加齢に伴う長期記憶障害を回復させるメラトニン脳内代謝産物の効果と健康食品への展開

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K11016
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 服部 淳彦 東京医科歯科大学, 教養部, 教授 (70183910)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: AMK / メラトニン / 長期記憶 / 学習 / 物体認識試験 / レセプター / マウス

研究実績の概要

高齢者の記憶力の低下は、本人だけでなく社会全体のQOLの低下につながるため、その予防や改善のための機能性食品の開発は喫緊の課題である。メラトニンは、「夜の時刻情報の伝達物質」として生体リズム(睡眠相)を制御する作用が知られているが、この作用以外に、抗酸化物質としての性質が明らかとなり、現在、抗加齢ホルモンとして注目されている物質である。メラトニンは脳内では、主にN-acetyl-N-formyl-5-methoxykynuramine (AFMK)を経てN-acetyl-5-methoxykynuramine (AMK)に代謝される。そこで、メラトニン、AFMKやAMKの学習・記憶に対する効果をマウスを用いて調べたところ、AMKに強力な長期記憶誘導効果を持つことを見出した(米国特許取得：Patent No. US 10,266,482)。また、加齢により長期記憶形成能力が低下した老齢マウスにおいて、AMKの効果を確かめたところ、単回投与でも失われた長期記憶力を回復できることを明らかにし、2021年には生理学分野では世界でトップレベルの国際科学雑誌であるJournal of Pineal Research ( IF=13.0 )に報告した。本研究の最大の目的は、ヒトへの展開の基盤を作ることにある。そのために、AMKの含有量の多い食材を探索するとともに、マウスを使って、有効投与時刻の詳細な検討と投与方法の比較検討、さらに効果の持続時間などの検討を行い、最適条件を絞り込むことにある。本年度はこれまで報告の無いAMKのレセプターや結合タンパク質の候補を絞り込むことに主として時間を使ったが、残念ながら現時点では明瞭な結果は得られていない。

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

初年度は、AMKを大量に含む食材の探索を行った。これまで調べてきた食用植物をさらに広げるとともに、ハーブ類や嗜好食品など150種類を超える食材を対象に、LC/MS/MS（当研究室に所有）を用いて測定を行った。次年度は、マウスにこれまで行ってきた腹腔内投与だけでなく、塗布や経口投与を行い、有効な投与方法の比較検討を行った。また、AMKによる長期記憶誘導効果の持続時間や最小有効濃度を調べた。昨年度は、AMKの投与タイミングの検討を、学習を行う3時間前から3時間後までの様々なタイミングで投与し、翌日の長期記憶が形成される投与時間を決定する実験を行った。本年度は、これまでの研究成果をより確かなものにするための実験を行うとともに、AMKのレセプターの検討を始めたが、その結果はまだ得られていない。以上の状況から、進捗状況の区分を（2）にした。

今後の研究の推進方策

補助事業期間中の実験は、初年度のAMK高含有食材の探索にはじまり、昨年度はAMKの投与タイミングの検討まで行った。今後は、主に以下の3つの項目を行う予定である。実験①AMKの投与時刻による効果の比較：朝、昼、あるいは夜における学習記憶形成能を比較するとともに、AMKの投与時刻による効果の違いに関して比較検討する。実験②AMKのレセプターの同定：レセプターの候補として最も考えられるのは、脳内のGタンパク質連結型レセプター(GPCR)であるため、これまでの方法とは異なる方法、すなわち培養ヒト神経細胞にAMKを添加して、細胞内のcAMPの上昇を確認する実験を行う。実験③AMKの結合タンパク質が核内あるいは細胞質内に存在する可能性の検討：AMKを蛍光でラベルすることには成功しているので、培養神経細胞や海馬などから核分画や細胞質分画を抽出し、結合を調べる。以上の①～③の項目を行う予定である。

