42（3）―― 亜鉛栄養治療

総 説

3巻2号

2013

亜鉛と消化管〜熱ショックタンパク質（HSPs）の解析から〜
京都府立医科大学大学院医学研究科消化器内科学

要内藤裕二

約

亜鉛は，亜鉛含有酵素の活性化，皮膚代謝，成長・発育，ホルモン，感覚機能などの機能活性化に重要である．なかでも，亜鉛は各種酵素の構成成分，つまり金属酵素として存在しており，生体の維持に欠かせない多くの酵素において，酵素蛋白質の特定の部位と結合し，活性の中心をなしている．インドメタシンやアスピリンなどの薬剤による消化管粘膜障害を予防することは極めて重要な臨床的課題である．亜鉛製剤はすでに抗胃潰瘍薬として臨床応用されているが，薬剤による消化管粘膜傷害，細胞死を著明に抑制し，その分子機構に熱ショックタンパク質（HSP）が関与する可能性も示されているため，今後の臨床応用が期待されている．

はじめに亜鉛は人体にも微量ながら含まれており，鉄や本稿では，潰瘍治癒ならびに非ステロイド系抗炎症薬（NSAIDs）による粘膜障害における亜鉛の役割，NSAID による小腸粘膜上皮細胞死の分子銅などとともに生体内必須微量元素と呼ばれてい機構とその亜鉛による抑制，ならびに熱ショック

る．その多くは食品として摂取されており，牡蠣，タンパク質（HSPs）の解析から見えてきた分子

卵黄，牛肉，アーモンド，抹茶などに多く含まれ機構などについて紹介した．ている．従来亜鉛欠乏は稀と考えられてきたが，最近になって，味覚障害に限らず多くの不定愁訴の原因に亜鉛欠乏が関与している可能性が報告され始めている．明らかな亜鉛欠乏症ではないものの，潜在的亜鉛欠乏症（marginal zinc deﬁciency）

１．潰瘍治癒と亜鉛
皮膚における潰瘍治癒と亜鉛の意義については多くの研究が行われている 1)．の状態にあると考えられる人は比較的多いとされまず，細胞分裂に関与する RNA ポリメラーゼ，ている．生体における亜鉛の役割としては，亜鉛DNA ポリメラーゼが亜鉛含有酵素で，新陳代謝含有酵素の活性化，皮膚代謝，成長・発育，ホルに 関 係 し て い る． 皮 膚 に あ る CuZn-superoxide

モン，感覚機能などへの影響が考えられる．なかdismutase (SOD) も亜鉛の存在が活性に重要であでも，亜鉛は各種酵素の構成成分，つまり金属酵る．SOD は活性酸素であるスーパーオキシドを素として存在しており，生体の維持に欠かせない除去する酵素で，炎症を抑えたり，老化を防いだ多くの酵素において，酵素蛋白質の特定の部位とりする大切なものである．性ホルモンも亜鉛によ結合し，活性の中心をなしている．消化管粘膜損り活性化されるので，皮膚の艶などに関与する．

傷の治癒においても亜鉛は重要な役割を果たして亜鉛が不足すると，表皮が肥厚（厚くなり）錯角おり，すでに臨床においては亜鉛製剤（ポラプレ化（かさかさ）し，肌の色はくすんでくることが®

ジンク ）が抗潰瘍薬として臨床応用されている．

臨床的に知られており，以前からニキビ，乾癬，43（4）

難治性潰瘍などに亜鉛治療をして効果があるとさ飼料群では通常亜鉛飼料群にくらべ，酢酸注入後れ，亜鉛含有軟膏薬が臨床応用されてきた．

14 日および 21 日目において有意に損傷係数が高皮膚潰瘍における亜鉛の作用機序の分子機構にく，治癒の遅延が認められた．Watanabe ら 3) もついてもいくつかの知見が得られている．その基同様に酢酸胃潰瘍モデルで亜鉛欠乏ラットにおけ

本的作用機構は，創傷部位の debris の分解促進とる潰瘍治癒遅延作用を報告し，その作用機序とし上皮化 epithelialization の促進作用によるとされて胃粘膜上皮細胞増殖の低下が関与するとしていている．創傷部位の debris の分解促進作用にはる．

matrix metalloproteinase（MMP）活性化の関与が大きい．MMP は亜鉛依存性の金属プロテアーゼであり，collagenase，stromelysin，genatinase

