| 低線量放射線リスクの科学的根拠 （１）環境汚染物質と放射線の複合影響 （独）放射線医学総合研究所 高橋千太郎 |
| 、 １．はじめに 放射線と他の有害物質（因子）との複合影響については、原子放射線の影響に関する国連科学委員会（UNSCEAR）2000年報告書付属書Ｈがもっとも現状では良くまとまった資料であると思われる。種類の異なる電離放射線、紫外線、電磁波、温度、超音波、粉塵と鉱物繊維、化学物質（遺伝毒性科学物質､非遺伝毒性化学物質、タバコ、金属や無機物）、生物学的因子（ホルモン、ウイルス）と、電離放射線の複合影響について、これまでの研究のレビューとその解釈がなされている。 本稿では、主として、環境汚染物質と放射線の複合影響に焦点を絞ることとし、はじめに、これまでの研究報告について簡単にレビューする。次に、当研究所において実施されている関連研究のうち「DNA二重鎮切断を指標としたヒ素（亜ヒ酸）及び重金属イオンと放射線の複合効果」、「網羅的遺伝子発現解析法（HiCEP）を用いた放射線とヒ素の影響の遺伝子発現プロフアイル解析」、及び「実験生態系（マイクロコズム）を用いた有害金属と放射線の影響比較」について紹介する。最後に、これらの先行研究の結果に基づき「環境汚染物質と放射線の影響の比較や複合影響」の観点から、低線量放射線のリスクについて考察を加えたい。 ２．環境汚染物質と放射線の影響の比較、および両者の複合効果に関するこれまでの研究 異なる種類の電離放射線、あるいは、紫外線と電離放射線の複合的な効果は、低線量域では加算的（相加的）であることを示すデータが多い。悪性腫瘍の誘発において、両者の作用機序は類似していると考えられるから、複合効果が相加的であると考えることは妥当であろう 。 タバコはもっとも身近で、かつ、リスクの高い環境汚染物質である。鉱山作業者におけるラドンとタバコの複合曝露について多くの研究が行われてきた。疫学研究では、概ね加算的よりはやや過剰な亜相乗的効果とする報告が多い。タバコが、直接にDNA損傷からがんを誘発するだけでなく、吸入放射性物質の肺からのクリアランスを遅延させるなど、多様な作用を並行して誘起することから、相乗的な効果が出現することは予測され得ることである。 アルキル化剤などの遺伝毒性物質については多くの動物実験が行われている。動物種や曝露条件、曝露時間などによって複合効果の状況は異なるが、一般的に、曝露量が少ない条件下では相加的、または、それを下回る効果であると推察されている。 重金属やヒ素も広範な環境汚染を引き起こす。これらの多くが酸化的DNA損傷を誘発し突然変異の原因となる。また、カドミヴム、ニッケル、コバルト、鉛、ヒ素、アンチモンはさらにDNA修復機能を阻害する可能性があり、放射線と複合した場合、発がんにおいて相乗的な効果を呈することが危惧されている。 ３． DNA二重鎖切断を指標としたヒ素（亜ヒ酸）、アンチモン、重金属イオンと放射線の複合効果 ヒ素やアンチモン、ある種の重金属イオンは、それ自身がDNA損傷を誘発するだけでなく、損傷修復を阻害する可能性が指摘されている。 そのような作用機序を持つ物質は、加算性を越える超加算性、あるいは相乗性の複合効果を生じる可能性があろう。そこで、放射線誘発DNA二重鎖切断の修復に、ヒ素、アンチモン、重金属イオンが及ぼす影響を調べた。 実験にはCHO･K1細胞を用いた｡種々の濃度のNiCl2,CuCl2,ZnCl2,NaAs02,C8H4K2012Sb2，CdCl2の曝露下137Csのγ線照射（40Gy）によりDNA二重鎖切断を誘発した。次に、照射直後と30分の培養を行った時のDNA二重鎮切断量をパルスフィールド電気泳動法により求めた。また、別に処理後における細胞生存率をtrypan･blue色素排除能試験で、また増殖能をPlating’emciencyにより求めた。 DNA･dsbの修復が有意に阻害された濃度はNi、Cu、Zn、As、Sb、及びCdで、それぞれ200,20,20,0.08,0.20および10 mM であった。これらの濃度で細胞を同じ時間処理したときの生存率は、Niで53％、それ以外では75％以上であった。また、Plating･emciencyはAs及びSbで、それぞれ59％および39％であったが、その他の元素については1％以下であった。すなわち､これらの物質は短時間では強い細胞毒性が認められない濃度で放射線誘発DNA･dsbの修復を阻害し、さらにAsとSbでは増殖能を維持できる低濃度でもDNA二重鎮切断の修復が阻害されることが示された。 ヒ素は疫学的には明らかに発がん物質である。しかしながら、動物実験ではヒ素単独でがんを誘発するのは困難である。本研究結果は、ヒ素が他の遺伝毒性物質と複合してがんを誘発している可能性を示唆するものである。 ４．網羅的遺伝子発現解析法（HiCEP）を用いた放射線とヒ素による遺伝子発現プロフアイル解析 上記３項のDNA二重鎖切断を指標とした研究は、ヒ素と放射線の複合影響の一つのメカニズムを提示した。しかしながら、DNA二重鎖切断はおそらく発がんにおいて重要な役割を果たしていると考えられるが、これ以外の機序の関与については不明であるし、このようなアプローチでは、多種類の有害因子について、多様な曝露形式で、変動する曝露量に対して、個別に実験を行っていくことは実際上不可能である。 当研究所の安倍らによって開発された網羅的遺伝子発現解析法（HiCEP）は、非常に精度・再現性良く遺伝子の発現変動を解析できるという特徴を有している（本手法の詳細は、当研究所のHPを参照いただきたい）。この方法を用いて、藤森らはヒト胎児肺由来繊維芽（正常）細胞HFLIIIに対する低線量放射線と亜ヒ酸（琢Ｍ）の影響について検討した。