〔生化学 第８ ５巻 第２号，pp.６ ３―７ ５，２ ０ １ ３〕 総 説 硫化水素（H２S）の生理機能と医療応用 木 村 英 雄 硫化水素（H２S）と言えば，「卵の腐敗臭」と「毒ガス」というキーワードがまず思い 浮かぶ．「生理活性物質」とはつながりそうにない．しかし，地球にはその昔このガスで 満たされていた時期があり，その名残とも言うべきか，H２S が噴出する海底火山にはこれ を利用する生物がいる．メチオニン，システイン，グルタチオン，コエンザイム A など に含まれる硫黄は生物界において極めて重要な働きを担っている．この硫黄を他の化合物 に転移する酵素 sulfurtransferase の研究が１ ９ ５ ０年代から１ ９ ７ ０年代にかけて精力的に行わ れた．これら一連の研究で酵素活性マーカーとして登場したのが H２S であり，あくまで も代謝経路の副産物としてしか捉えられていなかった．１ ９ ８ ９年から翌年にかけて，哺乳 類の脳に内在性 H２S が存在することが報告され，H２S が何らかの生理活性を持つことが予 想された．ここでは，生理活性物質としての H２S とその医療応用への取り組みについて 概説する． １． は じ め に した３）．この研究は，心筋保護作用の発見へとつながっ た４）．このような研究の流れの中で，私たちは最近，第３ １ ９ ９ ６年に私たちは，シスタチオニン β-シンターゼ（cys- 番目の生合成酵素として３-メルカプトピルビン酸硫黄転 tathionine β-synthase：CBS）が 脳 で H２S を 生 産 し，H２S が 移 酵 素（３-mercaptopyruvate sulfurtransferase：３MST）が 神 記憶のシナプスモデル，海馬長期増強（long-term potentia- 経細胞や血管内皮に局在することを見いだした５，６）． tion：LTP）の誘導促進を行うことか ら，神 経 調 節 物 質 ここ数年，H２S 研究論文数は年々増加し，抗炎症７），イ （neuromodulator）として機能していることを提案した１）． ンスリン分泌調節８，９），血管新生１０，１１），酸素センサー１２，１３），小 翌９ ７年に，H２S のもう一つの生産酵素シスタチオニン γ- 胞体ストレス調節１４），NF-κB 調節を介した抗アポトーシス リアーゼ（cystathionine γ-lyase：CSE）が血管平滑筋，門 作用１５），さらには，細菌の抗生物質抵抗性も H２S によって 脈，回腸などの平滑筋組織に局在し，H２S がこれらの組織 調節されているという報告が出るほどである１６）．すなわ を弛緩させることから，平滑筋弛緩因子としての働きを提 ち，H２S の細胞保護機能は細菌から哺乳類に至るユニバー 案した２）．これらは H２S のシグナル分子としての局面であ サルな自己防御機構であることを示している．生物研究に る．それに加えて私たちは，H２S の細胞保護作用を見つけ おいては，細菌で得られた結果を哺乳類で検証するという た．「毒ガス」としての印象が強いために見落とされてい のが一般的な流れである．しかしここでは，哺乳類で見つ た機能である．H２S は神経細胞を酸化的ストレスから保護 かった三つの生産酵素 CBS，CSE，３MST を細菌で欠失さ 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター 神経研 究所 神経薬理研究部（〒１ ８ ７―８ ５ ０ ２ 東京都小平市小川 東町４―１―１） Physiological functions of hydrogen sulfide（H２S）and its therapeutic applications Hideo Kimura （Department of Molecular Pharmacology, National Institute of Neuroscience, National Center of Neurology and Psychiatry,４―１―１Ogawahigashi, Kodaira, Tokyo １ ８ ７―８ ５ ０ ２, Japan） せると，細菌の抗生物質抵抗性が失われた．哺乳類での発 見が細菌でも成立したという逆の流れになっている．この ような，さまざまな働きを持つ H２S の細胞内動態をリア ルタイムで観察しようと，H２S 蛍光プローブも昨年数種類 開発された１７∼２１）． ２． H２S の 性 質 ０℃ では水３ １ ４ml に１g 溶解す H２S は水溶性であり，３ ６ ４ 〔生化学 第８ ５巻 第２号 る．その上，脂溶性でもある．水溶液中では H＋と HS−に が HS−を通過することはないと結論付けている２３）．ところ 解 離 し，生 理 的 条 件 下（３ ７℃，pH７． ４）で は，約４／５が が，今年に入って，細菌の HS−チャネルが同定された． HS−に解離し，残り１／５は解離せず H２S として存在する． このチャネルは細胞内から細胞外へ HS−を通す２４）．細菌に ２− S まで解離することはほとんどない． H２S → − HS → ＋ − H ＋HS（pK１＝７． ０ ２） ＋ ２− H ＋S （pK２＝１ ３． ９） おいては，H２S は細胞外から脂質二重膜を通過して細胞内 へ入り，細胞内からは HS−チャネルを通過して細胞外に 出るというのである．遺伝子の相同性などから判断すると 細胞内では，細胞質の pH は７． ０∼７． ２で，細胞外より pH このチャネルは哺乳類には存在しないらしい．もっとも， が低いために，細胞外に比べて非解離 H２S の HS−に対す アミノ酸配列上相同性はないが HS−を通過させる機能を る存在比率が高くなるため，約半分が非解離 H２S として 持つチャネルが哺乳類にも存在する可能性がないとは断言 存在する２２）．さらに ゴ ル ジ 体 で は pH は６． ０∼６． ７，リ ソ できない（図１） ． ゾームで pH４． ７であり，このような細胞内小器官では非 解離 H２S の存在比率がさらに高くなると考えられる． ３． 内在性 H２S 濃度 H２S 分子と H２O 分子とを比較してみると，H-S 間距離は 遊 離 の H２S に 加 え て，細 胞 に は H２S を 放 出 す る 硫 黄 ０． １ ３ ４nm であるのに対して H-O は０． ０ ９ ５ ７nm，H-S-H の プールが少なくとも２種類存在する．一つは酸不安定型硫 結合角度が９ ２度，H-O-H は１ ０ ４． ５ ２度で，両者の構造は 黄で，その主なものは，呼吸鎖を構成する酵素の活性中心 酷似している．そのため，H２S は水チャネル（aquaporin） に存在し，酸化還元反応をつかさどっている鉄硫黄クラス を通過するのではないかと多くの研究者が予想した．とこ ター中の硫黄原子である２５）．この硫黄原子は，酸性条件下 ろが，Mathai らの研究によると，脂溶性でもある H２S は で H２S として放出されることから，このように呼ばれて 人工脂質二重膜を自由に通過し，コレステロールやスフィ いる．もう一つの硫黄プールは結合型硫黄である．これは ンゴミエリンといった膜拡散性を減少させる物質が存在し タンパク質のシステイン残基などのチオール基にさらに硫 ていても何ら妨害を受けずに通過できる２３）．