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n-3系多価不飽和脂肪酸結合脂質の構造と機能
北海道大学大学院水産科学研究院
准教授 細川雅史

はじめに

近年、日本食が世界的に注目されるなか、代表的な素材である水産物中に含まれる健康機能成分への関心が高まっている。その代表的なものとしてあげられるのが、魚油に豊富に含まれるエイコサペンタエン酸(EPA、20:5n-3)やドコサヘキサエン酸(DHA、22:6n-3)であろう(図1)。
 EPAとDHAは、炭素数が20および22、二重結合が5および6の多価不飽和脂肪酸(PUFA)である。二重結合がメチル基末端から3番目の炭素より導入されているため、n-3(ω3)系列のPUFA(n-3PUFA)に分類される。例えば、サンマの可食部100 gあたりのEPA量は0.9 g、DHA量は1.7 gであり、黒マグロ(脂身)ではEPA量1.4 g、DHA量3.2 gが含まれている(日本食品標準成分表2010より)。これらのn-3PUFAによる健康機能は、1970年代のDyerbergら1)による疫学調査により注目を集め、血中脂質やコレステロール低下作用などの脂質代謝改善効果をはじめ、多くの健康機能が報告されている2)。特に、n-3PUFAの摂取量と循環器系疾患の発症および死亡との関連性については、多くの疫学調査が行われ、その有用性がまとめられている3)。そのため、魚介類などの食事によるn-3PUFAの摂取に加え、特定保健用食品やサプリメント、健康食品、更には医薬品として幅広い利用がなされている。
 特に、食品として利用をはかる場合、安全性に加え、生体への吸収性や高い健康機能性を考慮したn-3PUFA結合脂質の生産が重要である。そのための研究として、食品として一般的な脂質構造であるトリアシルグリセロール(TAG、トリグリセリド)に結合するn-3PUFAの種類や結合位置、薬剤として利用されているn-3PUFAエチルエステル(n-3PUFA-EE)との効果の比較、n-3PUFA結合リン脂質(n-3PUFA-PL)の機能性などがあげられる。本稿では、n-3PUFA結合脂質の構造と機能に関する研究を紹介したい。

図1.n-3多価不飽和脂肪酸の構造(PDF:91KB)

1.n-3PUFA結合脂質の構造と特性

通常、精製魚油として利用されているEPAやDHA結合脂質はTAG(n-3PUFA-TAG)である(図2)。グリセロールのsn-1/3とsn-2位に3分子の脂肪酸がエステル結合した構造をとる。摂取されたTAGは胃リパーゼによって部分加水分解をうけた後、十二指腸と空腸において膵リパーゼによりsn-1/3の脂肪酸が加水分解される。 消化によって生成した2分子の遊離脂肪酸と1分子のモノアシルグリセロールが小腸上皮細胞へ吸収された後、TAGに再合成されリンパ・血液系を通って各組織へ運ばれる4)
 一方、水産動物に含まれるリン脂質は主にsn-1とsn-2位に脂肪酸が結合し、sn-3位にリン酸とコリンやエタノールアミンなどの塩基が結合した両親媒性構造である(図2)。摂取したリン脂質は膵液中のホスホリパーゼA2により、sn-2位の脂肪酸が加水分解され、リゾリン脂質と遊離脂肪酸として吸収される。小腸上皮細胞へ取り込まれた後、リン脂質に再合成されTAGとともにカイロミクロンを形成し、リンパ・血液系で輸送される4)。また、生成したリゾホスファチジルコリンの一部は、グリセロホスホコリンやコリンまで分解される4)
 一般に、n-3PUFAの結合した魚油TAGはイワシやマグロなどの魚類から抽出、精製されるが、n-3PUFA-PLの供給源は、オキアミや魚卵、イカミールなどである。特に、n-3PUFA-PLでは、魚油TAGと比較して脂肪酸組成に占めるEPAやDHAの割合が高いことが特徴である。例えば、オキアミ油では、EPAおよびDHAの含有率が中性脂質画分でそれぞれ9.7%、3.8%であるのに対し、PL画分では28.5%、13.5%と高い5)。また、サケ卵(イクラ)油においても、中性脂質画分とPL画分ではEPA含有率には大きな違いはないが、DHA含有率はそれぞれ16.6%、28.6%とPL画分で高い(表1)。イカミール由来PLやニシン卵(数の子)由来PLにおいてもEPA含有率は15.1%、16.1%、DHAは36.8%、29.2%と高含有であり、水産物によって抽出油の主要な脂質構造や脂肪酸組成が大きく異なる(表1)。
 一方、EPAやDHAの製剤形態はEE形態(図2)である。魚油に結合した脂肪酸をエチルエステル化した後、真空蒸留や尿素付加法、液体クロマトグラフィー法等によって分画、精製する。高純度が求められるEPAやDHA製剤を製造するうえで有効な方法であり、食品としての利用形態であるTAGやPL形態と構造が異なる。n-3PUFA-EEを摂取した場合、膵リパーゼやコレステロールエステラーゼにより加水分解をうけ小腸から吸収された後、TAGに合成されカイロミクロンに移行すると考えられる4)

