Trail菌による免疫活性の実効性とメカニズムの解明
1. 微生物と免疫賦活作用の歴史的背景
微生物は生命に必要不可欠で、発酵食品などを通じてその恩恵を受けている。
ルイ・パストゥールは微生物学の先駆者で、低温殺菌法を発明し、ワクチン接種の基礎を築いた。
ワクチン接種は微生物を弱毒化して免疫を誘導する方法。
パストゥールは狂犬病ワクチンやニワトリコレラワクチンを開発。
メチニコフは食細胞（マクロファージ）の発見により、免疫系の仕組みを解明。
自家中毒説を提唱し、腸内細菌と健康の関係を研究。
ヨーグルトの普及を促進し、長寿との関連性を示唆。
日本では公益財団法人 ルイ・パストゥール医学研究センターがある。
2. 日本の微生物研究の進展
岸田綱太郎は日本特有のラブレ菌を「すぐき漬物」から発見。
すぐきかぶ（京都・上賀茂特産）の漬物樽に生息する乳酸菌。
メチニコフの「乳酸菌が健康に良い」との提唱から100年後、新しいタイプの乳酸菌「トレイルエスワン菌」が発見される。
3. TRAILの機能とがん治療への応用
TRAIL（腫瘍壊死因子関連アポトーシス誘導性リガンド）はがん細胞に選択的にアポトーシス（細胞死）を誘導するサイトカイン。
NK細胞（ナチュラルキラー細胞）がTRAILを用いてがん細胞を攻撃。
TRAILを活性化する物質や抗体はがん治療薬として注目される。
4. トレイルエスワン菌による新たな発見
トレイルエスワン菌がTRAIL産生を誘導することを確認。
ヒト末梢血単核細胞（PBMC）でのTRAIL発現と分泌を増加させる。
がん細胞に対するNK細胞の活性を促進し、前立腺がんなどへの効果を確認。
この効果は、TRAILの中和抗体により阻害されることから、TRAIL依存性であると考えられる。
5. 今後の期待と可能性
トレイルエスワン菌は食品由来で安全性が高く、がん予防や治療における新たな戦略となる可能性がある。
TRAIL誘導を高める他の天然物質との併用も視野に入れ、さらなる研究が進行中。
新語解説
TRAIL（腫瘍壊死因子関連アポトーシス誘導性リガンド）
がん細胞を選択的に死滅させる機能を持つ内因性サイトカイン。PBMC（末梢血単核細胞）
血液中の免疫細胞を含む細胞群。免疫研究の際に用いられる。NK細胞（ナチュラルキラー細胞）
自然免疫の一部で、がん細胞や感染細胞を直接攻撃する。
内容のさらなる解説：
TRAIL産生を誘導し、がん細胞に対するナチュラルキラー活性を促進する乳酸菌に関する研究
1. 研究背景と目的
腫瘍壊死因子関連アポトーシス誘導性リガンド（TRAIL）は、がん細胞に選択的にアポトーシス（細胞死）を誘導する内因性サイトカインとして知られています。これにより、正常な細胞には影響を与えず、がん細胞を特異的に死滅させる治療戦略が可能となります。この機能に着目し、TRAILを用いたがん治療は、TRAIL受容体を標的とした抗体薬や再組換えTRAILタンパク質など、多様な治療手法として開発が進んでいます。
一方、近年の研究で乳酸菌が免疫系に多くの影響を与えることが明らかとなり、特にがん予防や治療においてもその可能性が示唆されています。しかし、乳酸菌がどのように免疫細胞を活性化し、TRAIL産生を促進するかという具体的な分子メカニズムは未解明の部分が多く残されています。
本研究では、乳酸菌 Lactobacillus plantarum を用い、この菌がTRAIL産生に及ぼす影響、さらには免疫細胞（特にナチュラルキラー細胞：NK細胞）の抗がん活性をどのように向上させるかを詳細に解明することを目的としています。
2. 使用した方法とプロセス
(1) 乳酸菌株の選定
日本の伝統食品である漬物から分離された Lactobacillus plantarum の3株（S1、DB22、DS41）を使用しました。これらの株は、免疫調節作用を示す可能性が報告されていることから選ばれました。
(2) 細胞の準備
ヒト末梢血単核細胞（PBMC）
健常者から提供された血液よりPBMCを分離し、培養を行いました。これにより、免疫系の細胞反応を観察可能にしました。がん細胞株
前立腺がん細胞株（PC3細胞）をモデルとして使用しました。
(3) 分析手法
TRAIL発現の解析
フローサイトメトリーとELISAを用い、PBMC表面および培養液中のTRAIL量を測定しました。これにより、乳酸菌処理によるTRAIL発現増加の評価が可能です。NK活性の測定
51クロミウム放出分析法を用いて、PC3がん細胞に対するPBMCの細胞毒性を評価しました。分子レベル解析
ウェスタンブロットと定量的RT-PCRにより、TRAILのmRNAおよびタンパク質レベルの変化を確認しました。
3. 研究結果
(1) TRAIL産生の誘導
