結論

子宮内膜がんの細胞3種類に水素水を加えて培養したところ、自滅する細胞の割合が有意に増加した。遺伝子を網羅的に調べた結果、水素が炎症に関わる経路のスイッチを入れていることがわかった。この経路の活性化が、がん細胞のアポトーシスを引き起こしていると考えられる。

研究の背景と目的

子宮内膜がん（子宮体がん）は婦人科がんの中で最も多い悪性腫瘍の一つである。肥満や糖尿病がリスク因子として知られている。これらの状態では体内で炎症性物質が過剰に産生され、慢性的な炎症がNF-κBの活性化を介してがんの発生に関与すると考えられている。

水素分子には抗酸化作用や抗炎症作用があり、がん細胞への影響も注目されてきた。しかし、水素が子宮内膜がん細胞にどう作用するかは不明であった。本研究では、RNAシーケンシングを用いて水素処理後の遺伝子の働き方の変化を網羅的に解析し、がん細胞への作用メカニズムを探った。

研究方法

ヒト子宮内膜がんの細胞株3種類を、水素水で調製した培養液で24時間培養した。

項目	内容
対象	ヒト子宮内膜がん細胞3種類 （Ishikawa、HEC1A、AN3CA）
水素の投与方法	水素ガスを水に溶解し培養液を調製 （水素濃度 0.7 ppm^※^）
培養条件	水素培地で24時間培養
対照群	通常の培養液で同条件培養
研究デザイン	細胞実験（in vitro）

主な評価項目は以下の3つ。

研究の主な結果

本研究の結果から、以下の3点を取り上げる。

• ① 水素が炎症・細胞死に関わる遺伝子経路を活性化した
• ② 水素処理で子宮内膜がん細胞のアポトーシスが増加した
• ③ アポトーシスは活性酸素を介して引き起こされていた

① 炎症・細胞死に関わる遺伝子経路が活性化した

水素処理した細胞と通常の細胞でRNAシーケンシングを行い、遺伝子の発現変動を比較した。

項目	数値
発現が上昇した遺伝子	607（うち196が大幅上昇）
発現が低下した遺伝子	716（うち187が大幅低下）

遺伝子の機能をデータベース^※1で分類したところ、水素処理によって特に強く活性化された経路は以下のとおりであった。

活性化した経路	HEC1A（P値）	AN3CA（P値）
TNF経路	4.35 × 10⁻⁹	0.001
NF-κB経路	2.90 × 10⁻⁵	0.02
アポトーシス経路	0.03	0.004

TNFとNF-κBに加え、アポトーシス（細胞の自滅）の経路も有意に活性化されていた。さらにアポトーシス以外の細胞死経路も複数が同時に動いていた。つまり水素は、炎症に関わる遺伝子群のスイッチを入れることで、がん細胞に「自ら死ぬ」シグナルを送っていたと解釈できる。

タンパク質レベルの検証でも同様の傾向が確認された。NF-κBや、細胞の自滅を実行するタンパク質の量が水素処理群で有意に増加していた。遺伝子レベルの変動が、実際のタンパク質にも反映されていることを示す結果である。

② 子宮内膜がん細胞のアポトーシスが増加した

遺伝子解析の結果を受け、実際に水素処理でがん細胞のアポトーシスが増えるかをフローサイトメトリーで検証した。

細胞株	通常培地	水素培地	P値
Ishikawa	2.60%	4.60%	0.022
HEC1A	4.60%	6.53%	< 0.0001
AN3CA	0.10%	3.50%	< 0.0001

3種類すべての子宮内膜がん細胞で、水素培地での培養によりアポトーシス率が有意に上昇した。AN3CA細胞ではアポトーシス率が約35倍に増加しており、水素による自滅誘導がとくに顕著であった。

HEC1A細胞では、アポトーシスを実行する酵素（カスパーゼ-3、カスパーゼ-9）の活性型も有意に増加した。古典的なアポトーシス経路が作動していることを裏付ける結果である。

さらに、放射線を照射したHEC1A細胞でも検証が行われた。水素処理群のアポトーシス率は5.10%で、通常群の3.07%を有意に上回った（P=0.0079）。放射線治療との相乗効果の可能性が示唆される。

