【三島海雲学術賞】（自然科学部門）

食品因子の腸管吸収とその機能性・安全性に関する分子栄養学的研究

薩秀

東京大学大学院農学生命科学研究科

はじめに夫助教

節されることは十分に起こりうると考えられる。

腸管は体の中にありながら外界と広く接している器官であることから “ 内なる外 ” とも呼ばれ、外界と生体内

そこで本研究では、食品因子の腸管上皮吸収機構およを隔てる場かつやりとりする場として極めて重要な働き

び腸管上皮細胞機能に対する生理作用について、主にヒをしている。特に食品の吸収の場である小腸はその長さ

ト腸管上皮モデル細胞を用いて分子・細胞レベルで解析がヒトでは約 6 m とされており、その内壁には 0.5-1.5を進めた。また食品中に混入する外来異物が腸管上皮細mm 程度の絨毛が存在する。この絨毛の大部分は腸管上胞機能に及ぼす影響についても検討した。

皮細胞に覆われており、腸管上皮細胞の大多数を占める
腸管上皮細胞における食品因子の吸収・透過機構解析

吸収上皮細胞の管腔側表面にはさらに 1 μm 程度の微絨毛が存在している。したがって腸管内壁の表面積は 200

食品因子の腸管上皮吸収経路は、主として次の 4 つmm （テニスコート１面分）にも及ぶとされ、食品因に大別される。すなわち（１）トランスポーターを介し子を効率的に吸収できる構造となっている 。この腸管た経路、（２）細胞間隙を透過する細胞間経路、（３）トの最前線に位置する腸管上皮細胞は、多様な生理機能をランスサイトーシスなどを介したエネルギー依存的細胞有することが知られている。すなわち、（１）栄養素を内輸送経路、（４）細胞内単純拡散経路、となる 2）。そはじめとする食品因子の吸収機能、（２）食品中に混入こで腸管上皮モデル Caco-2 細胞を用いて、様々な機能する外来異物の侵入を防御するバリヤー機能、（３）食性食品因子の腸管上皮吸収機構を解析することとした。

品因子などの外来刺激を受容して液性因子を分泌し生体その結果、β-アミノ酸の一種であるタウリンは Na+ およ内へシグナルを伝達するシグナル変換機能、などが中心

び Cl−共輸送型かつβ-アミノ酸特異的なタウリントラン的な機能として知られている（図 1）。一方で腸管上皮スポーター（TAUT; SLC6A6）によって腸管上皮細胞細胞は食品因子に最も高頻度かつ高濃度に曝されること内に取り込まれることが明らかとなった。また TAUT

から、腸管上皮の各種機能が食品因子によって制御・調についてはその発現制御についても検討を進め、細胞外

21）

食品因子
（生体異物）

トランスポーター

レセプター？

（管腔側）
TJ
バリヤー機能食品吸収機能（基底膜側）

シグナル変換機能

液性因子の分泌（サイトカインなど）

図 1 腸管上皮細胞の主要な機能
1

薩秀夫

タウリン濃度 3）や高浸透圧条件 4,5）、さらに炎症性サイカテキンガレート（ECg）であることを明らかにした 11）。

トカインである TNF- αなどによって制御されることをさらに同じガレート基を有するエピガロカテキンガレー明らかにしたトも同様に SGLT1 活性を阻害する一方で、カテキンや。

6,7）次に糖尿病の治療薬であり近年機能性食品の素材としエピカテキンといったガレート基を有さないカテキン類て注目されているα–リポ酸について検討したところ、αは阻害活性を示さず、カテキン類による SGLT1 活性阻–リポ酸はプロトン共輸送型の未だ同定されていない中害にはガレート基が必要であることが示された（図 2）。

鎖脂肪酸トランスポーターによって吸収されること、まさらに ECg は膜に結合するものの SGLT1 の基質とはなたその一部は腸管上皮細胞内にてグルタチオンレダクらず、SGLT1 に対してアンタゴニスト様に作用することターゼによってより抗酸化能の強い還元型のデヒドロリが示唆された。またタウリンの吸収に関わる TAUT 活性ポ酸へと変換されることが明らかとなった 8）。またヒアを調節する食品因子を探索した結果、黒ゴマ抽出物中にルロン酸やコンドロイチン硫酸は、いずれも低分子化す

