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2019 年度 実績報告書

海洋性カロテノイドの代謝物解析と臓器・細胞連関制御を介した生活習慣病予防の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 18H02274
研究機関北海道大学

研究代表者

細川 雅史  北海道大学, 水産科学研究院, 教授 (10241374)

研究分担者 岡松 優子  北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (90527178)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード海洋性カロテノイド / アポカロテノイド / パラセントロン / 生活習慣病予防 / 抗炎症作用 / フコキサンチン開裂物
研究実績の概要

(1)海洋性カロテノイドのフコキサンチンを経口投与した非アルコール性脂肪肝炎(NASH)誘導マウスでは、肝臓の脂肪蓄積に加え炎症性因子のmRNA発現の抑制が見られた。さらに、線維化進行に関わる因子の発現抑制も観察された。これらの成果は、フコキサンチンの新たな健康機能としてNASH予防効果を示唆するものである。また、NASH誘導マウスの肝臓においても、フコキサンチン開裂物のパラセントロンが検出された。
(2)パラセントロンに加え、フコキサンチンの部分構造をもつ開裂物のapo-10’-fucoxanthinalやC28-allenic ketoneがマクロファージ様RAW264.7細胞に対して炎症性サイトカインの産生を顕著に抑制し、作用機構としてMAPキナーゼカスケードおよびIkBのリン酸化抑制が推察された。
(3)パラセントロンまたはapo-10’-fucoxanthinalで前処理した3T3-L1脂肪細胞では、RAW264.7細胞との共培養による炎症性サイトカインやケモカインのmRNA発現が有意に抑制され、フコキサンチン開裂物の脂肪細胞とマクロファージ間の相互作用による炎症や遊走抑制作用が推察された。
(4)アスタキサンチン開裂物のapo8’-astaxanthinalは、アスタキサンチンと比較してRAW264.7細胞に対するiNOSのmRNA発現を強く抑制し、アポアスタキサンチンの優れた抗炎症作用が示唆された。
(5)褐色脂肪組織の活性化を介した抗肥満作用を明らかにするバイオマーカーとして、血中エクソソームに含まれるマイクロRNA(miRNA)に着目し網羅的解析を行なった。PET-CTによる褐色脂肪機能の測定により被験者を褐色脂肪活性が高い群と低い群に分け、血中のエクソソームmiRNA量を解析したところ、miR-122が褐色脂肪活性と逆相関を示すことを見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

フコキサンチンの新たな生活習慣病予防機能としてNASHに対する予防効果を示した。作用機構として、肝臓での慢性炎症の抑制に関わる炎症性因子および線維化因子の発現抑制が推察された。NASHは進行すると、肝硬変や肝がんを発症する可能性があることから、フコキサンチンによる予防効果の解明は意義深い成果である。
フコキサンチンの生体内開裂物として同定したパラセントロンに加え、フコキサンチンの部分構造をもつapo-10’-fucoxanthinalやC28-allenic ketone等を含めて、活性化マクロファージに対する抗炎症作用の比較検討を行った。その結果、アレン結合やエポキシ基の重要性に加え、イソプレン鎖長の影響が認められた。そのため、フコキサンチン開裂物を含めた新たな代謝物の同定と抗炎症活性との関連性についてさらに調べる計画である。以上の成果については論文投稿すべく準備を進めている。
フコキサンチン以外のカロテノイド開裂物についても、活性化マクロファージに対する抗炎症作用を中心に機能性評価を進めてきた。アスタキサンチンでは、開裂物による炎症因子のmRNA発現抑制効果がより顕著であることを確認しており、その作用機構の解明が期待される。また、多くの生活習慣病の発症基盤である慢性炎症に対してフコキサンチン開裂物がマクロファージと脂肪細胞の相互作用を制御することを見出していることから、他のカロテノイド開裂物についても検討を加え機能特性を明らかにする。
一方、肥満予防に重要な褐色脂肪組織の活性化を示すバイオマーカーとして、血中エクソソームに含まれるmiR-122の逆相関を見出した。このようなバイオマーカーは機能性食品のヒトへの応用をはかるうえで重要な指標として期待されるものであり、極めて意義深い成果である。
以上、現在までの進捗状況から、当初の計画通りおおむね順調に進んでいると考える。