③ アポトーシスは活性酸素を介して引き起こされていた

水素によるアポトーシスの仕組みをさらに調べるため、活性酸素の発生を抑える薬剤（NAC）を水素処理の前に加える実験を行った。

条件	Ishikawa	AN3CA
通常培地	2.33%	0.10%
水素培地	3.50%	3.50%
水素培地＋NAC	2.10%	2.10%

活性酸素の発生を阻害すると、水素によるアポトーシスの増加がほぼ打ち消された。水素培地で上昇したアポトーシス率は、NACの添加により通常培地とほぼ同水準まで低下している。

この結果から、水素ががん細胞のアポトーシスを引き起こす過程（TNF/NF-κB経路の活性化など）には、細胞内の活性酸素が必須のシグナルとして関与しており、最終的に自滅に至ると考えられる。

以下は、著者らが提唱するメカニズムの模式図である。

考察と今後の課題

本研究は、水素がTNF/NF-κBという炎症経路を活性化し、がん細胞のアポトーシスを促すメカニズムを提示した。通常、NF-κBの活性化は炎症を介してがんを促進する方向に働く。しかし水素処理ではこの経路が逆にがん細胞の死を誘導する方向に作用していた。

ただし、本研究はすべて試験管内の細胞実験であり、生体内で同じ効果が得られるかは未検証である。水素がどのようにこの経路を活性化するのか、詳細な分子メカニズムも解明されていない。子宮内膜がんの治療への応用には、動物実験を経たうえで臨床試験による検証が不可欠である。水素吸入療法との関連でいえば、吸入で取り込んだ水素が子宮内膜に届くかどうかも今後の検証課題となる。

すいかつねっと編集部の感想

本研究は、水素が子宮内膜がん細胞のアポトーシスを誘導することを、遺伝子レベルから実験的に示した基礎研究です。RNAシーケンシングで「なぜアポトーシスが起こるのか」を炎症経路の観点から掘り下げた点は、水素のがん細胞への作用を探る研究において新しいアプローチといえます。

ただし、すべて試験管内の細胞実験であり、人体での効果を示すものではありません。「水素で子宮内膜がんが治る」と解釈すべきではなく、あくまで基礎研究として「メカニズムの一端が示された」段階です。水素吸入を検討される場合でも、主治医への相談を前提としたうえで、今後の研究の進展を注視していくことが大切です。

子宮体がんと水素の関係について詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

>> 【医師監修】水素吸入と子宮体がんの関係は？関連研究から徹底考察

用語解説

用語	解説
アポトーシス	細胞が自らプログラムに従って死ぬ仕組み。不要な細胞やダメージを受けた細胞を体から除去する防御機構
TNF（腫瘍壊死因子）	免疫細胞が産生するタンパク質で、炎症反応の引き金となる。がん細胞の死を誘導する働きもある
NF-κB	細胞内で炎症反応を制御する「司令塔」のようなタンパク質複合体。活性化すると多数の炎症関連遺伝子のスイッチを入れる
RNAシーケンシング	細胞内で働いている遺伝子を網羅的に読み取る解析手法。どの遺伝子が活性化・抑制されているかを一度に把握できる
カスパーゼ	アポトーシスを実行する酵素の総称。カスパーゼ-3やカスパーゼ-9が活性化されると細胞の分解が進む
フローサイトメトリー	レーザー光で細胞を1個ずつ調べる装置。アポトーシスの有無や割合を正確に測定できる
NAC（N-アセチルシステイン）	活性酸素の発生を抑える薬剤。実験で原因物質を特定するための「阻害剤」として使われる
in vitro	「試験管内で」を意味するラテン語。生きた体の外で、培養した細胞を使って行う実験のこと
ネクロプトーシス	アポトーシスとは異なるプログラムされた細胞死の一種。炎症を伴い細胞が破裂するように壊れる
フェロトーシス	鉄と脂質の酸化が引き金となって起こる、比較的新しく発見された細胞死の形態

論文情報

論文タイトル

RNA sequencing analysis reveals apoptosis induction by hydrogen treatment in endometrial cancer via TNF and NF-κB pathways（RNAシーケンシング解析により、水素処理がTNFおよびNF-κB経路を介して子宮内膜がんのアポトーシスを誘導することが示された）

引用元

Yang, Y., Liu, Y. P., Bao, W., Chen, J. S., & Xi, X. W. (2020). RNA sequencing analysis reveals apoptosis induction by hydrogen treatment in endometrial cancer via TNF and NF-κB pathways. *Translational Cancer Research*, 9(5), 3468–3482. https://doi.org/10.21037/tcr.2020.03.71