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ビタミンB6欠乏時のホモシステイン蓄積と肝臓脂質蓄積の改善
岐阜大学 応用生物科学部 応用生命科学課程
教授 早川 享志

1.はじめに

動物に必要な栄養素としてタンパク質、脂質、炭水化物に加えてミネラルの必要性までは1800年代に示されてきたが、1900年代に入っても他の微量栄養素の必要性は不明なままであった。既知の栄養素のみではラットは成長不良となり、乳汁の添加により改善することが示されたことに端を発し、その中の有効成分には脂溶性のA因子と、水溶性のB因子があることが明らかにされ、更に水溶性B因子の中には熱に弱いもの(B1とした)と熱に強いもの(B2とした)があることがわかった。結局、この水溶性B因子には、ビタミンC以外に8種類のビタミンが含まれることが明らかにされ、B群ビタミンと呼ばれている1)。ビタミンB6はこれらB群ビタミンの一つである。現在では、水溶性ビタミン9種、脂溶性ビタミン4種がビタミンとして必要であることが明らかにされている。それぞれのビタミンは、欠乏すると特有の欠乏症状を招くことから、それぞれについて食事摂取基準が定められており、どのビタミンも欠乏にならないように算定されている2)
 ビタミンB6は、1934年に抗皮膚炎因子として見出された水溶性ビタミンの一つである。遊離型として、ピリドキシン(PN)、ピリドキサール(PL)およびピリドキサミン(PM)の3型があり、それぞれがリン酸化されたピリドキシン5’-リン酸(PNP)、ピリドキサール5’-リン酸(PLP)およびピリドキサミン5’-リン酸(PMP)のリン酸化型を含めた6種がビタミンB6の活性型である。遊離型からリン酸化型にはPLキナーゼ[EC 2.7.1.35]により変換され、PNPとPMPのPLPへの変換は、PNP/PMP酸化酵素[EC 1.4.3.5]により触媒される(図1)。後者の酵素は、ビタミンB2の補酵素型の一つであるフラビンモノヌクレオチド(FMN)を補酵素としている。ビタミンの活性型への変換に別のビタミンが関わっている希な例である。植物性食品には、ピリドキシン-5’-β-グルコシド(PN-5’-βG)が含まれており、日本人のビタミンB6供給源として重要であるが、その利用には、加水分解されてPNとなる必要がある。この加水分解反応はPN-5’-βG利用上の律速となっており、全てが加水分解されてPNを生成するわけではない。摂取状況については、20-29歳の年齢階級において男性では、1.40±2.02 mg/日、女性では1.53±4.46 mg/日と3)、平均値から見た摂取状況はまずまずであるが、標準誤差を考えると摂取量にかなりのバラツキがあると考えられる。女性における摂取量が高く、標準誤差が大きいが、その理由としては、ビタミンB6の摂取源は動物性食品からは23%、植物性食品からは39%、補助栄養素・特定保健用食品からは37%と見積もられているように4)、サプリメント等の利用による摂取量の個人差がかなり大きくなっていることによる。
 ビタミンB6は約120種の酵素反応の補酵素として働いているが、良く知られているのは、アミノ酸代謝に関わる反応である。アミノ基転移酵素は多くのアミノ酸のアミノ基の転移に関わっており、アミノ酸炭素骨格への代謝、また、その逆反応は非必須アミノ酸の生合成に働いている。アミノ酸の脱炭酸酵素は、ヒスチジンからのヒスタミンの合成、グルタミン酸からのγ-アミノ酪酸(GABA)の合成、トリプトファンからのセロトニンの合成、チロシンからのドーパミン、エピネフリンやノルエピネフリンの合成など、神経伝達物質をはじめとする生理活性アミン類の生合成に関わっている。このようにビタミンB6は、タンパク質・アミノ酸代謝への関わりが強く、食事摂取基準は、タンパク質当たりで策定されている。ビタミンB6欠乏の判定法には、トリプトファン負荷後の尿中キサンツレン酸の排泄量を調べる方法がある。トリプトファン代謝において、ビタミンB6は3-ヒドロキシキヌレニンの代謝に関わるキヌレニンアミノトランスフェラーゼ[EC 2.6.1.7]とキヌレニナーゼ[EC 3.7.1.3]の2酵素の補酵素となっている。ビタミンB6欠乏時は、細胞質のキヌレニナーゼ活性が早く影響を受けて活性が低下することから、3-ヒドロキシキヌレニンの代謝は、ミトコンドリア外膜に存在するキヌレニンアミノトランスフェラーゼによるキサンツレン酸への代謝が優位となる。その結果、キサンツレン酸の産生に代謝が傾き、尿中にキサンツレン酸が増える。これがビタミンB6欠乏の指標となっている。