図2.n-3多価不飽和脂肪酸結合脂質の構造(PDF:49KB)
表1.水産リン脂質の脂肪酸組成(PDF:29KB)

2.n-3PUFA-TAG分子種と脂質代謝改善作用

水産物から抽出、精製される魚油は、様々なn-3PUFAが結合したTAG分子種から構成される。最近の研究では、EPAやDHAに加えてn-3ドコサペンタエン酸(n-3DPA、22:5n-3)(図1)の機能性も注目され、血小板凝集抑制作用や抗炎症作用などが報告されている6)。このようなn-3DPAは、アザラシ油に加え、サケやニシン、アワビにも比較的多く含まれている。Gotohら7)は、TAGに結合するn-3PUFAの機能性を比較するため、EPA、n-3DPA、DHAのそれぞれを構成脂肪酸とするTAGを合成し、C57BL/KsJ-db/db肥満マウスの脂質代謝に及ぼす影響を検討している。脂質代謝改善効果のうち肝臓重量あたりのTAG低下作用については、DHA-TAG>n-3DPA-TAG>EPA-TAGの順であった。筆者らも、EPA、n-3DPA、DHAをそれぞれ約70%高含有するTAGを用いて、KK-Ay糖尿病肥満マウスへの影響を検討した。その結果、いずれのn-3PUFA-TAGにおいても血中脂質および血糖値の低下作用が見られたが、特に肝臓コレステロールの低下作用は、EPA-TAGがDHA-TAGやn-3DPA-TAGと比較して強く、遊離脂肪酸濃度はDHA-TAGで強く低下することを確認した(表2)。
 一方、n-3PUFA-TAGは脂肪酸組成が同一であっても、脂肪酸の結合する位置が異なる異性体が存在する。1で述べたように、TAGに結合する脂肪酸はリパーゼによる加水分解をうけて吸収されることから、n-3PUFAの生体利用率や機能発現はTAGの異性体間で異なることが考えられる。Yoshinagaら8)は、TAGのsn-1/3位もしくはsn-2位にEPAまたはDHAを1分子結合し、それ以外をパルミチン酸とするTAG分子種をマウスに経口投与することによって脂質代謝への影響を比較している。DHAがsn-2位に結合したTAGは、sn-1/3位より脂肪酸合成酵素活性の低下や脂肪酸およびコレステロール代謝酵素のmRNA発現量の低下がより顕著であった。また、血清や肝臓中のTAGおよびコレステロールの低下作用もsn-2 DHA-TAGでより効果的であった。一方、EPAをsn-1/3位またはsn-2位に結合したTAGの比較では、sn-1/3 EPA-TAGでコレステロールの低下作用がより明確であり、PGI2/TXA2の割合も高い値を示すことを明らかにしている。これらの結果は、n-3PUFA-TAGの脂質代謝改善効果が脂肪酸の結合位置によって異なるばかりでなく、その機能特性が各n-3PUFAによって違うことを示唆している。
 近年、魚油TAGの機能性を高める目的で、リパーゼを用いたn-3PUFA高含有TAGの実用化が進められている9)。特に、位置選択性をもつリパーゼによって分子種レベルでのTAG改変が可能であることを考慮すると、その機能性を考えるうえでTAG分子種の分析がこれまで以上に重要になるであろう。LC-MSを用いたn-3PUFA-TAG分子種の分析法10)の発展が期待されるところである。

表2.n-3PUFA-TAG投与マウスの血中脂質および血糖値(PDF:89KB)

3.n-3PUFA-TAGとn-3PUFA-EEの生体利用率の比較

高純度に生成されたEPA-EEやDHA-EEは、医療用医薬品として高脂血症や閉塞性動脈硬化症の治療に用いられている。1で示したように、EPA-EEの精製法は既に確立されており、n-3PUFA-EEの高濃度化も容易である。また、食品としての利用が可能なTAG形態と医薬品であるEE形態でのn-3PUFAの吸収性や脂質代謝改善作用に興味が持たれる。
 Bannoら11)は、DHA-TAG(DHA 74.8%、n-3DPA 18.9%)とDHA-EE(DHA 71.7%、n-3DPA 17.4%)を1%添加した飼料をSprague-Dawleyラットに1週間投与し、脂質代謝への影響を比較している。血漿中のコレステロール低下作用は、両脂質において見られたが、DHA-TAGとDHA-EE間に差は見られなかった。血漿TAGの低下作用は、DHA-TAGでは見られたがDHA-EEでは見られず、TAG形態のほうが効果的であることが示唆された(なお、Bannoら11)の論文では、DHA-モノアシルグリセロールおよびジアシルグリセロールについても比較されているが、その結果については割愛した)。筆者らは、EPA、DHAの割合が約70%のTAGおよびEEをKK-Ay糖尿病肥満マウスに4週間経口投与して血糖値への影響を調べた。その結果、PUFAを投与していないコントロール群と比較して、DHA-TAGおよびDHA-EE群において血糖値の低下が見られた(図3)。また、DHA-EE群では、DHA-TG群と比較してより低い傾向が見られたが有意な差ではなく、EPA-TAGとEPA-EE投与による血糖値低下作用に大きな違いは見られなかった。n-3PUFA-TAGとn-3PUFA-EEのそれぞれを2週間経口摂取した成人において血清脂質の脂肪酸組成を分析した結果、TAG形態のほうがEPA+DHAの生体利用率(bioavailability)が高いことが報告されている12)。更に、n-3PUFA-TAGとn-3PUFA-EEを6か月間長期摂取した成人においても、赤血球膜のEPA+DHA含有率の上昇がTAG形態で優れていることなど、EE形態と比較してTAG形態が高い生体利用率を示すことがまとめられている13)
 TAGとEEの分離や同定は、順相クロマトグラフィーによって容易に行える。n-3PUFA脂質を含むサプリメントについては、規制が異なる海外から多数輸入されていることから、その中に含まれる脂質構造を把握することは有効性を担保するうえで重要であろう。

