食品成分の作用メカニズムおよび代謝様式の解明と機能性食品への応用

研究代表	富山県立大学工学部生物工学科 教授 榊 利之
U R L	http://www.pu-toyama.ac.jp/BR/sakaki/
参画機関	富山県立大学、石川県立大学、廣貫堂 株式会社、サントリー株式会社、住化分析センター株式会社、神戸天然物化学 株式会社、株式会社TOPUバイオ研究所

　 本研究の目的は優れた機能性食品および医薬品を開発することで、以下の 3 つのテーマを並行して進めた。
(1)医薬品の開発において、シトクロムP450やグルクロン酸転移酵素などの薬物代謝酵素による代謝物が毒性を示すケースがあり、代謝物の毒性を調べる必要がある。ヒト由来薬物代謝酵素を酵母内で発現させ、菌体を用いて医薬品の水酸化体、グルクロン酸抱合体、硫酸抱合体を簡便かつ大量に調製する技術を確立した。
(2)海藻アカモクおよびヤツマタモクがスクラーゼおよびアミラーゼを強く阻害することを明らかにし、新規有効成分を同定した。アカモクの熱水抽出物を乾燥粉末化し、健康補助食品を試作している。
(3)放線菌由来のシトクロムP450にアミノ酸変異を導入し、活性を飛躍的に上昇させることにより、医薬品として用いられる活性型ビタミンDを効率良く生産する技術を確立した。

(1)医薬品および食品成分の代謝物調製技術の確立

　ヒト由来シトクロムP450（CYP）、ヒト由来UDP-グルクロン酸転移酵素（UGT）とともにUDP-グルコース脱水素酵素遺伝子（UDPGDH）を酵母内で共発現させることにより、酵母菌体を破壊することなく、グルクロン酸抱合体を簡便に生産することに成功した（図１）。酵母菌体液に医薬品あるいは食品成分を添加し、数時間〜１日、攪拌するだけで菌体外に排出されたグルクロン酸抱合体を容易に回収することができる。これによりグルクロン酸抱合体生産性の飛躍的な上昇および生産コストの著しい低減化が可能になった。さらに硫酸抱合酵素の酵母内発現に成功し、医薬品・食品成分の硫酸抱合体の製造技術を確立した。

図１　組換え酵母菌体を用いたグルクロン酸抱合体の生産

(2)血糖値上昇抑制作用をもつ特定保健用食品の開発

　糖代謝関連酵素の阻害を調べる独自のスクリーニングシステムを用いて多くの海藻を調べた結果、数種の海藻にきわめて強いアミラーゼ活性阻害およびスクラーゼ活性阻害が認められた。海藻ヤツマタモクのエタノール抽出画分には、ヒトアミラーゼの阻害活性があり、NMRおよび質量分析により機能性成分の同定に成功した。また、海藻アカモクの抽出物には強いスクラーゼ阻害活性が見られ、マウスを用いた試験において血糖値上昇抑制効果が認められた。現在、糖尿病を予防する健康補助食品を試作している（図2 ）。

図２　糖質分解酵素阻害作用を有する海藻による血糖値上昇抑制

(3)変異型シトクロムＰ４５０を用いたビタミンＤ関連化合物の生産法の確立

X線結晶構造解析により放線菌由来シトクロムP450の立体構造を明らかにし、その構造に基づいて 2 箇所のアミノ酸を置換した変異型シトクロムP450は野生型よりも400倍高い活性を示した。変異型シトクロムP450を発現する放線菌はビタミンD3を基質として図 3 に示す代謝様式で活性型ビタミンD3（1α，25-ジヒドロキシビタミンD3）を生産したが、さらに、26位を水酸化し、1α，25，26-トリヒドロキシビタミンD3を生産することがわかった。この物質は細胞増殖抑制作用が強く、カルシウム作用が弱いため、本物質あるいはその誘導体は癌の治療薬になる可能性がある。

図３　変異型シトクロムP４５０を用いた活性型ビタミンD３の製造