ヒアルロニダーゼは、細胞外マトリックスの主要成分であるヒアルロン酸を加水分解する酵素群です。これらの酵素は、組織の透過性、細胞移動、さまざまな生理的および病理的プロセスにおいて重要な役割を果たします。ヒアルロニダーゼは医療、美容、製薬分野で広く使用されており、その種類、作用機構、最適濃度についての深い理解が求められます。本記事では、ヒアルロニダーゼの酵素学、分類、作用機構、およびさまざまな用途における酵素濃度の重要性について概説します。

図1. ヒアルロニダーゼの構造（PDBコード: 2PE4）。

ヒアルロニダーゼの分類

• ヒアルロナート4-グリカノヒドロラーゼ（EC 3.2.1.35）：これらの酵素は一般に精巣型ヒアルロニダーゼと呼ばれ、主に哺乳類の精子、リソソーム、さまざまな昆虫やヘビの毒に存在します。ヒアルロン酸のβ-1,4-グリコシド結合を加水分解し、最終産物としてテトラ糖を生成します。
• ヒアルロナート3-グリカノヒドロラーゼ（EC 3.2.1.36）：これらの酵素は主にヒルや特定の鉤虫で確認されています。ヒアルロン酸のβ-1,3-グリコシド結合を切断して分解し、同様にテトラ糖を生成します。
• ヒアルロナートリアーゼ（EC 4.2.2.1）：主に細菌によって産生されるヒアルロナートリアーゼは、β-脱離機構によりヒアルロン酸を分解し、不飽和オリゴ糖を生成します。この酵素活性は、細菌が宿主組織を通じて拡散するのを促進します。

図2. ヒアルロニダーゼの3つの主要なグループ。各ヒアルロニダーゼグループのEC番号、触媒、基質、主な生成物および由来が示されています。（Bordon et al., 2015）

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作用機構

ヒアルロニダーゼは、グリコシド結合を切断することでヒアルロン酸を分解し、細胞外マトリックスの粘度低下と透過性向上をもたらします。作用機構は酵素の種類によって異なります。

• 加水分解：ほとんどの哺乳類ヒアルロニダーゼは、加水分解によりβ-1,4-グリコシド結合を切断し、オリゴ糖を生成します。
• β-脱離：細菌性ヒアルロニダーゼは、β-脱離反応によりヒアルロン酸を分解し、不飽和結合を持つ二糖を生成します。
• 酸性および中性pHでの活性：哺乳類ヒアルロニダーゼは酸性条件（pH 4.5-5.5）で最適に機能しますが、細菌性ヒアルロニダーゼは中性からアルカリ性pHでも活性を示します。

図3. ヒアルロン酸の構造とヒアルロニダーゼによる切断。ヒアルロン酸は、繰り返し構造のD-グルクロン酸とN-アセチル-D-グルコサミンからなる多糖です。ヒアルロニダーゼはそのβ-1,4-グリコシド結合を切断します。（Weber et al., 2019）

ヒアルロニダーゼ濃度の重要性

ヒアルロニダーゼの濃度は、その活性および用途に大きく影響します。適切な酵素濃度は、用途や目的によって異なります。

医療用途

• 眼科：眼科手術では、ヒアルロニダーゼが薬剤の拡散を促進します。一般的な濃度は15 IU/mLから150 IU/mLです。Remy et al.（2008年）の研究によると、ヒアルロニダーゼの投与量は75 IU/mLでした。白内障手術時のレトロバルバー麻酔にメピバカインとヒアルロニダーゼを併用することで、完全な筋麻痺と迅速な麻酔効果が得られ、手技の安全性が向上しました。Hamada et al.（2004年）は、ペリバルバー麻酔でヒアルロニダーゼ（12.5～50.0 IU/mL）を含まない場合、複視の発生率が有意に高いことを示しました。したがって、ヒアルロニダーゼの追加は白内障手術後の複視を解消します。
• 皮膚科・美容：皮膚充填剤の修正に使用され、ヒアルロン酸系フィラーを分解します。推奨濃度は、フィラーの種類や量に応じて、治療部位あたり10～150 IUです。Aslam et al.（2005年）は、ヒアルロニダーゼ（75 IU/mL）をテノン下麻酔に組み込むことで、眼球および眼瞼（特に挙筋と眼輪筋）の不動化が大きく改善されることを示しました。
• 腫瘍学：ヒアルロニダーゼは腫瘍組織への薬剤浸透を改善し、過度な組織分解を避けるために正確な投与量が必要です。

