抗酸化物質である熟成ニンニク抽出物は、野生型および多剤耐性ヒト癌細胞に対して、ミトコンドリア透過性を変化させることで細胞毒性効果を発揮する

The antioxidant, aged garlic extract, exerts cytotoxic effects on wild-type and multidrug-resistant human cancer cells by altering mitochondrial permeability.

• Shinji Ohkubo
• Lisa Dalla Via
• Silvia Grancara
• Yuta Kanamori
• Aída Nelly García-Argáez
• Gianluca Canettieri
• Paolo Arcari
• Antonio Toninello
• Enzo Agostinelli

抄録

熟成ニンニク抽出物（AGE）は、がんに対する治療効果があることが示されているが、その作用機序は不明である。本研究では、AGE が感受性および多剤耐性（MDR）のヒト癌細胞株に対して抗増殖作用を示し、M14 メラノーマ細胞に対しては超温熱療法（42℃）の効果を増強することを MTT アッセイで実証した。脂溶性カチオン性フルオロクロームJC-1の存在下でAGEを投与した全癌細胞のミトコンドリア活性の評価を行ったところ、用量依存的にミトコンドリア膜の脱分極が発生していることが明らかになった。膜電位はTPP+選択電極を用いて測定した。また、AGEの作用機序を明らかにするために、ラット単離肝ミトコンドリアに対するAGEの影響についても検討した。その結果、AGEは内因性K+と外因性H+の交換を活性化することで、イオノフォアであるニゲリシンやサリノマイシンと同様のメカニズムで約15mVのミトコンドリア膜の過分極を誘導した。ミトコンドリアをAGEで長時間インキュベートすると、脱分極とマトリックスの膨潤が誘導され、ミトコンドリアの透過性遷移が誘導されたことを示しているが、これはよく知られているメカニズムとは異なるものであった。特に、AGEによって誘導された遷移孔の開口は、K+/H+交換体の活性化に伴うミトコンドリア膜の再配列に起因するものであった。以上のことから、AGEはミトコンドリアの透過性を変化させることにより、がん細胞に細胞毒性を与えることが示唆されました。特に、ミトコンドリア中のAGEはK+/H+交換体を活性化し、酸化ストレスを引き起こし、ミトコンドリア透過性転移（MPT）を誘導することが示唆された。

Aged garlic extract (AGE) has been shown to possess therapeutic properties in cancer; however its mechanisms of action are unclear. In this study, we demonstrate by MTT assay that AGE exerts an anti-proliferative effect on a panel of both sensitive and multidrug-resistant (MDR) human cancer cell lines and enhances the effects of hyperthermia (42˚C) on M14 melanoma cells. The evaluation of the mitochondrial activity in whole cancer cells treated with AGE, performed by cytofluorimetric analysis in the presence of the lipophilic cationic fluorochrome JC-1, revealed the occurrence of dose-dependent mitochondrial membrane depolarization. Membrane potential was measured by the TPP+ selective electrode. In order to shed light on its mechanisms of action, the effects of AGE on isolated rat liver mitochondria were also examined. In this regard, AGE induced a mitochondrial membrane hyperpolarization of approximately 15 mV through a mechanism that was similar to that observed with the ionophores, nigericin or salinomycin, by activating an exchange between endogenous K+ with exogenous H+. The prolonged incubation of the mitochondria with AGE induced depolarization and matrix swelling, indicative of mitochondrial permeability transition induction that, however, occurs through a different mechanism from the well-known one. In particular, the transition pore opening induced by AGE was due to the rearrangement of the mitochondrial membranes following the increased activity of the K+/H+ exchanger. On the whole, the findings of this study indicate that AGE exerts cytotoxic effects on cancer cells by altering mitochondrial permeability. In particular, AGE in the mitochondria activates K+/H+ exchanger, causes oxidative stress and induces mitochondrial permeability transition (MPT).