L. plantarumはPBMCに対して顕著なTRAIL産生を誘導しました。特に、S1株が最も高い誘導能力を持ち、細胞表面と可溶性TRAILの両方を増加させました。この効果は、複数の健常者から採取したPBMCでも一貫して確認され、個人間のばらつきが少ないことが示されました。
(2) NK細胞の活性化
乳酸菌処理を受けたPBMCは、がん細胞に対するNK活性を著しく増加させました。特に、S1株処理によるPBMCは、PC3細胞に対して強い細胞毒性を示しました。この活性は、TRAIL中和抗体やTRAIL受容体阻害剤により抑制されたことから、TRAIL依存性であると結論付けられました。
(3) 分子メカニズム
L. plantarumによるTRAIL発現増加は、主にIFN-αとIFN-γの産生を介して調節されていました。これらのインターフェロンは、TRAIL遺伝子プロモーターの活性を高めることで、mRNAレベルでのTRAIL発現を促進することが示唆されました。
(4) T細胞およびNK細胞への影響
TRAIL発現の増加は、NK細胞（CD56陽性細胞）だけでなく、Tヘルパー細胞（CD4陽性細胞）でも確認され、乳酸菌が広範囲な免疫細胞に影響を与える可能性が示されました。
4. 考察と展望
乳酸菌のがん治療における可能性を広げる重要な成果として、以下が挙げられます。
TRAIL産生を誘導する安全な食品由来素材
L. plantarumは食品に由来するため、安全性が高く、日常的な摂取による予防医学的応用が期待されます。多面的な免疫活性化の可能性
TRAIL産生に加え、NK細胞やT細胞など、免疫系のさまざまな構成要素を活性化する能力が確認されました。臨床応用の展望
経口摂取によるがん治療や予防効果を検証する臨床試験が今後の課題です。また、L. plantarumと他の免疫調節物質（例：フラボノイド）との併用療法も有望です。
5. 結論
L. plantarumは、TRAIL産生を促進し、がん細胞に対する免疫監視を強化する可能性があることが本研究で示されました。この知見は、がん予防や治療の新たな戦略として活用される可能性を秘めています。
1. 微生物と免疫賦活作用の歴史的背景
微生物は生命に必要不可欠で、発酵食品などを通じてその恩恵を受けている。
ルイ・パストゥールは微生物学の先駆者で、低温殺菌法を発明し、ワクチン接種の基礎を築いた。
ワクチン接種は微生物を弱毒化して免疫を誘導する方法。
パストゥールは狂犬病ワクチンやニワトリコレラワクチンを開発。
メチニコフは食細胞（マクロファージ）の発見により、免疫系の仕組みを解明。
自家中毒説を提唱し、腸内細菌と健康の関係を研究。
ヨーグルトの普及を促進し、長寿との関連性を示唆。
2. 日本の微生物研究の進展
岸田綱太郎は日本特有のラブレ菌を「すぐき漬物」から発見。
すぐきかぶ（京都・上賀茂特産）の漬物樽に生息する乳酸菌。
メチニコフの「乳酸菌が健康に良い」との提唱から100年後、新しいタイプの乳酸菌「トレイルエスワン菌」が発見される。
3. TRAILの機能とがん治療への応用
TRAIL（腫瘍壊死因子関連アポトーシス誘導性リガンド）はがん細胞に選択的にアポトーシス（細胞死）を誘導するサイトカイン。
NK細胞（ナチュラルキラー細胞）がTRAILを用いてがん細胞を攻撃。
TRAILを活性化する物質や抗体はがん治療薬として注目される。
4. トレイルエスワン菌による新たな発見
トレイルエスワン菌がTRAIL産生を誘導することを確認。
ヒト末梢血単核細胞（PBMC）でのTRAIL発現と分泌を増加させる。
がん細胞に対するNK細胞の活性を促進し、前立腺がんなどへの効果を確認。
この効果は、TRAILの中和抗体により阻害されることから、TRAIL依存性であると考えられる。
5. 今後の期待と可能性
トレイルエスワン菌は食品由来で安全性が高く、がん予防や治療における新たな戦略となる可能性がある。
TRAIL誘導を高める他の天然物質との併用も視野に入れ、さらなる研究が進行中。
TRAIL産生を誘導し、がん細胞に対するナチュラルキラー活性を促進する乳酸菌に関する研究
1. 研究背景と目的
腫瘍壊死因子関連アポトーシス誘導性リガンド（TRAIL）は、がん細胞に選択的にアポトーシス（細胞死）を誘導する内因性サイトカインとして知られています。これにより、正常な細胞には影響を与えず、がん細胞を特異的に死滅させる治療戦略が可能となります。この機能に着目し、TRAILを用いたがん治療は、TRAIL受容体を標的とした抗体薬や再組換えTRAILタンパク質など、多様な治療手法として開発が進んでいます。
一方、近年の研究で乳酸菌が免疫系に多くの影響を与えることが明らかとなり、特にがん予防や治療においてもその可能性が示唆されています。しかし、乳酸菌がどのように免疫細胞を活性化し、TRAIL産生を促進するかという具体的な分子メカニズムは未解明の部分が多く残されています。