TAUT 活性を特異的に阻害する活性が見出され、その阻ることによって Caco-2 細胞層の細胞間隙経路を介して害因子の一つはリゾフォスファチジルコリンであること透過することが見出された。以上より、機能性食品を明らかにした 12,13）。また疎水性異物を基質として管腔因子は様々な透過経路を介して腸管上皮細胞にて吸収・側に排出する異物排出トランスポーターである MDR1（P透過されることが示された。

糖タンパク質とも呼ばれる）活性を制御する食品因子を9,10）探索したところ、ニガウリの 40% エタノール抽出物に強食品因子による腸管上皮トランスポーターの制御い阻害活性がみられ、阻害因子の一つが 1- モノパルミチ

次に腸管上皮トランスポーター活性を制御・調節するンであることを同定した 14）。これより、腸管上皮トラン食品因子の解析を進めることとした。その結果、腸管上スポーターは食品因子によってその活性が制御・調節を皮でのグルコース吸収を司る主要なトランスポーターで受けることが示唆された。

ある SGLT1（SLC5A1）活性が緑茶抽出物によって阻害されることを見出し、その主要な阻害因子の一つがエピA）

OHO

HOOHOHOOHOHCatechin（C）
OH

OH

Epicatechin
（EC）

OH
OH

O

HO
OH

O

HO

OH

OH
OH

OH

Epigallocatechin（EGC）

OH

Epicatechin gallate（ECg）

O
OH

120

OH

O
OH

OH
HO

OH

O

HO

グルコース取込活性（相対値：%）

OH

B）

OH
OH

O

OH

O
OH

OH

O
OH

80

＊60

＊40
200

OH

Epigallocatechin gallate（EGCg）
O

100

Control

C

EC

ECg

緑茶カテキン（1 mM）

没食子酸

OH （ガレート）

図 2 緑茶カテキン類の構造（A）およびウサギ小腸刷子縁膜小胞におけるSGLT1 を介したグルコース取込活性に対するカテキン類の作用（B）
2

EGC EGCg

食品因子の腸管吸収とその機能性・安全性に関する分子栄養学的研究

腸炎症に対する食品因子の作用解析

DSS による腸炎症状が有意に軽減されることが見出さ

近年消化管における疾患が増加しており、特に炎症性れた 17）。本結果より大腸炎予防・改善作用というタウ腸疾患（Inﬂammatory bowel disease; IBD）は患者数リンの新たな生理機能が見出されたとともに、本共培養がここ 20 年で数十倍に急増しており、今後もその増加系が腸炎症を予防・改善する食品因子探索評価系としてが懸念されている。IBD は潰瘍性大腸炎とクローン病有用であることが実証された。に大別される原因不明の難病であるが腸管免疫系の破綻並行して、腸管上皮細胞は酸化ストレスや炎症性サに起因するとされ、特に異常亢進したマクロファージがイトカインなどの炎症刺激によってインターロイキン過剰な炎症性サイトカインを分泌し腸管上皮細胞層に傷8（IL-8）などの液性因子を分泌し、分泌された IL-8 は害を引き起こすことが報告されている。そこで腸管好中球を腸管上皮細胞層下に誘因・活性化し、腸炎症状上皮細胞と活性化マクロファージの共培養系を構築し、をさらに悪化させる（炎症ループと呼ばれる）ことが知その相互作用を解析するとともに IBD を予防・改善すられている。そこで Caco-2 細胞を H2O2 および TNF-αる食品因子の探索評価系への応用を試みた。透過性膜上で共刺激した際の IL-8 分泌亢進を抑制する食品因子をに培養した腸管上皮モデル Caco-2 細胞とプレート上に探索・解析した。その結果、ポリフェノールの一種であ培養した活性化マクロファージモデル THP-1 細胞を同るクロロゲン酸や大豆イソフラボン、乳由来ラクトペル一容器内に培養し共培養を開始したところ、Caco-2 細オキシダーゼなど様々な食品因子によって IL-8 産生が胞は主として THP-1 が分泌する TNF- αによって細胞有意に抑制された 18-21）。特にクロロゲン酸については、傷害を受け、アポトーシスとネクローシスの両方が誘導DSS 誘導大腸炎モデルマウスを用いた in vivo 解析でもされていることが観察された（図 3） 。またこの共培有意な腸炎症改善作用が確認された。

