1.1水和化代謝

 小腸に存在が確認されている腸内細菌の一種である乳酸菌Lactobacillus acidophilusが、リノール酸やα-リノレン酸のΔ9位およびΔ12位の二重結合をそれぞれ水和し、様々な水酸化脂肪酸へ代謝することを見いだした（図１はリノール酸を基質とした代謝経路）。

本乳酸菌より、水和化代謝に関わる酵素の特定を試みたところ、本乳酸菌は、異なる位置の二重結合を認識する２つの水和酵素(FA-HY1およびFA-HY2)を有していることを明らかにした。得られた精製酵素を用いて基質特異性を調べたところFA-HY1は、炭素数18でΔ12位にcis型二重結合を有する遊離型の不飽和脂肪酸（リノール酸、α-リノレン酸、γ-リノレン、ステアリドン酸(cis-6,cis-9,cis-12,cis-15-octadecatetraenoic acid (18:4))など）のΔ12位の二重結合を認識しC13位に水酸基を導入すること、さらにDHAに対してはC14位に、アラキドン酸に対してはC15位に水酸基を導入することを明らかにした。またFA-HY2は、炭素数18でΔ9位にcis型二重結合を有する遊離型の不飽和脂肪酸（オレイン酸、リノール酸、α-リノレン酸、γ-リノレン酸、ステアリドン酸など）のΔ9位の二重結合を認識しC10位に水酸基を導入することを明らかにした¹⁾。

さらに腸内細菌であるClostridium属細菌の一種が、α-リノレン酸、EPA、DHAなど様々な不飽和脂肪酸を水和し、様々な水酸化脂肪酸を産生することも見いだしている。

これらの代謝は全て水和反応であり、宿主由来の脂肪酸代謝で見られるCYPやLOXなどによる酸化反応とは異なる。代謝物は、共に水酸化脂肪酸であるが、水和反応の場合、二重結合に水分子が付加することによる水酸基の導入であるため、基質の二重結合が一つ減少する。一方、LOXに代表される酸化反応は酸素分子を付加する反応であり、二重結合の数に変化がなく、さらに酸素分子の導入により二重結合が移動し炭素-炭素間二重結合が共役構造を成すように構造が変化するため化合物として不安定であることが多い。よって、代謝物は共に水酸化脂肪酸であるが、腸内細菌の還元的代謝により得られる水酸化脂肪酸と、宿主の酸化代謝により得られる水酸化脂肪酸は似て非なるものである。

1.2飽和化代謝

腸内細菌であるClostridium bifermentansが、リノール酸(cis-9,cis-12-18:2)を共役リノール酸(CLA; cis-9,trans-11-18:2およびtrans-9,trans-11-18:2)を経て、部分的に飽和化されたtrans-11-18:1へ、また同様にEPA (cis-5,cis-8,cis-11,cis-14,cis-17-20:5)を共役EPA(cis-5,cis-8,cis-11,trans-13,cis-17-20:5およびcis-5,cis-8,trans-11,trans-13,cis-17-20:5)を経て、部分的に飽和化されたcis-5,cis-8,trans-13,cis-17-20:4へ代謝することを見いだした（図２）。基質特異性や代謝物を詳細に解析することにより、本代謝では、メチル基末端から数えて6番目と9番目の炭素-炭素結合(ω6位ならびにω9位)にcis型二重結合を有する遊離型の不飽和脂肪酸が基質として認識され、それぞれ対応するω7,ω9共役脂肪酸を経て、ω7不飽和脂肪酸へと部分的に飽和化されることを明らかにした（図２）²⁾。

