スピルリナの新しい抗酸化効果

高知大学教育研究部総合科学系複合領域科学部門
准教授 難波 卓司
2021年8月17日

医療技術や科学技術の発展がもたらす未来

SF映画の科学技術が実現するエキサイティングな未来はすぐそこ
健康で長く生きたいという願いは古代より普遍の思い
https://www8.cao.go.jp/cstp/society5_0/

人生100年となる時代、私たちが望むものは？

健康寿命を延ばし、活動期間を伸ばす
https://www.mhlw.go.jp/stf/wp/hakusyo/kousei/19/backdata/01-01-02-06.html

私が取り組んでいる研究テーマ
誰もが健康で長生きできる社会を目指す• オルガネラ機能に注目したアンチアイジング研究• 栄養の過剰摂取により起こる肥満を予防する

老化とは何か？
老化の進行

ストレスなどの環境要因

時間
高

内臓の働き

低

多神経細胞の数

少高

運動能力

低

身体機能の低下や外見的変化

なぜ老化するのか？
個体の老化は環境要因や遺伝的要因が複雑に関与するため明確な原因はよく分かっていない細胞レベルで老化を詳しく調べる

・ 時間経過に伴い分裂していた細胞が分裂しなくなる
・ 分裂しない細胞(神経細胞など)の機能低下と数の減少

細胞レベルで見た老化
分裂の停止
・ 細胞分裂の限界によるテロメアの消失
・ UVや活性酸素(ROS)などによるDNAの損傷

分裂停止に依存しない細胞機能の低下
・ 不要なタンパク質の蓄積

・ ミトコンドリアの機能低下

オルガネラCold Spring Harb Perspect Biol 2013;5:a013227

よく教科書で見かけるオルガネラの模式図

最近の研究成果を基にしたオルガネラの模式図

小胞体• タンパク質の産生、カルシウムの保存を行う細胞小器官• コラーゲンなど様々な分泌タンパク質を産生する
小胞体を染色• ストレスに応答して細胞を保護したり、細胞死を誘導したりする• 小胞体内にあるシャペロンがタンパク質の折りたたみを行う。
シャペロンタンパク質を増加させることで小胞体の機能は促進ミトコンドリア•エネルギーであるATPを産生する• 一般的に ”長い” ミトコンドリアの方が活性が高い
ミトコンドリアを染色• ATPの産生と同時にROSが産生される• ミトコンドリアDNAでコードされているタンパク質は26種類で、その他の数千種類以上のミトコンドリアタンパク質は細胞質で合成され、ミトコンドリアに送り込まれる

小胞体とミトコンドリアのネットワーク• 小胞体とミトコンドリアは一部の領域で膜と膜が接触している• 小胞体の機能が低下すると、ミトコンドリアの機能も低下する

老化細胞での小胞体とミトコンドリアは？
小胞体•老化により何が起きるかほとんど分かっていない
ミトコンドリア• ROSの産生が増加する• コラーゲンの産生量が減る• 機能が低下する
小胞体-ミトコンドリア接触領域• 老化により何が起きるかほとんど分かっていない

線維芽細胞とは？
・間葉系幹細胞から分化する比較的未分化な細胞

・ 線維芽細胞は臓器の結合組織に存在して、コラーゲンなどの細胞外マトリックスを産生することで、臓器の形を作る

・ それぞれの組織に局在し、組織障害や炎症により増殖する・ 老化によりコラーゲン産生量の減少、及び線維芽細胞数の減少
により臓器の構造を保てなくなる皮膚の老化老化した皮膚