15）

16）

養系に IBD 治療薬である 5- アミノサリチル酸および抗食品因子による解毒排出系の制御TNF- α中和抗体（Inﬂiximab）を添加したところ、いずれも Caco-2 細胞傷害を顕著に抑制した。そこで本共腸管上皮細胞では肝臓と同様に様々な解毒排出（薬物培養系を腸炎症の状態を一部反映した in vitro IBD モ代謝）酵素が発現しており、食品中に混入する外来異物デル系として用いることとし、THP-1 による Caco-2 細の解毒排出などに関与している。そこでこの異物の侵入胞傷害を抑制する食品因子の探索を行った。その結果カに対するバリヤー能を高めることを目的として、解毒フェインおよびタウリンが Caco-2 細胞傷害を抑制する排出酵素の発現・活性を亢進する食品因子の探索をおことが見出された。そこでデキストラン硫酸ナトリウムこなった。多くの解毒排出酵素の発現は核内受容体で（Dextran sulfate sodium; DSS）の自由飲水による大腸ある pregnane X receptor（PXR）によって制御される炎モデルマウスを用いてタウリンの作用を in vivo でもことから、レポーターアッセイを用いて PXR を活性化解析した結果、タウリンを前投与しておくことによりする食品因子の探索評価系を構築しスクリーニングを

食品因子

5- アミノサリチル酸
腸管上皮モデルCaco-2 細胞

タウリン

in vivo 評価系でも腸炎症予防効果を確認

細胞傷害

カフェイン

TNFα

抗 TNFα中和抗体

活性化マクロファージ
モデル THP-1 細胞

図 3 腸管上皮モデル Caco-2 細胞と活性化マクロファージモデル THP-1 細胞の共培養系を用いた in vitro 炎症性腸疾患（IBD）モデル系
3

薩秀夫

おこなった。その結果、イチョウ葉エキスに含まれるバリヤー機能を増強しうることが示唆された。

ギンコライド A/B などが PXR 依存的な転写活性を亢進

食品中に含まれる外来異物と腸管上皮細胞との相互作用し、さらに MDR1 など PXR 標的遺伝子の発現および食品中には有用な食品因子だけでなく生体にとって有。並行して、キノン

害な外来異物が混入しており、社会問題にもなった内分類の代謝に関わる第二相解毒排出酵素である NAD（P）

泌攪乱物質（環境ホルモン）などがその例として挙げら

H:quinone oxidoreductase 1（NQO1）の発現を亢進すれる。そこでこれら外来異物が腸管上皮細胞に及ぼす作る食品因子を探索したところ、アミノ酸の一種であるシ用（毒性発現）について解析することとした。

活性を亢進することが示された

22）

ステインが NQO1 の発現および活性を顕著に亢進する

重金属の一種であり米などへの汚染が懸念されるカドことが見出され、その制御には転写因子 Nrf-2 が関与しミウムが腸管上皮細胞の遺伝子発現に及ぼす影響についていることが明らかとなった（図４）23）。これより、あて DNA マイクロアレイを用いて網羅的に解析したとこる種の食品因子は腸管上皮に発現する様々な転写因子をろ、IL-8 の mRNA 発現が有意に亢進することが見出さ介して解毒排出酵素を活性化し外来異物の侵入に対するれた。そこでカドミウムによる IL-8 発現亢進を詳細に解SH

Cys

キノン類
O

H2NOGSH

NQO1

Cul3

分解

AAA

sMaf

Nrf2

核内移行

酵素活性

mRNA 発現量

転写活性

ARE

（核内）

OH

タンパク質発現量

Nrf2

Keap1

OH

CO2H

アミノ酸トランスポーター

Keap1

ヒドロキノン類

NQO1

図 4 腸管上皮におけるシステインによる NQO1 発現亢進の推定メカニズム
カドミウム（Cd）
DMT-1

in vivo系においてもCdによる腸炎症が誘発

IL-8H+mRNA？

AAAAAAp50 p65（IκBα）
p50 p65（NFkB）
p50

p65

NFκB consensus sequence

IL-8 promoter（核内）

図 5 腸管上皮におけるカドミウムによる IL-8 発現亢進の推定メカニズム4食品因子の腸管吸収とその機能性・安全性に関する分子栄養学的研究

析したところ、カドミウムは 2 価鉄のトランスポーター

ランスポーター活性は他の食品因子によって制御されるである DMT-1 によって細胞内に取り込まれた後炎症をことを見出した。また腸管上皮モデル細胞と活性化マク誘導する転写因子 NF κ B を活性化することで IL-8 をロファージとの共培養系を構築し、抗腸炎症作用を有す転写レベルで亢進することが示され、本現象は in vivo