２．亜鉛と活性酸素消去などに分類される．なかでも MMP-1（collagenase）

亜鉛と胃潰瘍治癒に関連が示唆されたため，亜は皮膚損傷後早期に MMP-1 mRNA 発現が線維芽鉛製剤を抗潰瘍薬として開発しようとする取り組細胞に発現し，早期の潰瘍治癒に関与することがみの中で，亜鉛と L‒ カルノシンとのキレート化見いだされてきている．一方，亜鉛による上皮化合物ポラプレジンクが候補となった．ポラプレジ

epithelialization の促進作用に関しては，内因性のンクには，種々の実験潰瘍モデルを用いた検討に成長因子の発現亢進を介していることが明らかにおいて強力な潰瘍阻止効果が認められた．この強なりつつある．特に，insulin-like growth factor-1

力な抗潰瘍作用は，胃酸分泌抑制作用によるもの

は上皮化の促進作用があり，亜鉛による発現増強ではなく，プロスタグランジン合成酵素阻害剤の作用がある．血小板由来成長因子の関与も指摘さ併用によっても消失しないことが確認されたた

れている．

め，本剤の強力な活性酸素消去作用，脂質過酸化胃潰瘍治癒における亜鉛の影響についても報告抑制作用による可能性が指摘されている 4)．

がある．会田ら 2) は，20％酢酸溶液 50μl をラッ磁気共鳴スピン捕捉法によりスーパーオキシドト腺胃部前壁漿膜下に局注して潰瘍を作成し，一消去活性を検討した結果 4)，L-carnosine や硫酸方には通常亜鉛飼料を，他方には低亜鉛飼料を与

亜鉛には消去作用は認められないが，そのキレー

え，潰瘍治癒への影響をみた．その結果，低亜鉛ト化合物ポラプレジンクは濃度依存性にその消去

表１

ポラプレジンクの抗酸化作用
Polaprezinc

ZnSO4

L-Carnosine

スーパーオキシド消去

（＋）

（−）

（−）

ヒドロキシルラジカル消去

（＋）

（＋）

（−）

一重項酸素消去

（＋）

（−）

（−）

PMA刺激

（−）

（−）

（−）

オプソニン化ザイモザン刺激

（＋）

（＋）

（−）

脂質過酸化抑制

（＋）

（＋）

（−）

フェロキシダーゼ活性

（−）

（−）

（＋）

胃粘膜上皮IL-8産生抑制

（＋）

（＋）

（−）

好中球活性酸素産生抑制

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2013

作用が増強していた．硫酸亜鉛には，ヒドロキシ

近年，NSAIDs による消化管傷害は胃粘膜だけ

ルラジカル消去作用，好中球活性化抑制作用，脂に限らず，小腸，大腸など広く全消化管に見られ質過酸化抑制作用，胃粘膜上皮インターロイキンることが明らかとなってきている．カプセル内視8 産生抑制作用などが認められ，それらの抗酸化鏡やダブルバルーン内視鏡の臨床応用によいそれ作用はポラプレジンクにも同様に観察された（表ら病変がより多く発見されるようにもなってきて

１）．さらに，ヘリコバクター・ピロリ菌抽出液

い る． 胃 酸 の 存 在 し な い 小 腸， 大 腸 に お い てにより刺激された好中球の血管内皮細胞への接着

NSAIDs による消化管障害の予防対策を構築する反応に対する影響を検討した結果，ポラプレジン必要があり，ポラプレジンクのような粘膜防御系

ク，硫酸亜鉛は濃度依存性にその接着反応を抑制

薬剤の有用性についても再評価する必要があるとしていた 5)．このように，ポラプレジンクの強力考えている．われわれは，培養粘膜上皮細胞（RIE

な抗酸化作用は亜鉛そのものに由来するものと，細胞）を用いて NSAIDs による細胞障害の基礎

L- カルノシンとのキレート化合物によるものが検討を進めており，最近興味ある知見を得ているあり，それらが総合的に作用し，in vivo，ヒト臨ため紹介する．

床における強力な抗潰瘍作用につながっているものと考えられた．

４．NSAIDs による細胞障害と HSPs

３．NSAIDs 消化管粘膜傷害に対する対策

ラット胃粘膜上皮細胞（RGM1 細胞），ラット小腸粘膜上皮細胞（RIE 細胞）にインドメタシン
アスピリンなどの NSAIDs を処理すると薬剤の濃インドメタシンやアスピリンによる胃や小腸の度，時間依存性に細胞死が誘導される．この細胞粘膜障害を予防することは極めて重要な臨床的課

