———————————————————————-Page1(97)15670910-1810/08/\100/頁/JCLSあたらしい眼科25(11):15671572,2008cはじめに最近,ソフトコンタクトレンズ(SCL)ユーザーでの細菌性角膜炎の発症が問題になっており1),マルチパーパスソリューション(MPS)の使用との関連性が議論されている2).細菌性角膜炎の原因としては,MPSの不十分な殺菌効力3)やユーザーのコンプライアンスの低さ4)などが想定されるが,MPSの細胞毒性が角膜上皮細胞に及ぼす影響も考慮に入れる必要がある.柳井ら5)は14種類の市販MPSを比較し,主成分が同じポリヘキサメチルビグアニド(PHMB)であっても,添加剤の種類によって細胞毒性や殺菌効力が大きく異なることを報告した.一方,角膜上皮細胞は外傷を受けるなどのストレス状態にさらされると炎症性細胞を誘導するためにサイトカインを分泌することが知られている6).毒性の強いMPSの使用は角膜にストレスを与えると考えられる〔別刷請求先〕今安正樹:〒487-0032愛知県春日井市高森台5-1-10(株)メニコン総合研究所Reprintrequests:MasakiImayasu,Ph.D.,CentralR&DLab.,MeniconCo.,Ltd.,5-1-10Takamoridai,Kasugai-shi,Aichi-ken487-0032,JAPAN培養角膜上皮細胞のサイトカイン遺伝子発現に対するマルチパーパスソリューションの影響今安正樹*1,3白石敦*2大橋裕一*2島田昌一*3*1(株)メニコン総合研究所*2愛媛大学医学部眼科学教室*3名古屋市立大学医学部第2解剖学講座EectsofMultipurposeSolutionsonCytokineGeneExpressionofCornealEpithelialCellsMasakiImayasu1,3),AtsushiShiraishi2),YuichiOhashi2)andShoichiShimada3)1)CentralR&DLab.,MeniconCo.,Ltd.,2)DepartmentofOphthalmology,SchoolofMedicine,EhimeUniversity,3)DepartmentofAnatomy,NagoyaCityUniversityMedicalSchool目的:コンタクトレンズ用マルチパーパスソリューション(MPS)の角膜への影響を明確にするため,角膜上皮細胞を市販MPSまたは配合成分で処理したときのサイトカイン遺伝子発現量および産生量を解析する.方法:培養ヒト角膜上皮細胞を用い,7種のMPSまたは配合成分を添加した培養液で3,6,24時間培養した.RNAを抽出し,サイトカイン遺伝子〔インターロイキン(IL)-8,トランスフォーミング増殖因子(TGF)-b2,IL-18,IL-1b,IL-6〕発現量をreal-timepolymerasechainreaction(PCR)法で,培養上清中のサイトカイン産生量を抗体アレイで定量した.結果:ホウ酸を含むMPSではIL-8,TGF-b2,IL-18,IL-6の発現量が36時間後に増加し,その後減少した.これらのMPSでは24時間後のIL-8産生量も増加した.配合成分のなかでは,ホウ酸のみがサイトカイン遺伝子発現量を増加させた.結論:MPSの配合成分であるホウ酸が炎症性サイトカインの産生に関与している可能性が示された.Inordertoclarifytheeectsofmultipurposesolutions(MPS)onthecornea,weanalyzedthecytokinegeneexpressionandproteinlevelofcornealepithelialcellstreatedwithMPSoringredients.Humancornealepithelialcellswereculturedfor3,6or24hoursinmediumcontainingcommerciallyavailableMPSoringredients.AfterRNAextraction,geneexpressionsofinterleukin(IL)-8,transforminggrowthfactor(TGF)-b2,IL-18,IL-1bandIL-6wereanalyzedbyreal-timepolymerasechainreaction(PCR).Proteinlevelsweredeterminedbyantibodyarray.MPScontainingboricacidcausedup-regulationofIL-8,TGF-b2,IL-18andIL-6after3and6hours,whichthendecreasedat24hours.TheMPSalsopromotedIL-8productionduring24hour-incubation.Oftheingredientstested,onlyboricacidhadsignicanteectsongeneandproteinexpressionsofinammatorycyto-kines.Theseresultsdemonstratethatboricacidmayhavesignicanteectoninammatorycytokineproductionincornealepithelialcells.〔AtarashiiGanka(JournaloftheEye)25(11):15671572,2008〕Keywords:角膜上皮細胞,サイトカイン,マルチパーパスソリューション,コンタクトレンズ.cornealepithelialcells,cytokine,multipurposesolution,contactlens.———————————————————————-Page21568あたらしい眼科Vol.25,No.11,2008(98)ため,サイトカイン遺伝子の発現量が増加する可能性が想定される.角膜上皮細胞のサイトカイン遺伝子発現を解析することにより,角膜へのストレスを高感度で定量的に評価できる方法が構築できると思われる.そこで本論文では,ヒト角膜上皮細胞を,種々のMPS製品または配合成分を添加した培養液で培養し,MPSまたは配合成分を添加しない培養液で培養した場合とのサイトカイン遺伝子の発現量の差をreal-timepolymerasechainreac-tion(PCR)法により定量的に解析した.また,蛋白質レベルでの評価のため,培養液中のサイトカイン産生量を抗体アレイで定量した.I実験材料および方法1.実験材料実験に使用したMPSとおもな配合成分を表1に示す.MPS-AからMPS-Gまでの7種類の市販MPSを用いた.主成分の殺菌剤にはPHMB,AlexidineまたはPolyquadが使用されている.このなかでMPS-AとMPS-B以外は緩衝剤としてホウ酸を含む.配合成分単独での実験に使用した成分名,濃度などを表2に示す.MPSに一般的に使用されている界面活性剤,殺菌剤,緩衝剤を実際の配合濃度に近い濃度で使用した.2.実験方法a.培養細胞の準備培養細胞として,SV40ウイルス感染により不死化したヒト角膜上皮細胞(以下,HCET細胞)7)を理化学研究所細胞バンクより購入して使用した.HCET細胞を6cm組織培養用ディシュにコンフルエントになるまで培養した.培養液はDMEM/F12(GIBCO)+5%ウシ胎仔血清(FBS)(GIBCO)を用いた.血清無添加の培養液に各種MPSまたは配合成分を10%添加した試験液を準備し,組織培養用ディシュに4ml添加して37℃,5%CO2で3,6,24時間培養した.b.培養細胞からのRNAの抽出および定量組織培養用ディシュの培養液を捨て,冷PBS(リン酸緩衝生理食塩水)で洗浄後,1mlのTRIZOLR試薬(invitrogen)を添加した(氷冷下).セルスクレーパーを用いてディシュ表面に付着している細胞を離させた(氷冷下).20ゲージの注射針を取り付けた2.5mlのシリンジで,TRIZOLR試薬の吸引を20回程度くり返した後,1.5mlのマイクロチューブに回収した.以下,TRIZOLR試薬の取扱説明書に従ってtotalRNAを精製し,30μlのDEPC(diethylpyrocarbonate)処理水に溶解させた.c.逆転写反応およびrealtimereversetranscription(RT)PCRパーソナルスペクトルモニター(AmershamBiosciences,GeneQuantpro)で260nmの吸光度を測定することによりRNA濃度を定量し,サンプル濃度を800ng/μlに調整した.PrimeScriptTMRTreagentsKit(TaKaRa)の取扱説明書に従い,50μlの反応系にてcDNAに変換した.