリーニングすることを含む。方法はまた、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミンの産生及びDagKの産生が可能な乳酸菌株として同定された、がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択することを含む。
この態様において、選択された乳酸菌株は、必ずしも結腸直腸がんの再発の危険性を予防、阻害、治療又は低減するために使用される必要はない。明らかに対照的に、ヒスタミンだけでなくジアシルグリセロールキナーゼも産生する能力は、結腸直腸がんに加えてメラノーマ、乳がん、膵臓がんなどを含む他のタイプのがんにおいても有益であろう。
一実施形態において、乳酸菌株の選択は、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミンの産生、及びDagKの産生が可能な乳酸菌株として同定された、結腸直腸がん、メラノーマ、乳がん及び膵臓がんからなる群から選択されるヒスタミン関連がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択することを含む。
一実施形態において、がんの再発の予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択する方法は、L.ロイテリATCC PTA-4659及びATCC PTA-6475以外の乳酸菌株を同定すること及び選択することを含む。
実施形態のさらに別の態様は、炎症状態の予防、阻害又は治療における使用のための乳酸菌株を選択する方法に関する。この方法は、活性ヒスチジンオペロンの存在及びジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生する能力について乳酸菌をスクリーニングすることを含む。方法はまた、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミンを産生し、DagKを産生することができる乳酸菌株として同定された、炎症状態の予防、阻害又は治療における使用のための乳酸菌株を選択することを含む。
ヒスタミン及びジアシルグリセロールキナーゼの両方を産生することができる乳酸菌株は、患者に投与された場合、様々な炎症状態の予防、低減又は治療の点で有益な効果を有する。産生されたDagKは、H1R下流シグナル伝達又は経路を抑制することによってヒスタミンの炎症特性を抑制する。従って、ヒスタミンは、H2Rの活性化による抗炎症性を発揮し得る。
結腸直腸がんに罹患している患者は、ヒスタミン欠乏によるIMCの成熟の欠如を示す。従って、生物学的レベルでこれらの患者にヒスタミンを補充することは有益であり得る。しかし、これらの患者はまた、炎症促進性応答の増加を示し、彼らにヒスタミン分子を与えることは副作用を引き起こす可能性がある。従って、最良の治療アプローチは、外因性ヒスタミンを供給すること、及びまた、炎症促進性シグナル伝達を阻害することによって炎症性反応を抑制する能力を有する有益な細菌株を提供することであり得る。従って、ヒスタミン及びDagKの両方を産生することができる本実施形態の乳酸菌株は、骨髄機能不全を有する炎症促進性障害を治療するために非常に興味深いものである。
一実施形態において、乳酸菌株の選択には、活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミンを産生し、DagKを産生することができる乳酸菌株として同定された、結腸炎、炎症性腸疾患、過敏性腸症候群、憩室症、歯肉炎、乳腺炎及び膣炎からなる群から選択される炎症状態の予防、阻害又は治療における使用のための乳酸菌株を選択することが含まれる。
従って、上記で開示した炎症状態は、例示的であるが、本明細書に開示されたように同定され選択された乳酸菌株によって予防され、阻害され又は治療され得る炎症状態の好ましい例である。
一実施形態において、炎症状態の予防、阻害又は治療に使用する乳酸菌株を選択する方法は、L.ロイテリATCC PTA-4659及びATCC PTA-6475以外の乳酸菌株を同定すること及び選択することを含む。