一方，脂質二 黄が結合したもので，還元条件下で H２S を放出する２５，２６）． 重膜に再構築した水チャネルは，水分子を良く通すものの H２S 通過については脂質二重膜の単純拡散と同程度であっ １）酸不安定型硫黄 た．先にも述べたように，細胞外に比べて，細胞内に H２S 初期に測定された内在性 H２S は，基本的にメチレンブ が多く存在することから，H２S は存在比率の高い細胞内か ルー法で測定された．これは HCl 存在下で，N， N-ジメチ ら細胞外に向かって脂質二重膜を通過し，その逆が起こる ル-p-フェニレンジアミン硫酸と FeCl３ とを H２S と反応させ 率は低いと考えられている（図１） ． るとメチレンブルーを形成する反応を利用しており，でき Mathai らはま た，生 理 的 条 件 下 で の 主 た る 存 在 形 態 − たメチレンブルーを分光光度計で測定し，H２S を定量する HS が陰イオンチャネルを透過する可能性について理論的 測定法である．酵素的に産生される H２S 量を測定するた な検討を行っており，現在知られている陰イオンチャネル めに，細胞ホモジネートを過剰の基質存在下で反応させ， 生産されてくる大量の H２S をメチレンブルー法で測定す る場合は，酸不安定型硫黄から同時に放出される H２S 量 と酵素反応で産生される H２S の両者を測定する． そこで， 基質を除いたコントロール，すなわち組織ホモジネートに 存在する酸不安定型硫黄から放出される H２S 量，を全体 H２S 量から差し引けば酵素によって産生された H２S を算出 することができる．しかし，この方法で，内在性 H２S を 測定しようとすると，内在性遊離 H２S に加えて，はるか に大量の酸不安定型硫黄由来の H２S をも測定してしまう ことになる．初期に測定された内在性 H２S が，実際に存 在する濃度より高かったのはこの理由による２７∼２９）． 酸不安定型硫黄量を，肝臓，心臓，脳で比較すると，心 臓で最も高く，４ ０ ０nmol／g タンパク質を超える．肝臓と 図１ H２S の脂質二重膜透過性 H２S は脂質二重膜を自由に通過する．生理的条件下では，約 ８ ０％ が解離した HS−で，残り２ ０％ が解離していない H２S ガス である．現在知られている陰イオンチャネルは H２S を通さな い．しかし，最近，細菌で HS−チャネルが発見された． 脳がほぼ同程度で，１ ５ ０nmol／g タンパク質前後である２５）． では，生体内でこの酸不安定型硫黄から遊離 H２S に移行 することがあるか，という疑問が湧いてくる．前述のよう に，酸不安定型硫黄は主として呼吸鎖を構成する酵素中の ６ ５ ２ ０ １ ３年 ２月〕 鉄硫黄クラスターとして存在するが，これらの酵素はミト 傾く３０）．このような条件下では約１割のアストロサイトの コンドリアに局在する．酸不安定型硫黄から H２S が放出 pH が８． ４に達したが，放出量が低いこともあり，H２S 測 されるのは pH５． ４以下の酸性条件下であるが，ミトコン 定は成功していない２５）． ドリア内は pH８付近であり，酸不安定型硫黄から H２S が 生理的に放出されることはないと思われる２５）． ３）遊離 H２S 遊離 H２S 測定には銀―硫黄電極が汎用されている．しか ２）結合型硫黄 し，この方法も組織や血液などタンパク質含有サンプルの 結合型硫黄量を，肝臓，脳，心臓で比較すると，酸不安 測定には適していない．なぜなら，この電極では，解離し 定型とは対照的に，肝臓で最も高く約６μmol／g タンパク − た S２（解離定数 pKa＝１ ３． ９）を測定するため，サンプルを 質，脳 で 約２μmol／g タ ン パ ク 質，心 臓 が 最 も 低 く，約 アルカリ性にする必要があるが，このとき，タンパク質中 ２ ５） ０． １μmol／g タンパク質程度である ．それでは，結合型硫 の SH 基から H２S が発生してしまい，遊離 H２S 濃度をはる 黄から遊離 H２S が放出される可能性はあるのだろうか． かにしのぐ値が観察されてしまうからである３１）．最近，タ 結合型硫黄は，還元条件下で H２S を放出するので，細胞 ンパク質から放出される H２S の混入を防ぐ工夫を凝らし 内還元状態が強くなると放出されると考えられる．細胞内 た三つの方法が開発された．第１の方法は，三方コックに に豊富に存在する還元物質として，グルタチオンやシステ 連結した２本のシリンジで組織をホモジナイズし，遊離し インがあるが，これらの還元力はアルカリ性で強くなる た H２S をコックから採取し，ガスクロマトグラフィーで （図２） ．実際，生理的濃度のグルタチオンやシステインの 測定する方法で，この方法では１ ０数 nM という値が得ら 存在下で，pH８． ４までアルカリ側に持っていくと，神経 れた３２，３３）．ここでは組織非存在下で Na２S から放出された 細胞やグリア細胞のホモジネートから H２S が放出される． H２S をコントロールとしているが，遊離 H２S は即時に組織 それでは，生理的条件下で細胞内がアルカリ性に傾くこと に吸収されるため，サンプル値が低めに補正されてしま はあるだろうか．もちろんここで考える pH 変化は全身性 う．第２の方法は，チオールに結合する蛍光色素であるモ のものではなく，あくまでも細胞局所における変化であ ノブロモビマン（monobromobimane）と質量分析を組み合 る．ちなみに，アシドーシスやアルカローシスにおける全 わせた方法である３４）．組織ホモジネートにモノブロモビマ 身性の pH 変動はたかだか０． ２である．神経細胞が興奮す ンを加え，チオールと結合したモノブロモビマンを回収す ると Na＋が細胞内に流入し，K＋が細胞外に放出される． る．これを質量分析で解析し，H２S と結合したモノブロモ これによって神経細胞とそれを取り囲むアストロサイトと ビマン量から，H２S 量を決定する．この方法では数 μM の ＋ の細胞間 K 濃度は１ ０∼１ ２mM に達し，アストロサイトの H２S が検出された．第３の方法は，組織ホモジネートに銀 膜電位が脱分極する．Brooks と Turner によると，これに 粉を混ぜ，遊離 H２S が銀粒子表面に硫化銀として補足さ 続いてアストロサイトの Na＋／HCO３−トランスポーターが れるという反応を利用するものである．銀粉を界面活性剤 活性化され，細胞内 HCO３−濃度が上昇し，アルカリ性に で洗浄し，表面に付着したタンパク質を除去した後，硫化 図２ H２S 合成，貯蔵，放出 H２S は CBS，CSE，３MST／CAT 経路により生合成される．その後，シグナ ル分子として働き，結合硫黄プールに貯蔵される．細胞内がアルカリ側に 傾くと貯蔵された H２S が放出される． ６ ６ 〔生化学 第８ ５巻 第２号 銀をチオ尿素と硫酸で H２S に変換してガスクロマトグラ たりの改善が待たれる． フィーで測定する２５）．この測定法の検出限界は，組織内濃 ５． H２S 合成酵素 度に換算して９． ２μM となり，組織内遊離 H２S は検出限界 以下であった．前述のように，遊離 H２S は組織に即座に 合成酵素には CBS，CSE， ３MST の三つが知られている． 