つぎに,SYBRRPremixExTaqTM(TaKaRa)の取扱説明書に従い,25μlの反応系にてreal-timePCRを行った(TaKaRa,表2実験に使用したMPS配合成分配合成分種類濃度製造元HCO界面活性剤1.0%日光ケミカルズTetronic1107界面活性剤1.0%BASFJapanPoloxamer407界面活性剤1.0%BASFJapanAlexidine殺菌剤1ppmTrontoResearchPHMB殺菌剤1ppmアーチケミカルズホウ酸(Boricacid)緩衝剤0.5%日興製薬1.0%表1実験に使用した市販MPSMPS殺菌剤界面活性剤ホウ酸の有無MPS-APHMB*HCO**MPS-BPHMBPoloxamerMPS-CPHMBTetronic+MPS-DAlexidinePoloxamer/Tetronic+MPS-EPolyquadTetronic+MPS-FPolyquadTetronic+MPS-GPHMB不明+*PHMB:polyhexamethylbiguanid.**HCO:PEGhydrogenatedcastoroil.表3RealtimeRTPCRに使用したプライマーペアの塩基配列ヒト遺伝子F/Rプライマー塩基配列b-actinFATTGCCGACAGGATGCAGARGAGTACTTGCGCTCAGGAGGAIL-8FAAGGAACCATCTCACTGTGTGTAAACRATCAGGAAGGCTGCCAAGAGTGF-b2FGGATGCGGCCTATTGCTTTARCATTTCCACCCTAGATCCCTCTTIL-18FGCCACCTGCTGCAGTCTACARATCTGGAAGGTCTGAGGTTCCTTIL-1bFCCTCTGGATGGCGGCARTGCCTGAAGCCCTTGCTGIL-6FAAAAAGGCAAAGAATCTAGATGCAARGTCAGCAGGCTGGCATTTGTFはセンス,Rはアンチセンスを示す.———————————————————————-Page3あたらしい眼科Vol.25,No.11,20081569(99)TP800).サイトカインとしてIL-8,TGF-b2,IL-18,IL-1b,IL-6の5種類の遺伝子の発現量を解析した.ハウスキーピング遺伝子としては,角膜上皮細胞での発現量が安定なb-actinを選択し(予備実験で確認),b-actin発現量に対する各遺伝子の相対発現量を求めた.さらに,各遺伝子について,MPS(または配合成分)処理群に対するPBS(+)処理群の相対発現量の比を求め,これを指標とした.なお,各サイトカイン遺伝子およびb-actinのreal-timePCR用プライマーはNCBI(NationalCenterforBiotechnologyInformation)の遺伝子データベースよりmRNAの塩基配列を検索し,PrimerExpress(AppliedBio)でプライマーペア候補を検索し,イントロンをはさんだ配列を選択して,SigmaGenosys社に合成を依頼した.プライマーペアの塩基配列を表3に示す.なお,実験は独立して3回くり返し,平均値と標準偏差を求めた.d.抗体アレイによる培養上清のサイトカイン産生量の定量24時間培養した細胞については培養液を回収し,そのままサイトカイン産生量定量に供試した.アレイ基板としてBS-X1324(住友ベークライト)を使用し,抗ヒトIL-8マウスモノクローナル抗体(BIOSORCE),抗ヒトIL-6マウスモノクローナル抗体(ENDOGEN),抗ヒトTGF-b2マウスモノクローナル抗体(RDS)のプロットを住友ベークライトに依頼した.抗体アレイチャンバー(GenTel,12well)に抗体アレイを固定し,培養液を50μl添加して室温で1時間振盪した.PBSで洗浄後,3種類のサイトカインに対するビオチン化抗体混合液〔抗ヒトIL-8ビオチン化抗体(BIO-SOURCE),抗ヒトIL-6ビオチン化抗体(ENDOGEN),抗ヒトTGF-b2ビオチン化抗体(RDS)〕を調整し,50μl添加して室温で1時間振盪した.PBSで洗浄後,Cy5標識ストレプトアビジン(JacksonImmunoResearch)50μlを添加し,室温で1時間振盪した.PBSで洗浄後,乾燥させ,アレイスキャナー(GSILuminocs,ScanArray5000)でCy5蛍光画像を取得した.各プロットの蛍光強度をアレイ用画像処理ソフト(ScanAlyze)で数値化した.