本研究では、乳酸菌 Lactobacillus plantarum を用い、この菌がTRAIL産生に及ぼす影響、さらには免疫細胞（特にナチュラルキラー細胞：NK細胞）の抗がん活性をどのように向上させるかを詳細に解明することを目的としています。
2. 使用した方法とプロセス
(1) 乳酸菌株の選定
日本の伝統食品である漬物から分離された Lactobacillus plantarum の3株（S1、DB22、DS41）を使用しました。これらの株は、免疫調節作用を示す可能性が報告されていることから選ばれました。
(2) 細胞の準備
ヒト末梢血単核細胞（PBMC）
健常者から提供された血液よりPBMCを分離し、培養を行いました。これにより、免疫系の細胞反応を観察可能にしました。がん細胞株
前立腺がん細胞株（PC3細胞）をモデルとして使用しました。
(3) 分析手法
TRAIL発現の解析
フローサイトメトリーとELISAを用い、PBMC表面および培養液中のTRAIL量を測定しました。これにより、乳酸菌処理によるTRAIL発現増加の評価が可能です。NK活性の測定
51クロミウム放出分析法を用いて、PC3がん細胞に対するPBMCの細胞毒性を評価しました。分子レベル解析
ウェスタンブロットと定量的RT-PCRにより、TRAILのmRNAおよびタンパク質レベルの変化を確認しました。
3. 研究結果
(1) TRAIL産生の誘導
L. plantarumはPBMCに対して顕著なTRAIL産生を誘導しました。特に、S1株が最も高い誘導能力を持ち、細胞表面と可溶性TRAILの両方を増加させました。この効果は、複数の健常者から採取したPBMCでも一貫して確認され、個人間のばらつきが少ないことが示されました。
(2) NK細胞の活性化
乳酸菌処理を受けたPBMCは、がん細胞に対するNK活性を著しく増加させました。特に、S1株処理によるPBMCは、PC3細胞に対して強い細胞毒性を示しました。この活性は、TRAIL中和抗体やTRAIL受容体阻害剤により抑制されたことから、TRAIL依存性であると結論付けられました。
(3) 分子メカニズム
L. plantarumによるTRAIL発現増加は、主にIFN-αとIFN-γの産生を介して調節されていました。これらのインターフェロンは、TRAIL遺伝子プロモーターの活性を高めることで、mRNAレベルでのTRAIL発現を促進することが示唆されました。
(4) T細胞およびNK細胞への影響
TRAIL発現の増加は、NK細胞（CD56陽性細胞）だけでなく、Tヘルパー細胞（CD4陽性細胞）でも確認され、乳酸菌が広範囲な免疫細胞に影響を与える可能性が示されました。
4. 考察と展望
乳酸菌のがん治療における可能性を広げる重要な成果として、以下が挙げられます。
TRAIL産生を誘導する安全な食品由来素材
L. plantarumは食品に由来するため、安全性が高く、日常的な摂取による予防医学的応用が期待されます。多面的な免疫活性化の可能性
TRAIL産生に加え、NK細胞やT細胞など、免疫系のさまざまな構成要素を活性化する能力が確認されました。臨床応用の展望
経口摂取によるがん治療や予防効果を検証する臨床試験が今後の課題です。また、L. plantarumと他の免疫調節物質（例：フラボノイド）との併用療法も有望です。
5. 結論
L. plantarumは、TRAIL産生を促進し、がん細胞に対する免疫監視を強化する可能性があることが本研究で示されました。この知見は、がん予防や治療の新たな戦略として活用される可能性を秘めています。
English Version
Induction of TRAIL Production and Enhancement of Natural Killer Activity Against Cancer Cells by Probiotic Lactobacillus
1. Background and Objectives
Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is an intrinsic cytokine that selectively induces apoptosis in cancer cells, leaving normal cells unaffected. This unique ability has garnered significant attention for its potential in cancer therapies, particularly in developing treatment methods involving recombinant TRAIL proteins and receptor agonist antibodies.