吸収されてしまうため，これらの方法で測定された H２S は吸収されきれずに残った余剰 H２S が定常状態量として 測定されたものである． H２S の生産，代謝，酸化，蒸発，そして結合型硫黄への １）CBS CBS はピリドキサル５′ -リン酸（pyridoxal ５′ -phosphate： PLP）依存性酵素で，多くの組織に発現しており，肝臓， 取り込みは，いずれも速やかに行われるため，これらの測 腎臓に特に多く， 脳ではアストロサイトに局在する１，３５∼３８）． 定法では，細胞内 H２S 動態をリアルタイムで測定するこ 小脳のプルキンエ細胞や海馬の錐体細胞などの神経細胞に とはできない．そこで開発されたのが，次に述べる H２S も局在するという報告もあるが，私たちのグループでも同 感受性蛍光プローブである． じ抗体で検討を行ってはみたが，相変わらずアストロサイ ４． H２S 感受性蛍光プローブ トにしか検出できなかった．CBS はシステインあるいは システインとホモシステインを基質として，H２S 合成を行 H２S 感受性蛍光プローブの開発は最近になって急速に進 う３９）．酵素活性は S-アデノシルメチオニン（S-adenosyl me- み，２ ０ １ １年に相次いで報告された．H２S との反応様式から thionine：SAM）によって増強されるため，SAM の細胞内 ３種類に分類される．１）アジ化物と H２S からアミンがで 濃度変化が，CBS による H２S 合成を調節していると考え きる反応により電子が移動し，蛍光発光体が蛍光を発す られる１）．この早い調節に加えて，上皮増殖因子（epider- る．SF１，SF２や DNS-Az な ど の プ ロ ー ブ が こ れ に 属 す mal growth factor：EGF） ，トランスフォーミング増殖因子 １ ７， １ ９） る ．２）H２S が電子親和性基と反応しチオールを有する （transforming growth factor：TGF）α，環状アデノシンリン 中間体を形成し，これが隣接するエステル基と反応して環 酸（cyclic adenosine monophosphate：cAMP）やデキサメタ 状になる．このとき，蛍光発光体が遊離し，脱クエンチン ゾンなどによる発現上昇により CBS のレベルがゆっくり グにより蛍光を発する．または，電子が蛍光発光体に移動 増加する３６）．阻害剤としてはヒドロキシルアミンとアミノ し，発光を発する．Probe１，SFP-１，SFP-２がこれに属す オキシ酢酸が知られているが，いずれも特異性が低く，新 る１８，１９）．３）銅イオンは環状のアザマクロ環と安定な複合体 しい阻害剤の開発が待たれる． を形成して，蛍光発光体が発光しないように抑制をかけて いるが，H２S が銅イオンを追い出すと脱抑制により蛍光を 発する．HSIP-１がこれに属する２１）． ２）CSE CSE は肝臓，腎臓をはじめ胸部大動脈，回腸，門脈， チオールを検出するプローブは早くから開発されてい 子宮，膵島など多くの組織に認められる２，９，３５，４０）．この酵素 た．このプローブは，生体内で最も安定で，しかも mM の発現は各種刺激に応じて変化する．例えば，インスリン オーダーで存在するグルタチオンと真っ先に反応する．シ 分泌を刺激する濃度のグルコースにより CSE の発現が誘 ステインも約１ ０ ０μM 存在するため，それ以下の濃度で存 導される．CSE はシステインとホモシステインから H２S 在する物質はほとんど検出できない．もし検出されても両 を合成するが，その使用比率は，細胞内の両アミノ酸の量 物質による大きなバックグラウンドのなかに埋没してしま に応じて異なる．正常な状態では，７ ０％ がシステインか う．そこで，H２S 蛍光プローブの開発では，特に，グルタ ら，残りの３ ０％ がホモシステインから生産されるが，ホ チオンやシステイン存在下においても H２S を明確に区別 モシステイン血症など，ホモシステイン濃度が上昇する疾 して測定できることに重点が置かれた．どのプローブも 患では，ホモシステインからの生産が多くなる４１）．私たち H２S に対する親和性がグルタチオン，システインに対して を含む複数のグループによるノーザンブロットやウェスタ 高く，特に，HSIP-１では１， ０ ０ ０倍の差があり，１ ０μM H２S ンブロットによる解析の結果から，脳には CSE が発現・ と１ ０mM グルタチオンとの区別ができる．ただ，これら 局在しないことが示されたが，あるグループからの報告で 七つのプローブ間では，H２S との反応終了時間が大きく異 は脳にも CSE 酵素活性が認められるという１，４２∼４４）．CSE と なり，２ ５秒から１時間と幅広い．反応終了時間が長いも のアミノ酸配列相同性がなく，CSE 活性を示す酵素が存 のはリアルタイムの検出とは言いがたい．また，どのプ 在するのかもしれない． ローブも非可逆反応で一旦 H２S と反応すると元に戻らな いため，周りの H２S が消滅してしまった後も，蛍光を発 ３）３MST／CAT し続けていることになる．また，H２S が刺激により減少す つい最近まで，H２S 合成酵素としては CBS と CSE の二 る場合は，H２S の減少を測定できないことになる．このあ つの酵素が研究の中心であった．ところが私たちは，CBS ６ ７ ２ ０ １ ３年 ２月〕 ノックアウトマウス脳も H２S を産生し得ることを見つけ， ６． シグナル分子としての機能 ３MST／システインアミノトラ ン ス フ ェ ラ ー ゼ（cysteine aminotransferase：CAT）経路に行きついた５，４５，４６）． １）シナプス活動の修飾 神経細胞は，シナプスに神経伝達物質を放出することに この合成経路ではまず，CAT によって， より，次の神経細胞に情報を伝達する．神経細胞をある条 システイン＋α-ケトグルタル酸 → ３-メルカプトピルビン酸＋グルタミン酸 件で頻回刺激するとシナプス電位が増幅され，刺激後数時 の反応が進み，続いて， ３MST によって H２S が生産される． 間以上その状態が継続する．シナプスにおける記憶形成モ デルとして理解されている海馬の長期増強（LTP）である． ３-メルカプトピルビン酸 → ピルビン酸＋H２S H２S 作用として初めて私たちが報告したのが，この LTP 脳においては，嗅球マイトラル細胞，小脳プルキンエ細 誘導促進であった１）．頻回刺激も刺激が弱い場合は LTP 誘 胞，大脳及び海馬錐体細胞などの神経細胞に局在してお 導には至らないが，このような弱い刺激条件でも，H２S が り，CBS がアストロサイトに局在するのとは対照的であ 同時に存在すると LTP が誘導される．同時に存在するこ る５）．眼では視神経に，血管系では内皮細胞に局在してい とが重要で，頻回刺 激 の 前 後 に H２S が 存 在 し て い て も ６， ４ ７∼５ ０） LTP は誘導されない．二つの刺激が同時に入力された場 ３MST／CAT 経路が H２S を生産し得ることは，１ ９ ７ ０年代 合にその効果が大きくなるという Hebb のルールに従って る ． にすでに報告があった．