各サイトカインの標準液としてヒトIL-8(Acris),ヒトIL-6(Acris),ヒトTGF-b2(Acris)を5,10,20,40,80pg/mlに調整して用いた.なお,実験は独立して3回くり返し,平均値と標準偏差を求めた.II結果a.サイトカイン遺伝子発現に対するMPSの影響MPSで3,6および24時間処理したときの対照〔PBS(+)〕に対するサイトカイン遺伝子発現比を図1a,bおよびcに示す.MPS処理3時間後ではMPS-CGでIL-8が35.030.025.020.015.010.05.00.0MPS-AMPS-BMPS-CMPS-DMPS-EMPS-FMPS-GExpressionratio:IL-8:TGF-b2:IL-18:IL-1b:IL-6図1aMPSで3時間処理したHCET細胞のサイトカイン遺伝子発現比対照〔PBS(+)〕に対する発現比を示す.25.020.015.010.05.00.0MPS-AMPS-BMPS-CMPS-DMPS-EMPS-FMPS-GExpressionratio:IL-8:TGF-b2:IL-18:IL-1b:IL-6図1cMPSで24時間処理したHCET細胞のサイトカイン遺伝子発現比対照〔PBS(+)〕に対する発現比を示す.45.040.035.030.025.020.015.010.05.00.0MPS-AMPS-BMPS-CMPS-DMPS-EMPS-FMPS-GExpressionratio:IL-8:TGF-b2:IL-18:IL-1b:IL-6図1bMPSで6時間処理したHCET細胞のサイトカイン遺伝子発現比対照〔PBS(+)〕に対する発現比を示す.———————————————————————-Page41570あたらしい眼科Vol.25,No.11,2008(100)約1025倍に増加した.TGF-b2およびIL-6も増加した.一方,MPS処理6時間後においても,MPS-CGではIL-8が高いレベルを維持したが,特にMPS-EGが約20倍高い発現量を示した.MPS-EおよびMPS-FではIL-6が約2030倍に増加した.MPS処理24時間後においては,全体的にサイトカイン発現比はかなり回復し,特にMPS-Cではほぼ正常レベルになった.MPS-DGではIL-8は回復したが,IL-18とIL-6が約510倍高いレベルを維持していた.すべての処理時間において,MPS-AおよびBではすべてのサイトカイン遺伝子に関し,発現量の増加は認められなかった.すべてのMPS処理において,IL-1bの発現量増加は認められず,IL-8の発現量増加をもたらしたMPS-CGではむしろ発現量が減少する傾向を示した.b.サイトカイン産生量に対するMPSの影響培養24時間で産生されたサイトカイン(IL-8,TGF-b2およびIL-6)を抗体アレイで定量した結果を図2に示す.対照のPBS(+)でのサイトカイン産生量はIL-8が0.5±0.2pg/ml,TGF-b2が4.3±1.3pg/ml,IL-6が0.3±0.2pg/mlであった.対照と比較してMPS-Aではサイトカイン産生量の増加は認められなかったが,MPS-BおよびCではTGF-b2の増加が認められた.MPS-D,EおよびGでは3種のサイトカインすべてが増加した.MPS-FではIL-8が増加した.全体的にサイトカイン産生量が最も大きく増加したのはMPS-Eであった.c.サイトカイン遺伝子発現に対する配合成分の影響図1で示されたMPSによるサイトカイン遺伝子発現量の増加がMPSのどの配合成分によるかを明確にするため,配合成分単独での遺伝子発現に対する影響を検討した.配合成分処理3時間および24時間後の結果を図3aおよび3bに示す.3時間処理では,配合成分のなかでホウ酸のみがIL-8,TGF-b2,IL-6発現量を増加させ,1%濃度ではそれぞれ約45倍,5倍,15倍となった.24時間後では1%ホウ酸の効果は3時間と比較してかなり回復したが,IL-8およびIL-6はまだ高いレベルを維持しており,IL-18発現量への影響もみられた.1%HCOは0.5%ホウ酸と同程度の効果を示した.d.サイトカイン産生量に対する配合成分の影響配合成分単独で24時間作用させたときのサイトカイン産生量への影響を検討した結果を図4に示す.