若い皮膚コラーゲン量の減少と構造変化

線維芽細胞
コラーゲン

皮膚の構造維持に線維芽細胞によるコラーゲンを含む細胞外マトリックスの産生と正しい構造の形成が重要老化線維芽細胞の樹立
若い細胞

老化細胞
継続的に細胞を培養する
20日目

50日目

60日目

SA β-galactosidase活性: 老化細胞のマーカー

培養老化線維芽細胞と老化組織の線維芽細胞との比較
老化に伴う遺伝子発現変化
細胞周期関連因子

老化組織線維芽細胞

培養老化線維芽細胞

MYB

↓

↓

HFH-11A↓→

cyclin F↓↓

cyclin A2↓↓

cyclin B1

↓

↓

PLK1

↓

↓

CDC25B

↓

↓MYT1

↓

↓

Casein kinase II

↓

→CDK4

↓

→
↓

クロマチン制御因子
CENPF

↓

↓

H2AX

↓

↓CENPA↓↓HMG-2↓→Nup88↓→SAF-B↓→RANBP1↓↓CENPE↓↓H2AZ1↓↓

PAFAH1B3↓↓

老化したヒトの皮膚より採取した線維芽細胞の遺伝子発現と継続的な細胞培養による老化線維芽細胞の遺伝子発現は類似している

Ly et al., Science, 2000.を引用改変

まとめ
・培養老化線維芽細胞の遺伝子発現変化は組織培養老化線維芽細胞の遺伝子発現変化と類似している・培養老化線維芽細胞はROSの産生量が増加している

培養老化線維芽細胞は老化細胞モデルとして適した性質を持っていることが示唆される

老化細胞の小胞体、ミトコンドリア構造の比較
小胞体

ミトコンドリア

Merge
300

若い細胞

ROS産生 (%)

**
200

1000

老化細胞
老化細胞における小胞体とミトコンドリアの構造変化• 培養面積当たりのコラーゲン産生量、ATP量は減少する• 培養時間によりミトコンドリアの構造や量は大きく変化する• 小胞体-ミトコンドリアのネットワークは崩壊している

若い 老化細胞 細胞

細胞の老化を抑制するための戦略
小胞体• 小胞体シャペロンの量を増やす• 小胞体の構造を正常化させる
ミトコンドリア• ROSの消去• コラーゲン等の産生量の増加• 構造を正常化させる

小胞体-ミトコンドリア接触領域• 小胞体、ミトコンドリアの機能と構造を正常化すれば恒常性が保てるのではないか？

ミトコンドリアの機能回復による老化の抑制

スピルリナ
・無機塩類濃度の高いアルカリ性の淡水に生息する藍藻類
・様々な栄養素を含有している
Ramakrishnan., 2013. sematic scholar.

・スピルリナ全体の粉末や各種成分が健康食品として売り出されている・スピルリナ抽出物は化粧品成分としも使用されている

スピルリナ成分について
これまでの知見・スピルリナに含まれるタンパク質成分や色素成分に抗酸化などの生理活性がある・様々な栄養素を含有しているため栄養補完のために健康食品として利用されている
本研究成果の知見・スピルリナに含まれる多糖類が細胞に作用することで細胞が本来持っている機能を促進させる

細胞内抗酸化タンパク質
活性酸素(ROS)
スーパーオキサイド : 体内で最も多く産生される
主な産生場所はミトコンドリア
過酸化水素

シドロキシラジカルなど
スーパーオキシドデスムターゼ (SOD): スーパーオキサイドを消去する
細胞質局在型とミトコンドリア局在型

スピルリナは細胞内で抗酸化タンパク質を増加させる

ミトコンドリアSODIntensity

11.4 1.8 2.1 2.4 3.3
β-actin01361224

スピルリナ成分処理(h)スピルリナ成分は細胞の抗酸化能を増加させる
細胞の抗酸化能（％）

60**

40

200

成分の作用の概要

・ スピルリナ成分が細胞膜上の受容体に作用することで細胞内のシグナル因子を活性化させてミトコンドリアSOD発現量を増加させる

・スピルリナ成分は炎症反応を引き起こさない・今回使用している濃度の10倍の濃度でも細胞に毒性は全くないコラーゲン産生量 (μg/ml)

スピルリナはコラーゲンの産生量を増加させる
25**

20151050

総括・ 培養老化線維芽細胞は組織老化線維芽細胞と似た特徴を有する・ スピルリナ成分は老化線維芽細胞の抗酸化能を促進する

・ スピルリナ成分は老化線維芽細胞のコラーゲン産生を促進する

応用の可能性・アンチエイジングを目指した化粧品や健康食品に配合する

・抗酸化作用があるので、高齢者に多い微弱な炎症に起因する腸の不調に対して改善作用のあるサプリメントととして開発が可能ではないか企業への期待・スピルリナ成分を配合した健康食品や化粧品の開発を希望

・ミトコンドリアや小胞体の機能改善とアンチエイジングに興味のある企業との共同研究を希望

本技術に関する知的財産権
・発明の名称：アンチエイジング剤およびその製造方法
・出願番号 ：特願2021-092585
・出 願 人：国立大学法人高知大学
・発 明 者：難波卓司、町原加代

お問い合わせ先
高知大学
次世代地域創造センター 知財担当 恒川典之
ＴＥＬe-mail088-844-8418
kt05＠kochi-u.ac.jp