2020年11月27日 (金)15：00～17：30
You Tubeによるライブ配信

東北ハイテク研究会セミナー

海鞘（ホヤ）プラスマローゲンの機能性食品への応用研究
東北大学 未来科学技術共同研究センター（NICHe)「戦略的食品バイオ未来産業拠点の構築」
プロジェクトリーダー・教授
宮澤陽夫

1/44

NICHe食品研究プラットホーム

2/44

背景

・人口減少に伴い、東北の食品産業は瀕死の状態→国際市場に活路を見出す
・国際市場で勝てる商材が必須、東北は農畜水産物の供給地に留まる
・最高の原料と加工技術で、国際市場で勝てる商材を開発

現状

・東北の食品バイオ技術の開発能力は、国際的に最高水準→強い国際商材を創出する場として、新技術群を集積・統合した拠点（プラットフォーム）が必要

事業イメージ
産学共同の研究開発拠点

食品素材の分析技術の革新
・新しい価値を付与する食品の化学と技術開発
・最先端機器による食品成分の特性解析

新食品の創出加工技術の高度化
・熱感受性成分に対する非加熱加工技術の展開
・品質劣化を抑制する加工技術の創出

安全で高品質な新食品創出
出口

発酵バイオ技術の高度化
・ゲノム情報を活用した有用物質新生産技術の開発
有用成分を強化した発酵食品・調味料の開発
・発酵製品の加工副産物の有効活用

地域産業から全国市場へ輸出に軸足を置く
国際産業へ

・多様な研究機関が連携し、食品開発の研究プラットフォームを構築
・地域産業界が新商品開発用パイプラインとして活用し、国際市場に打って出る高品質な食品を持続的に開発し、東北が世界のハイテク食品産業の中心となる。（労働市場も活性化）分析機器と実験施設（NICHe宮澤研究室）

3/44

遺伝子からヒト介入試験まで可能

化学発光-HPLC
過酸化脂質
ポリフェノールの定量

LC-MS/MS
API-6500 QTRAP(SCIEX)

超高感度定量分析

GC-MS/MS

GCMS-TQ8040(Shimadzu)

代謝物網羅分析
香気分析

クリーンベンチ 細胞実験

CO インキュベータ

2
顕微鏡 細胞培養

DNA マイクロアレイ
遺伝子発現変化

リアルタイム PCR
遺伝子定性

LC-ESI-TOF
MS/MS
X500R QTOF(SCIEX)
精密質量分析

活性酸素の計数（Single Photon Counting）
フォトカウンター

4/44Drosophila melanogaster 幼虫

10-14~10-15Watt

活性酸素の検出JST Bio-photon
H. Inaba, T. Miyazawa et al., Optics Lasers Engineer. 1982 project (1985~1990)
T. Miyazawa et al., Agric. Biol. Chem. 1982, 1984, 1987

脂質ヒドロペルオキシド（過酸化脂質）定量法の確立

5/44

化学発光（CL）検出-HPLC
PCヒドロペルオキシド

PC

O2

O+NO
OOO
O P- OO

OOH

phosphatidylcholinehydroperoxide
PCOOH(10-150 nmol/L)

Spikedhuman
plasmalipidsChemiluminescence
Miyazawa T., et al., Methods Enzymol. (1994)
Miyazawa T., Free Radic. Biol. Med. (1989)
Miyazawa. T., J. Lipid Res. (1992)Bundesrepublik Deutschland Patents, Nr. 38 09 171, (1989)
United States Patent, No. 4,900,680, (1990)

01020 (min)Miyazawa T. et al., J. Biochem. (1990)

ヒト血清の脂質ヒドロペルオキシドを検出可能にした

米国特許 (過酸化脂質分析法と装置、1990)

6/44

7/44

世界の人口推移（100万人）10,0002050年までに世界の食料生産を70％増加させる必要がある（国連食糧農業機関FAO）

総務省 統計局

2018

80億人

オセアニア
アフリカ

25億

8,000

75億

ヨーロッパ
南アメリカ

6,000

私が生まれた年

20億
北アメリカ

4,000
アジア

30億人

50億

2,000

0

米 をどれだけ増産させるべきか？

認知症の患者数（百万人）

世界の認知症者数

8/449081.160

42.330024.3
2001

2020
年

2040
Cleusa P. Ferri et al., The Lancet (2005)

世界の認知症の患者数は20年ごとに倍増する日本の超高齢社会

9/44

社会保障費が財政圧迫、経済停滞
65歳以上は横ばい【日本の将来人口推計】
認知症 500万人

認知症 700万人
認知症
1,000万人

40%は認知症に高齢者

2010年と2015年は総務省「国勢調査」、2016年は総務省「人口集計」（平成28年10月1日確定値）
2020年以降は国立社会保障・人口問題研究所「日本の将来推計人口（平成29年推計）」の出生中位・死亡中位家庭による推計結果（注）2010年、2015年の総数は年齢不詳を含む。