界面活性剤60.050.040.030.020.010.00.0:IL-8:TGF-b2:IL-6pg/m?MPS-APBS(+)MPS-BMPS-CMPS-DMPS-EMPS-FMPS-G図2MPSで24時間処理したHCET細胞のサイトカイン産生量b2:IL-18:IL-1b:IL-6図3a配合成分で3時間処理したHCET細胞のサイトカイン遺伝子発現比対照〔PBS(+)〕に対する発現比を示す.20.015.010.05.00.0Expressionratio1%HCO1%Tetronic1%Poloxamer1ppmAlexidine1ppmPHMB0.5%Boricacid1.0%Boricacid:IL-8:TGF-b2:IL-18:IL-1b:IL-6図3b配合成分で24時間処理したHCET細胞のサイトカイン遺伝子発現比対照〔PBS(+)〕に対する発現比を示す.———————————————————————-Page5あたらしい眼科Vol.25,No.11,20081571(101)(HCO,TetronicおよびPoloxamer)および殺菌剤(Alexi-dineおよびPHMB)はTGF-b2産生量を有意に増加させた.ホウ酸は濃度依存的にIL-8産生量を増加させ,1%濃度では約70pg/mlにも達した.TGF-b2産生量への影響も認められた.III考按今回,ヒト角膜上皮細胞へのMPS投与で変化する可能性のあるサイトカイン遺伝子としてIL-8,TGF-b2,IL-18,IL-1b,IL-6を採択した.予備実験においてはその他のサイトカインとしてIL-1a,IFN-g,TNF-aなども検討したが,変化が少なかったため対象から除外した.MPSの影響としては,3時間後にIL-8が,6時間後にIL-8に加えてIL-6が,24時間後にはIL-6とTGF-b2の発現量増加が目立った.IL-8およびIL-6が増加したMPSでは,IL-1bの発現量が減少していた.Xueら8)が報告しているように,IL-1はIL-6やIL-8などの炎症性サイトカインの産生を促進する急性的サイトカインであるため,IL-6・IL-8の増加によるフィードバック制御によって,経時的に発現量が下がったと考えられる.TGF-b2は角膜上皮細胞の増殖,遊走,分化,接着制御など多くの生理作用をもつサイトカインであり,角膜上皮創傷治癒過程において発現量が増加することが知られている9).また,IL-18はマウス角膜に緑膿菌を感染させたときに,24時間後以降に発現量が増加することが知られている10).今回の実験においては,TGF-b2とIL-18は624時間と長時間作用させた場合に発現量が増加しており,外傷や細菌感染などの重篤な障害で初めて発現するサイトカインと考えられる.7種類のMPSを比較すると,MPS-AおよびMPS-Bではサイトカイン遺伝子の変化が認められなかったが,MPS-C,MPS-D,MPS-E,MPS-FおよびMPS-GではIL-8,TGF-b2,IL-6において顕著な発現量増加を示した.前2者のMPSがホウ酸を含まないのに対し,後5者がホウ酸を含むことより,ホウ酸がサイトカイン遺伝子発現に関与した可能性が考えられる.そこで,代表的なMPS配合成分7種類を選択してサイトカインへの影響を検討したところ,ホウ酸のみが顕著な影響を示し,IL-8,IL-6遺伝子発現量を増加させた.また,抗体アレイによるサイトカイン産生量の測定実験においても,ホウ酸を含むMPSおよび0.51.0%のホウ酸が24時間後のサイトカイン産生量を増加させることを確認した.ホウ酸が実使用濃度よりも低い0.1%で細胞毒性を有することは,Santodomingoら11)のV79細胞を用いたコロニー形成阻害試験により報告されている.今回の実験ではサイトカイン遺伝子発現および産生量の増加として細胞毒性が検出されたと考えられる.一方,筆者らは角膜上皮細胞のタイトジャンクション(特にZO-1)に対するMPSの影響を細胞生物学的および電気生理学的手法で検討し,配合成分にホウ酸を含むMPSのみがタイトジャンクションの構造を破壊することを報告している12).サイトカイン遺伝子発現の増加がタイトジャンクションの構造破壊をひき起こすメカニズムの詳細は不明であるが,IL-1やIL-8などの炎症性サイトカインはストレス応答性のMAPK(mitogen-activatedproteinkinase)の活性化をひき起こすことが知られており,MAPKカスケードなどの細胞内シグナル伝達系の活性化を通してタイトジャンクションが破壊されたと考えられる13).