図1.生理活性を持つビタミンB6化合物

2.メチオニン代謝におけるホモシステインの位置づけ

メチオニン代謝について図2に示した。メチオニンはタンパク質の構成アミノ酸として利用される以外に、生体内でのメチル化反応のメチル基供与体としての働きがある。メチオニンはメチオニンアデノシルトランスフェラーゼ(MAT:EC 2.5.1.6)によりS-アデノシルメチオニン(SAM)となり、メチル基受容体(Xとする)にメチル基を渡してCH3-Xとする一方で、自身はS-アデノシルホモシステイン(SAH)となる。SAHは加水分解を受け、アデノシンを遊離してメチオニンより1つ炭素数の少ないホモシステインとなる。SAHとホモシステインの平衡はSAH生成に向かっており5)、ホモシステインの蓄積はSAHの蓄積を伴う。ホモシステインの代謝には、大きく分けて二つの経路がある。一つは、メチオニンの再メチル化経路である。この経路は通常はN5-メチルテトラヒドロ葉酸(CH3-THF)をメチル基供与体とするビタミンB12酵素であるメチオニン合成酵素[EC 2.1.1.13]が働いている。ベタインが利用可能な場合にはベタイン-ホモシステインメチル転移酵素(BHMT:EC 2.1.1.5)による再メチル化も進む。また、もう一つは硫黄転移経路である。この経路では、ホモシステインはシスタチオニンβ-合成酵素(CBS:EC 2.4.1.22)によりシスタチオニンに、さらにシスタチオニンγ-リアーゼ(CGL:EC 4.4.1.1)によりシステインへと代謝される。これら2つの酵素はPLPを補酵素としている。このように、ホモシステイン代謝には、ビタミンB12、葉酸、ビタミンB6の3つのビタミンが関わっており、これらの関わる活性のバランスがホモシステインの動態と密接に関連している。

図2.メチオニン代謝系

3.ホモシステインの蓄積には複数の要因が関わっている

ホモシステインについて当初は、動脈硬化との関連が注目され、研究が進められてきたが、現在では、認知症との関連に関心が集まっている。もともとホモシステインは加齢に伴って濃度が上昇方向であるが、ホモシステインの蓄積には複数の要因が関わっている。それは、上記で述べたように複数のビタミンが関わっていることが関係している。ビタミンB12、葉酸およびビタミンB6がホモシステイン代謝とどのように関係するのか、また、ベタインがどのようにホモシステイン代謝に関わっているのかについて説明する。

3-1)ビタミンB12、葉酸の欠乏

ホモシステインの再メチル化経路において、ビタミンB12はメチオニン合成酵素の補酵素となっている。また、CH3-THFはメチル基供与基質であるので、ビタミンB12欠乏単独でも、葉酸欠乏単独でもホモシステインの代謝が停滞し、ホモシステインの蓄積が起こる。

3-2)ビタミンB6の欠乏

硫黄転移経路において、PLPはCBSそれに続くCGLの補酵素となっている。通常、ホモシステインはこれら酵素によりL-システインへと代謝されるが、ビタミンB6欠乏では、これらの酵素活性が低下し、ホモシステイン代謝が低下する結果としてホモシステインの蓄積が起こる。

3-3)ベタインによるホモシステインの再メチル化反応

通常の再メチル化反応とは別に肝臓にはベタインのメチル基をホモシステインに転移することによりメチオニンを再合成する再メチル化反応がある。この反応は、BHMTにより触媒される。ベタインは、ビートや穀類に含まれるメチル基供与物質である。高ホモシステイン血症の治療方法の一つとしてベタイン投与が行われる。この反応自体にはビタミンの関与がないので、ビタミン不足に起因する高ホモシステイン血症対策として有効な方法である。