本実施形態のさらなる態様は、ヒスタミン及びDagKを産生するL.ロイテリ株であるラクトバチルス・ロイテリDSM 32273に関する。ラクトバチルス・ロイテリ株DSM 32273は、2016年3月8日にDSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH(Inhoffenstrasse 7B、D - 38124 Braunschweig)において、ブダペスト条約に基づいて寄託された。この新しいL.ロイテリDSM 32273は薬剤として使用してもよい。例えば、L.ロイテリDSM 32273は、がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減のために使用することができる。特定の実施形態において、がんは、結腸直腸がん、メラノーマ、乳がん及び膵臓がん、好ましくは結腸直腸がんからなる群から選択されるヒスタミン関連がんである。L.ロイテリDSM 32273はまた、炎症状態の予防、阻害又は治療において使用することができる。特定の実施形態では、炎症状態は、結腸炎、炎症性腸疾患、過敏性腸症候群、憩室症、歯肉炎、乳腺炎及び膣炎からなる群から選択される。L.ロイテリDSM 32273のさらなる使用には、乳児コリックの寛解、湿疹の緩和、職場病の発症の低減、ヘリコバクター・ピロリ感染の抑制が含まれる。
本実施形態はまた、結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性を低減するための薬剤の製造のためのヒスタミン産生乳酸菌株の使用、放射線療法及び化学療法からなる群から選択されるがん治療におけるアジュバントの製造のためのヒスタミン産生乳酸菌株の使用、並びに放射線療法及び化学療法からなる群から選択されるがん治療に関連する胃腸障害の予防、阻害又は治療のための薬剤の製造のためのヒスタミン産生乳酸菌株の使用を含む。これらの実施形態において、ヒスタミン産生乳酸菌株は、好ましくは、ジアシルグリセロールキナーゼを産生し、場合により分泌することもできる。
さらなる実施形態は、対象における結腸直腸がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性を低減するための方法を含む。方法は、有効量のヒスタミン産生乳酸菌株を対象に投与することを含む。別の実施形態は、放射線療法及び化学療法からなる群より選択されるがん治療に関連する胃腸障害の予防、阻害又は治療のための方法に関する。方法は、有効量のヒスタミン産生乳酸菌株を患者対象に投与すること、又はがん治療に供せられることを含む。ヒスタミン産生乳酸菌株は、好ましくは、ジアシルグリセロールキナーゼを産生し、場合により分泌することもできる。患者は、好ましくは哺乳動物患者であり、より好ましくは男性ヒト患者のようなヒト患者である。
株の適切な投与様式及び配合は、ヒスタミンの局所産生及び場合によりDagKが所望される部位に依存して選択される。しかしながら、投与の好ましい投与様式は経口であるが、いくつかの治療については局部的な、又は皮膚、直腸、膣又は歯肉への局所投与のいくつかの他の型も等しく適切であろうし、或いは、静脈内又は筋肉内注射も適切であろう。
ヒスチジンを含む食物混合物を、ヒスチジンの存在を確実にし、それにより細菌の効力を増加させるために使用してもよい。ヒスチジンは、単独、又は細菌と一緒に投与することができる。
細菌のヒスチジン供給を確実にする1つの可能性は、大豆タンパク質、チーズ、卵、鶏肉及び豚肉を含むがこれに限定されないヒスチジンが豊富な食物を食べることである。
(例1)
細菌株及び培養条件
L.ロイテリATCC PTA6475(2004年12月21日にATCC-アメリカ合衆国培養細胞系統保存機関(American Type Culture Collection;10801 University Boulevard、Manassas、VA 20110 USA)へブダペスト条約に基づき寄託されたもの)及び以前、記載されたそのhdcA突然変異体(Thomasら、2012)を使用して、マウスをコロニー形成させた。両方の株は、10% CO、10% H、及び80% Nの混合物を供給した嫌気性ワークステーション(MACS MG-500、Microbiology International、Frederick、MD)内でdeMan、Rogosa、Sharpe培地(Difco、Franklin Lakes、NJ)中、37℃で培養した。
動物