目的

10/44

認知症を予知する方法と予防・悪化防止できる食品成分を見つけたい認知症者赤血球の異常に気がついた1994年頃

11/44アルツハイマー病患者の赤血球膜過酸化リン脂質

12/44

東北大学医学部老人科 佐々木英忠教授との共同研究
ONOOOOO P- OO+＊OOH

Phosphatidylcholinehydroperoxide(PCOOH)

4061

O

H3N+OOOOO P- OOOOH

Phosphatidylethanolaminehydroperoxide(PEOOH)

Miyazawa T. et al. Oxygen radicals (1994)

アルツハイマー病患者＊の赤血球膜には過酸化リン脂質が蓄積＊米国神経医学界DSM-IIIR法とミニメンタルテストによる

赤血球の酸素・CO2運搬

13/44
赤血球

血漿

CO2+H2O
炭酸脱水酵素H2CO３ Hb-O2

Cl-

Hb: ヘモグロビン

CO2 Hb- + H+
NHCOO-

脳・筋肉
末梢組織

CO2O2

HCO３-+H+Hb-O2

H+ Hb-H+

O2

リン脂質二重膜

赤血球膜に過酸化脂質が多いとヘモグロビンからのO2解離が阻害され、脳や筋肉にO2を十分供給できない
Hsia C.C.W. New Engl. J. Med. (1998)

アルツハイマー病患者の赤血球の過酸化リン脂質とルテイン濃度

pmol/mL packed cells

80

赤血球過酸化リン脂質
健常配偶者
軽AD
中･重AD

60bbbba20aa0

赤血球ルテイン
abb4050

健常配偶者

40pmol/mL packed cells

100

ミニメンタルテスト

軽AD
30201014/44bb

中･重AD

軽AD

21～25点

中･重AD

0～20点

Mean ± SE

a,bP <0.05abb0

PCOOH

PEOOH

PCOOH
+
PEOOH

アルツハイマー病患者の赤血球の過酸化リン脂質濃度は高く、抗酸化物質であるルテイン濃度は低い“ルテインの補給による赤血球の老化抑制の可能性”
Nakagawa K. et al., J. Alzheimers Disease (2011)

クロレラはルテインを多く含む

15/44
OH

ルテイン

HOFoodLutein content (µg/100 g)

Spinach (ホウレンソウ)
Lettuce (レタス)
Broccoli (ブロッコリー)
Sweet corn (トウモロコシ)
Carrot (ニンジン)
Orange (オレンジ)
Kiwi (キウイフルーツ)
Red pepper (トウガラシ)

12,197
2,312
1,403
644
256
129
122
51

C. pyrenoidosa（クロレラ・ピレノイドサ）

200,647＊分析の一例

クロレラはルテイン補給に有用！
J.M.F. Sevilla et.al., Appl. Microbiol. Biotech. (2010)
X-M. Shi et.al., Enzyme. Microb. Technol. (2000)

クロレラからルテインを摂取すると血中濃度が上がる

赤血球

ルテインの移動

200

ルテイン

＊

800

＊

50 mg

50

＊

＊

mg/L plasma

mg/L RBC

100

＊

口1000

150 mg ＊1500

血漿16/44750 mg

＊

ルテイン

600
400

250 mg200-21-140 1

摂取前71421th day

0-21

クロレラ摂取後-14摂取前(ルテイン8 mg/日)

21-28歳、６名

0 1

714

21th dayクロレラ摂取後(ルテイン8 mg/日)OH

T. Miyazawa et al (2005)
HOLutein (dioxy-a-carotene)

リン脂質1000分子中のPLOOH量/赤血球

老化赤血球

17/44
クロレラからのルテイン摂取は赤血球の過酸化・老化を抑える
P < 0.05

864.94201.5
024

クロレラ摂取期間 (週)21-28歳、６名

T. Miyazawa et al, (2005)

カロテノイドのまとめ

認知症特有の老化赤血球の出現は食品からのルテイン摂取により防止できる
赤血球の過酸化脂質分析で認知症を予知できる

18/44

次の目的：認知症の予防と悪化防止に役立つ食品の探索研究1995～

19/44

米国タフツ大学USDA Jean-Mayerヒトの老化・栄養研究所とハーバード大学付属病院（マサチューセッツ総合病院）に留学

ヒトの脳の組成（脳の約8％はプラズマローゲン）

20/44

全脳(dry wt, g/g)

