【三島海雲学術賞】（自然科学部門）

食品機能を評価する生体指標開発

三好

静岡県立大学食品栄養科学部生化学研究室
緒言

規之准教授

れる炎症応答を早期に判定できる可能性がある。さらに、「疾病・介護の予防」や「次世代ヘルスケア」は、我が腸内細菌叢は食事に大きく影響を受ける特性を利用する国の重要な成長戦略のひとつであり、健康長寿実現に向と、腸内炎症生体指標に基づく栄養指導や機能性食品成けた戦略の一つが検診（スクリーニング）と予防（リスク分による介入試験へ発展させるなど、広範囲な応用が可因子の低減）の充実である。米国で行われた大規模疫学能である。本研究では、メタボリック症候群の慢性炎症研究（1975–2000）でも明確に示されているように、米国に関連した生体指標の開発を目的とした疾患モデル動物の大腸がん罹患率・死亡率の低下の要因は、大部分が検の血液や糞便分析を実施し、食事内容や病態に依存して診（スクリーニング）、次いで予防（リスク因子の低減）変化する起炎症性代謝物の探索と同定を行った。

1）である 。治療技術の進歩による貢献は重要であることに結間違いはないが、その割合は僅かである。つまり、集団果に対する影響は検診（スクリーニング）と予防（リスク因LC-MS や GC-MS を用いた生体試料のノンターゲット子の低減）が効果的である。病気にならない、病気で死分析を行い、疾患モデル群と対照（正常）群のプロファなないための方策について、生涯にわたる健康づくりをイルデータの比較（差分解析）や、生体試料の分画と炎支える柱の一つが毎日の食生活であることと併せて考え症バイオアッセイ（生物活性試験）により候補化合物をると、検診（スクリーニング）と予防（リスク因子の低減）絞り込み、目的の起炎症性代謝物を同定する。まず、肥に活用できる食品機能評価の生体指標開発は重要である。

満・糖尿病モデルマウスとして汎用されている/マ

食品は天然物であるため、機能性食品成分の作用標的はウスと対照の C57BL/6J マウスから回収したマウス糞便非特異的であることが多い。したがって、食品機能評価を Bligh & Dyer 法にて水層と有機層に抽出し、それらの生体指標開発では、メタボロミクスのようなプロファイを LC-MS 分析や NF-kB レポータージーンアッセイに供ルデータの解析が不可欠である。一方、無菌飼育装置やし、起 炎 症 性 の 糞 便 代 謝 物 探 索を行った。 最 終 的に
/次世代シークエンサー等の技術の進歩に伴い、腸内細菌マウス糞便で増加する起炎症性の代謝物の一つと叢が様々な生体調節機能の中心的役割を担っていることして、ヘムの腸内細菌代謝物の一つである stercobilin をが確立されつつある。メタボリック症候群の症状は腸内同定した。 /細菌叢の変化と深くかかわることが確認されており、そstercobilin は消化管で再吸収され、血中においても有意マウスの腸内細菌代謝で高生産したの腸内細菌叢の変化は食餌内容や過食と相互に影響しあに高いレベルで存在することや、stercobilin はマクロうことが示唆されている。さらに、ヒトにおける腸内細菌

ファージ様 RAW264 細胞で TNF-α や IL-1β など炎症性叢の増悪化は肥満やメタボリック症候群だけでなく、現サイトカインを誘導することを初めて見出した2）。興味代の 3 大死因である、がん・心疾患・脳血管疾患、さらにあることに、他の生活習慣病モデル動物（KK-認知症など多くの病気と関係していることが指摘されてなど）糞便の LC-MS 分析においても、stercobilin と同様いる。その一つの理由として、これら疾患の共通リスクの urobilinoids で あ る urobilinogen が 増 加 し て い た。

要因として炎症があり、腸内細菌叢の変化に伴う低レベ

Urobilinogen は、stercobilin 代謝の前駆体である。そこ

ルの持続的な炎症状態が、生活習慣病やメタボリック症で、urobilinogen を正常マウスへ飲水投与し、栄養素代マウス候群の諸症状の引き金になっていることが明らかになっ謝への影響を検討した。その結果、極低濃度（10 ppb〜）てきている。腸管内の起炎症性化合物が同定されれば、の urobilinogen 投与においてでも、耐糖能異常が惹起さそれ自身が炎症の原因であるために、その後引き起こされることが分かった。このことは、生体を構成する様々1三好規之な代謝物のうち 1 種類の生体レベルが変化するだけで糖結果、高脂肪食投与開始からわずか 1 週間で、食事内容質代謝に影響を及ぼしうる、ということを示しており、の影響とマウス系統（病態）の明確な分離を示す糞便