Hdc-/-BALB/cマウスは、元来、Timothy C. Wang(コロンビア大学)により提供され、ベイラー薬科大学(Baylor College of Medicine)で再び由来した(rederived)ものである。再び由来したHdc-/-マウスは、テキサス子供病院(Texas Children’ Hospital)で特定病原体未感染(SPF)の条件下で維持された。マウスをフィルタートップケージの下に置き(1ケージあたり5匹のマウス)、蒸留水及びPicoLabげっ歯類50IF/6F飼料に自由に接触させた。全てのマウスの実験は、テキサス州ヒューストンのベイラー薬科大学での施設動物飼育及び利用委員会(Institutional Animal Care and Use Committee;IACUC)承認のマウスプロトコールに従って、SPF動物施設において行った。
細菌の調製及びマウスへの投与
L.ロイテリ株及び培養条件は上記に記載した。細菌を対数増殖期(初期値OD600nm=0.03のMRS培地で5.5時間)で採取し、2500xgで4分間遠心分離し、細菌ペレットを動物飼養用の滅菌MRS培地に再懸濁した。全てのL.ロイテリ株は、マウスに投与する前に新しく調製した。各々のマウスには、経口胃での強制投与により0.2mlのMRS中に5×10CFUの細菌を与える、又は対照としてMRS培地のみを与えた。細菌投与の頻度は、AOM注射前は7日間の間、1日に1回で、その後、15週間の間、3日に1回であり、マウスにDSSの負荷をかけたときには休止した。
Balb/cマウスにおける結腸がんの誘導
12週齢において、陽性対照群及び細菌処置群のマウスに、単一容量の遺伝毒性のある結腸発癌物質AOM(体重1kgあたり12.5mg)を腹腔内注射により与えた。これらのマウスに、6日間、飲料水中2%(w/v)DSSで、AOM注射の直後に1サイクル、2回目のサイクルの前に飲料水で2週間の回復期間を続けて、2サイクル、負荷をかけた。陰性対照群のマウスには、AOM及び飲料水の代わりに1用量の緩衝食塩水(PBS)を与えた。
腫瘍の評価及び組織の調製
AOM注射から15週間後、マウスを犠牲にし、検体を下記のように収集した。KEDTA(Becton、Dickinson and Company、Franklin Lakes、NJ)を用いた血液サンプル採取管中に心穿刺を介して鎮静化したマウスから採血し、4℃で10分間、17000×gで遠心分離し、血漿を単離した。胃腸管を注意深く取り除き、回腸、盲腸及び結腸の内腔内容物を収集し、液体窒素中で急速に凍結した。マウスの結腸を切除し、縦に開き、腫瘍の数とサイズを数え、盲検的に測定した。腸管粘膜を手術用ナイフブレードで削り取り、後にmRNA発現レベルを解析するためにRNALater(Ambion、Austin、TX)に保存した。解析するまで、全てのサンプルを-80℃で保存した。マウスの腸を10%ホルマリンで固定し、パラフィンで包埋し、ミクロトーム切片を5μmに切った。切片化組織は、特異的抗体(Alomone Labs、Jerusalem、Israel and Abcam plc、MA、US)を使用したH2R発現を標的とする組織学及び免疫組織化学研究のために使用した。マウスを犠牲にした直後にマウス脾臓サンプルを採取した。これらのサンプルをフローサイトメトリー研究に使用した。
統計解析
生物統計学的解析は、グラフパッド・プリズム(GraphPad Prism)(バージョン5)ソフトウェア(GraphPad Inc.、LaJolla、CA)を使用して行った。(コルモゴロフ・スミルノフ検定を使用して決定された)正規分布にフィットする数値変数については、データを標準偏差での算術平均として提示し、異なる群をt検定(2群)又は一方向ANOVA(2群を超える)で比較した。そうでない場合には、データは、メジアン値、10及び90パーセンタイル又はメジアン値を示す散布図を示すボックス及びウィスカープロットとしてデータを提示した。異なる群は、非パラメトリックマン・ホイットニーU検定(2群)又はクラスカル・ワリス検定により比較した。群間の差は、P<0.05、**P<0.01、***p<0.001で有意であるとみなした。
(例2)
例1に記載の調製。
フローサイトメトリー解析