製薬・バイオテクノロジー用途

• 薬物送達システム：ヒアルロニダーゼは皮下および皮内薬剤の拡散を促進し、最適な濃度は用途や製剤によって異なります。研究では、0.3 mg/mLおよび10 mg/mLの濃度で薬剤の放出と吸収が促進されることが示されています（Soundararajan et al., 2020）。一部の製剤では、5 mLあたり1,500ユニットのヒアルロニダーゼが使用されています（Murray et al., 2021）。
• 組織工学：足場リモデリングのためにヒアルロン酸の制御分解が不可欠であり、望ましい分解速度に応じて酵素濃度が調整されます。

研究用途

• In Vitro研究：酵素濃度は実験目的に応じて調整され、細胞・分子研究では一般的に10～500 IU/mLの範囲が用いられます。

ヒアルロニダーゼ活性に影響を与える要因

ヒアルロニダーゼの酵素効率には、いくつかの要因が影響します。

ケーススタディ

ケース1：ヒアルロニダーゼ被覆分子エンベロープ技術ナノ粒子による皮下投与経路での薬剤吸収促進；Soundararajan et al., 2020

皮下（SC）化学療法は静脈内投与に比べて潜在的な利点がありますが、薬剤の溶解性の低さや注射容量の制約によって制限されることが多いです。これらの課題を克服するため、研究者らは薬剤のカプセル化と吸収を促進するヒアルロニダーゼ被覆ナノ粒子（HYD-NPs）を開発しました。Molecular Envelope Technology（MET）を用いて、EGFR、HER2、HDACを標的とする疎水性抗がん剤CUDC-101の製剤を最適化しました。HYD NPsは高い薬剤封入率、最大90日間の安定性、ラットでの薬物動態改善を示し、非被覆NPsと比較して血漿中薬物曝露量が2倍になりました。マウス異種移植モデルでは、HYD被覆MET-CUDC-101 NPsにより生存期間が15日から43日に有意に延長されました。これらの結果は、HYD NPsが溶解性の低い抗がん剤の効果的なSC投与に有望であることを示しています。

図4. グラフィックアブストラクト。（Soundararajan et al., 2020）

ケース2：滑液のヒアルロニダーゼ処理は炎症細胞および可溶性メディエーターの正確な検出に必要；Brouwers et al., 2022

滑液（SF）は局所の炎症環境を反映するため、診断や研究に広く利用されていますが、その粘性や不均一な組成が解析に影響を与えることがあります。本研究では、サンプルを分注前または分注後にヒアルロニダーゼで処理することで、SFの均質化の重要性を調査しました。29人の関節炎患者からSFを採取し、サイトカイン、免疫グロブリン、脂肪酸、オキシリピンをELISA、Luminex、LC-MS/MSで測定しました。細胞集団は、連続遠心分離と酵素処理後にフローサイトメトリーで解析されました。結果、均質化によりIgG、17-HDHA、LTB4、PGE2の変動が減少し、サイトカインや他の脂肪酸には差が見られませんでした。また、均質化を行わない場合、免疫細胞の分離が不完全となり、特にT細胞やB細胞の最大70%が後続解析で失われました。これらの結果は、SFサンプルの均質化がバイオマーカー測定の一貫性を高め、免疫細胞プロファイリングの正確性を確保し、臨床および研究現場での誤った結論を防ぐことを示しています。

図5. ヒアルロニダーゼ処理はIgGレベルの変動を低減します。A–F CXCL1、IL-6、IL-8、IL-10、TNFα、および総IgGレベルはELISAまたはLuminexで測定。ドットはRA患者、四角はOA患者を示します。各点は1つのアリコートを表します。平均値とSDを表示。IL-8と総IgGは、CXCL1、IL-6、IL-10、TNFαと比較して別の8人の患者セットで分析。NDは未検出、ADは検出限界超。G–L 各アリコートセットの変動係数（CV）を示します。各線は1人の患者を表します。n=6–8人の患者。ドットはRA患者、開いた四角はOA患者。Wilcoxon符号付順位検定を実施。*P<0.05（Brouwers et al., 2022）

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