糖化ストレス対策の課題と展望 - 機能性食品素材 - アークレイ - アークレイ

機能性食品素材

糖化ストレス対策の課題と展望

同志社大学 生命医科学部 糖化ストレス研究センター■■
教授 八木雅之 先生 監修■■
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糖化研究の歴史的背景

 フランスの科学者 Louis-Camille Maillard が食品の褐変化現象をアミノ酸と糖の非酵素的反応であることを解明してから 100年以上が経過した 1)。現在、糖化を研究対象とする分野は食品化学、医学、薬学、農学、理学、栄養学など多岐に渡る。また、糖化ストレスは老化危険因子のひとつとして知られ、生体内の糖化ストレスを軽減すること、すなわち抗糖化が老化や慢性疾患の予防に繋がることが解明されつつある 2)。糖化反応の発見から 2000年頃までの基礎研究に関する歴史的背景については Rabbani らによって既に詳細にまとめられている(図1)3)。ここでは糖化の生体内影響や抗糖化作用に着目した産業応用について 2016年までの歴史的背景についてまとめた。

1900年から2000年までの糖化研究の歴史
図 1. 1900年から2000年までの糖化研究の歴史(Rabbani N, et al.(2012)3)

 糖化研究は歴史的に糖化による褐変化メカニズムの研究、糖尿患者における糖化蛋白の研究、糖化反応阻害剤の研究、老化における糖化の影響についての研究を中心に順を追って進んできた。
 1950年頃まで糖化研究はアミノ酸や蛋白の褐変化メカニズムの解明を中心に進んだ。その後 1958年に Allen らが糖尿病患者の血液中の異常ヘモグロビンを発見し、 1968年のヘモグロビンA1c(HbA1c)の解析へと進展した 4)。日本国内では 1968年に小型血糖測定機「アイトーン」(京都第一科学)、 1981年に HbA1c の自動測定機「AUTO A1c HA-8110」(京都第一科学)が発売され、糖尿病治療における血糖や糖化蛋白の意義と測定環境が整った。その後、 1992年には自動グリコアルブミン測定装置「GAA-2000」(京都第一科学)も発売され、生体の蛋白寿命に基づく過去血糖の評価指標として血中糖化蛋白測定の意義がさらに明確になった 5)
 この頃、糖尿病合併症の進展は組織蛋白の糖化が関与していることが明らかになり、 1994年に糖化反応阻害薬である「アミノグアニジン(薬品名:Pimagenine)」(Alteon社)の大規模臨床評価試験が米国で実施された 6)。日本国内では大塚製薬からアミノグアニジンの 1/10用量でも生体内糖化反応を阻害する可能性がある薬剤として OPB-9195((+/-)-2-isopropylidenehydrazono-4-oxo-thiazolidin-5-yla cetanilide)が開発され、糖尿病治療における救世主として期待された 7)。しかし、アミノグアニジンが 1998年、 OPB-9195 が 1999年に糖尿病腎症に対する改善効果の低さ、副作用、安全性などの課題により開発が中止され、現在も承認された糖化反応阻害薬はない。
 厚生労働省が継続的に実施している糖尿病実態調査において「糖尿病の可能性がある人」の数は平成9年(1997年)に 1370万人、平成14年(2002年)に 1680万人、平成19年(2007)年に 2210万人と、調査を重ねるたびに増加した。特に 50歳以降における「糖尿病の可能性がある人」の割合は 20%を超え、国民の健康増進のみならず医療費増大への影響が大きな課題になった。これらは予防医学への関心を高める要因のひとつである。
 2000 年代に入るとアンチエイジングは「若返り」や「不老長寿」を目指すことでなく、「老化や疾患を予防して健康寿命を延ばすこと」であるとの考え方が取り入れられた。 2001年には日本抗加齢医学会(当初は日本抗加齢研究会)が発足した。この頃からアンチエイジングにおける糖化抑制の意義が徐々に認知されるようになった。糖化反応抑制素材は化粧品原料として「マロニエエキス」「セイヨウオオバコエキス(製品名:アブソレージ)」(一丸ファルコス)、食品原料として「混合ハーブエキス(製品名:AGハーブMIX)」(アークレイ)が発売された。「糖化は老化」のキーワードは、これらの原料や抗糖化製品の発売により認知を広げた。中でも 2009年秋の抗糖化をコンセプトとした化粧品シリーズ「エピステーム」(ロート製薬)、「B.Aザ クリーム」(ポーラ)の発売は、美容健康情報誌を通した糖化の認知を急速に広めた。
 2010年には野菜を先に食べる食事法が食後高血糖を抑制することを実証した論文2報が日本糖尿病学会誌2月号に同時掲載された 8-9)。これらは従来から行われてきた糖尿病食事療法の効果を明確にしたとともに、食後高血糖による体の影響を避ける食事法として、その後注目されるようになった。2010年には糖尿病の診断基準に HbA1c値が加えられ、糖尿病治療における糖化蛋白測定の重要性が見直された。同年に開催された第10回日本抗加齢医学会総会(京都)では、糖化対策の意義に関する学会初のシンポジウム「加齢性疾患における AGEs の意義」が開催され、アンチエイジング医学分野においても抗糖化の重要性が知られるようになった。 2011年には還元糖やアルデヒド負荷による生体へストレスと、その後の反応を総合的に捉えた概念を「糖化ストレス(glycative stress)」とする考え方を提唱する糖化ストレス研究会が発足した。以降、アンチエイジング医学分野では糖化ストレスが老化危険因子の一つと考えられるようになった 2)
 2011年以降は数多くの抗糖化素材が複数の食品、化粧品、医薬品メーカーから発売され、これらの抗糖化素材を配合したさまざまな食品や化粧品が発売された。また、健康・美容情報誌に加えて、テレビでも糖化のメカニズムや糖化対策に着目した番組が放映され、一般生活者への認知が広がった。
 2012年頃からは糖質制限食、食べる順番ダイエット、ケトン体ダイエットなど、糖質摂取に着目した健康法のブームが起こった。さらに野菜の積極的な摂取は食物繊維の摂取、ビタミンやミネラルの補給以外に食後高血糖の抑制に繋がることから、生活習慣病や老化予防に有用であるとの一般認知も拡大した。このためファストフードやコンビニエンスストアで販売される弁当、サンドイッチ類などにも多くの野菜が使われるようになった。
 2015年には糖化抑制に着目した酢飲料「食べる前のうるる酢」(養命酒製造)が全国のスーパーやコンビニエンスストアで販売されるようになった。また大手流通メーカーであるイオングループの顧客向け会員誌「モム」では老化予防に対する抗糖化生活の意義が特集された。さらに AGEs測定推進協議会からは食事由来の AGEs摂取の影響とその軽減法について解説した「exAGEsハンドブック」が発行された。本ハンドブックにより食事由来の外因性AGEs の影響についても注目されるようになった。
 2016年現在、糖質制限は「危険」あるいは「有用」と、相反する説が多くの医療従事者や研究者から学術論文、書籍、健康情報誌を通して発信されている 10-11)。一般生活者に糖化の影響や抗糖化の意義を正しく伝えていく上では、糖質のコントロール特に食後高血糖の抑制意義に関する正しい情報の提供が課題になっている。同様に生体内AGEs の蓄積抑制、外因性AGEs の軽減に関する情報の整理も課題になっている。一般生活者における「糖化」、「抗糖化」の言葉の認知度は約30%に達している 12)。今後は一般生活者に糖化と老化や各種疾患との関係についてわかり易く伝え、糖化対策(抗糖化)製品やサービスの提供が必要な時代になる。