ただ，)反応に使われた基質濃度 いる． が非生理的に高かったことや，*３MST が３-メルカプトピ LTP の誘導には N-メチル-D-アスパラギン酸（N-methyl- ルビン酸（３MP）から H２S を生産するときに，還元剤ジチ D-aspartate：NMDA）受容体の活性化が必要であることは オトレイトール（DTT）が必要であったこと（すなわち， 良く知られている．H２S は単独では NMDA 受容体に何ら DTT に対応する内在性物質がわからなかったこと） ，ま 作用を及ぼさないが，神経伝達物質によって活性化された た，+３MP の代謝物が尿中に存在することは確認されて NMDA 受容体の反応を増強 す る．一 方，活 性 化 さ れ た いたが，実際に３MP が生体内に存在するかどうかが確認 AMPA 受容体の反応性には影響を与えず，NMDA 受容体 されていなかったことから，３MST／CAT 経路が生理的な に特異的な作用である．その機序として考えられるのは， H２S 合成経路とは考えられていなかった．そこで私たち NMDA 受容体にあるシステイン残基のジスルフィド結合 は， DTT に対応する内在性の還元性補助因子を探索した． の還元である５３）．NMDA 受容体ではこのジスルフィド結 そして生体内濃度である２ ０μM のチオレドキシンが同濃 合が還元され開裂すると活性が上昇し，酸化されジスル 度の DTT の４倍の効率で３MST から H２S 生産を促進する フィド結合を形成すると活性が減少することが知られてい こと，また，４ ０μM ジヒドロリポ酸（dihydrolipoic acid： る．この機序は，最初は還元剤 DTT による作用として見 DHLA）が同濃度の DTT とほぼ同程度に促進することを つかった．私たちは，この作用が NMDA 受容体の反応性 明らかにした５１）．また，３MP の測定法を確立し，中間体と のみならず，LTP の誘導についても当てはまることを明 して３MP が存在していることを確認し，３MST／CAT 経路 らかにした．DTT 共存下で頻回刺激を行うと LTP が誘導 が生理的に機能し得ることを示した． される．ところが，面白いことに，DTT による増強後， ２＋ この研究の途上，CAT 活性が細胞内 Ca によって調節 DTT の１／１ ０濃度の H２S を加えるとさらに大きな増強が起 されることを発見した４７）．これは，３MST／CAT 経路によ こった１）．DTT の方が H２S よりも還元力は強い．では，こ る H２S 合成が細胞内 Ca２＋によって制御されることを示し の違いは何に由来するのだろうか．H２S はジスルフィド結 ている．この H２S 合成経路は，細胞内 Ca２＋濃度が低いと 合を還元して開裂後，チオール基に S を結合させ，過硫 ２＋ きに活性が高く，細胞内 Ca 濃度が上昇すると酵素活性 化する．スルフヒドリル化である５４，５５）．一方，DTT はスル が抑制される．カルモジュリンやその阻害剤 W７は活性に フヒドリル化を起こさず，ジスルフィド結合開裂で反応が は影響を及ぼさなかったため，カルモジュリンはこの経路 終了する（図３） ．ここで，スルフヒドリル化について少 ２＋ 調節に関与していない．CAT には Ca 結合モチーフやカ し補足しておきたい．これは Kato らによって初めて報告 ルモジュリン結合部位などは見つかっていない．ミトコン された機構で，最近になって Snyder らによって再提案さ ドリアに局在する三つの脱水素酵素でも同様の現象が報告 れた．酵素や受容体のセリン，トレオニン，チロシンがリ されている５２）．これらの酵素でもカルモジュリン結合部位 ン酸化され，その活性が変調することはよく知られてい ２＋ ２＋ や Ca 結合モチーフなどが認められていないが，Ca に る．同じように，タンパク質のシステインに硫黄が付加す よって活性が制御されている． ると，その活性が変調するという機構である． 他のガス性伝達物質である一酸化窒素（NO）や一酸化 炭素（CO）でも LTP の誘導が起こるが，その機序は H２S ６ ８ 〔生化学 第８ ５巻 第２号 図３ H２S による NMDA 受容体活性化メカニズム H２S は NMDA 受容体のシステインジスルフィド結合を還元して開裂させ，受容体のグルタ ミン酸感受性を上昇させる．さらにスルフヒドリル化により，より一層感受性を高める． と は 異 な る５６∼５８）．NO は ア ル ギ ニ ン か ら NO 合 成 酵 素 については他の組織でいくつか報告がある．たとえば，排 （NOS）によって，また，CO はヘムからヘムオキシゲナー 尿筋では H２S により TRP チャネルが活性化されると収縮 ゼ（heme oxygenase：HO）によって，後シナプス性に生 が起こるし，気道の収縮も H２S による TRPV１チャネルの 産される．両者とも，前シナプスに拡散し，グアニル酸シ 活性化によることが報告されている６０，６１）． ク ラ ー ゼ を 活 性 化 し，cGMP 合 成 を 促 す．こ れ が G-キ アストロサイトによる LTP 誘導調節に話を戻そう． ナーゼを活性化し，神経伝達物質グルタミン酸の放出量を LTP 誘導に対するアストロサイトの関与は，アストロサ 増大する．H２S が後シナプスにおいて NMDA 受容体の活 イトの細胞内 Ca２＋を上昇させないようにする，あるいは， 性促進を行うのに対して，NO や CO は後シナプスで合成 アストロサイトからの伝達物質放出を阻止すると LTP 誘 され，前シナプスに拡散して，伝達物質放出量を増大す 導が起こらないことからも支持される６２）． る．逆行性神経伝達物質と呼ばれるゆえんである． 面白いことに，成熟していないアストロサイトには H２S H２S によるもう一つのシナプス伝達修飾はグリアの一種 反応性がなく，成熟したアストロサイトのみに H２S 反応 であるアストロサイトを介して行われる．シナプスの周り 性が認められる６３）．また，EGF，TGFα，cAMP，インター は，アストロサイトが取り巻いている．かつてアストロサ ロイキン１β などによって活性化されたアストロサイトに イトは神経細胞に栄養を与えたり，支えたりするだけの細 も反応性がない．脳が損傷を受けると，これら EGF など 胞と考えられていた．しかし，現在では，神経伝達物質受 の因子が神経やグリアから放出され，アストロサイトが活 容体を持ち，神経伝達物質に反応することがわかってい 性化される．そのような状況下では，神経系が誤ったシグ る．また，反応したアストロサイトは，今度は逆にシナプ ナルを伝搬しないように，アストロサイトの H２S 反応性 ス伝達を調節する．H２S は NMDA 受容体においては，単 がなくなるのかもしれない． 独では作用を示さず，グルタミン酸の作用を増強するだけ であった．これに対して，アストロサイトでは H２S 単独 ２）視神経における Ca２＋制御 で Ca２＋流入を誘起する５９）．この作用は La３＋，Gd３＋，ルテニ 脳の神経細胞では H２S によって，NMDA 受容体を介し ウムレッドなどの transient receptor potential（TRP）チャネ た Ca２＋流入の増大が誘導され，アストロサイトでは TRP ル阻害剤で抑制される．