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、細胞の移動、および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、製薬の分野で広く使用されており、その種類、メカニズム、および最適濃度について深く理解することが求められます。本記事では、ヒアルロニダーゼの酵素学、その分類、作用メカニズム、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レビューします。

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

• ヒアルロネート 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、およびさまざまな昆虫や蛇の毒に見られます。ヒアルロン酸のβ-1,4-グリコシド結合を加水分解し、テトラサッカライドを生成します。
• ヒアルロネート 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に見られます。β-1,3-グリコシド結合を切断することによってヒアルロン酸を分解し、テトラサッカライドを生成します。
• ヒアルロネート リアーゼ (EC 4.2.2.1): 主に細菌によって生成されるヒアルロネートリアーゼは、β-脱離メカニズムを通じてヒアルロン酸を分解し、不飽和オリゴサッカライドを生成します。この酵素活性は、細胞外マトリックスを分解することによって宿主組織を通じた細菌の拡散を促進します。

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、主要生成物および出所が示されています。(Bordon et al., 2015)

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作用メカニズム

ヒアルロニダーゼは、グリコシド結合を切断することによってヒアルロン酸を分解し、粘度を低下させ、細胞外マトリックスの透過性を高めます。メカニズムは酵素の種類によって異なります。

• 加水分解: ほとんどの哺乳類のヒアルロニダーゼは、加水分解を介してβ-1,4-グリコシド結合を切断し、オリゴサッカライドを生成します。
• β-脱離: 細菌のヒアルロニダーゼは、β-脱離反応を使用して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活性: 哺乳類の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、細菌のヒアルロニダーゼは中性からアルカリ性のpHで活性を示すことがよくあります。

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、繰り返しの二糖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、その活性と用途に大きく影響します。適切な酵素濃度は以下に基づいて異なります。

医療用途

• 眼科: 眼科手術において、ヒアルロニダーゼは薬剤の拡散を促進します。典型的な濃度は15 IU/mLから150 IU/mLの範囲です。2008年のRemy et al.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。白内障手術中の後眼窩麻酔にメピバカインとともにヒアルロニダーゼを含めることで、完全な筋肉麻痺とより早い全麻酔の達成を提供し、手術の安全性が向上しました。2004年、Hamada et al.は、後眼窩麻酔にヒアルロニダーゼ（12.5から50.0 IU/mL）が含まれていない場合、複視が有意に多くなることを示しました。したがって、白内障手術後の複視を排除するためにヒアルロニダーゼの追加が必要です。
• 皮膚科および美容: 皮膚フィラーの修正に使用されるヒアルロニダーゼは、ヒアルロン酸ベースのフィラーを溶解します。推奨される濃度は、フィラーの種類と体積に応じて、治療領域ごとに10-150 IUの範囲です。Aslam et al. (2005)は、ヒアルロニダーゼ（75 IU/mL）をTenon下麻酔に組み込むことで、目とまぶたの不動性が著しく改善されることを示しました（特に挙筋と眼輪筋において）。
• 腫瘍学: ヒアルロニダーゼは腫瘍組織における薬剤の浸透を改善し、過剰な組織分解を避けるために正確な投与が必要です。

製薬および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の薬剤拡散を促進し、薬物送達の最適なヒアルロニダーゼ濃度は特定の用途と製剤に依存します。研究により、0.3 mg/mLおよび10 mg/mLの濃度が薬剤の放出と吸収を向上させ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単位のヒアルロニダーゼを使用しています(Murray et al., 2021)。
• 組織工学: ヒアルロン酸の制御された分解は、スキャフォールドのリモデリングに不可欠であり、酵素濃度は所望の分解速度に応じて調整されます。

研究用途

• In Vitro研究: 酵素濃度は実験のニーズに応じて調整され、細胞および分子研究のための典型的な範囲は10–500 IU/mLです。

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影響を与える要因はいくつかあります。

ケーススタディ

ケース1: ヒアルロニダーゼコーティング分子エンベロープ技術ナノ粒子が皮下経路を介して薬剤吸収を向上させる; Soundararajan et al., 2020

皮下（SC）化学療法は、静脈内投与に対して潜在的な利点を提供しますが、薬剤の溶解度が低く、注射量の制約によって制限されることがよくあります。これらの課題を克服するために、研究者たちは薬剤の封入と吸収を向上させるヒアルロニダーゼコーティングナノ粒子（HYD-NPs）を開発しました。分子エンベロープ技術（MET）を使用して、研究はEGFR、HER2、およびHDACを標的とする疎水性抗癌薬CUDC-101の製剤を最適化しました。HYD NPsは高い薬剤負荷、最大90日間の安定性、およびラットにおける薬物動態の改善を示し、未コーティングのNPと比較して血漿中の薬剤暴露を2倍にしました。マウス異種移植モデルでは、HYDコーティングMET-CUDC-101 NPsが生存期間を15日から43日まで有意に延長しました。これらの結果は、溶解度の低い化学療法薬の効果的な皮下投与のためのHYD NPsの可能性を強調しています。

図4. グラフィック要約。(Soundararajan et al., 2020)

ケース2: 滑液のヒアルロニダーゼ治療は、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である; Brouwers et al., 2022

滑液（SF）は、局所的な炎症環境を反映するため、診断および研究目的で広く使用されていますが、その粘度と不均一な組成は分析に影響を与える可能性があります。この研究では、サンプルを分注する前または後にヒアルロニダーゼで処理することによって、分析前にSFを均質化することの重要性を調査しました。29人の関節炎患者からSFを収集し、サイトカイン、免疫グロブリン、脂肪酸、およびオキシリピンのレベルをELISA、Luminex、およびLC-MS/MSで測定しました。細胞集団は、連続遠心分離および酵素処理の後にフローサイトメトリーで分析されました。結果は、均質化がIgG、17-HDHA、LTB4、およびPGE2レベルの変動を減少させることを示しましたが、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。さらに、均質化を行わないと、免疫細胞の分離が不完全になり、特にT細胞およびB細胞の最大70%がその後の分析で失われることが示されました。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改善し、正確な免疫細胞プロファイリングを確保し、臨床および研究環境での誤解を招く結論を防ぐことを示しています。

図5. ヒアルロニダーゼ治療はIgGレベルの変動を低下させます。 A–F CXCL1、IL-6、IL-8、IL-10、TNFα、および総IgGレベルはELISAまたはLuminexで測定されました。点はRA患者を示し、OA患者は四角で表されています。各点は1つの分注を表します。平均値と標準偏差が示されています。IL-8および総IgGは、CXCL1、IL-6、IL-10、およびTNFαと比較して、別の8人の患者のセットで分析されました。NDは検出されず。ADは検出限界を超えています。 G–L 各分注セットの変動係数（CV）が示されています。各線は1人の患者を表します。n=6–8人の患者。点はRA患者を示し、OA患者は開いた四角で表されています。ウィルコクソン符号付き順位検定が実施されました。*P<0.05 (Brouwers et al., 2022)

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