角膜上皮最表層細胞のタイトジャンクションは角膜のバリア機能においてきわめて重要な役割を担っているため,その構造破壊は緑膿菌などの病原菌の角膜への侵入を容易にし,細菌性角膜炎感染のリスクを増大させると考えられる1).すなわち,コンタクトレンズ装用とケア用品(特にMPS)使用による細菌性角膜炎発症のリスクをなるべく低くするには,角膜上皮細胞のサイトカイン遺伝子発現への影響の少ないMPSを選択し,角膜バリア機能をなるべく健全に保つことが重要と考えられる.文献1)大橋裕一,鈴木崇,原祐子ほか:コンタクトレンズ関連細菌性角膜炎の発症メカニズム.日コレ誌48:60-67,20062)InoueN,ToshidaH,MamadaNetal:Contactlens-inducedkeratitisinJapan.EyeContactLens33:65-69,20073)LevyB,HeilerD,NortonS:ReportontestingfromaninvestigationofFusariumkeratitisincontactlenswear-90.080.070.060.050.040.030.020.010.00.0:IL-8:TGF-b2:IL-6pg/m?1%HCOPBS(+)1%Tetronic1%Poloxamer1ppmAlexidine1ppmPHMB0.5%Boricacid1.0%Boricacid図4配合成分で24時間処理したHCET細胞のサイトカイン産生量———————————————————————-Page61572あたらしい眼科Vol.25,No.11,2008(102)ers,EyeContactLens32:256-261,20064)星合竜太郎,濱田いずみ:レンズケアに対するコンタクトレンズ使用者の意識.日コレ誌49:119-123,20075)柳井亮二,植田喜一,西田輝夫ほか:市販多目的剤の消毒効果と細胞毒性の比較.日コレ誌49(補遺):S13-S18,20076)外園千恵,今西二郎:サイトカイン.眼科NewInsight5(木下茂編),p154-165,メジカルビュー社,19957)Araki-SasakiK,OhashiY,SasabeTetal:AnSV40-immortalizedhumancornealepithelialcelllineanditscharacterization.InvestOphthalmolVisSci36:614-621,19958)XueML,ZhuH,WillcoxMDP:TheroleofIL-1betaintheregulationofIL-8andIL-6inhumancornealepitheli-alcellsduringPseudomonasaeruginosacolonization.CurrEyeRes23:406-414,20019)山下英俊:トランスフォーミング増殖因子ベータ(TGF-b)スーパーファミリーの眼組織における作用.日眼会誌101:927-947,199710)HuangX,McClellanSA,BarrettRPetal:IL-18contrib-utestohostresistanceagainstinfectionwithPseudomo-nasaeruginosathroughinductionofIFN-gammaproduc-tion.JImmunol168:5756-5763,200211)Santodomingo-RubidoJ,MoriO,KawaminamiS:Cyto-toxicityandantimicrobialactivityofsixmultipurposesoftcontactlensdisinfectingsolutions.OphthalPhysiolOpt26:476-482,200612)ImayasuM,ShiraishiA,OhashiYetal:Eectsofmulti-purposesolutionsoncornealepithelialtightjunctions.EyeContactLens34:50-55,200813)WangY,ZhangJ,YiXetal:ActivationofERK1/2MAPkinasepathwayinducestightjunctiondisruptioninhumancornealepithelialcells.ExpEyeRes78:125-136,2004***