脳の脂質

タンパク質
40%

脂質
55%

リン脂質
46%

コレステロール
27%

Others5%

糖脂質
26%

Others
1%

*Sph
17%

Others4%

脳のリン脂質Phosphatidylethanolamine(PE) 32%

Phosphatidylcholine
28%

*PS
17%

*PI
2%

*PS: phosphatidylserine*PS: phosphaditylinositol*Sph: Sphingomyerin

60-90% of PE (5-8 g/100 g brain) is plasmalogen-PE
脳の８％はプラズマローゲン.
Miller, A. L. et al., J. Neurochem. (1967)
Suzuki, K. et al., “Basic Neurochemistry” 2nd Ed. (1976)

認知症脳には過酸化脂質（油の酸化物）が多い

21/44

Cerebellum小脳
5PCOOH

4Decreases in DHA and AA concentrations

A: Alzheimer
N: Non-Alzheimer
Phospholipid hydroperoxide accumulation

321042
PEOOH

6 8 12

P < 0.01 by Student's t-test
Wilcoxon-Mann-Whitney test
Pitman randomization test

Miyazawa T. et al. (1997)

DHAとアラキドン酸（AA）が健常脳より少ない

22/44
ボストンから帰国後にプラズマローゲン研究の基礎部分は以下の学位論文と国プロにより進められた。
1994 認知症者の老化赤血球を、1995からボストンへ、1998に教授になったので●2004 有賀 みずえ「エタノールアミンプラズマローゲンによる神経細胞死抑制機能」
修士論文、東北大学●2005 阿部 彰宏「プラズマローゲン含有資源探索のための新規定量法の開発」
修士論文、東北大学●2006 山下 慎司「アルツハイマーモデルラットの空間認知力とアミロイドβ凝集反応に対する食餌性プラズマローゲンの効能に関する研究」博士論文、東北大学●2007 菅野 範「食品脂質の新規機能性の探索」修士論文、東北大学●2008 本庄 亜矢子「食品中のプラズマローゲン分析に関する研究」修士論文、東北大学●2010 串田 康子「脳神経系プラズマローゲンの生理的意義とその応用」修士論文、東北大学
2004-2006年度●経済産業省地域新生コンソーシアム研究開発事業「脳神経細胞活性成分を含む高機能脂質食品原体の製造技術開発」（総額1億2000万円、代表：宮澤）海鞘プラズマローゲンに着目
2008-2012年度●科学研究費基盤研究（S）「生体過酸化脂質の生成と制御に関する食品科学的研究」（総額1億6000万円、代表：宮澤）アルツハイマー脳ではプラズマローゲンが少ない

-30%

ONH3O

OPO

Vinyl ether
bondO

O

Plasmalogen content(% of relative)

100
O

23/44

80
6040200
Healthy brain

AD brain

Plasmalogen
A.A. Farooqui. et al, Biochem. Soc. Trans. (1998)

プラスマローゲンの生合成

24/44

CoASH
NADPNADPH

長鎖ア ルコ ール

ア ルキル-DHAP

3NADア シ ルCoA

21脂肪酸

Pi

DHAP NADH

細胞質

小ア ルキル-G3P胞

5ア シ ル-DHAP

45ア ルキル-DHAPNAD

ア シ ルCoA

AMP
ATP

7
ペルオキシ ソ ーム
G 3P

NADH

6AMP体

ATP

プラズマローゲンプ
ラ ズマロ ーゲン
Miyazawa. T (1999)①DHAP-AT；②ADHAP-S；③ア シ ルCoAレ ダク タ ーゼ；④グリ セロ ール-3-リ ン 酸脱水素酵素；⑤AADHAP-R；⑥PMP34；⑦VLACS

プラズマローゲンの生理機能

DHAP-ATノックアウトマウス 通常マウス

25/44
DHAP-AT -/Wild type
Wild type

DHAP-AT -/-プラズマローゲン生合成酵素 ジヒドロキシアセトン-リン酸アセチルトランスフェラーゼ（DHAP-AT）欠損マウスで、生殖不能、白内障、神経発育不全が認められる
Human Molecular Genetics, 12, 1881-95 (2003)