4.ビタミンB6欠乏による肝臓ホモシステインの蓄積は葉酸強化により低減化する

ビタミンB6欠乏を引き起こす飼料として以前は高タンパク質飼料(70%カゼイン)を用いていた6-8)。しかし、条件が特殊であるという指摘を受けることが多かった。かといって、通常の20%カゼイン飼料では安定して高ホモシステイン血症を惹起することはできない。そこで、飼料へのメチオニン負荷と高ホモシステイン血症との関連を調べた。その結果、20%カゼイン含有ビタミンB6欠乏飼料中へのメチオニン添加量を通常の0.3%から0.6%に上げると血漿ホモシステイン濃度は上昇し始め、0.9%の添加で安定した高ホモシステイン血症を惹起することを明らかにした(図39)。また、この時メチオニン0.9%添加のビタミンB6欠乏群では、肝臓重量が増加し(図4)、ビタミンB6欠乏ラットの肝臓は白っぽくなっており脂肪肝の外見を有していた(図5)。
 メチオニン合成酵素によるホモシステインの代謝には、基質としてCH3-THFが必要である。CH3-THFは5, 10-メチレンテトラヒドロ葉酸(MTHF)にメチレンテトラヒドロ葉酸還元酵素(MTHFR:EC1.5.1.20)が作用して生成する。MTHFは、テトラヒドロ葉酸(THF)にPLP酵素であるセリンヒドロキシメチルトランスフェラーゼ(SHMT:EC2.1.2.1)が作用して生成する。MTHFRはフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)を補酵素とし、この遺伝子多型は、FADへの親和性を低下させMTHF活性に影響することによりホモシステイン再メチル化を低下させ、ホモシステイン蓄積に関わる(図6)。このように再メチル化経路は、葉酸供給も律速となっている。即ち、ビタミンB6欠乏下においては、硫黄転移経路での代謝が低下する一方で、葉酸の変換に影響することにより再メチル化反応が低下する可能性を指摘した。そこで、ビタミンB6欠乏下において葉酸を5倍強化したところ、血漿ホモシステインおよび肝臓SAHの蓄積が葉酸の強化により改善(低下)した(図7および図89)。同様に、肝臓脂質蓄積も葉酸の強化によって有意に低下した(図9)。葉酸の強化による改善の理由として、図6において示したように再メチル化反応におけるメチル基供与体としてのMTHFの利用性の問題があり、それが葉酸強化により改善したことが考えられる。そこで、メチオニン負荷後のCH3-THFの測定を行った。ビタミンB6欠乏下、空腹時において血漿ホモシステインは有意な増加を示し(図10-A)、メチオニン負荷後も同様な傾向にあった。肝臓中のCH3-THFは、ビタミンB6欠乏では、有意な低下が見られ、葉酸の強化によりCH3-THFレベルが有意に増加した(図10-B10)。これまでのビタミンB6欠乏実験において葉酸は飼料中に通常量(十分量)入っているが、ビタミンB6欠乏下においては、葉酸の代謝が低下し、再メチル化反応に十分なCH3-THFを供給できないため、ホモシステインの蓄積が顕著となったこと、また、葉酸の強化によりMTHFの供給が改善し、CH3-THFの供給が回復したために再メチル化反応が進んだ結果として、ホモシステイン濃度の改善(低下)が起こったことが考えられた。通常、あるビタミン欠乏に対して別のビタミンが影響することはまずないが、ホモシステイン代謝のように複数のビタミンが関与している場合には、レアーケースとしてこのようなことがあるのであろう。