炎症を基盤とする代謝関連疾患の予防標的と食による制VOCs プロファイルデータ（主成分分析）が得られた（図御の可能性を示唆している。

1A）。高脂肪食の影響で有意に増加する糞便 VOCs のうち、代表的な化合物は脂肪酸由来のアルデヒド nonanal、肥満、過食、高脂血症、高血糖などメタボリックシンドロームの症状を呈するモデルマウス KK-

octanal、heptanal であった（図 1B）。一方、高脂肪食のの糞便分

3）

析にも取り組んだ 。ここでは、GC-MS による糞便の揮影響を受けずに KK-発性化合物（volatile organic compounds; VOCs）分子加していた 13 の代謝物のうち、最も変化が顕著だったの分析結果を示す。なぜなら我々は、マウス糞便可溶性のが acetone である（図 1C）。Acetone は脂質代謝で生画分の分析試料調製（濃縮）の際に、臭気成分の多くが成されるケトン体の 1 つであり、KK-消失していることに気付いていたし、近年単鎖脂肪酸な反映する生体指標であることが示唆された。注目すべき

ど揮発性化合物の生体調節機構が注目されているからでは、糞便 VOCs プロファイルデータの 2 元配置分散分析ある。本検討では、病態変化の生体指標探索だけでなく（2-way ANOVA）で食事（高脂肪食）とマウス系統（病食事内容の影響も評価するために、KK-マウスと対象理的変化）の相互作用を示した代謝物、つまり「高脂肪の C57BL/6J マウスに通常食と高脂肪食を与えた計 4 群食」と「病態」の相乗効果で増加した VOC が phenol での マ ウ ス よ り 糞 便 を 経 時 的 に 回 収 し、 そ の VOCs をある（図 1D）。ある種の腸内細菌はチロシンの代謝によ

head-space auto-sampler で GC-MS へ inject し た。 そ のり phenol を生成する。しかし、慢性的な phenol への曝

図1

通常食あるいは高脂肪食を 1 週間摂取した C57BL/6J マウスあるいは KK-マウス（糖尿病群）で有意に増マウスの病態をマウスの糞便 VOCs プロファイル（A）回収した糞便の GC-MS 分析を行い、VOCs プロファイルを取得し、主成分分析（PCA）に供した。Loading plot の右上ダイアグラムは、高脂肪食（食事：D）の影響と糖尿病（マウス系統：L）の影響、およびその相互作用（D×L）を二元配置分散分析で解析した際に有意（ ＜0.05）に変化した化合物数を示す。C57BL/6J マウス通常食群（BL̲N）、C57BL/6J マウス高脂肪食 群（BL̲H）、KK- マ ウ ス 通 常 食 群（KK̲N）、KK- マ ウ ス 高 脂 肪 食 群（KK̲H） に お け る nonanal（B）、acetone（C）、phenol（D）の相対定量値を示す。BL̲N 群と比較して、* ＜0.05、** ＜0.01（One-way ANOVA with post hoc test）。Uchikawa M,, 20202食品機能を評価する生体指標開発

露は肝障害、腎障害、神経障害などを引き起こすことがされる。消化管内で増加する起炎症性腸内細菌代謝物の知 ら れ て い る。 糞 便 の phenol レ ベ ル は 高 脂 肪 食 群 や再吸収メカニズム、輸送体の同定や、輸送メカニズム、KK-解毒のメカニズムの解明などが新たな機能性食品開発の