すなわち，H２S は TRP チャネル チャネルを介した Ca２＋流入が起こる６４，６５）．一方，視神経で を活性化することにより，アストロサイトに Ca２＋流入を は H２S によって Ca２＋流入が抑制される４７）．私たちが視神経 ２＋ 起こす．一旦 Ca 流入が起こると隣り合うアストロサイ ２＋ に興味をもったのは，３MST と CAT が視神経に共存して wave として次々と伝搬していく．このように いたこと，３MST／CAT 経路が低濃度の Ca２＋によって活性 H２S によって活性化されたアストロサイトがシナプス伝達 化されることによる．光照射により光受容細胞内 Ca２＋濃 を修飾するという機序が，もう一つのシナプス伝達修飾機 度は１ ０nM まで減少し，暗闇では，Ca２＋濃度が６ ０ ０nM に 序である．ちなみに，H２S による TRP チャネルの活性化 上昇する６６）．これは，脳の神経細胞では活性化状態によ トに Ca ６ ９ ２ ０ １ ３年 ２月〕 り，Ca２＋濃度が２∼３μM に上昇し，定常状態では１ ０ ０nM 弛緩する拡散性物質が放出されると提案し，この物質を に低下するのとちょうど正反対である．しかも，視神経に endothelium-derived relaxing factor（EDRF）と名付けた６７）． おける Ca２＋濃度変化は脳の神経細胞と比較して低濃度側 これが後に，NO として同定されたことはご存じのとおり にシフトしている．視神経ではこの低い Ca２＋濃度範囲内 である．その後，Garthwaite らによって EDRF が脳にも存 で，３MST／CAT 経路の H２S 生産が大きく変化する．私た 在することが確認され，Bredt と Snyder によってアルギニ ちの得た結果から，視神経において，H２S は次のような役 ンから NO を合成する NO 合成酵素（NOS）が脳で同定さ 割を果たすと考えられている．光受容細胞が光照射される れ，NO が脳においても生理作用を持つことが提案され と cGMP 調節性チャネルが閉じて，Ca２＋流入が抑えられ， た６８，６９）．多くの研究者によりその機能の探索が行われ，海 細胞内 Ca２＋濃度が低く抑えられる．これにより，光受容 馬長期増強を促進する逆行性神経伝達物質として機能する 細胞から水平細胞への神経伝達物質グルタミン酸の放出が ことが明らかになったことはすでに述べた．NO は平滑筋 抑えられる．一方，水平細胞では，グルタミン酸受容体が 弛緩因子として発見され，脳においても神経伝達物質とし 閉じた状態が継続されるため，細胞内 Ca２＋濃度が低く抑 て機能することが確認された．それなら，脳で LTP の誘 えられる．かくして，光受容細胞と水平細胞において， 導を促進する H２S は， 平滑筋でも機能するのではないか， ３MST／CAT 経 路 が 活 性 化 さ れ，H２S の 合 成 が 促 進 さ れ という，大胆を行き過ぎた（ほぼ科学的根拠のない）仮定 る．水平細胞にある液胞型（vacuolar-type H＋-ATPase：V- を立てた．実際，胸部大動脈，門脈，回腸では，CBS や ATPase）の活性化部位にはシステインジスルフィド結合 CSE が発現しており，これらの組織は H２S によって弛緩 が存在し，これが還元されると V-ATPase は活性化され， した２）．ただ，NO と違い H２S は酸化されやすいため，酸 酸化されると不活性状態になる．H２S により V-ATPase が 素分圧の高い太い動脈では主に NO が弛緩作用を示し，酸 活性化されると H＋が放出され，光受容細胞の Ca２＋チャネ 素分圧の低い末梢血管では H２S が作用すると考えられて ２＋ ルを抑制し，細胞内 Ca 濃度が低く保たれる．視神経細 いる７０）．末梢血管の方が，抵抗が大きく，血圧への影響が ２＋ 胞では，他の細胞に比べ Ca 濃度が低く保たれているこ 大きいため，H２S の調節によって血圧調節ができるのでは とを先に述べたが，この機構により，他の細胞に比べてさ ないかという期待がもたれている．面白いことに，NO と らに Ca２＋濃度を低く保つことが可能になる．この役割を H２S の効果には相乗作用があり，低濃度でも強い弛緩が引 ４ ７） H２S が担っていると考えている （図４） ． き起こされる２）．一方，NO によって H２S が酸化され，相 乗作用が認められないという，相反する報告もある７１）．最 ３）平滑筋弛緩 胸部大動脈を低濃度のアセチルコリンで刺激すると弛緩 する．この時，内皮を取り除くと弛緩は起こらない．この ことから，Furchgott と Zawadzki は内皮から血管平滑筋を 近，NO と H２S との相乗効果を狙って，両者を放出する 「NOSH 化合物」が開発された７２）．この化合物は強い抗が ん作用を示し，治療への応用が期待されている． EDRF に話を戻そう．EDRF が NO と同定された後，い くつかの矛盾点が浮上した．そのうちの一つは，EDRF は 平滑筋を弛緩し，平滑筋の膜電位を過分極する一方，NO は弛緩を起こすが，過分極効果は極めて弱いことであ る７３）．これより，EDRF には NO 以外のコンポーネントが 存在するだろうと考えられている．そのうちの一つ，過分 極 を 誘 起 す る 物 質 は，endothelium-derived hyperpolarizing factor（EDHF）と命名された．候補物質として，アラキド ン酸代謝物，プロスタサイクリンやエポキシエイコサトリ エン酸，過酸化水素やカリウムイオンなどが挙げられてい るが，まだ同定には至っていない７４）．H２S は平滑筋を弛緩 ＋ し，ATP 依存性 K（K ATP）チャネルを活性化し，膜を過分 極する．私たちのグループを含め他のグループも CSE は 血管平滑筋に存在することを確認している．しかし，CSE は内皮には存在しないという自らの当初の結果を覆し，再 精査により CSE は内皮にも存在することが確認されたの 図４ 視神経における H２S の働き H２S は水平細胞の V-ATPase を活性化し，H＋を放出させる．こ れが，光受容細胞の L-型 Ca２＋チャネルを抑制し，細胞内 Ca２＋ 濃度を低く保つ． で，H２S は EDHF で あ る と 主 張 し て い る グ ル ー プ が あ る７５，７６）．私たちも Olson らも，CSE が内皮に存在すること は否定的である６，７７）．私たちは，もう一つの生産経路の酵 ７ ０ 〔生化学 第８ ５巻 第２号 図５ 血管平滑筋弛緩因子としての H２S 血管内皮に局在する３MST／CAT 経路によって H２S が生合成され，血管平滑筋を弛緩させる． また，血管平滑筋に局在する CSE も H２S を合成し，弛緩作用に寄与していると考えられる． 素３MST と CAT が内皮に共存しており，内皮ライセート に基質システインと α-ケトグルタル酸を加えると H２S が 生産されることを確認した．一方，CSE はシステインの よって制御されているとは考えにくい． ７． 細胞保護因子としての機能 みから H２S を生産し，α-ケトグルタル酸を必要としない． 薬もさじ加減で毒になる．であれば，毒も薬になり得る 内皮ライセートからの H２S 生産には α-ケトグルタル酸が はずである．