食品成分は皮膚線維芽細胞の化学感覚受容体を標的として肌老化を抑制する

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15792
• 研究機関: 静岡県立大学
• 研究代表者: 寺田 祐子 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (80767632)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 皮膚線維芽細胞 / 化学感覚受容体 / 皮膚老化抑制 / コラーゲン / 3D皮膚モデル / 嗅覚受容体 / 味覚受容体 / TRPチャネル

研究実績の概要

高齢化社会の到来に伴い、見た目を若々しく保ちたいという“外面のアンチエイジング”への需要が高まっている。伝統的に皮膚老化抑制効果があるとされる食品は数多く存在するものの、いずれも有効性や作用メカニズムなどの科学的根拠が不足しているのが現状である。近年、口や鼻で食品の味・香り物質の受容を担う味覚・嗅覚受容体が、皮膚細胞にも発現することが明らかとなりつつある。本研究では、線維芽細胞の味覚・嗅覚受容体に作用する食品成分について皮膚老化抑制効果を検証し、さらにその分子機構を明らかとすることを目的とする。
一年目の研究で、皮膚線維芽細胞における味覚・嗅覚受容体425種の発現を網羅的に解析し、嗅覚受容体の一種であるOR1A1のmRNAが高レベルに発現していることを明らかとした。さらに、OR1A1のアゴニストであるゲラニオールが皮膚線維芽細胞において、コラーゲン量を増加させることを明らかにした。二年目は、より皮膚に近い条件で機能性を評価するため、線維芽細胞層の上にケラチノサイト細胞層を重積培養した、3Dヒト皮膚モデルを用いた検討を行なった。食品の香気物質10種類について試験した結果、ゲラニオールを含む３成分がコラーゲンタンパク質の分泌量を増加させたことから、それら香気物質がヒト皮膚でも効果を示すことが期待された。
本研究では、皮膚細胞で活性を示した食品サンプルから味覚・嗅覚受容体のアゴニストを探索するが、ポリフェノールなどの蛍光性物質を含むサンプルには、従来の蛍光イメージング法が適用できないという問題があった。そこで、蛍光プローブの代わりに発光タンパク質を使用する応答解析法を開発し、論文として発表した。また、400種類以上のヒト味覚・嗅覚受容体の応答解析に膨大な時間を要することも課題であり、細胞分取システムとレポーターアッセイを組み合わせた新規の受容体特定法を開発し、論文として発表した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

【一年目】当初の計画で、一年目の研究内容として、1）皮膚線維芽細胞における化学感覚受容体425種の発現プロファイルの解析、2）化学感覚受容体に対する食品・ 天然リガンドの探索、3）食品由来のリガンドによる皮膚老化抑制効果の検討を予定しており、これらを遂行できた。化学感覚受容体に対する新規の食品・天然リガンドを多数見出し、これらの成果を3報の英語論文として発表した [Biosci Biotechnol Biochem, 2019] [Biochem Biophys Res Commun, 2020] [Biosci Biotechnol Biochem, 2020] 。さらに、当初は二年目に計画していた、化学感覚受容体を介した皮膚老化抑制の分子機構の解明にも着手し、嗅覚受容体 OR1A1のsiRNAノックダウンにより、ゲラニオールの皮膚コラーゲン増加効果が減少することを明らかにした。
【二年目】三年目に実施予定であった皮膚モデル試験の実施時期を早め、二年目に試験を実施した。加えて、味覚・嗅覚受容体の応答解析における、現状の課題を解決するための新規の解析法を2つ開発し、これらの成果を2報の英語論文として発表した [Foods, 2021] [Biosci Biotechnol Biochem, in press] 。
上記の研究成果が得られたことから、当初の計画以上に研究が進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

三年目に予定していた皮膚モデル試験の実施期間を早め、二年目に試験を実施した。そのため今年度（三年目）は、二年目に予定していた、化学感覚受容体を介した食品成分の皮膚老化抑制効果の分子機構の解明を行う。一年目のヒト皮膚線維芽細胞を用いた検討で、バラやカンキツの香気成分であるゲラニオールが皮膚コラーゲン量を増加させることを明らかとし、二年目の3Dヒト皮膚モデルを用いた検討でも効果が認められた。そこで三年目は、ゲラニオールをはじめとする食品成分について、皮膚線維芽細胞におけるコラーゲン増加の分子機構の解明を行う。一年目の遺伝子ノックアウト実験から、ゲラニオールは嗅覚受容体OR1A1を介して皮膚コラーゲン量を増加させることが示唆された。皮膚のコラーゲン量は合成と分解のバランスで制御され、コラーゲン合成促進系としてIGF-Iシグナル系とTGF-β/smadシグナル系が、コラーゲン分解促進系としてMAPキナーゼを介したコラーゲン分解酵素MMP1の発現誘導が報告されている。そのためゲラニオールについては、OR1A1を介して既知のシグナル経路を調節するのか、新規のシグナル経路を介して老化抑制効果を示すのかを、分子生物学的手法（qPCR、western blot、遺伝子ノックダウン）を用いて明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] A new screening method for identifying chemosensory receptors responding to agonist (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya S, Terada Y, Matsuyama M, Yamazaki-Ito T, Ito K
  • 雑誌名: Bioscience, biotechnology, and biochemistry 巻: 85 ページ: 1521-1525
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab035
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Luminescence-Based Human TRPV1 Assay System for Quantifying Pungency in Spicy Foods (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama M, Terada Y, Yamazaki-Ito T, Ito K
  • 雑誌名: Foods 巻: 10 ページ: 151
  • DOI: 10.3390/foods10010151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trp-Trp acts as a multifunctional blocker for human bitter taste receptors, hTAS2R14, hTAS2R16, hTAS2R43, and hTAS2R46 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ojiro I, Nishio H, Yamazaki-Ito T, Nakano S, Ito S, Toyohara Y, Hiramoto T, Terada Y, Ito K
  • 雑誌名: Bioscience, biotechnology, and biochemistry 巻: 85 ページ: 1526-1529
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab061
  • 査読あり
• [雑誌論文] N-terminal [Glu]3 moiety of γ-glutamyl peptides contributes largely to the activation of human calcium-sensing receptor, a kokumi receptor (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Mizuki、Terada Yuko、Motoyama Takayasu、Shibata Munehisa、Saito Tsutomu、Ito Keisuke
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: 84 ページ: 1497～1500
  • DOI: 10.1080/09168451.2020.1743169
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of Piper chaba Hunt. and its pure compound, piperine, on TRPV1 activation and adjuvant effect (2020)
  • 著者名/発表者名: Panthong Sumalee、Imai Yasuyuki、Matsuoka Takeshi、Suzuki Wakana、Watanabe Tatsuo、Terada Yuko、Kurohane Kohta、Sekiguchi Kota、Ogawa Erina、Endo Yukina、Itharat Arunporn
  • 雑誌名: BMC Complementary Medicine and Therapies 巻: 20 ページ: 134
  • DOI: 10.1186/s12906-020-02917-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 一細胞分取システムを用いた味覚・嗅覚受容体の網羅的スクリーニング技術の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 土屋さくら、寺田祐子、伊藤圭祐
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 123 ページ: 41～43
• [学会発表] マイクロラフトアレイを基盤としたヒト嗅覚受容体解析による新規(+)-carvone受容体の特定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村風香
  • 学会等名: 日本食品科学工学会中部支部大会