図3.糖尿病/肥満KK-Ayマウスの血糖値に及ぼすn-3PUFA-TAGとn-3PUFA-EEの影響(PDF:60KB)

4.n-3PUFA-PLと n-3PUFA-TAGの機能性の比較

PLは両親媒性を有することから、食品乳化剤やドラックデリバリー基材など幅広い利用用途を有する14)。一般的には大豆や卵黄由来のPLが広く利用されているが、近年ではn-3PUFAが結合したPLの機能性15,16)が国内外で注目されている(図4)。
 これまでに、サケ卵より分離したn-3PUFA-ホスファチジルコリン(PC)の抗肥満効果や血糖値改善効果がラットを用いた動物実験により報告されている17)。その作用機序としては、肝臓での脂肪酸合成の抑制やβ-酸化の亢進、血清アディポネクチンの増加による生体内エネルギー代謝の亢進が推察されている。また、ニシンから分離したn-3PUFA-PLを食餌性肥満マウスに経口投与したところ、肥満に伴う脂肪細胞の肥大化や脂肪組織の炎症に対する抑制効果、更には脂肪肝の改善が見られ、その効果が魚油TAGよりも優れていることが示されている18)。更に、Konagaiら19)は、61-72歳の健康な男性に2 g/日(1 g/回、朝食と夕食後二回摂取)のクリルオイル(約45% n-3PUFA-PL)を12週間摂取してもらい、脳機能への影響を調べている。P300脳波の測定により、クリルオイルが高齢者に対し脳の情報処理能力や認知能力を高める機能が示された19)。その効果は魚油TAGや中鎖脂肪酸TAGには見られない興味深い機能であると報告されている。
 このように高い機能性が期待されるn-3PUFA-PLのヒトにおける生体利用率が、魚油TAGとクリルミール(脂質含量40%)との比較によって調べられている20)。EPAとDHAの1.7 g単回摂取後の72時間における血漿PL中の脂肪酸組成を分析した結果、EPAとDHAのiAUC(incremental area under the blood concentration-time curve、上昇曲線下面積)がn-3PUFA-PL を主体とするクリルオイル群において魚油TAGやクリルミール群より高値であり、優れた生体利用性を示す脂質形態であることが示された。
 一方、n-3PUFA-PLは主にsn-1位およびsn-2位に結合する脂肪酸とコリンやエタノールアミン等の塩基による多様な分子種から構成される。LC-MSを用いたクリルオイル由来のコリン結合リン脂質分子種の同定と定量21)が試みられている。
 今後、n-3PUFA-TAGと同様に、n-3PUFA-PLの分子種レベルでの機能性の解明が期待される。

図4.n-3PUFA-PLの機能性(PDF:57KB)

5.おわりに

n-3PUFAの健康機能は1970年代の栄養学的疫学調査1)以降、国内外で活発に進められ、我が国においては特定保健用食品や医薬品として利用されるに至った。また、欧米諸国では高脂肪食が原因の一つと考えられる生活習慣病予防のため、n-3PUFA脂質のサプリメントによる積極的な摂取が啓蒙されており、社会的関心が高い。これまでの脂質栄養学の研究は、主に脂質の摂取量や個々の脂肪酸の機能性に着目した研究が多く見られるが、最近ではn-3PUFAの生体吸収性や健康機能がTAGやEE、PLの脂質形態によって異なることが明らかにされ、脂質構造の重要性が再認識されている。脂質生化学の分野では、リポクオリティ22)という概念が提唱されており活発な研究が進められているが、食品脂質においてもその質に関わる研究が益々広がっていくであろう。今後のn-3PUFA脂質の分子種レベルでの研究展開が期待される。

文献

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略歴

細川 雅史(ホソカワ マサシ)
北海道大学大学院水産科学研究院
生物資源化学分野 准教授
1992年     北海道大学水産学部 助手
2000年     北海道大学水産学部 助教授
2007年     北海道大学大学院水産科学研究院 准教授

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