今後の研究の推進方策

本研究の目的は、海洋性カロテノイドの新規代謝物を同定し、臓器や細胞蓄積の特徴を明らかにするとともに、生活習慣病の発症に関わる臓器・細胞間相互作用に対するカロテノイド代謝物の新規制御機構を解明することである。これまでの研究で、カロテノイドの開裂によって生成したアポカロテノイドが炎症因子の産生抑制作用などにおいて優れた抑制活性を示すことを見出している。令和2年度はその作用機構の解明において重要な知見となるアポカロテノイドの細胞内の局在性について分析を行う。特に、フコキサンチンの生活習慣病予防効果として、内臓脂肪の蓄積抑制効果や血糖値改善効果、さらにはNASHモデルにおける肝臓脂質の蓄積抑制効果を明らかにしてきた。それらの機能発現に関わるミトコンドリア活性への影響とカロテノイド代謝物の移行について解析を進める。
一方、フコキサンチン開裂物は活性化マクロファージに対し炎症因子のmRNA発現を強く抑制するとともに、抗酸化酵素の発現を誘導した。フコキサンチノールではほとんどみられない作用であり、開裂物に特徴的な作用機構の可能性が考えられた。そのため、抗酸化酵素及びその転写制御因子の活性化を調べ、新たな作用機構の解明をアポカロテノイドの構造と関連付けて検討する。
令和2年度は本研究課題の最終年度であることから、研究成果を投稿論文等で積極的に発表するとともに、海洋性カロテノイドの生活習慣病に対する予防機構を明らかにし、健康増進に向けた水産物利用のための基礎知見の集積を目指す。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Association of circulating exosomal miR-122 levels with BAT activity in healthy humans.2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Okamatsu-Ogura, M. Matsushita, J.V. Bariuan, K. Nagaya, A. Tsubota, M. Saito
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 9 ページ: 13243

    • DOI

      10.1038/s41598-019-49754-1.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 海洋性カロテノイド開裂物(アポカロテノイド)の機能性2020

    • 著者名/発表者名
      細川雅史
    • 学会等名
      2019年度第1回脂質駆動学術産業創生研究部会講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Bio-functions of Marine Chemical “Fucoxanthin” in Brown Seaweeds2019

    • 著者名/発表者名
      M. Hosokawa
    • 学会等名
      The 4th EMBRIO International Symposium 2019 and The 7th International Symposium of East Asia Fisheries Technologist Association (EAFTA)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 海藻成分の特徴と健康機能2019

    • 著者名/発表者名
      細川雅史
    • 学会等名
      日本食品科学工学会第66回大会 シンポジウム「食資源としての海藻を科学する」
    • 招待講演
  • [学会発表] 持続可能な海藻資源の活用、生産・加工の連携、食形態と栄養・機能性2019

    • 著者名/発表者名
      細川雅史
    • 学会等名
      第28回 医食農連携プラットフォーム研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 海洋性カロテノイドfucoxanthinの新規生体内開裂物による炎症抑制機構2019

    • 著者名/発表者名
      高谷直己・田谷大輔・宮下和夫・細川雅史
    • 学会等名
      第73回日本栄養・食糧学会大会
  • [学会発表] アポフコキサンチノイドによる炎症抑制機構解析2019

    • 著者名/発表者名
      高谷直己・別府史章・沖津貴志・山野由美子・和田昭盛・宮下和夫・細川雅史
    • 学会等名
      第33回カロテノイド研究談話会
    • 招待講演
  • [学会発表] アスタキサンチン由来アポカロテノイドによる炎症抑制機構2019

    • 著者名/発表者名
      高谷直己・別府史章・宮下和夫・細川雅史
    • 学会等名
      日本油化学会第58回年会
  • [学会発表] フコキサンチンのUCP1欠損マウスにおける ミトコンドリア因子の発現誘導2019

    • 著者名/発表者名
      秋田知輝・岡松優子・別府史章 ・宮下和夫・ 細川雅史
    • 学会等名
      日本油化学会第58回年会
  • [学会発表] 授乳期の高脂肪食給餌は、腸内細菌叢への影響を介して仔マウスにおけるベージュ脂肪細胞の発生を抑制する2019

    • 著者名/発表者名
      岡松優子・土生優妃・高橋菜摘・坪田あゆみ・園山慶・長屋一輝・木村和弘
    • 学会等名
      第24回アディポサイエンス・シンポジウム
  • [学会発表] エネルギー代謝における褐色脂肪組織の役割と制御機構の解明2019

    • 著者名/発表者名
      岡松優子
    • 学会等名
      第40回日本肥満学会
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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