大腿骨からの骨髄由来細胞及び各群からのマウスの脛骨を、10%FBSを含む氷冷DMEM(ATCC、カタログ番号30-2002)ですぐに洗い流した。この手順の後に赤血球溶解緩衝液を添加してRBCを枯渇させた(BD Biosciences)。脾臓を取り出し、10%FBSを含む氷冷DMEM(ATCC、カタログ番号30-2002)に保存した。このステップに続いて、滅菌ガラススライドを使用して脾臓細胞を単離し、RBC溶解緩衝液を単離した細胞に添加した。単一細胞懸濁液は、40μmのフィルター系統(filter strain)によって細胞を濾過することによって調製した。フローサイトメトリー解析のために、単一細胞懸濁液を抗体[1μlのAPC-Cy7接合型抗Gr-1(BD Pharmingen、カタログ番号557661)及び5μlのFITC接合型抗-CD11b(BD Pharmingen、カタログ番号557396)]で氷上、暗所で30分間染色し、BD FACSCanto細胞解析器を使用した多色フローサイトメトリーにより評価し、データをFACSDivaソフトウェア(BD Biosciences)で収集した。蓄積したデータをFlowJo V10ソフトウェア(FlowJo、LLC)で解析した。
(例3)
例1と同様の調製。
マウス血漿におけるマルチプレックスイムノアッセイによるサイトカイン測定
血漿中のマウスIFN-γ、IL-1α、IL-1β、IL-4、IL-6、IL-10、IL-12、IL-13、IL-17A、KC、TNF、IL-21、IL-22及びIL-23の濃度を、サイトカインマルチプレックスキット(Millipore、Billerica、MA、USA)を使用して測定した(表1参照)。サイトカインの定量は、ルミネックス・システム(Austin、TX、USA)を使用して、製造元の取扱説明書に従って行った。簡潔に述べると、上述のように各マウスから集めた25μlの血漿サンプルを完全に解凍し、キット中に提供される同量のアッセイ緩衝液で希釈した。アッセイは盲検的に二重に実行した。MILLIPLEX(登録商標)アナリスト5.1ソフトウェアが自動的に作成した報告書を精査し、検出値の限界を超え、飽和値未満のサイトカインのみを考察した。
Figure 0007140820000001
(例4)
例1と同様の調製。
結腸粘膜におけるサイトカイン及びヒスタミン受容体のmRNAレベル
インターフェロン(IFN)-γ、腫瘍壊死因子(TNF)、インターロイキン(IL)-6、IL-12、IL-23、IL-17、IL-18、IL-22、IL-4、KC及びヒスタミンH2受容体(H2R)の相対的なmRNA発現レベルを定量するために、miRNeasy(登録商標)ミニキット(Qiagen、Hilden)を使用して結腸粘膜サンプルからRNAを抽出した。RevertAid H マイナスファーストストランドcDNA合成キット(ThermoFisher Scientific、USA)を使用して、1μgのRNAを1本鎖cDNAに逆転写した。逆転写酵素リアルタイム(RT)PCRは、リアルタイムPCRシステム(Stratagene)を使用して行った。RT-PCR反応混合物(HOで全量25μlに調整した)は、1μlの鋳型DNA、12.5μlのPower SYBR Green PCRマスターミックス(ABI、Life Tech)、及び0.5μlのそれぞれのプライマー(各10μM)を含めた。IFN-γ、IL-12、IL-17、TNF-α、IL-6、IL-23、IL-18及びIL-4の定量に使用したフォワード及びリバースプライマーは以前に記載されており(Ganeshら、2012)、他の遺伝子のプライマーは表2に示した。相対mRNA標的遺伝子発現レベル(比率=[(EtargetdCPtarget (Control-Sample)]/[(Eref.dCPref. (Control-サSample)])をハウスキーピング遺伝子、グリセルアルデヒド3-リン酸デヒドロゲナーゼ(GAPDH)に対して正規化し、参照として使用した。続いて、対照群の腸粘膜サイトカイン及びH2R遺伝子発現値を1.0に設定し、陰性対照群(MRS/PBS-H2O)、陽性対照群(MRS/AOM-DSS)、L.ロイテリATCC PTA-6475処置群(L.ロイテリ6475/AOM-DSS)及び同質遺伝子的なL.ロイテリhdcA突然変異体処置群(hdcA突然変異体/AOM-DSS)間でmRNAが相対的に何倍異なるかを同定するためのキャリブレーターとして使用した。
Figure 0007140820000002
(例5)
例1と同様の調製。
生きたままのマウスのPETイメージング
