赤ワインの機能性成分レスベラトロールの分子標的と将来展望
奈良女子大学生活環境学部食物栄養学科
教授 井上 裕康 赤ワインに含まれるレスベラトロールは生活習慣病予防や抗老化作用を持つ成分として注目を集めている。我々はこの成分の最初の分子標的は核内受容体PPARと考え研究を進めている(図1)。その概要を紹介するとともに、今後の問題点についても触れたい。
1.レスベラトロール研究の歴史レスベラトロールはバイケイソウ(毒草)の根から、高岡道夫(北海道帝国大学)により1940年分離精製、命名されたフィトアレキシン(抗菌性物質)である。高岡のメンターは、日本の天然物化学の祖、眞島利行(当時 東北帝国大学)であり、眞島門下から、女性初の帝国大学入学生で、紫根の成分シコニン(1918年)、紅花の成分カーサミン(1929年)の化学構造を報告した黒田ちか等、多くの著名科学者が輩出している。眞島門下の目的は、古い歴史を持ち東洋で発展してきた「本草学」を、化学構造を決定することで、西洋で当時発展してきた「科学」への橋渡しを行うことと捉えることができる。 2.レスベラトロールによるCOXに対する抑制効果シクロオキシゲナーゼ(COX)はプロスタグランジン(PG)産生の律速酵素であり、アラキドン酸を基質にしてPGH2を生成する反応を触媒する (5)。そして、その後の合成酵素の違いにより多彩な作用を持つプロスタノイドが生成される(図2A及びB)。アスピリンをはじめとする非ステロイド性抗炎症薬(NSAIDs)はCOX活性阻害によって抗炎症作用を持つ。COXには、1972年に酵素化学的に同定されたハウスキーピング型のCOX-1と1993年分子生物学的手法で発見された誘導型のCOX-2の2種類のアイソザイムが存在する。COX-2は、炎症以外に、発癌、生活習慣病にも関与することが明らかになってきた(6, 7)。このような経緯で、COX-2選択的阻害薬は、COX-1活性阻害に由来する副作用のない抗炎症薬として世界的注目を集めた。そのような状況の中、化学的処理によるマウス皮膚がんモデルで、レスベラトロール塗布により抑制効果があり、それはCOX-1活性阻害に由来すると報告された(1997年) (8)。翌年、我々はレスベラトロールがある種の培養癌細胞で、COX-2酵素活性と発現の両方を抑制することを報告し (9)、レスベラトロールに関する研究が注目を集めた。一方で、COX-1阻害による胃腸や腎臓に対する副作用がないCOX-2選択的阻害剤は、北米で人気薬剤として処方されたが、その後、循環器疾患の発生率を上げること、既存のNSAIDsも高用量を服用すると同様な副作用があることが報告された。この結果は、本草学でいう下薬の記述「治療薬は毒であるので、毎日飲んではいけない。」を思い起こす。標的分子に対し、特異性が高く、強い作用を持つことが薬剤開発のコンセプトであるが、長く飲み続けることは危険であり、特に生活習慣病を予防するためには、薬に依存せず、食事や運動がより重要であることを示している。
3.レスベラトロールによるPPAR活性化とcAMPによるその増強作用核内受容体スーパーファミリーに属するPPARは、リガンド依存性転写因子でα,β/δ,γの3つのサブタイプが存在し、脂質代謝、糖代謝、細胞増殖や分化に関与している。αは主に肝臓に発現し脂肪燃焼に、β/δは筋肉をはじめとした様々な組織に発現し、脂肪燃焼、運動能力改善に、γは白色脂肪組織やマクロファージに発現して、インスリン感受性に関与することがそれぞれ報告されている。実際にα合成リガンドであるフェノフィブラートは脂質異常症改善薬として、γ合成リガンドであるチアゾリジン誘導体はインスリン抵抗性改善薬として処方されている(10)。先にレスベラトロールがある種の癌細胞でCOX-2発現を抑制すると述べたが、血管内皮細胞に対してはそのような効果はなく、細胞特異性があることを我々は見出した。なぜ、このような性質を持つかを検討する過程で、レスベラトロールによるPPARg活性化が、関与すること(11) 、レスベラトロールによるPPARα活性化を介して、脳卒中マウスモデルにおいて脳梗塞を抑制し、脳保護作用を持つことを明らかにした(12)。そしてこのPPARα活性に起因して多くの作用(次節参照)を持つと考えて研究を進めている。この我々の着想は、レスベラトロールがPDE(ホスホジエステラーゼ)阻害活性を持つとの報告(13)によって、さらに増強された。検討の結果、レスベラトロールによるPPARα活性化がPDE阻害など細胞内cAMPを増加条件で、増強されることを見出した。