糖化ストレス対策の課題

1)糖化ストレスの測定と評価

 糖化ストレスの主な原因物質である血中グルコース(血糖値)の測定は健康診断などの血液検査で実施される。しかし健康診断時の測定値は空腹時血糖である。糖化に関係するのは食後高血糖であるが、一般生活者が各自の食後血糖値を知る機会は殆どない。血糖値は自己血糖測定(self-monitoring of blood glucose;SMBG)機器の進歩により、ランセット(採血用医療用具)を使った指先からの自己採血法により 5秒程度で測定が可能である。 SMBG機器は日本国内および海外の医療機器メーカーから様々なタイプの機器が販売されている。 SMBG機器を使えば誰でも容易に食後の血糖状態を知ることが可能になる 13)。しかし SMBG機器は薬事法で高度管理医療機器(クラスⅢ)に分類されているため広告宣伝が制限されている。このため糖尿病患者以外の一般生活者が、その存在や全国の薬局などで購入できること自体を知る機会はない。
 HbA1c は過去 1~2ヵ月の血糖状態を知る指標であり、糖尿病診断基準値のひとつにもなっている血中糖化蛋白の一種である。 HbA1c は 35歳以上を対象とした生活習慣病予防健診や特定検診の血液検査項目にも入っているため、一般生活者が自己の測定値を知る機会が多くなってきた。
 糖化反応中間体は健康診断などで測定される機会はない。血中3DG については一部の臨床検査センター(SRL)で研究検査として測定可能である。 3DG、グリオキサール、メチルグリオキサールはプレラベル化HPLC法で測定可能なため、大学や研究機関でも測定されている 14)。しかし検体の前処理条件やラベル化後のサンプル保存安定性などに課題がある。メチルグリオキサールについては ELISA法による測定キット(コスモバイオ)が市販されている。
  AGEs は血中ペントシジンの測定が早期腎症の診断マーカーとして保険適用されており、臨床検査センター(LSIメディエンス)で測定可能である。またペントシジン、CML、CELの ELISA測定キットが研究用に複数社(伏見製薬、コスモバイオ、BML、日研ザイルなど)から市販されている。 Toxic AGEs(TAGE:glyceraldehyde-derived AGEs)については一部の研究機関(トランスジェニックなど)で受託測定されている。AGEsの多くは ELISA法によって測定されているが、同じ AGEs測定値であっても使用されている抗体特異性の違いや検体の前処理条件によって測定値が異なる。特に血中ペントシジンについては ELISA法と HPLC法の前処理方法の違いによる測定値差が課題になっている 15)
 皮膚中AGEs蓄積量は AGE Reader(DiagnOptics)で測定することが可能である。 AGE Reader は蛍光を有する AGEs を光学的に非侵襲で測定する非常に簡便な機器である。しかし、本測定機は測定値の校正機能に乏しく、機器間差の補正が課題になっている。現在、日本国内の家電メーカー数社が装置開発をしており、2016年秋にはシャープから国産第1号の発売が予定されている 16)
 糖化ストレスの評価に AGEs を使っていくためには、どの AGEs が老化の各現象や各種疾患と関わっているのかを明らかにしていく必要がある。現在、論文等で数多く測定報告されている AGEs はペントシジンと CML である。しかしこれらの AGEs は測定法の容易さから選択されている場合が多く、他の AGEs と比べて生体内で重要な意義を持つかどうか不明である。今後、糖化ストレスによる生体の影響を評価していく上では、さまざまな AGEs の正確で簡便な測定法が研究開発され、測定方法の公開とともに安価で迅速な測定サービスの普及が課題である。

2)抗糖化素材

 食後高血糖の抑制は糖化ストレス対策のひとつである。このため食事の糖吸収を穏やかにする作用や炭水化物を少糖から単糖へ分解する消化酵素阻害作用を有する素材は抗糖化素材になる 17)。既に数多くの市販食品に配合されている水溶性食物繊維である「難消化性デキストリン(製品名:ファーバーソル)」(松谷化学)は食事の糖吸収を穏やかにして、食後血糖値の上昇を抑制する作用を有する。また「グァバ葉ポリフェノール(製品名:グァバフェノン)」(備前化成)、豆鼓エキス(日本サプリメント)、「小麦アルブミン(製品名:小麦アルブミンNA-1)」(日清ファルマ)、L-アラビノース(ユニチカ)などは、消化液中のアミラーゼ、αグルコシダーゼによる糖質分解作用を阻害し、食後血糖値の上昇を抑制する作用を有する。また食酢(酢酸)やクエン酸などの有機酸は、摂食物の胃内滞留時間の延長による消化・吸収の遅延作用などを有することから、食前の摂取により食事の糖吸収を穏やかにすることができる。これらの素材は血糖値対策の特定保健用食品素材としても利用されている。
 糖化反応中間体や AGEs の生成を抑制する素材としては数多くの食品、化粧品素材が開発された。食品素材では「混合ハーブエキス(製品名:AGハーブMIX)」(アークレイ)、「紫菊花(製品名:えんめい楽)」(ユニアル)、「桜の花エキス」(オリザ油化)、「マンゴスチンエキス(製品名:マンゴスチンエキス、マンゴスチンアクア」(日本新薬)、「ヒシ果皮エキス(製品名:ヒシエキス)」(林兼産業)、「混合ハーブティーエキス(製品名:UNAHATAKEハーブエキス)」(アンチエイジングコミュニケーション)などがあり、複雑多経路な糖化反応を様々なポイントで阻害する作用を有する 18)。これらの素材は経口摂取により血中や皮膚中AGEs の生成・蓄積を抑制することが確認されている。化粧品原料では「マロニエエキス」「セイヨウオオバコエキス(製品名:アブソレージ)」(一丸ファルコス)、「バラエキス(製品名:紅香姫)」(ニチレイ)、「ツボクサエキス(製品名:TECA)」「Pterocarpus marsupium樹皮エキス(製品名:トリコラシル)」(マツモト交商)などがあり、皮膚蛋白の糖化抑制作用を有する。また化粧品に配合されている糖化反応抑制素材は、各メーカー独自で研究開発されたオリジナル素材である場合が多い。これらには「ハマナス抽出液」(三省製薬)、「アルサージ」(ロート製薬)、「シソエキス」(資生堂)などがある。糖化反応抑制素材は AGEs の生成を防ぎ糖化ストレスの予防的対策になると考えられる。
 一方、既に蓄積した AGEs に対する分解作用を期待する抗糖化素材もある。 2009年にポーラが発売を開始した化粧品B.Aザ クリームに配合されている同社のオリジナル素材「ヨモギ抽出エキス(製品名:YACエキス)」は、蛋白中の AGEs生成により形成した架橋構造を分解し修復する作用の可能性が示されている。同様に「ルイボスエキス」「レンゲソウエキス」(ポーラ)にも同様の作用が確認されている。これらの化粧品素材はコラーゲンゲル上に生成させた AGEs を分解するとともに、これらを配合した化粧品を連続使用することで角層中の AGEs の減少が報告されている19)。また化粧品原料「シャクヤクエキス(製品名:ファルコレックス シャクヤク)」(一丸ファルコス)にも同様の作用が確認されている。 AGEs架橋分解作用は茶、ハーブ、野菜などの食品素材でも報告されている。ザクロ果実中には AGEs架橋分解作用が確認されており、エラジタンニン類のtrihydroxybenzene 構造の関与が報告されている(図2)20)。しかしヒトが経口摂取した場合の作用については不明である。 AGEs架橋分解作用は既に蓄積した AGEs に対する分解・排泄作用として期待されるため、今後の糖化ストレス対策として期待される。