AOM注射の15週間後、マウスを犠牲にする直前に、PET/CTスキャンを若干の改変を施しつつ記載(Brewerら、2008)のように行った。簡潔に述べると、マウスをイソフルランで麻酔し、腹腔内(IP)注射によって200μCi 18F-FDGを投与した。1時間後、これらのマウスに、3.5Fカテーテルを介して直腸内へ200μLのMD-ガストロビュー(MD-Gastroview)を走査開始直前に与えた。コンピュータ断層撮影(CT)スキャンを10分間行った後、イノヴェオンPET/CT多様式システム(Inveon PET/CT Multimodality System;Siemens、Germany)を使用してPETスキャンを20分間行った。マウスは、一定のイソフルラン吸入により、走査プロセス中は鎮静状態に保たれていた。画像を記録し、FDG標準化取り込み値(SUV)を、イノヴェオン・リサーチ・ワークプレイス・ソフトウェア(Siemens、Germany)を使用して盲検的に解析した。マウスの2D画像は、OsiriXイメージングソフトウェア(Pixmeo、Swiss)によって生成された。
(例6)
qRT-PCRによるdagK mRNA遺伝子発現の定量
野生型ラクトバチルス・ロイテリATCC PTA-6475、hdcA突然変異体L.ロイテリ6475、野生型L.ロイテリATCC PTA-4659(2002年9月11日にブダペスト条約の下でATCC-アメリカ合衆国培養細胞系統保存機関(10801 University Boulevard、Manassas、VA 20110 USA)に寄託された)及び野生型L.ロイテリDSM 17938(2006年1月30日にブダペスト条約の下で、DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH(Mascheroeder Weg 1b、D-38124 Braunschweig)に寄託された)は、MRS培地中、37℃で一晩増殖させ、厳密な無酸素条件下、気相としてN/CO(80/20;v/v)で培養した。100μlの新鮮な培養液を10mlの乳酸菌定義培地4(Lactobacillus defined media 4;LDM4)中でインキュベートした。培養液は、厳密な無酸素条件下で37℃のミニバイオリアクター内で保持した。サンプルを3時間、6時間、24時間及び48時間で収集した。培養液を4℃で6000×gで10分間処理することによって、細菌のペレットを得た。ペレットをRNaseで処理した。細菌細胞からのmRNAをTrizol分離キットで抽出した。各群からの500ngのmRNAを使用してmRNAをcDNAに変換した。処理したcDNAを1:2に希釈し、qRT-PCRを行うために使用した。ストラタジーン Mx3000p(Agilent Technologies GmbH、USA)qRT-PCRを増幅及び蛍光データ収集に使用した。マスターミックスは、12.5μlのPower SYBR Green 2000(ABI systems、USA)、0.5μlの各プライマー(10μM)、1μlのサンプルからなり、水で調整することで、最終容量25μl/ウェルとした。PCR増幅後、プライマーの特異性を、融解曲線を検査することによりチェックし、アガロースゲル電気泳動(1%)によってアンプリコンのサイズを決定することによりチェックした。相対的mRNA標的遺伝子発現レベル(比率=[(EtargetdCPtarget (control-sample)]/[(Eref.dCPref. (contpol-sample)])を、ハウスキーピング遺伝子rpoBに対して正規化し、参照として使用した。続いて、各細菌の3時間の培養物から得られたmRNAを1.0に設定し、キャリブレーターとして使用して、L.ロイテリATCC PTA-6475、ATCC PTA-4659及びDSM 17938の6時間、24時間及び48時間のような同じ細菌株の異なる時点でmRNAが相対的に何倍異なるかを同定した。
図9は、dagK遺伝子発現実験の結果を示す。この図は、野生型及びhdcA突然変異体L.ロイテリATCC PTA-6475の両方は、L.ロイテリATCC PTA-4659と共に、増加したdagK発現を示す。しかしながら、ヒスタミンを産生できないL.ロイテリDSM 17938も、dagK発現を欠いていた。興味深いことに、dagK mRNA発現は、細菌の伸長期の間に非常に高く発現した。反復実験から、6時間と同様の発現を示したので、12時間のインキュベーション時点を選択した。