本解析法の特性を活かし、23000あまりの転写産物について放射線照射や亜ヒ酸への曝露の影響を調べた。その結果、1cGyという非常に低い線量でも、221個（1.5倍以上増加）および19個（2倍以上減少）の転写産物に有意な発現変動が生じることを見出した。 1.7倍程度で変動を示すごく少数の共通の転写産物を除けば、これらの遺伝子のほぼ全ては２及び4Gyの高線量での照射によって有意な変動を示さなかった。 ヒ素については､現在､1μMの曝露濃度で曝露後１及び２時間のデータが得られているが、10038個の転写産物において、曝露後１時間で有意な変動を示すものはほとんどなく、２時間になると２倍以上の増加を示したものが234個、1/2以下のもの28個であった｡低線量（1cGy）の放射線とヒ素処理において、共通して変動が認められた転写産物は、それぞれ1.5倍以上の発現変動を示した遺伝子（およそ900個）のなかでも、変動量が1.7倍程度のもの数個にとどまった。解析途中であるが、少なくとも、1）1cGyという非常に低い線量でも遺伝子の発現変動がみられること、２）その様な変動を示す転写産物は、高線量での照射時と有意に異なっていること、３）ヒ素と低線量放射線では発現変動のプロファイルが異なること、などが示された。また、この手法が環境有害物質と放射線との複合影響を解析する上で有用な研究手法であることが示された。 ５．実験生態系（マイクロコズム）を用いた有害金属と放射線の影響比較 環境汚染物質と放射線の複合影響について論じるとき、その影響を受ける対象を何に捉えるのが妥当であろうか？放射線関連の研究（放射線影響学）の分野の先行研究は、ほぼ全てが人への影響を対象としていた。一方、環境関連の分野（環境科学）では、人とともに野生生物や生態系への影響も重視してきた。近年、国際放射線防護委員会（ICRP）に放射線の環境影響に関する委員会（第５委員会）が設置されたことに象徴されるように、放射線影響分野においても、人以外の生物や生態系への放射線や放射性物質の影響について関心が高まっている。 環境生物は、個体として生存しているが、白身が所属する生態系に強く依存している。したがって、放射線の環境生物への影響を考えるとき、個体影響ではなく、群への影響、さらには生態系への影響を明確にしていく必要がある。当研究所の府馬らは、鞭毛藻Euglenagracins Z （生産者）、繊毛虫letrahymena thermophila B （消費者）、細菌Escherichia coli DH5a （分解者）を構成生物とする実験生態系を用い、放射線や他の環境有害物質（主として有害金属）の影響について研究を行っている。 これらの３者は、それぞれ別々には維持できないが、３者を合わせた状態で適当な培養条件におくと１年以上、安定的に共存する。このような系に、有害金属や放射線を導入すると、個体数の変動として影響を検知することが出来る。負荷量が少ないと、一過性の個体数の変動が見られるだけであるが、負荷量の増加に伴って、個体数のバランスが崩れ、生態系としての機能が維持されなくなる。 結果の一例を下表に示した。マイクロコズムにおける個体数の変動を指標とした50％影響用量（EDM50）の値からみて、このような系は、非常に放射線抵抗性であることが分かる。一方、NiやCuイオンに対しては比較的影響を受けやすいといえる。  ６．低線量放射線のリスクという点からの考察 環境汚染物質と放射線の影響の比較、あるいは両者の複合影響に関して、過去の研究を簡単にレビューするとともに、当研究所で実施されている環境汚染物質と放射線に係わる３つの研究を紹介した。 これまでの研究は、環境汚染物質と放射線の複合効果が様々な要因で変動することを示している。曝露量、曝露の時期、評価に用いる影響指標、その他、多様な要因によって、複合影響の程度が変動する。しかし、一般に、その影響は相加的であり、いわゆる、相乗的となる場合は多くない。リスク評価においても、特に相乗的なリスクを想定することが必要な事例は多くないと思われる。 複合影響とそのリスクを機構面から解析しようとする試みは、合理的ではあるが、極めて労力を要するものとなろう。今回紹介した網羅的な遺伝子解析法の利用は、その様な試みに対する一つの新しい手法を提示している。これまでの研究から、高線量放射線、低線量放射線、ヒ素（亜ヒ酸）の間で遺伝子の発現プロファイルは大きく異なることが推察された。 リスク評価における高線量（用量）から低線量への外挿は、少なくともこの系では根拠を認めない。 環境汚染物質と放射線の複合影響を考えるときに、人以外の生物や生態系への影響に関する知見は皆無である。多くの環境汚染物質が、人への影響と同様かそれ以上に、生態系への影響という点で懸念されていることと対照的といえる。人以外の生物への影響やリスクは、個体ではなく生態系として捉える必要があるかもしれない。今回紹介した実験生態系は有用な手法の一つである。これまでのデータから、このような微生物生態系は放射線抵抗性であるといえる。 ６．文献 1)Sentaro Takahashi, Hiroshi Sato,yoshihisa Kubota, Joe1S.Bedford゛,Ryuichi okayasu: lnhibition of DNA･double strand break repair by antimony compounds Toxicology， 180， 249･256，2002. 