次年度使用額が生じた理由

当初は、これまで報告の無いAMKのレセプターの候補として、Gタンパク質連結型レセプターを想定して様々な実験を行ったが、残念ながら明瞭な結果は得られていない。また、結合タンパク質を絞り込むために、AMKを蛍光でラベルし、核分画や細胞質分画との結合を調べたが、現時点において明瞭な結果は得られていない。したがって、次年度は解析途中であるAMKのレセプターあるいは結合タンパク質の同定に費用を当てる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Association between Dietary Melatonin Intake and Total and Cause-Specific Mortality in Japanese Adults in the Takayama Study (2021)
  • 著者名/発表者名: Chisato Nagata, Keiko Wada, Michiyo Yamakawa, Yuma Nakashima, Sachi Koda, Takahiro Uji, Sakiko Onuma, Shino Oba, Yuuske Maruyama, Atsuhiko Hattori
  • 雑誌名: American Journal of Epidemiology 巻: 190 ページ: 2639-2646
  • DOI: 10.1093/aje/kwab213
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The melatonin metabolite N1-acetyl-5-methoxykynuramine facilitates long-term object memory in young and aging mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Iwashita, Yukihisa Matsumoto, Yusuke Maruyama, Kazuki Watanabe, Atsuhiko Chiba, Atsuhiko Hattori
  • 雑誌名: Journal of Pineal Research 巻: 70 ページ: -
  • DOI: 10.1111/jpi.12703
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of antioxidant in adjunct with periodontal therapy in patients with type 2 diabetes: A systematic review and meta-analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Koji Mizutani, Prima Buranasin, Risako Mikami, Kohei Takeda, Daisuke Kido, Kazuki Watanabe, Shu Takemura, Keita Nakagawa, Hiromi Kominato, Natsumi Saito, Atsuhiko Hattori and Takanori Iwata
  • 雑誌名: Antioxdants 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.3390/antiox10081304
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Oral administration of melatonin increases plasma calcium and magnesium and improves bone metabolism in aged male mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Igarashi-Migitaka, J., Maruyama, Y., Seki, A., Hirayama, J., Kamijo-Ikemori, A., Hirata, K., Kawamura, R., Matsubara, H., Srivastav, A.K., Tabuchi, Y., Mishima, H., Hattori, A. and Suzuki, N.
  • 雑誌名: Melatonin Research. 巻: 4 ページ: -
  • DOI: 10.32794/mr112500113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Glyoxal-induced formation of advanced glycation end-products in type 1 collagen decreases both its strength and flexibilityi in vitro (2021)
  • 著者名/発表者名: Kei-ichiro Kitamura, Jun Hirayama, Yoshiaki Tabuchi, Takao Minami, Hajime Matsubara, Atsuhiko Hattori, Nobuo Suzuki
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: 12 ページ: 1555-1559
  • DOI: 10.1111/jdi.13528
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Porphyromonas gingivalis impairs glucose uptake in skeletal muscle associated with altering gut microbiota (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe K., Katagiri S., Takahashi Hi., Sasaki N., Maekawa S., Komazaki R. Hatasa M., Kitajima Y., Maruyama Y., Shiba T., Komatsu K., Ohsugi Y., Tanaka K., Matsuzawa A., Hirota T., Tohara H., Eguchi Y., Anzai K., Hattori A., Iwata T.
  • 雑誌名: FASEB JOURNAL. 巻: 35 ページ: -
  • DOI: 10.1096/fj.202001158R
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo suppression of osteoclastic and osteoblastic activities of goldfish scales in water containing cadmium. (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, N., Kawago, U, Honda, M., Srivastav, A.K., Amornsakun, T., Matsumoto, K., Hirayama, J., Matsubara, H., Shimizu, N., Sekiguchi, T., Sasayama, Y., Tabuchi, Y., Hattori, A., Shimasaki, Y. and Oshima, Y.
  • 雑誌名: J. Fac. Agr., Kyushu Univ. 巻: 66 ページ: 199-203
  • DOI: 10.15017/4486551
  • 査読あり / 国際共著