(例7)
細菌培養上清中のDagKタンパク質を検出するためのLC-MS/MS
文献によると、DagKはグラム陽性菌に可溶性アイソフォームを有すると考えられている。本発明者らは、DagKがL.ロイテリATCC PTA-6475から放出され、それが宿主の腸上皮脂質シグナル伝達と相互作用し、ヒスタミン放出と一緒になって炎症環境下における抗炎症挙動を促進すると仮定した。本発明者らはL.ロイテリATCC PTA-6475のdagK遺伝子を突然変異させ、DAGK突然変異体L.ロイテリATCC PTA-6475で無菌(GF)マウスをコロニー形成したところ、野生型L.ロイテリATCC PTA-6475でコロニー形成した無菌マウスで観察されたものと同じようなIL-6及びIL-1αの抑制は見られなかった。基底の炎症促進性サイトカインレベルは顕著に抑制された。このことにより、本発明者らはL.ロイテリATCC PTA-6475がH1R及びH2R活性化のためにヒスタミンを必要とするという結論に至った。しかしながら、H1R下流シグナル伝達は、L.ロイテリにおけるDagK合成によって、シグナル伝達に関わる脂質DAGを阻害することにより中断され、それによってヒスタミンの炎症促進性効果が抑制される。これは、L.ロイテリ由来ヒスタミンによるH2R活性化のみを可能にし、H2R活性化は、抗炎症性症状を促進することが知られている。
dagKが宿主免疫応答に何らかのポジティブな効果を示すためには、宿主-DAG脂質を発現させるべきである。DAGが活性化されるためには、H1Rシグナル伝達を活性化しなければならない。これが、L.ロイテリ内のdagKを突然変異させ、マウスをコロニー形成させた際に、炎症促進性サイトカイン抑制が見られなかったことの理由である。このことは、PKC及びPKA活性化によってさらに確認された。さらに、L.ロイテリ野生型又はhdcA突然変異体又はdagK突然変異株でコロニー形成した群間で、組織(f-IHC)におけるH1R及びH2R発現にはいかなる差異は見られなかったが、これは、これらの無菌マウスが内在性ヒスタミンもまた発現するからである。
HDCノックアウトマウスにhdcA突然変異体L.ロイテリを与えた場合、内因性及び外因性ヒスタミンの両方が欠如しているため、炎症及びがんから自分自身を保護することができなかった。しかし、hdcA突然変異体L.ロイテリでコロニー形成したGFマウスでは、内在性ヒスタミンが存在し、受容体を活性化した。しかしながら、hdcA突然変異体L.ロイテリによって産生されたDagKは、H1Rの発現活性化を抑制することを助けた。それが、hdcA突然変異体でコロニー形成した群で炎症促進性バイオマーカーの抑制が見られた理由である。しかし、L.ロイテリにおいてdagKがノックアウトされた場合(dagK突然変異体)、H1R及びH2Rの両方を活性化する内因性及び外因性のヒスタミンが存在したが、H1Rを抑制するDagKは存在しなかった。従って、細菌を有さないGFマウスと同様の炎症促進性シグナル伝達の上昇が見られた。GFマウスにおいて、内在性ヒスタミンは、H1R及びH2Rの両方を活性化する。
これにより実験データは、野生型L.ロイテリATCC PTA-6475でマウスをコロニー形成させた後に基底の免疫レベルが停止したことを示しており、そのためそれは完全な免疫抑制因子であり、攻撃的免疫応答を有する患者においてこの細菌株は優れた治療薬であり得る。
L.ロイテリからDagKアイソフォームが分泌されているか否かをさらに示すために、本発明者らは細菌細胞培養実験を行った。無酸素条件下、37℃で、一晩MRSで増殖させた100μlのL.ロイテリATCC PTA-6475を10mlのLDM4培地に加え、無酸素条件下、37℃で12時間放置した。細菌細胞を、4℃で10分間、6000×gの遠心分離によって取り除いた。1:1の比率のプロテナーゼ及びプロテインキナーゼ阻害剤を上清に添加した。0.22μmのフィルターにより上清を濾過して、残存の細菌を除去した。DagKは10~13kDaのタンパク質であるため、バックグラウンドを低減する必要がある。従って、上清を50kDaの濾液で処理した。フロースルーを3kDaの濾液に加え、5000×gで30分間回転させた。トリプシン消化後、LC-MS/MSを実行するために、上相の濃縮物を使用した。図10は、L.ロイテリATCC PTA-6475からのDagKタンパク質のアミノ酸配列をトリプシン消化又は切断部位(Tryps)と共に示す。