アルツハイマー患者の血中プラズマローゲン濃度は低い
赤血球

血漿15n=24
健常者

**

**
60

AD患者

4020

*n=24
健常者

μmol / mol phospholipids

mmol/mol phospholipids

1008026/44*
10AD患者

*5*

**

0

0

18:0p/18:1 18:0p/20:4 18:0p/20:5 18:0p/22:6

18:0p/18:1 18:0p/20:4 18:0p/20:5 18:0p/22:6

プラズマローゲン分子種* P < 0.05 ** P < 0.01
Mean ± SE （n=24）

Yamashita S. et al. (2007)
アルツハイマー患者の血中プラズマローゲン濃度は低い（３０～４０％も低い）

プラズマローゲンの食品からの供給源

27/44
3 /21

現在のプラズマローゲン供給源○牛脳・豚脳→BSE問題、食品としての使用に懸念○牛乳・母乳にはほとんど含まれない○化学合成品→1ｇ 960～1200万円、非常に高価

プラズマローゲン供給源に求められる条件
・プラズマローゲン量・分子種組成（sn-2位にDHAを多く持つ）：ヒト脳と家畜脳の分子種は異なる！！

海産物のプラズマローゲン含量

28/44

節足動物門
△ クルマエビ

脊椎動物門

環形動物門

軟体動物門

原索動物門

アルケニルアシル型(プラズマローゲン)

マボヤ ○

○

ヒザラガイ

☆

レイシガイ

○

チチミボラ

○

クボガイ

○

サルアワビ

☆

ムラサキイガイキタムラサキウニ ☆
☆
キヒトデ

○

ムラサキインコガイ

イトマキヒトデ

☆

マガキ

マナマコ

○

☆
△

スルメイカ

△

ミズダコ

アルキルアシル型

棘皮動物門
扁形動物門

腔腸動物門
海綿動物門

ミドリイソギンチャク ☆
ヨロイイソギンチャク ☆

原生動物門

ジアシル型
02010Retention time (min)Halocynthiaroretzi (マボヤ)☆

PEの90%以上がプラズマローゲン○

PEの80％以上がプラズマローゲン△

PEの50%以下がプラズマローゲン

阿部彰宏 プラズマローゲン含有資源探索のための新規定量法の開発（平成16年度修士論文）

ホヤ由来プラスマローゲン

100

Normal brain

Dementia

Viable neuronal cells without
serum (%)

29/44

50

00135132550

Plasmalogen (mM) in culture medium

Ascidian (Sea squirt)
Local marine products, Miyagi Sanriku coast

有賀みずえ (修論、2004)
ホヤ由来のプラズマローゲンは神経細胞の抗アポトーシス因子である

30/44ホヤの個体重量
ホヤの個体重量は生育年数とともに増大する
通常は３年ものが市販される（菅野2007,本庄2008)
a200

産地A
産地B
産地C
産地D
産地E

湿重量(g/個体)

150

100

平均±SD
P < 0.05
n=5～10bab

500aabaabb1

ababa

23（生育年数）

活性型プラズマローゲン（DHA型プラズマローゲン）量0.35

OO P O+
ＮH3
OH

0.3

乾燥重量％

OH O

O

活性型PEプラズマローゲン（18:0p/22:6）阿部2005,菅野2007

0.25
0.2

0.15

平均 ± SD
n=30.1
0.05
031/44

スルメイカ内臓ホタテガイ可食部

牛肉

豚肉

ギンザケ

マボヤ殻

ブリ

鶏肉

メバチマグロ

ホタテガイ内臓

スルメイカ可食部

ムラサキイガイ

マボヤ可食部

マボヤ内臓

プラズマローゲンはFasとミトコンドリア経路のアポトーシスを防止する32/44
Death factor(TNF family etc.)