2)Ryuichi Okayasu Sentaro Takahashi, Hiroshi Sato, Yoshihisa Kubota, Staci Scolavino゛， JoelS.Bedford:lnduction of DNA double strand breaks by arsenite:comparative studies with DNA breaks induced by x･rays.，DNARepair ， 2， 309-314, 2003. 3)Sentaro Takahashi, Ryuichi okayasu, Hiroshi Sato, Yoshihisa Kubota, Joel S. Bedford゛: lnhibition of radiation･induced DNA･double strand break repair by various metal/metaloid compounds, Radiation and Homeostasis : Proceedings of the lnternationaI Symposium of Radiation and Homeostasis, held in Kyoto, Japan，13･16 July 2001(Elsevier Publishing, lnternational Congress Series ； No. 1236)，327-330,2002. 4)Akira Fujimori, Ryuichi okayasu, Hiroshi lshihara, Satoshi Yoshida,Kiyomi Eguchi･Kasai,Kumie Nojima, Satoru Ebisawa, Sentaro Takahashi: Extremely low dose ionizing radiation up'regulates CXC chemokines in normal human fibroblasts,Cancer Research,65(22)，10159･10163,2005 5)Shoichi Fuma, Hiroshi Takeda, Kiriko Miyamoto, Kei yanagisawa, Yoshikazu lnoue, Naoe Sato,Mayumi Hirano and Zen'ichiro Kawabata: Effects of X-rays on the populations of the steady･state ecological microcosm, International Jornal of Radiation Biology 74， 145-150，1998. 6)Shoichi Fuma， Nobuyoshi lshii, Hiroshi Takeda, Kiriko Miyamoto, Kei Yanagisawa， Yusuke lchimasa, Masahiro Saito, Zen'ichiro Kawabata， Gennady Polikarpov: Ecological effects ofvarious toxic agents on the aquatic microcosm in comparison with acute ionizing radiation，J.Environ.Radioactivity，67,14,2003. 7)Shoichi Fuma, Hiroshi Takeda, Kiriko Miyamoto, Kei Yanagisawa, Yoshikazu lnoue， Nobuyoshi lshii, Kazunori Sugai, Chitose ｀lshii and Zen'ichiro Kawabata: Simple aquatic microcosm fbr ecotoxicity screening at the community level, Bull.Environ.Cont.loxico1. 65,699･706，2000. 8)Shoichi Fuma, Nobuyoshi lshii, Hiroshi Takeda, Kiriko Miyamoto, Kei Yanagisawa， Yusuke lchimasa,Masahiro Saito, Zen'ichiro Kawabata: Characterization of Simple Aquatic Microcosm for Ecotoxicity Screening， 環境毒性学会誌5，51･63，2002. 9)Shoichi Fuma, Hiroshi Takeda, Kiriko Miyamoto, Kei Yanagisawa, Yoshikazu lnoue， Nobuyoshi lshii, Kazunori Sugai, Chitose lshii, Zen'ichiro Kawabata: Ecological evaluation of gadohnium toxicity compared with other heavy metals using an aquatic microcosm,Bunetin of Environmental Contamination and Toxicology 66， 231-238，2001. 10)Shoichi Fuma, Hiroshi Takeda, Yuichi Takaku, Shunichi Hisamatsu, Zen'ichiro Kawabata: Effects of Dysprosium on the Species-defiened MicrobiaI Microcosm, Bulletin of Environmenta1 Contamination and Toxicology 74,263･272，2005. |