LC-MS/MS実験の結果を表3及び図10に提示する。L.ロイテリDagKタンパク質と一致する配列が上清中に見出された。従って、L.ロイテリATCC PTA-6475は、DagKタンパク質を産生すること及び分泌することができる。
Figure 0007140820000003
表3のペプチドA-F:
A EERNMR 配列番号15
B DVAAGGVLISA 配列番号16
C DKHQTEK 配列番号17
D NMRYHLLAACLAI 配列番号18
E EERNMRY 配列番号19
F KAKDVAAGGVLISAIFSVLVGLIIFIP 配列番号20
(例8)
DagKを産生することができる株の同定
細菌はMRSプレート上で嫌気性大気中、16時間37℃で培養する。細菌性コロニーを滅菌プラスチックループで収集し、100μlの滅菌水(PCR品質)中に懸濁する。或いは、任意の適切な方法を使用して細菌培養物からDNAを調製することができ、例としては例6を参照されたい。
dagK遺伝子の存在は、例えばPuReTaq Ready To Go PCRビーズ(GE HealthCare)並びに各0.4mMのプライマー対dagK_LrF(TGGACTCACGCGATAAACATCA、配列番号21)及びdagK_LrR(ACAATCAAATCTGTAACAGCTTCG、配列番号22)をPCRにより検査される。細菌懸濁液又はDNA調製物(0.5μl)をPCR混合液に添加し、PCR反応を95℃、5分間;30×(95℃、30秒;58℃、30秒;72℃、30秒);72°、10分のプログラムを実行することにより行った。標準的なアガロースゲル電気泳動を使用してPCR産物を分離し及び可視化し、PCRに使用したフォワードプライマー(dagK_LrF)を使用して、標準的なサンガー配列決定により配列決定する。
(例9)
ヒスタミン及びDagKを産生することができるラクトバチルス・ロイテリDSM 32273の解析
ラクトバチルス・ロイテリDSM 32273(ブダペスト条約に基づき2016年3月8日にDSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH(Inhoffenstrasse 7B、D - 38124 Braunschweig)に寄託した)細菌を、MRS培地中、37℃で一晩増殖させた。細菌懸濁液を3500rpmで5分間遠心分離し、1μlのペレットを100μlのPBSに懸濁させた。
hdcA425fde(CGTCAYTATCCWGCTCCWGG、配列番号23)及びhdcA867rde(TCCATRTCAGTATCWGGKGT、配列番号24)のプライマーを用いて、PCR解析(ヒスチジン脱炭酸酵素(hdc))を行った。得られたPCR産物は、442bpのサイズを有していた。PCRプライマーは、L.ロイテリ、L.ヒルガルディイ(L.hilgardii)、L.ブクネリ(L.buchneri)及びL.サケイ(L.sakei)からのhdcのアライメントから設計した。DreamTaq Green PCRマスターミックス(2X Thermo Scientific、製品番号K1081)をPCR反応に使用した。ここに記載のPCR反応:
プライマーを有するマスターミックス 反応あたりの容量
水(PCR品質) 10.0μl
プライマー、フォワード(10pmol/μl) 1.0μl
プライマー、リバース(10pmol/μl) 1.0μl
DreamTaq 12.5μl
24.5μlのマスターミックスを0.5μlの細菌懸濁液と混合し、以下のPCRプログラムを実行した:95℃、10分;30×(95℃、30秒;48℃、30秒;72℃、30秒);72℃、5分。
L.ロイテリDSM 32273におけるdagK遺伝子のPCR解析を、例8に記載のように行った。
結果は、L.ロイテリDSM 32273がヒスチジン脱炭酸酵素及びdagK遺伝子をコードする遺伝子に対して陽性であることを示した。表4を参照されたい。細菌株L.ロイテリATCC PTA-6475及びDSM 17938を対照として含めた。
Figure 0007140820000004