図3.飼料中メチオニン添加レベルが血漿ホモシステインに及ぼす影響
 
図4.飼料中メチオニン添加レベルが肝臓重量に及ぼす影響
 
図5.コントロールラット肝臓(A)およびメチオニン負荷
ビタミンB6欠乏ラット肝臓(B)の外見
 
図6.ホモシステインの再メチル化に関わる関連代謝
 
図7.飼料中葉酸強化が血漿ホモシステインおよび肝臓SAHに及ぼす影響
 
図8.飼料中葉酸強化が血漿ホモシステインおよび肝臓SAHに及ぼす影響
 
図9.飼料中葉酸強化が肝臓総脂質含量に及ぼす影響
 
図10.飼料中葉酸強化が血漿ホモシステイン(A)および
肝臓5-メチルテトラヒドロ葉酸(B)に及ぼす影響

5.肝臓ホモシステイン蓄積時の肝臓脂質蓄積とその改善について

肝臓は、摂取した脂質代謝の中心臓器である。消化・吸収した脂質はカイロミクロンとして血流に入りたどり着く先は肝臓である。そして、肝臓から超低密度リポタンパク質(VLDL)に組み込まれて分泌され、体内に脂質を供給する。VLDLはアポタンパク質、リン脂質、コレステロールエステル、トリグリセリドから成るリポタンパク質の1種であるが、肝臓からの分泌には、新たに合成されたホスファチジルコリン(PC)が必要である11)。ところがビタミンB6欠乏では、ホスファチジルエタノールアミン(PE)が蓄積し、PCが低下する。PEのPCへのメチル化は、SAMのメチル基をPEに転移させることにより生み出されるが、この反応(PEMT)は、SAHにより強力に阻害される12)。従って、ビタミンB6欠乏時には、ミクロソームでのPC合成が阻害される。そのため、VLDLとしての脂質成分の肝臓からの移送が障害を受け、肝臓に脂質が溜まると考えられる。こうした、ビタミンB6欠乏時の肝臓脂質の蓄積は、食事へのリン脂質添加により有意に改善し、この場合の肝臓脂質と血漿脂質の動態を見てみると、肝臓脂質が蓄積した場合には、血漿脂質が低下している(図11および12)。そして、肝臓脂質の蓄積が改善すると、血漿脂質も正常レベルまで戻る(図11および12)。つまり、肝臓から脂質の搬出が低下すると蓄積、それが解除されると正常化する。従って、ビタミンB6欠乏により惹起される肝臓脂質の蓄積は、メチオニン代謝異常により血漿と肝臓のホモシステインが蓄積し(図13-Aおよび13-B)、それに伴ってSAHが蓄積し(図13-C)、SAHがPEからのPC合成を低下させ、VLDLとして肝臓からの脂質移送を滞らせることによることを明らかにした13)。食事へのPCの添加は、ビタミンB6欠乏時の肝臓脂質蓄積を改善する一つの策である。

図11.飼料中ホスファチジルコリン(PC)添加がビタミンB6欠乏時の
肝臓総脂質(A),肝臓トリグリセリド(B)および肝臓総
コレステロール(C)に及ぼす影響
 
図12.飼料中ホスファチジルコリン(PC)添加がビタミンB6欠乏時の
血漿(LDL+VLDL)-chol(A),血漿トリグリセリド(B)および
血漿リン脂質(C)に及ぼす影響
 
図13.飼料中ホスファチジルコリン(PC)添加がビタミンB6欠乏時の
血漿ホモシステイン(A),肝臓ホモシステイン(B)および
肝臓SAH(C)に及ぼす影響

6.今後の展望

脂肪肝モデル作成飼料としてコリン・メチオニン欠乏飼料が用いられているが、コリンはリン脂質生合成の前駆体であり、メチオニンは、PEからのPC合成に必須のメチル基供与体SAMの供給源である。従って、脂肪肝の発症については、肝臓からの脂質の移送障害が1つのメカニズムである。これを逆手にとり、血漿脂質を低下させる薬剤として、ミクロソームトリグリセリド輸送タンパク質(MTP)がある。この薬剤は、肝臓でのVLDL構成を阻害することにより、肝臓から血中への脂質の搬出を阻害することにより血漿脂質を低下させる。肝臓の側から見ると、肝臓脂質が溜まる結果となる。ビタミンB6欠乏は通常の食事で起きることはまずないが、ビタミンB6欠乏時の肝臓脂質蓄積は、脂肪肝の一つのモデルとして研究可能なモデルではないかと考えられる。特に、ホモシステイン代謝には、複数のビタミンと関連物質の関与があるので、多様なアプローチの可能性を残している。PCが有効である理由については、PC自体の供給が効くのか、PCとして取り込まれ、それがコリンとなってさらにベタインに変換されて効くのかなど、メカニズムについてはまだ完全に解明されたわけではない。別のアプローチからの更なる検討が必要である。