H２S はシトクロム c オキシダーゼを阻害して 不可欠であることを確認した．これより，内皮では CSE 細胞死を引き起こす，とされている．そこで，H２S を発生 ではなく，３MST／CAT 経路によって H２S が生産されると させる NaHS を培養神経細胞初め各種の細胞に加えてみ 考えている．Olson らも内皮における３MST の局在を確認 た．ところが，１ ０ ０μM まで濃度を上げても，細胞はいっ している．これらの結果から，内皮の３MST／CAT 経路に こうに死ななかった．逆に，酸化毒性に対して強い抑制作 よって生産された H２S が，EDRF の一つのコンポーネント 用が認められた３）．ここでは，１，減少したグルタチオンレ として働く可能性があると考えている．一方，EDHF によ ベルの回復，２，活性酸素（ROS）スカベンジャーとして ２＋ ＋ る過分極はアパミンによって阻害される Ca 依存性 K の働き，３，抗アポトーシス効果，４，小胞体（ER）スト チャネルが担うという報告があり，KATP チャネルに依存し レス応答の調節，５，細胞内カルシウム濃度調節，６，K＋ ないことからも，H２S は EDHF ではないだろうと考えてい チャネル，Cl−チャネルの活性化による異常興奮の抑制， る（図５） ． について概説する（図６） ． CSE ノックアウトマウスで は，血 圧 上 昇 が 報 告 さ れ た７５）．H２S は血管平滑筋を弛緩するので，それを生産する １）減少したグルタチオンレベルの回復 CSE が欠損すれば，血圧は上昇することは予想される． H２S を培養細胞に投与すると，MTT や WST-８などのテ ところが，他グループの作製した CSE ノックアウトマウ トラゾリウム塩を還元して青色を呈し，細胞の代謝活性を スでは血圧の変化は観察されなかった７８）．前述のように， 上昇させているように見える．このような現象は神経細胞 ３MST／CAT が血管内皮に共局在しているため，平滑筋に で特徴的に観察された８０）．これは H２S の還元性物質として 局在している CSE のみが欠損しても影響が見られないと の効果と思われるかもしれないが，H２S は培養皿に加え 思 わ れ る．NO に お い て も，血 管 内 皮 か ら 放 出 さ れ る て，数分で半減し，１時間もするとほとんど蒸散して消失 EDRF に 加 え，NO 様 の 物 質 が 血 管 平 滑 筋 に 存 在 し， する．MTT や WST-８などのテトラゾリウム塩を加えるの ７ ９） muscle-derived relaxing factor（MDRF）と呼ばれている ． はその後である．この現象は当初，H２S によってシトクロ このように H２S の場合も，内皮と平滑筋の両者から弛緩 ム c オキシダーゼが阻害され呼吸鎖が抑制されることに 因子が放出され血管の収縮・弛緩を調節しているものと考 より，細胞内が還元状態に傾いたためと考えられた．とこ えられる．Wang らのグループは CSE ノックアウトマウス ろが，アジ化物によりシトクロム c オキシダーゼを阻害 の論文に，CSE の活性が Ca２＋／カルモジュリンによって制 しても，このような現象は見られなかった．これより，こ ７ ５） ２＋ 御されることを報告している が，１∼２mM Ca という非 の現象はシトクロム c オキシダーゼ阻害によるものでは 生理的濃度で検討している．これは細胞外濃度であり，細 ないと結論付けた． 胞内では細胞が興奮したときでも高々３μM に達する程度 グルタミン酸による神経細胞毒性には，)興奮毒性と* である．これより，CSE 活性が Ca２＋／カルモジュリンに 酸化毒性の２種類がある８１，８２）．)は NMDA 受容体から流 ７ １ ２ ０ １ ３年 ２月〕 のうち，γ-GCS の活性が H２S によって上昇するが，GS の 活 性 に は 影 響 し な い．こ の H２S の 作 用 は，細 胞 の ラ イ セートに加えても効果はなく，あくまで細胞外に投与した ときのみに認められる．これは，H２S の作用が細胞表面の 感受性分子を活性化することによって起こることを示して いる．ポプラなどの植物は大気中から H２S を吸収して， グルタチオン合成を上昇させるが，ここでも γ-GCS 活性 が上昇しており，動物・植物を通して，共通の機構が働い ているようである８４）．また，酵母では，酸化ストレスによ り H２S が生産されることが報告されており，酸化ストレ 図６ H２S の細胞保護機能 H２S はシステイントランスポーターとシスチントランスポー ターを活性化して，細胞内システイン濃度を上昇させ，また， 生合成酵素を活性化することによりグルタチオン合成を促進す る．ER ストレスの制御，NF-κB を制御することにより，細胞 死を抑制する．また，細胞内 Ca２＋濃度を低く保ち，抑制性チャ ネルを活性化することにより，細胞の異常興奮を抑制する．こ れらの働きにより，細胞をストレスから保護している． スを回避するために H２S が機能しているようである８５）． この H２S による抗グルタミン酸酸化毒性作用は H２S 投 与後１ ６時間から２ ４時間後に顕著に見られる．培養皿に添 加した H２S はすぐに消失するが，この短い時間の間に細 胞保護に関わるシグナルが伝搬し，細胞を酸化ストレス抵 抗性にする．細胞内の H２S 濃度は低く，グルタチオンは mM オーダーで存在する．H２S 自身還元性物質であるが， 入した Ca２＋や，AMPA 受容体の活性化に伴う脱分極によ より大量に存在するグルタチオン濃度を上昇させる方がよ り膜電位依存性 Ca２＋チャネルから流入した過剰の Ca２＋に り効率良く抗酸化を実現することができる．この項の最初 ２＋ よって細胞内 Ca 濃度が異常に上昇して引き起こされる． に述べた，MTT や WST-８などのテトラゾリウム塩を還元 一方，*では高濃度のグルタミン酸により，グルタミン する効果には，この上昇したグルタチオンが関与している 酸・シスチンアンチポーターが抑制され，細胞内へのシス のではないかと考えられる． チンの取り込みが減少し，細胞内で還元されてできるシス テイン量が減少する．その結果，これを基質として生産さ ２）ROS スカベンジャー れる細胞内主要還元性物質であるグルタチオンの濃度が下 海藻において，含硫化合物ジメチルスルホニオプロピオ がり，細胞は酸化ストレスに脆弱性を示すようになる．胎 ナート（dimethylsulfoniopropionate：DMSP）やその代謝産 生１ ７日目の胎児脳から調製した培養神経細胞で興奮毒性 物ジメチルスルフィド（dimethylsulfide：DMS）が ROS ス が見られるのはイオンチャネル型グルタミン酸受容体が発 カベンジャーとして機能していることが発見された８６）． 現する培養２週間後である．一方，グルタミン酸・シスチ H２S も還元性物質であることから，グルタチオンを介する ンアンチポーターは，調製直後の細胞でもすでに機能して 抗酸化作用に加え，直接 ROS スカベンジャーとして機能 ８ ２） いるため，グルタミン酸酸化毒性の良いモデルとなる ． しているのではないかと考えた．