ザクロ中のAGEs架橋分解成分
図 2.ザクロ中のAGEs架橋分解成分(Yagi M et al.(2015)20) を改変)

 最近、生体内において糖化蛋白や AGEs の分解に関与している可能性がある酵素として酸化蛋白分解酵素(oxidized protein hydrolase:OPH)の応用が考えられている。 OPH は蛋白やペプチドN末端の修飾基(アシル基、アセチル基など)を認識し、修飾基を遊離・分解する 21)。また CML化した蛋白の分解に作用する 22)。 OPH は角層中にも存在し、加齢とともに活性が低下する 23)。一方、角層CML は加齢とともに増加する。 OPH の活性を増強する作用成分としては、さまざまな茶、ハーブなどが示されている。今後は OPH の作用メカニズムを解析するとともに、 OPH の活性増強による AGEs の分解促進作用が期待されている。
 抗糖化素材は作用や素材の組み合わせがポイントになると考えられる。作用については血糖対策、 AGEs生成抑制、 AGEs分解などを組み合わせることによって、糖化ストレス全体に作用する対策が必要になる。酸化、紫外線、脂質過剰、喫煙、アルコール(飲酒)、ストレスなど糖化ストレスを加速する要因についても対策が必要になる。また生体内外からの対策も重要であり、化粧品と食品を組み合わせた対策が必要である(図3)。
糖化ストレス抑制素材の作用評価ポイント
図 3.糖化ストレス抑制素材の作用評価ポイント
赤線と青線は各項目の評価値例を示す。
 食後高血糖抑制:アミラーゼ阻害作用, αグルコシダーゼ阻害作用
 抗糖化活性: 蛍光性AGEs生成抑制作用
 各種AGEs生成抑制: 3DG生成抑制作用, CML生成抑制作用, ペントシジン生成抑制作用
 AGEs分解性: AGEs架橋切断作用
 OPH活性化: OPH活性増強作用

臨床的評価 (ヒト臨床試験)   食後高血糖値: 食後血糖値測定
  糖化反応中間体: 血中3DG測定
  AGEs: 血中CML測定, 血中ペントシジン測定
  角層AGEs: 角層CML測定
  皮膚AGEs蓄積: 皮膚AGEs由来蛍光測定

 素材の組み合わせでは、さまざまな物質を組み合わせて糖化反応系を抑制し AGEs の生成・蓄積を防ぐことや、さまざまなタンパクにアプローチすることにより体全体の AGEs を減らすことが糖化ストレス対策となるであろう。

参考文献

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