る食品因子の探索評価系への応用に成功した。並行してにおいても確認された（図５）。また環境ホルモンと炎症悪化に関与するケモカインの腸管上皮からの分泌をして知られるトリブチルスズ（TBT）について検討した

ある種の食品因子が抑制し、腸炎症を予防・改善するこ

ところ、TBT は細胞内単純拡散で腸管上皮細胞層を透過とも示された。さらに外来異物の侵入を防御する解毒排する一方、タイトジャンクションの形成を抑制すること

出酵素の発現が多様な食品因子によって転写レベルで制24,25）。さらに社会御・亢進されることが明らかとなった。また食品中に混問題にもなったダイオキシン類に注目し、ダイオキシン入する外来異物が腸管上皮機能に及ぼす影響についても類が転写因子 AhR を活性化することで毒性を発現するその一部を明らかにした。本研究より、腸管上皮細胞とことを応用して、レポーターアッセイを用いてダイオキ食品因子の相互作用の一端を分子・細胞レベルで明らか

シン類による AhR 活性化を抑制するフィトケミカルの探にすることができたと考えられる。

で単層形成を阻害することが見出された26）

索を行った。その結果、タンジェレチンなどある種のフ謝

ラボノイドがダイオキシン類の毒性発現を抑制することを見出した辞。一方でダイオキシン類は、Caco-2 細胞

この度は大変栄誉ある第一回三島海雲学術賞を授与さの CYP1A1 の発現・活性を亢進させることでガランギンれたことに対しまして、公益財団法人三島海雲記念財団

27）のケンフェロールへの代謝を促進するなど腸管上皮におの今関博理事長、上野川修一選考委員長をはじめ関係各けるフラボノイドの代謝系を攪乱する現象も見出された位の諸先生方に心より感謝申し上げます。また本研究の28）。以上より食品中に混入する一部の外来異物について、一部は第 46 回（平成 20 年度）三島海雲記念財団学術

腸管上皮吸収機構および腸管上皮機能に対する毒性作用助成によっておこなわれたものであり、研究助成金を賜の一端を明らかにすることができた。

りました三島海雲記念財団に重ねて感謝申し上げます。
また本学術賞に御推薦頂きました日本栄養・食糧学会宮おわりに澤陽夫会長に厚く御礼申し上げます。

以上本研究では、食品因子の腸管上皮細胞透過機構に

本研究は東京大学大学院農学生命科学研究科応用生命ついて分子・細胞レベルで解析するとともに、腸管上皮化学専攻食糧化学研究室で行われたものです。本研究をにおける細胞機能、すなわちトランスポーターを介した遂行するにあたり、終始御指導頂きました清水誠先生（東吸収機能、サイトカイン産生などを中心とする免疫機能、京大学教授）、本研究を開始するにあたって多大な御指解毒排出系を介したバリヤー機能、に対する食品因子の導御助言を賜りました荒井綜一先生（東京農業大学客員

生理作用についてそれぞれ分子・細胞レベルでの新たな教授）に深く感謝申し上げます。また食糧化学研究室に知見を得るに至った。また一部の外来異物について腸管て学生時より御指導頂きましたスタッフの諸先生方、一上皮細胞への作用に関する新知見を得ることができた。

緒に実験を進めてくれました大学院生・学部学生をはじ

今後さらに、食品因子とそれを受容・認識する生体側（腸めとする多くの研究室メンバーに深く感謝致します。ま管上皮細胞側）の分子との相互作用などを中心により詳たこれまで御指導並びに御協力を賜りました非常に多く細な分子レベルでの解析を進め、腸管における食品因子の大学をはじめとする研究機関・企業の諸先生方と共同の生理作用に関する科学的エビデンスを深めることに貢研究者の皆様に深く感謝申し上げます。

献してゆきたい。
要

参考文献・引用文献

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食品因子の腸管上皮吸収機構および腸管上皮細胞に対する作用を主に細胞レベルで解析した。食品因子はトランスポーターや細胞間隙経路など様々な経路を介して腸管上皮細胞にて吸収・透過すること、一方で腸管上皮ト5薩秀夫

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