マ ウ ス で 週 齢 依 存 的 に 増 加 傾 向 を 示 し、 血 中

phenol レベルも KK-標的として有用である。

マウスや高脂肪食群で増加していたので、全身で毒性を示す phenol のような代謝物の要生成を抑制する食生活が、代謝性疾患や老化・健康長寿

約豊かな食生活は、運動・睡眠と等しく健康維持に重要に有効であるか、今後の検討課題である。

な生活習慣病予防戦略であり、生体制御異常を正常化す
考

察る様々な食品栄養成分の作用メカニズム解析は、人類の腸内細菌移植や抗生物質による菌叢破壊、ノトダイ

健康増進・QOL の向上・健康長寿へと繋がる重要な研オートマウスの開発など実験技術の進歩により、腸内細究分野である。筆者らは、食品の機能を正確に評価し、菌叢の変化と様々な生体調節に関する多くの重要な知見生活習慣病の予防や早期発見に貢献できる生体指標の確が蓄積されてきた。腸内細菌叢の変化に伴う代謝物の変立に取り組んでいる。これまでに、いくつかの生活習慣化が生体に作用することが推定されており、例えば、食病モデルマウスの糞便分析を通じて、宿主に対して生物物繊維摂取で増加する酪酸などの短鎖脂肪酸は、宿主の活性を示す代謝物が一定の割合で存在することが分かっ生体機能を整える好ましい腸内細菌代謝物の代表格であてきた。特に、生活習慣病の病態や食事内容（高脂肪食る。一方、腸内細菌代謝物の好ましくない活性（作用）など）に対し鋭敏に反応する糞便代謝物の一つとして同の代表格は、生活習慣病などの分子基盤である慢性炎症

定された phenol は、生活習慣病の慢性炎症を惹起するであり、腸内細菌叢 dysbiosis と生活習慣病の関係性を分子基盤として重要であるかもしれない。慢性炎症を評支持する多くの論文が報告されている。腸管内の起炎症価する生体指標として糞便代謝物が確立されれば、採血分子が 1 つでも多く同定されれば、それ自身が炎症の原などを必要としない非侵襲的な評価というようなメリッ因であるために、その後引き起こされる炎症応答を早期トがある。炎症が生活習慣病をはじめとする様々な疾患に判定できる可能性がある。炎症は様々な疾患の分子基の共通リスクであるとすると、高齢化社会で対策が急務盤であるため、機能性食品成分の格好の予防標的となである認知症やフレイル予防のための生体指標としてもる。これまでに、血液・糞便・尿など複雑なバイオマト期待ができる。

リックスに存在する様々な代謝物について、その化学特謝性を考慮した試料調製法や分析法で生体試料分析を行辞

い、病態を反映する生体指標や食品機能評価の生体指標

この度は、大変栄誉ある三島海雲学術賞を賜り、公益を見出してきた。高脂肪食など生活習慣病のリスクとな財団法人三島海雲記念財団の今関博理事長をはじめ財団るような食事様式では、腸内細菌代謝の腐敗産物として関係の皆様、御選考いただきました学術委員の先生方に位置付けられている phenol が糞便と血中で増加してい厚く御礼申し上げます。また、本学術賞にご推薦いただた。Phenol は、マウロファージ様培養細胞などで炎症きました、日本農芸化学会 会長 吉田稔先生をはじめ学性サイトカインの発現を強く誘導する起炎症性の代謝物

会関係の先生方に厚く御礼申し上げます。本研究は、静であることから、生体内で慢性炎症を推進する負のルー

岡県立大学で行われたものであり、格別のご指導とご高プを形成しているであろう。また、腸内細菌代謝物の一配を賜りました、同食品栄養科学部の大島寛史名誉教授

つである stercobilin が消化管で再吸収され血中で検出さに心から感謝申し上げます。本研究の実施に当たり、ごれることを初めて見出し、その血中濃度がメタボリック指導とご協力をいただきました諸先生方と研究に従事し症 候 群 モ デ ル マ ウ ス で 高 値 で あ る こ と も 報 告 し た。て頂いたスタッフや学生の皆様に深く感謝申し上げます。

Phenol や stercobilin など起炎症活性を示す腸内細菌代謝文物が血中へ移行していることは、全身で代謝調節に影響を及ぼしている可能性を示唆している。これら腸内細菌

献1） B. K. Edwards, et al. :2） S. Sanada, et al. :3） M. Uchikawa, et al.

代謝物は糞便からの検出が可能であるため、自己検査キットなどセルフメディケーション分野への展開が期待
3, 116, 544–573, 2010.
, 10, 6479, 2020.
, 10, 5681, 2020.

三好規之

著者紹介三好規之（みよしのりゆき）

1976 年
兵庫県生まれ1999 年 3 月 鳥取大学医学部卒
2004 年 3 月 名古屋大学大学院生命農学研究科 博士課程修了
2004 年 3 月 博士（農学）の学位取得（名古屋大学）
2004 年 5 月 アメリカ国立衛生研究所 Visiting Fellow
2005 年 10 月 東京大学医科学研究所 Research Fellow
2006 年 6 月 静岡県立大学 COE ポスドク、助教
2017 年 6 月 静岡県立大学食品栄養科学部 准教授（研究テーマと抱負）
食品機能学。静岡県産の農作物に含まれる機能性成分の解析を通じて、地域社会へ貢献したいと考えています。

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