さらに小腸に存在が確認されている腸内細菌の一種である乳酸菌Lactobacillus plantarumが、上記のClostridium bifermentansとは異なる代謝経路でリノール酸を飽和化することを見いだした。本代謝は、４つの不飽和脂肪酸変換酵素（水和脱水酵素(CLA-HY)、酸化還元酵素(CLA-DH)、異性化酵素(CLA-DC)、エノン還元酵素(CLA-ER)）が関与しており、以下の通り進行する。リノール酸は、Δ9位の二重結合が水和脱水酵素(CLA-HY)の機能により水和され水酸化脂肪酸10-hydroxy-cis-12-18:1 (HYA)へ変換される。HYAは、酸化還元酵素(CLA-DH)の機能により水酸基がカルボニル基となりオキソ脂肪酸10-oxo-cis-12-18:1 (KetoA)へ変換される。KetoAは、異性化酵素(CLA-DC)の機能によりΔ12位のcis型二重結合がΔ11位のtrans型二重結合へと異性化されエノン型オキソ脂肪酸10-oxo-trans-11-18:1 (KetoC)へ変換される。KetoCは、エノン還元酵素(CLA-ER)の機能によりΔ11位のtrans型二重結合が飽和化され10-oxo-18:0 (KetoB)へ変換される。KetoBは、酸化還元酵素(CLA-DH)の機能によりカルボニル基が水酸基となり、10-hydroxy-18:0 (HYB)へ変換される。最後にHYBは、水和脱水酵素(CLA-HY)の機能により脱水されcis-9-18:1およびtrans-10-18:1へと変換される。以上6ステップの反応を経て二重結合が飽和化される（図３）。また、本代謝には、分岐経路が２つあり、１つはHYAが、水和脱水酵素(CLA-HY)の機能により脱水され共役構造を有するtrans-10,cis-12-18:2へ変換されるものであり、もう一つはKetoCが、酸化還元酵素(CLA-DH)の機能によるカルボニル基の水酸基への変換を経て10-hydroxy-trans-11-18:1 (HYC)となり、HYCが、水和脱水酵素(CLA-HY)の機能による脱水反応を経て共役構造を有するcis-9,trans-11-18:2およびtrans-9,trans-11-18:2へ変換されるものである（図３）³⁾。本代謝の初発反応を触媒する水和脱水酵素(CLA-HY)の基質特異性は上述したFA-HY2と同様であり、炭素数18でΔ9位にcis型二重結合を有する遊離型の不飽和脂肪酸（オレイン酸、リノール酸、α-リノレン酸、 γ-リノレン酸、ステアリドン酸など）のΔ9位の二重結合を認識しC10位に水酸基を導入することを明らかにしている⁴⁾。また、これらの不飽和脂肪酸が、図３と同様の代謝経路を辿ることも明らかにしている。

 不飽和脂肪酸の乳酸菌代謝物が宿主に与える影響について様々な角度から検討がなされ、多様な生理機能が見いだされている。例えば上皮組織のバリア機能に関しては、腸管、口腔内での作用が認められている。デキストラン硫酸ナトリウム（DSS）誘導腸炎モデルマウスにリノール酸の初期代謝物である水酸化脂肪酸HYA(10-hydroxy-cis-12-18:1)を経口投与すると、HYAが腸管上皮細胞に発現している長鎖脂肪酸受容体GPR40を介して炎症性サイトカインの産生を抑制し、腸管上皮バリア機能の回復により炎症が抑制され、腸炎の症状が緩和されると報告された⁵⁾。また、歯周炎モデルマウスを用いた実験で、HYAの摂取が炎症性サイトカインの発現抑制と歯槽骨吸収抑制を介して、歯周病原因菌Porphyromonas gingivalisによって引き起こされる歯肉上皮バリア機能障害を改善することが報告された⁶⁾。抗菌活性に関しては、HYAが長鎖プレニル鎖を持つメナキノン産生細菌（ヘリコバクターやカンピロバクターなど）に対して特異的な抗菌作用を有することが見いだされた。ピロリ菌（Helicobacter pylori SS1株及びTN2GF4株）感染マウスにHYAを経口投与すると胃内のピロリ菌数を低下させ、さらにハイルマニイ菌（Helicobacter suis TKY株）感染胃MALT（Mucosa Associated Lymphoid Tissue）リンパ腫モデルマウスにHYAを経口投与すると、胃MALTリンパ腫の発症を抑制することが報告された⁷⁾。代謝に関する作用としては、高脂肪食負荷肥満モデルマウスにHYAを投与すると、肥満の症状及びインスリン抵抗性が改善することが見いだされた⁸⁾。また、HYAの代謝物であるKetoA（10-oxo-cis-12-18:1）には、カプサイシン受容体（TRPV1）の活性化作用及び、TRPV1を介したエネルギー消費亢進作用が報告されている⁹⁾。ここでは主にリノール酸の初期代謝産物HYAに関連する生理機能について例をあげたが、他の代謝物についても様々な生理機能が報告されている。これらの結果は、乳酸菌などの腸内細菌によって代謝され生じた脂肪酸代謝物が、宿主の健康に寄与する可能性を示唆している。

 本文では、食事より摂取される脂肪酸の腸内細菌による代謝についていくつか紹介した。食事由来脂肪酸の腸内細菌由来代謝物は、水酸化脂肪酸やオキソ脂肪酸、共役脂肪酸、部分飽和脂肪酸（非メチレン型不飽和脂肪酸）など様々あり、宿主の酸化代謝により得られる代謝物とは異なる。我々が摂取する油脂の中で分布が多いω6脂肪酸であるリノール酸の腸内細菌代謝物の生理機能について主に紹介した。ω3脂肪酸とは対照的な炎症惹起などの生理機能を有すると考えられてきたω6脂肪酸についても、その腸内細菌代謝物がω3脂肪酸に類似する健康増進作用を示すことが明らかになりつつある。

今後、宿主由来代謝物のみならず、より広範な腸内細菌代謝物の生理機能が解明されることにより、食事由来脂肪酸の新たな生理機能や、生理機能発現の実像が明らかになることが期待される。

最後に、本研究に携わってくださった多くの共同研究の先生方、研究室の学生・職員の皆様に厚くお礼申し上げます。