注目すべきことに、cAMPだけではPPARα活性化は検出されない(14) 。以下に、この作用を生体で考察する(図3)。規則正しい生活(食事、休息、運動、睡眠のバランスがよい生活)の中で、食事としてレスベラトロールを摂取すると、弱くPPARαが活性化される。空腹時(グリコーゲン減少時)に脂質代謝が活性すると、β酸化—酸化的リリン酸化—電子伝達系によって細胞内ATP増加/cAMP減少が生じる。その結果、通常は、PPARα活性化が抑制されるように調節される。しかし、レスベラトロールはPDE阻害活性を同時に有するため、cAMP減少を抑制し、PPARαを持続的に活性化する。このフィードフォワードPPARα活性化が、レスベラトロールを、継続的な摂取した場合、生活習慣病予防に寄与する分子機構と考えている。
4.レスベラトロールとSIRT1、eNOS、オートファジーとの関連酵母、線虫、ショウジョウバエ同様、哺乳動物においても、レスベラトロールがSIRT1を活性化し、カロリー制限を模倣して寿命を延長することが報告され(2)、レスベラトロール研究が世界的に大きな流行になり、多くの論文が報告されている。NAD+依存性脱アセチル化酵素SIRT1は、細胞内のエネルギーホメオスタシスにおいて重要な役割を担っているため、抗肥満やインスリン抵抗性の改善などレスベラトロールの生活習慣病予防効果にSIRT1活性化が関与していると考えられる。しかし、レスベラトロールが直接SIRT1を活性化するかについては議論がなされている。我々は、1)レスベラトロールを摂取したマウスの肝臓で、SIRT1がPPARα依存的に発現誘導されること、2)レスベラトロールを高脂肪食とともに摂取すると、生存率が回復したが、PPARαノックアウトマウスでは、この効果は見出されず、レスベラトロールの高脂肪食に対する寿命改善効果はPPARαに依存していることを見出した(14, 15、論文投稿準備中)。一方、SIRT1を活性化するとPPARαが活性化することが報告されており(16)、両者はお互いを活性化するような関係にある(図1)。レスベラトロールによるSIRT1活性化はアロステリック制御されることが報告されたが(2)、活性化される濃度を考慮すると、我々はPPARαが初期の標的と考えている。
5.今後の展望我々のPPARαノックアウトマウスを用いた実験において、遺伝背景が異なると異なった結果を示す。例えば、レスベラトロールの脂質代謝改善効果は、脂肪燃焼効率の良い129系(痩せ型)と、脂肪を蓄積する傾向のあるC57BL6系(肥満型)では異なっている。また、レスベラトロールの効果は普通食と高脂肪食でも異なっており、さらにPPAR応答遺伝子群の発現は体内時計によっても制御されるため、実験条件の管理を厳しくする必要があった。他の研究者による論文を精読すると、やはりこのような条件が重要であり、ある一つの遺伝子背景を持った動物を同じ条件で飼育した場合に限り得られていることがわかる。このことは、遺伝因子と食事条件などの環境因子が、機能性食品のヒトへの応用を考える際、非常に重要であることを示している。東洋医学では、病状が同じでも個人の体質に合わせて薬を処方することを基本にしている。一方、西洋医学では、病気の診断によって薬が決定されることが多かったが、1)ゲノム情報の活用(25)、2)環境因子(エピゲノムとメタゲノム)(26)に関する研究が進み、ゲノム情報に基づいたオーダーメイド医療として確立されつつある。1)に関して、抗がん剤治療において、遺伝子多型に基づいて薬剤選択等が行われている。また、抗凝固薬でワルファリンはその標的分子の機能に関わるビタミンKエポキシド還元酵素(VKORC1)とワルファリンの代謝酵素CYP2C9の遺伝子多型で、適正な投与量に倍以上の相違があることが報告されている。さらに、ビタミンEの心血管イベントに対する有用性について、ハプトグロブリンの遺伝子多型に依存しており、それを考慮した場合にのみ統計的有意差を持つことが報告されている。 2)については、エピゲノムの分子機構として、DNA及びヒストンのメチル化が重要であり、これらメチル基の供給は、葉酸などの栄養素に依存していること、また食事(栄養)によって腸内細菌叢の変化がおこり、それが疾患と関連していることも報告されている。 文献1) Nakata R., Takahashi S., Inoue H.: Recent advances in the study on resveratrol. 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