光合成プロセスを応用して「ドライアイ」を治療

目の表面に広がる涙が不足することで、不快感や見えにくさが生じるドライアイ(乾性角結膜炎)を治療するために、光合成を用いる方法が考案されています。

Transplanting light-dependent reactions for mammalian eye photosynthesis - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0092867426004691

Taking a Tip From Plants - For the Eyes? | Science | AAAS
https://www.science.org/content/blog-post/taking-tip-plants-eyes

ドライアイの原因としては「コンタクトレンズの使用」「加齢」「脂腺の詰まり」「涙液分泌量の減少」などが考えられますが、これらに共通する特徴は「眼組織の慢性的な炎症」です。眼組織の慢性的な炎症はさらなる損傷を引き起こすため、時間の経過と共にドライアイは悪化する可能性があります。

そこで、シンガポール国立大学の研究チームは光合成経路あるいは解糖系のED経路で用いられる電子伝導体のニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADPH)に着目。NADPHはさまざまな細胞プロセスにおいて普遍的な還元剤として知られている物質です。研究チームはNADPHを眼組織に補充することで、酸化還元バランスを回復し、炎症を起こした組織における活性酸素種の存在が減少する可能性があると主張しました。

NADPHを眼組織に補充するための方法として、研究チームは葉緑体で光合成の光化学反応が起こるチラコイドのようなシステムを設計し、眼組織で光合成を行い、NADPHとアデノシン三リン酸(ATP)を余分に生成できるようにすることを考案しています。

科学雑誌Scienceで創薬や製薬業界に関する記事を執筆しているデレク・ロウ氏は、シンガポール国立大学の研究チームが考案する光合成でドライアイを治療する方法について、「これは非常に大胆な戦略です。動物界でこれに最も近いのは、おそらくウミウシでしょう。ウミウシは食べた藻類に含まれる葉緑体を体内に取り込み、腸管細胞に隔離します。そして、通常のエサが不足すると、隔離していた葉緑体を予備のATP生産源として利用します」と語りました。

光合成をベースに抗酸化作用のある物質を生成し、炎症性疾患を治療するというアイデアはこれまでにも考案されています。しかし、膝関節などの内部に光がほとんど入らない部位では、そのアイデアが上手く機能しませんでした。これに対して、眼球は光が直接入ってくる部位であるため、光合成との相性は良好です。

シンガポール国立大学の研究チームはほうれん草の葉っぱからチラコイド様構造を簡略化したユニットを単離したと報告しています。このナノ構造は、RuBisCOなどの光非依存性かつNADPH消費性の補酵素のほとんどを失っているとのことです。研究チームはこれを「LEAF(光反応濃縮チラコイドNADPHファウンドリー)」と名付けています。

マクロファージ代替細胞を用いた実験では、LEAFをエンドサイトーシスを用いて取り込むことで、哺乳類細胞自身のNADPH生成系が意図的に阻害された場合でも、十分な量のNADPHを供給できることが示されました。同様の効果は、LEAF構造を取り込んだ不死化ヒト角膜上皮細胞でも観察されています。

さらに、意図的にストレスを与えた細胞で同様の実験を行ったところ、NADPHが増加し、活性酸素種は炎症の他のマーカーと共に減少したことが確認されました。LEAFは予想外に長い期間細胞内に留まるため、自動的にリソソームに送られて分解されるわけではないようです。

この他、マイクロファージ細胞にLEAFを導入すると、角膜上皮側に正常化効果が見られました。これは有望な結果です。LEAF構造は細胞内外の両方で有益な効果を発揮し、どちらの環境においてもNADPHの放出量を増やすことに有益であることが示されています。

そのため、LEAFを用いた点眼薬が、他の治療法では実現できないほどドライアイを軽減できる可能性があるとロウ氏は語りました。ただし、今回の実験は初期段階の結果を報告したものに過ぎず、LEAFを細胞内でより長く維持する方法など、複数の課題が残っています。