確かに，３MST／CAT を グルタミン酸によって神経細胞は死滅するが，H２S 共存在 発現した細胞では，グルタミン酸や過酸化水素による酸化 下では生き生きとしている．細胞内グルタチオンの濃度 ストレスに抵抗性を示す８３）．３MST／CAT は ROS が最も多 は，グルタミン酸投与により減少するが，H２S によって還 く生成される細胞小器官ミトコンドリアに共局在してお ３） 元型グルタチオンが増加する ．血液中ではシステインは り，ここでは，H２S もスカベンジャーとして機能している 酸化型のシスチンとして存在すると考えられていた．しか と考えられる．また，アルツハイマー病，パーキンソン し最近では，２ ０μM 程度ではあるが，システインとして 病，ハンチントン病などの神経疾患では，ペルオキソ亜硝 も存在することがわかり，グルタミン酸・シスチンアンチ 酸（ONOO−）や次亜塩素酸（HOCl）が増加するが，これ ポーターによって取り込まれるシスチンよりもシステイン らによる細胞死に対しても H２S が有効であると報告され トランスポーターによるシステインの取り込みの方が効率 ている８７，８８）． ８ ３） が良いことがわかった ．H２S はこのようにシスチン・シ ステインの取り込みを増加させる． 細菌が抗生物質に対して抵抗性を示すようになることは 良く知られているが，この作用に H２S が関わっているら グルタチオン合成には，グルタミン酸とシステインから しいことが最近報告された１６）．抗生物質によってバクテリ ジペプチドを合成する律速酵素 γ-グルタミルシステインシ アの呼吸鎖が活性化され，硫黄鉄クラスターから鉄が遊離 ンターゼ（γ-glutamylcysteine synthase：γ-GCS）と，このジ し，フェントン反応により ROS が生産される．これ に ペプチドにグリシンを付加するグルタチオンシンターゼ よって DNA が損傷を受ける．細菌は，スーパーオキシド （glutathione synthase：GS）の二つの酵素が関与す る．こ ジスムターゼ（superoxide dismutase：SOD） ，カタラーゼ， ７ ２ 〔生化学 第８ ５巻 第２号 NOS を活性化して，ROS に対抗することは良く知られて 保護するスカベンジャーとしての働きがあることも加えて いる．最近の報告では，哺乳類の CBS，CSE，３MST に対 おきたい． 応する細菌の酵素を欠損させると，細菌の抗生物質感受性 が高くなり，抵抗性が見られなくなる．このような細菌に ５）細胞内 Ca２＋濃度の制御 H２S を投与すると，抵抗性が回復するというのである．細 先にも述べたが，視神経において H２S は細胞内 Ca２＋濃 菌は NO と H２S を生産し，両物質間には抗生物質抵抗性に 度を低く抑えるように働く．これは視神経の光に対する感 対して相乗効果があることも報告されている．このことか 受性を上げるのに役立っている．また，この機構のおかげ ら，H２S の細胞保護作用は種を超えた防御機構であると考 で，Ca２＋濃度上昇による細胞障害からも守られていること えられる．細菌の CBS，CSE，３MST の構造は進化により になる．視神経は酸素消費も多く，常に光にさらされてお 哺乳類のそれとはかなり異なっており，これをターゲット り，酸化ストレスを受けやすい．強烈な光に曝露された場 にすることにより，効果の高い新しい抗生剤が開発できる 合は，H２S による細胞内 Ca２＋濃度を低く抑える細胞保護機 のではないかと期待されている． 構が破たんし，視細胞が障害を受ける．多くの視細胞が死 滅し，ROS による DNA の損傷も観察される．このような ３）アポトーシス抑制 状況下で，H２S 投与が視神経障害を軽減することがマウス 虚血再還流によって，心筋に障害が残ることは良く知ら で示された４７）．酸化ストレスや光による視神経の障害の れている．神経細胞保護作用に続いて，H２S 投与によって 際，H２S 投与あるいは H２S 合成酵素を調節することで，視 虚血再還流障害を極力抑えられることが明らかになった． 神経障害を治療できると期待される． ミトコンドリアの構造と機能も良く保たれ，TUNEL 陽性 細胞の数も減少し，カスパーゼ活性も抑えられる４）．また， ６）膜電位の安定化 心筋に CSE を高レベルで発現するトランスジェニックマ ＋ ATP 依存性 K（K ATP）チャネルを活性化すると，グルタ ウスでは，虚血再還流に抵抗性を示し，障害が抑えられる ミン酸による興奮毒性が弱められることは良く知られてい ことがわかった． これらの結果から H２S を外から補うか， る． 酸化毒性においてもこれはあてはまるようである． KATP あるいは，H２S 生合成系を活性化することによって，虚血 チャネルや cystic fibrosis transmembrane receptor（CFTR）Cl 再還流障害による疾患の治療が可能になるのではないかと チャネルを阻害すると，H２S によるグルタミン酸酸化毒性 期待されている．また，H２S はチオレドキシンなどの抗酸 抑性効果が減弱する９１）．これは，神経細胞の異常な興奮を 化物質の発現を制御する転写因子 Nrf２の核内移行を促進 抑えることによる効果であろうと考えられる．虚血再還流 し，抗酸化物質量を増加することによって，心筋障害を抑 による心筋障害においても KATP チャネルが保護的に働く えると報告されている８９）．最近，Snyder らは H２S が NF-κB という報告もある．これに対し，KATP チャネルは関与して をスルフヒドリル化することによって，アポトーシスを調 おらず， H２S による心筋保護作用は， L-型 Ca２＋チャネルの阻 １ ５） 節すると報告している ． ４）小胞体ストレス応答の調節 害によるという報告もあり， 統一見解は得られていない９２，９３）． ８． 疾 患 へ の 関 与 タンパク質は小胞体（ER）で合成され，システインジ 良い面ばかりを書き連ねたが，H２S はやはり毒かと再確 スルフィド結合を形成し，機能を持つ立体構造を構成し 認する面もある．H２S 代謝が障害を受け恒常的に H２S 濃度 て，ゴルジ体へと運ばれる．このシステインジスルフィド が上昇する疾患も見つかっている．生成された H２S は感 結合形成の際に，ROS が発生する９０）．タンパク質が適切な 受性分子あるいは受容体に働きさまざまな作用を発揮す 立体構造を形成し損ねて，ER に蓄積すると，細胞ではア る．一部は結合型硫黄として細胞に貯蔵され，それ以外は ポトーシスに向けてのカスケードが始動する．ER ストレ ミトコンドリア膜上にあるスルフィド―キノンオキシドレ スにより H２S の生産が促進され，生成した H２S はチロシ ダクターゼ（sulfide-quinone oxidoreductase：SQR）とそれ ンホスファタ ー ゼ（protein tyrosine phosphatase：PTP）を に続く経路によって代謝される．ま ず，SQR-ペ ル ス ル スルフヒドリル化し，その活性を抑制する，と Tonks らは フィドができ，硫黄ジオキシゲナーゼによって亜硫酸 １ ４） 報告している ． PTP は protein kinase-like ER kinase（PERK） （H２SO３）と な り，さ ら に ロ ダ ネ ー ゼ に よ り チ オ 硫 酸 を抑制する．