死はプロスタグランディン E2 同時処理により抑題である．NSAIDs による粘膜障害の成因として，制出来ないため，COX 阻害作用に非依存的な経プロスタグランジン（PG）の低下による粘膜血路によるアポトーシスシグナルの関与が示唆され流低下と，接着分子の発現を介しての好中球の活たため，まずミトコンドリア機能の評価を行った．

性化の関与が重要視されてきた．この NSAIDs

NSAIDs 処理の早期から RGM1，RIE 細胞のミトによる消化管合併症の予防として本邦では多くのコンドリア由来活性酸素産生が増加し，酸化スト粘膜防御系薬剤が使用されているが，その有効性レス軽減作用のあるカタラーゼを同時処理するこが証明されている薬剤は少ない．われわれは，アとにより NSAIDs による細胞死は明らかに抑制さスピリンによる胃粘膜傷害の成因に活性酸素，好れていた 7）．この結果は，NSAIDs による粘膜細中球活性化の関与を報告してきたが，強力な抗酸胞死に活性酸素に由来するアポトーシスが関与す

化 作 用 を 有 す る ポ ラ プ レ ジ ン ク に つ い て も in

る可能性を示しており，抗酸化作用を有する薬剤

vivo モデルを用いて評価した．その結果，ポラに細胞保護作用が期待できることを示すものであ

プレジンクは濃度依存性にアスピリンによる胃粘る．この細胞障害モデルを用いてポラプレジンク

膜傷害を抑制し，胃粘膜で増加する脂質過酸化物の効果を検討した結果，明らかに細胞死を抑制し，6)や好中球浸潤を有意に抑制していた ．さらに急

その作用はカルノシンではなく亜鉛によるものと性炎症反応の惹起に重要である tumor necrosis

考えられた．さらに興味深い点は，インドメタシ

factor- α (TNF- α ) の mRNA 発現，粘膜内蛋白ン処理により特定のタンパク質が酸化修飾を受けレベルをポラプレジンクは有意に抑制しており，ていることが明らかとなり，ポラプレジンクの処

本剤の抗炎症作用がアスピリンにより惹起される

理はこの酸化修飾タンパク質の生成を著明に抑制

胃粘膜傷害の抑制作用に密接に関与しているものしていた（図 1）8)．さらに，アスピリン処理後のと考えられた．

RIE 細胞ではミトコンドリア由来活性酸素が著明45（ 6）

図１

インドメタシン処理は小腸 RIE 細胞に酸化修飾タンパク質を増加させ，亜鉛ーカルノシンはその増加を抑制する図２ ポラプレジンクは HSP70 および HSP32（HO-1）の発現を増大させる
RIE 細胞をポラプレジンクで６時間刺激した後，HSP70 と HSP32（HO-1）の発現をウエスタンブロッティングにより検出

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2013に増加しているが，ポラプレジンクの前処理はそ9)の活性酸素酸性を明らかに抑制していた ．

作用は HSP70 欠損細胞ではキャンセルされた．
以上の結果は，ポラプレジンクによる細胞保護作

ポラプレジンクの消化管粘膜傷害，炎症に対す用は亜鉛による作用であり，その少なくとも一部る著明な効果を活性酸素消去作用だけで説明する

は亜鉛による HSP70 タンパク質の誘導が関わっことは難しい点があるため，新たな分子機構の研ていることを示すものである．

究を進めた．ポラプレジンクの新たな細胞保護作用を検討するために，RIE 細胞をポラプレジンクで刺激後誘導されるタンパク質の解析を進めた．

おわりにその結果，図 2 に示すようにポラプレジンクによ

臨床的には，潜在的亜鉛欠乏症（marginal zincる HSP70，HSP32 が著明に誘導されることを明deﬁciency）が話題である．血清亜鉛濃度がどのらかにした．HSP70 の消化管粘膜における重要ような疾患のバイオマーカーとなるかについて性，ポラプレジンクの細胞保護作用との関わりをは，いくつかの臨床研究が進行中である．今回，

明 ら か に す る た め に，HSP70 高 発 現 RGM1，NSAIDs による消化管粘膜傷害の予防にポラプレ

HSP70 欠損 RIE 細胞を樹立し，インドメタシンジンクの有用性を実験的研究により明らかにしたに よ る 細 胞 障 害 を 評 価 し た．HSP70 高 発 現が，抗酸化作用以外にも興味ある HSP 誘導作用

RGM1 はインドメタシン傷害に対して抵抗性をも明らかとなりつつあり，今後の臨床応用が期待10)獲得しており ，ポラプレジンクによる細胞保護◆文

献される薬剤でもある．

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