参考文献

1  早川享志(2011)1 ビタミン発見の歴史 in 『ビタミンの科学と最新応用技術』糸川嘉則監修,シーエムシー出版,pp. 1-10.

2  日本人の食事摂取基準(2015年版)
http://www.mhlw.go.jp/stf/seisakunitsuite/bunya/kenkou_iryou/kenkou/eiyou/syokuji_kijyun.html

3  早川享志(2012)日本人におけるビタミン摂取の現状と課題.Hormone Frontier in Gynecology 19(3): 207-211(メディカルビュー社)

4  早川享志(2015)ビタミンの栄養雑学とビタミンB6の関わる代謝研究 New Diet Therapy, 30(4): 71-76.

5  Isa Y, Mishima T, Tsuge H, Hayakawa T(2006)Increase in S-adenosylhomocysteine content and its effect on the S-adenosylhomocysteine hydrolase activity under transient high plasma homocysteine levels in rats. J Nutr Sci Vitaminol, 52: 479-482.

6  She Q, Hayakawa T, Tsuge H(1994)Effect of vitamin B6 deficiency on linoleic acid desaturation in the arachidonic acid biosynthesis of rat liver microsomes. Biosci Biotechnol. Biochem. 58: 459-463.

7  She Q, Hayakawa T, Tsuge H(1994) A simple HPLC method for the determination of S-adenosylmethionine and S-adenosylhomocysteine in rat tissues: the effect of vitamin B6 deficiency on these concentrations in rat liver. Biochem Biophys Res Commun, 205: 1748-1754.

8  She Q, Hayakawa T, Tsuge H(1995)Alteration in the phosphatidylcholine biosynthesis of rat liver microsomes caused by vitamin B6 deficiency. Biosci Biotech Biochem, 59: 163-167.

9  Yamamoto K, Isa Y, Nakagawa T, Hayakawa T(2012)Folic acid fortification ameliorates hyperhomocysteinemia caused by a vitamin B6-deficient diet supplemented with L-methionine. Biosci Biotechnol Biochem, 76: 1861-1865.

10 Yamamoto K, Isa Y, Nakagawa T, Hayakawa T(2013)Involvement of 5-methylltetrahydrofolate in the amelioration of hyperhomocysteinemia caused by a vitamin B6-deficiency and L-methionine supplementation. Biosci Biotechnol Biochem, 77(2): 378-380.

11 Noga AA, Zhao Y, Vance DE(2002)An unexpected requirement for phosphatidylethanolamine N-methyltransferase in the secretion of very low density lipoproteins. J Biol Chem, 277: 42358-42365.

12 Hoffman DR, Haming JA, Cornatzer WE(1981)Microsomal phosphatidylethanolamine methyltransrerase: inhibition by S-adenosylhomocysteine. Lipids, 16: 561-567.

13 Kitagawa E, Yamamoto T, Yamamoto K, Nakagawa T, Hayakawa T(2015)Accumulation of lipid in rat liver was induced by vitamin B6 deficiency and was ameliorated by supplemental phosphatidylcholine in the diet. Biosci Biotechnol Biochem, 79(8): 1320-1326.

略歴

早川 享志(ハヤカワ タカシ)
岐阜大学 応用生物科学部
応用生命科学課程 教授
学歴・職歴:昭和54年三重大学農芸化学科卒業後、京都大学農学部大学院(食品工学専攻)において、修士課程および博士課程を修了し、学位を取得。東京農業大学助手を経て、平成2年より岐阜大学助手、平成3年より同助教授、平成15年より同教授。改組により平成16年より同大学応用生物科学部教授となり、現在に至る。
賞罰:平成23年日本食物繊維学会学会賞

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