つまり，H２S は多くのタンパク質合成を調節 （H２S２O３）に代謝される９４）．エチルマロン酸脳症では，硫黄 することによって ER ストレスを制御することになる． ジオキシゲナーゼをコードした遺伝子 ETHE１に変異が起 ER ストレスと酸化ストレスは密接な関係にあり，ここで こる．ETHE１ノックアウトマウスでは，この疾患同様に の H２S のもう一つの重要な働きとして，酸化ストレスが H２S が代謝されずに常に高濃度で存在するため，脳と骨格 強くかかる ER において，タンパク質を酸化ストレスから 筋に障害が現れ，ETHE１ 欠損患者と良く似た症状を示 ７ ３ ２ ０ １ ３年 ２月〕 す９５）．同一グループの続報では H２S の供給源として酵素に 症性サイトカインの放出を抑え，グルタチオン濃度を上昇 よって生産されるものと，腸内細菌によって生産されたも させることによって酸化ストレスを軽減する効果，さらに のとを考えており（ただし，粘膜上皮がバリアーとなるた はモノアミンオキシダーゼ（monoamineoxydase：MAO）を め H２S は消化管からは吸収されず，血中にはほとんど入 抑制することによってドーパミンのシナプス滞留時間を延 らないとされている） ，腸内細菌を抑えるメトロニダゾー 長する効果がある．パーキンソン動物モデルでは良い成績 ルとグルタチオン合成を上昇させる N-アセチルシステイ が得られている．H２S の心筋保護作用を利用して，心臓の ンを投与すると，ETHE１ノックアウトマウスで見られる バイパス手術に H２S を投与する臨床試験が第２相に入って 障害を抑えることができ，さらには疾患患者の病態を改善 いたが，現在中止されている．この試験では Na２S を投与 ９ ６） すると報告している ． していたが，瞬時に H２S を発生してしまうため，濃度の ダウン症患者では染色体２ １番がトリソミーを形成し， 調節が難しいなどの問題が挙げられていた１０４）．一方，N- 精神遅滞などを伴う．CBS も同じく染色体２ １番にコード アセチルシステイン投与で生産された H２S により，慢性 されている（２ １q２ ２． ３） ．ダウン症患者では CBS mRNA の 腎疾患治療を目指す臨床試験第３相が，２ ０ １ ２年１ ０月に終 発現が健常人の１ ２倍で，タンパク質レベルも３倍に増加 了した（ClinicalTrials.govidentifier：NCT０ １ ２ ３ ２ ２ ５ ７） ． ３ ７， ９ ７） している ．またダウン症では，H２S の代謝産物である １ ０． お チオ硫酸の尿中濃度が高いことも H２S の生産増加を裏付 わ り に けている９８）．CBS 遺伝子多型が IQ に関わるとの報告もあ 脳内に存在することが発見された後，その生理的機能の り，ダウン症患者ではエチルマロン酸脳症患者と同様に， 探索が脳に留まらず，心血管系，腎臓，免疫系，…と広が H２S 濃度が恒常的に上昇し，症状に関わっているのかもし り，そして，その医療応用へと研究が進んでいる．H２S の れない９９）． 生理機能を明らかにしていく基礎研究と，H２S の薬理作用 長時間酸欠状態に曝されると脳に障害が現れる．このよ を応用して医療に役立てていく，二つの方向へ研究が進ん うな状況では，血液の流れが脳機能を大きく左右し，酸素 でいくと思われる．今後の生理機能研究の焦点は，H２S が 分圧が下がると脳血流が上昇するように調節されている． 細胞の局所においてどのような時間経過でどの程度の濃度 CO は末梢においては NO や H２S 同様血管弛緩を起こす に達しそして消滅していくかという，H２S 動態を明らかに が，中枢においては逆に血管を収縮させる．CO は末梢で していくことである．H２S 蛍光プローブの利用はその第一 は，NO と同様にグアニル酸シクラーゼのヘムに結合しこ 歩であろう．H２S の動態が明らかになれば，提案されてい れを活性化し，生産された cGMP により血管弛緩を起こ る H２S 感受性分子あるいは受容体の寄与の解明が期待さ すが，脳においては CO が，CBS のヘムに結合してこれを れる．もう一つは，H２S 放出を促す生理的刺激が何である 抑制する１００）．その結果 H２S レベルが下がり，血管収縮が起 かが依然としてわかっていない．生産酵素を制御するメカ こると考えられている．これは，酸欠時に起こる脳内血流 ニズムが明らかになってきた今，次はこの問題の解決が急 増大が，CBS ノックアウトマウスや CO 合成酵素 HO-２欠 がれる． 損マウスでは観察されないことからも裏付けられる．すな 医療応用研究には二つの方向性がある．一つは H２S の わち，酸欠状態では HO-２による CO 生産が低下し，その 薬理作用を利用するもの，二つ目は，生体内の H２S 生合 結果 CBS の脱抑制が起こり，H２S 生産が上昇する．これ 成系を制御する方法を探索することである．一つ目は上述 より血管が弛緩し，血流が増大すると考えられる１０１）． したように，すでにいくつかのプレクリニカル化合物が開 ９． 治 療 応 用 発されている．二つ目については，CBS が S-アデノシル メチオニンによって活性促進されることと，３MST／CAT H２S を治療に応用しようという試みも盛んに行われてい 経路が Ca２＋によって制御されていることがわかってきた． る．非ステロイド性抗炎症薬（NSAIDs）が胃腸に潰瘍を CSE についてはいまだ不明である． これらを明らかにし， 起こすことは良く知られているが，H２S がこれを抑えるこ それを制御する化合物を開発すれば，生合成系制御による とから，H２S を徐々に発生させる NSAIDs 誘導体が前臨床 医療応用につなぐことができる．一方，H２S の生理機能に 段階の医薬品として数種類開発されている１０２）．また，パー ついて疑問を投げかける報告もある１０５）．これらの疑問に明 キンソン治療薬として最も良く使われるレボド パ（L- 確に答え，H２S が生理活性物質として認識され，近い将来 Dopa）にも H２S 発生誘導体が開発されている１０３）．パーキ 医療応用されることを願っている． ンソン病は進行性疾患でその主な原因として酸化ストレス が関わると考えられている．レボドパにはドーパミン濃度 謝辞 上昇効果はあるが，酸化ストレスを抑える働きはない．一 原稿への意見・校正をいただいた木村由佳博士に感謝い 方，H２S にはミクログリアから放出される神経障害性の炎 たします．本研究は独立行政法人国立精神・神経医療研究 ７ ４ 〔生化学 第８ ５巻 第２号 センターからの研究費補助金と日本学術振興会学術研究助 成基金助成金挑戦的萌芽研究（２ ３ ６ ５ ９ ０ ８ ９）による助成を受 けて行った． 校正中に，D-システインを基質として硫化水素を合成 す る 経 路 を 発 見 し，Nature Communications，１ ０，１ ０ ３ ８／ ncomms２ ３ ７ １，２ ０ １ ３に発表した． 文 献 １）Abe, K. & Kimura, H.（１ ９ ９ ６）J. 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