Recent studies have revealed that probiotics, including lactic acid bacteria (LAB), exert multifaceted effects on the immune system. However, the detailed molecular mechanisms by which LAB modulate immune cells and promote TRAIL production remain largely unexplored.
This study investigates the role of Lactobacillus plantarum, a LAB species commonly used in traditional Japanese fermented foods, in inducing TRAIL production and enhancing the anti-cancer activity of immune cells, particularly natural killer (NK) cells.
2. Methods and Experimental Design
(1) Selection of Probiotic Strains
Three strains of Lactobacillus plantarum (S1, DB22, DS41) were isolated from Japanese pickled vegetables and evaluated for their immunomodulatory potential.
(2) Preparation of Cells
Human Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMCs): PBMCs were isolated from the blood of healthy volunteers to study immune responses.
Cancer Cell Line: Prostate cancer PC3 cells were employed as a model to evaluate the anti-cancer activity of treated PBMCs.
(3) Analytical Techniques
TRAIL Expression Analysis: Surface and soluble TRAIL levels were assessed using flow cytometry and ELISA, respectively.
Measurement of NK Cell Activity: A chromium-51 release assay was performed to evaluate the cytotoxic effects of PBMCs on PC3 cells.
Molecular Analysis: Western blotting and quantitative RT-PCR were used to assess changes in TRAIL mRNA and protein levels.
3. Results
(1) Induction of TRAIL Production
All three strains of L. plantarum significantly induced TRAIL production in PBMCs, with the S1 strain exhibiting the strongest effect. Both cell surface-bound and soluble forms of TRAIL were increased. This effect was consistent across PBMCs derived from multiple donors, highlighting its reproducibility and reliability.
(2) Enhancement of NK Cell Activity
PBMCs treated with L. plantarum displayed markedly increased cytotoxicity against PC3 cells. This activity was significantly reduced in the presence of TRAIL-neutralizing antibodies or receptor inhibitors, confirming that the observed anti-cancer effect was TRAIL-dependent.
(3) Molecular Mechanisms
L. plantarum induced TRAIL expression at both the mRNA and protein levels, mediated primarily through the production of interferon-α (IFN-α) and interferon-γ (IFN-γ). These cytokines likely enhanced the activity of the TRAIL gene promoter, leading to increased transcription.
(4) Broader Immune Modulation
TRAIL expression was upregulated not only in NK cells (CD56-positive) but also in helper T cells (CD4-positive), suggesting that L. plantarum broadly activates multiple immune cell populations.
4. Discussion and Future Directions
The study underscores several significant findings and their implications:
Safe, Food-Based TRAIL Induction
L. plantarum, being a food-derived microorganism, offers a safe and practical means of enhancing immune responses against cancer cells.Broad Immunomodulatory Potential
Beyond TRAIL induction, the activation of various immune cells such as NK and T-helper cells indicates a wide-reaching impact on the immune system.Clinical Applications
Future studies should investigate the effects of oral administration of L. plantarum on cancer prevention and treatment. Combining this probiotic with other natural compounds, such as flavonoids, may further enhance its therapeutic potential.
5. Conclusion
Lactobacillus plantarum effectively induces TRAIL production, enhancing NK cell-mediated anti-cancer activity. These findings highlight its promise as a novel strategy for cancer prevention and immunotherapy.
Citation of the Original Paper
Horinaka, M., Yoshida, T., Kishi, A., Akatani, K., Yasuda, T., Kouhara, J., Wakada, M., & Sakai, T. (2009). Lactic acid bacteria induce TRAIL production and enhance natural killer cell activity against cancer cells. FEBS Letters, 583(6), 1233–1239. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2009.12.004
Reformatted References in a Structured List
Ashkenazi, A., et al. (1999).
Safety and antitumor activity of recombinant soluble Apo2 ligand.
Journal of Clinical Investigation, 104(2), 155–162.Walczak, H., et al. (1999).