上に記載の実施形態は、本発明のいくつかの例示的な例として理解されるべきである。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な改変、組合せ、及び変更を実施形態に為し得ることを理解するであろう。特に、異なる実施形態における異なる部分解決策は、技術的に可能な場合には、他の構成で組み合わせることができる。しかしながら、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
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Claims (7)

  1. 結腸直腸がん、メラノーマ、乳がん、及び膵臓がんからなる群から選択されるヒスタミン依存性がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択する方法であって、
    乳酸菌を活性ヒスチジンオペロンの存在及びジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生する能力についてスクリーニングすること;並びに
    活性ヒスチジンオペロンを有し、ヒスタミンの産生及びDagKの産生が可能である乳酸菌株として同定された、ヒスタミン依存性がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための乳酸菌株を選択すること
    を含む上記方法。
  2. 結腸直腸がん、乳がん、及び膵臓がんからなる群から選択されるヒスタミン依存性がんの予防、阻害、治療又は再発の危険性の低減における使用のための、ヒスタミン産生乳酸菌株を含む組成物であって、該ヒスタミン産生乳酸菌株が活性ヒスチジンオペロンを含み、かつ該ヒスタミン産生乳酸菌株がジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生することができ、該組成物が、該ヒスタミン依存性がんに罹患している患者における腫瘍の数及び/又はサイズの減少における使用のためのものである、上記組成物。
  3. 前記ヒスタミン産生乳酸菌株が、ヒスタミン産生ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)株である、請求項2に記載の組成物。
  4. 前記ヒスタミン産生ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)株が、ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)ATCC PTA-6475、ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)ATCC PTA-4659、及びラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)DSM 32273からなる群から選択される、請求項に記載の組成物。
  5. ヒスタミン産生乳酸菌株を含む組成物であって、がん治療が放射線療法及び化学療法からなる群から選択される、結腸直腸がん、乳がん、及び膵臓がんからなる群から選択されるヒスタミン依存性がんのがん治療におけるアジュバントとして、該ヒスタミン産生乳酸菌株が使用され、該ヒスタミン産生乳酸菌株が活性ヒスチジンオペロンを含み、かつ前記ヒスタミン産生乳酸菌株がジアシルグリセロールキナーゼ(DagK)を産生することができる、上記組成物。
  6. 前記ヒスタミン産生乳酸菌株がヒスタミン産生ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)株である、請求項に記載の組成物。
  7. 前記ヒスタミン産生ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)株が、ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)ATCC PTA-6475、ラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)ATCC PTA-4659、及びラクトバチルス・ロイテリ(Lactobacillus reuteri)DSM 32273からなる群から選択される、請求項に記載の組成物。
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