細胞外Stress細胞内Plasmalogen

ASK1

低栄養・酸素ストレス

Mitochondria
p53

JNK

CaspaseIndependentrouteBcl-2

Bax

Plasmalogen
Caspase 9
Cytochrome C

Apoptosis

Caspase 3

Plasmalogen：Accretionin absenceof plasmalogen：Suppression
with plasmalogen

Yamashita S. et al. (2007)

アルツハイマー脳の病的所見

33/44
脳の萎縮

250mL O2/分/70kg体重50mL O2/分/脳→ 体全体の20％のO2消費0.8L 血液/分/脳Normal brain

Alzheimer brain

灰白質 ＞ 白質

老人班

神経原繊維変化アミロイドβの蓄積

リン酸化タウを基本骨格とする繊維(PHF)の蓄積

アミロイドβ凝集抑制試験 （山下2006)

180a120b

1000aab

Pls-OAa Pls-AAcbc6005DHA Phospholipid

10μＭ

15

Ab aggregation of control（％）

Ab aggregation of control（％）

PE-Plasmalogen

34/44

Pls-DHA

20a160120100abb80

aPE-DHAa PC-DHAabb40

Pls-DHA

00

5101520μＭ

n=3, p<0.05, Mean±SD

DHAを2位に持つPEプラズマローゲンはＡβの凝集を抑制する

DHAを含むプラズマローゲンのＡβ分解促進作用(山下200635/44Control

Pls-DHA 10μM

Pls-DHA 50μM 透過電子顕微鏡
倍率×3万×11万行動評価試験(山下2006）36/44●８方向放射状迷路● 8つのうち４つのアームに報酬（餌）を設置● 行動評価参照記憶エラー（長期記憶）
報酬のないアームに入った回数
作業記憶エラー（短期記憶）
一度入ったアームに再び入った回数

海洋性プラズマローゲンによる行動改善作用（山下2006)
参照記憶エラー

37/44

作業記憶エラー

4.0

Control

3.0

Control
ErrorsErrors3.0

2.0

Plasmalogen

1.0

2.0

1.0

Plasmalogen
0.00.0123456Block of 2 trials

123456Block of 2 trials
Mean±SE（n=8）*Plasmalogen (150 mg/kg/day) was orally administered for 4 weeks,and RMEs and WMEs were examined.

p<0.05

海産プラズマローゲンの投与はアルツハイマーモデルラットの認知機能(参照記憶エラーおよび作業記憶エラー) を改善した

血漿の脂質組成（アルツハイマーモデルラット）

38/44

30

Plasmalogen(mg/ml plasma)

25bb20Control

ホヤプラズマローゲン
投与群

1510aa50ba18:0p/20:418:0p/22:6

b18:0p/18:1

a18:0p/20:5

n=8, p<0.05, Mean±SEM

ホヤプラズマローゲン投与群ではコントロール群と比べ、AA、DHA、EPAが多い

n-3系のDHAは、血管の拡張、血栓の生成抑制を示す

脳の神経細胞保護に役立つ可能性

なんとか製品化したいです39/44

まとめ40/44●アルツハイマー病で、血漿、赤血球膜、脳のPEプラズマローゲンは少ない●ホヤは0.1％乾燥重量の活性型
PEプラズマローゲン(18:0p-22:6)を含む●PEプラズマローゲンは神経細胞のアポトーシスを抑制した●ホヤPEプラズマローゲンのアルツハイマーモデル
ラットへの経口投与は、脳の脂肪酸組成に影響し、行動を改善した●ホヤに含まれDHAを２位にもつPEプラズマローゲン
は、アミロイドβの凝集を抑制し、分解を促進した

まとめ41/44

DHA型プラズマローゲン＋ルテインで認知症の予防と悪化防止を図りたいです。
老化赤血球の出現は認知症の予知に有効です。

42/44平成31年2月5日（火）：中間評価会

農研機構「知」の集積と活用の場による研究開発

モデル事業 (2018-2020年度）
研究計画名「海鞘（ホヤ）プラズマローゲンの機能性食品への応用研究」
プラットフォーム名：科学的根拠に基づく高付加価値日本食・食産業研究開発
プラットフォーム
コンソーシアム名：確かな分析技術と科学的根拠が支える機能性表示食品
研究開発コンソーシアム
代表機関名：国立大学法人 東北大学
【コンソーシアム参画機関】
東北大学（代表機関）、帯広畜産大学、東京大学、京都大学
焼津水産化学工業㈱、㈱サン・クロレラ、はたけなか製麺㈱、㈱機能性植物研究所、エーザイ㈱【協力機関】㈱東北テクノアーチ、㈱プロジェクト地域活性（宮城県食品産業協議会事務局）

研究室が総合優勝（雨宮の農学部キャンパスにて、2013年6月）
43/44

44/44from “Power of Fruit and Vegetable” (祥伝社) edited by T. Miyazawa (2016)