Tumoricidal activity of tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand in vivo.
Nature Medicine, 5(2), 157–163.Ashkenazi, A., & Herbst, R. S. (2008).
To kill a tumor cell: the potential of proapoptotic receptor agonists.
Journal of Clinical Investigation, 118(6), 1979–1990.Johnstone, R. W., Frew, A. J., & Smyth, M. J. (2008).
The TRAIL apoptotic pathway in cancer onset, progression, and therapy.
Nature Reviews Cancer, 8(10), 782–798.El-Deiry, W. S. (2001).
Insights into cancer therapeutic design based on p53 and TRAIL receptor signaling.
Cell Death & Differentiation, 8(12), 1066–1075.Monleón, I., et al. (2001).
Differential secretion of Fas ligand or APO2 ligand/TRAIL-carrying microvesicles during activation-induced death of human T cells.
Journal of Immunology, 167(12), 6736–6744.Zerafa, N., et al. (2005).
Cutting edge: TRAIL deficiency accelerates hematological malignancies.
Journal of Immunology, 175(9), 5586–5590.Takeda, K., & Okumura, K. (2007).
Effects of a fermented milk drink containing Lactobacillus casei strain Shirota on human NK-cell activity.
Journal of Nutrition, 137(3), 791S–793S.Takagi, A., et al. (1999).
Inhibitory effect of oral administration of Lactobacillus casei on 3-methylcholanthrene-induced carcinogenesis in mice.
Medical Microbiology and Immunology, 188(3), 111–116.de LeBlanc, A., et al. (2005).
Effects of milk fermented by Lactobacillus helveticus R389 on a murine breast cancer model.
Breast Cancer Research, 7(4), R477–R486.Aso, Y., et al. (1995).
Preventive effect of a Lactobacillus casei preparation on the recurrence of superficial bladder cancer in a double-blind trial.
European Urology, 27(2), 104–109.Ishikawa, H., et al. (2005).
Randomized trial of dietary fiber and Lactobacillus casei administration for prevention of colorectal tumors.
International Journal of Cancer, 116(5), 762–767.Hirose, Y., et al. (2006).
Daily intake of heat-killed Lactobacillus plantarum L-137 augments acquired immunity in healthy adults.
Journal of Nutrition, 136(11), 3069–3073.Murosaki, S., et al. (2000).
Antitumor effect of heat-killed Lactobacillus plantarum L-137 through restoration of impaired interleukin-12 production in tumor-bearing mice.
Cancer Immunology and Immunotherapy, 49(4), 157–164.Taniguchi, H., et al. (2008).
Baicalein overcomes tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand resistance via two different cell-specific pathways in cancer cells but not in normal cells.
Cancer Research, 68(21), 8918–8927.Tecchio, C., et al. (2004).
IFN-α-stimulated neutrophils and monocytes release a soluble form of TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL/Apo-2 ligand) displaying apoptotic activity on leukemic cells.
Blood, 103(10), 3837–3844.Smyth, M. J., et al. (2001).
Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) contributes to interferon γ-dependent natural killer cell protection from tumor metastasis.
Journal of Experimental Medicine, 193(5), 661–670.Miettinen, M., et al. (1998).
Lactobacilli and streptococci induce interleukin-12 (IL-12), IL-18, and gamma interferon production in human peripheral blood mononuclear cells.
Infection and Immunity, 66(12), 6058–6062.Koga, Y., et al. (2004).
Neutrophil-derived TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL): a novel mechanism of antitumor effect by neutrophils.
Cancer Research, 64(3), 1037–1043.Gong, B., & Almasan, A. (2000).
Genomic organization and transcriptional regulation of human Apo2/TRAIL gene.
Biochemical and Biophysical Research Communications, 278(3), 747–752.Wang, Q., et al. (2000).
Isolation and molecular characterization of the 5'-upstream region of the human TRAIL gene.
Biochemical and Biophysical Research Communications, 276(2), 466–471.Takagi, A., et al. (2001).
Enhancement of natural killer cytotoxicity delayed murine carcinogenesis by a probiotic microorganism.
Carcinogenesis, 22(4), 599–605.Horinaka, M., et al. (2005).
The combination of TRAIL and luteolin enhances apoptosis in human cervical cancer HeLa cells.
Biochemical and Biophysical Research Communications, 333(3), 833–838.Horinaka, M., et al. (2006).
The dietary flavonoid apigenin sensitizes malignant tumor cells to tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand.
Molecular Cancer Therapeutics, 5(4), 945–951.