食品機能化学研究と共に	 名古屋大学大学院生命農学研究科 大澤 俊彦	
e-mail: osawat@agr.nagoya-u.ac.jp
http://www.agr.nagoya-u.ac.jp/~food/index-j.html

キクの葉から単離・構造決定された発根促進物質（化合物1-3）と、ユーカリ葉	から単離・構造解析された発根阻害物質（化合物4-7）の化学構造
大澤俊彦、”不定根形成と生理活性物質”、化学と生物、16, 644-645

1978年より名古屋大学農学部食品工業化学科食品製造化学	第１講座（旧農産製造学）において、並木満夫教授、川岸舜朗	助教授のもと、助手として、食品の健全性に関わる研究をスタ	ートした。	
その当時の主な研究テーマは以下のような内容である。	
１）アミノカルボニル反応により生成する化学物質の構造と生理機能	
２）脂質過酸化反応により生成する過酸化脂質の構造と生理機能	
３）食品の加工・保蔵中における変異原の形成とその抑制	
４）生体・食品成分の酸化的傷害とその抑制 など	ユーカリ樹のリーフワックスから単離・同定された抗酸化物質（S-1, S-2A, S-2B）と	樹皮から単離・同定された抗酸化物質（ellagic acid）の化学構造	
大澤俊彦、”植物中の新天然抗酸化剤‐特にリーフワックスを中心に”、化学と生物、19, 364-365 (1988)	

1990年にスタートした「デザイナーフーズ」計画に関連して、1994年に「食品由来の	フィトケミカルによるガン予防」国際会議が開催された。その内容は、2冊の本にまとめられて発刊され、アメリカ化学会から「プラチナ賞」を授与された。	

1995年に「フードファクターとがん予防」	
国際会議を浜松で開催したが、1000人	以上の参加者という盛況であった。	
この参加者が中心となって、「日本フード	ファクター学会」を立ち上げることができた。	
現在も、毎年の国内会議と共に、4年ごとに	国際会議が開催され、「フードファクター」	（食品因子）という、新しい概念を世界に	向けて発信することができた。	

	 1986年日本農芸化学奨励賞「食品の健全性に関する生物有機化学的研究」

2002年日本農芸化学会賞受賞「酸化ストレス制御を中心とする食品機能因子の化学と作用機構に関する研究」	 	 2003年飯島食品科学賞授賞「穀類、豆類を中心とした植物性食品素材中に含まれる酸化ストレス制御因子の化学と機能解明」

機能性食品（ファンクショナルフード）研究の幕開け	
1984年に、世界に先駆けて、日本で「機能性食品研究」がスタートした。日本での研究の進展で、「ファンクショナルフード」の概念が、世界的にも浸透してきた。	

荒井綜一、1984

Nature, 1993 Jul.15; 364(6434): 180
Swinbanks D, O’ Brien J.	

謝辞	
今までの４０年に及ぶ研究生活のなかで、出会い、一緒に研究を進めてきた	皆様方に心から感謝します。特に、生物有機化学の基礎をご指導いただいた	
東京大学名誉教授の田村三郎先生、鈴木昭憲先生、オーストラリアでの有意	義な研究生活をご指導いただいたProf.W.D.Crow, Dr.D.M.Paton、名古屋	大学に赴任後にご指導いただいた名古屋大学名誉教授の並木満夫先生、	川岸舜朗先生、客員教授としてお招きいただき、充実した一年間を過ごさせて	いただいた、Prof. T. Shibamotoをはじめ、共同研究を通して知り合った	諸先生方に深謝いたします。また、名古屋大学関連の先輩、同僚、後輩の教員	の皆様、また、研究活動を支えていただいた職員の皆様には、厚くお礼申し上	げます。さらに、多くの卒業生、研究生、産学連携の共同研究の皆様に深謝いた	します。お名前を挙げていきましたところ、200名以上にのぼりましたので、個々	のお名前は省略させていただきますが、今まで築き上げられた信頼関係は、私の	生涯の「宝物」として、大事にさせていただきます。	
最後に、今まで、支えてきてくれた家族に心から感謝します。	

カリフォルニア大学デービス校環境毒性学部	 客員教授（1989-90）時代の研究内容(1994)	 

脂質過酸化反応と生体成分への傷害

多価不飽和脂肪酸	
O2

生体成分	
脂質ヒドロペルオキシド	
酸化分解

アルデヒド類	

4-ヒドロキシ-2-ノネナール ( HNE ) アクロレイン ( ACR )4-オキソ-2-ノネナール( ONE )マロンジアルデヒド ( MDA )生体成分	

疾病	誘因	DNA 酸化修飾マーカー	紫外線	
放射線	
環境汚染	
喫煙	
過度運度	
肥満	炎症等	

ON

OH

N

NH

N

NH
2	O

活性酸素	

OH

8-Oxo-deoxyguanosine(8OxodG)
がん	

Deoxyguanosine

老年病予防のマーカー	

活性酸素修飾マーカー	
NO．＋O2‐OH	O2N	ONOO-CH2OH CCH	NH2O

Tyrosine

Nitrotyrosine

慢性心筋障害	
呼吸窮迫症候群	
炎症性腸疾患	
喘息	
‐‐炎症性疾患に関与する	

誘因	
紫外線	
放射線	
環境汚染	
喫煙	
過度運度	
肥満	炎症等	DNA 酸化修飾マーカー	
ON

OH

N

NH

N

NH
2	O

活性酸素	

OH

Deoxyguanosine

8-Oxo-deoxyguanosine(8OxodG)

がん	
老年病予防のマーカー	脂質過酸化物修飾マーカー	
多価不飽和脂肪酸（LA AA）	脂質ヒドロペルオキシド	
修飾化合物	結合	結合	脂質ヒドロペルオキシド	
（13-HPODE)

Lysine蛋白質	
核酸等	

Nε-Hexanoyl-lysine (HEL)結合	

アルデヒド類	
HNE MDA等	

アルデヒド修飾物	
人の動脈硬化巣で検出された	
過剰な運動による筋肉の酸化傷害の評価	
健常者より糖尿病患者尿中有意に高値	
‐‐‐生活習慣病に関与する	

糖尿病、非糖尿病群のヒトの尿中における	
N ε-HEL と 8OxodGの排泄量の相関性	

Free Radic Biol Med. 2004	

尿中PRL -健常者と疾病患者間比較＊＊ ＊＊ P<0.0001
N=6N=37

N=9

N=6

UVA

UVB
（290〜320 nm）（320〜400 nm）

LC 減少	

mage

O2・・OH
サイトカイン	

1O
2NO
H2O2
マクロファージ	
MPO 放出	

好中球	

ONOO-

・学習能向上作用	
・網膜反射向上作用	
・抗炎症作用	・抗動脈硬化作用	

・網膜光受容膜、網膜シナプス膜、	大脳皮質シナプス膜、精子などの	膜リン脂質。	
（特にホスファチジルエタノール	
アミンやホスファチジルセリンに	多い）	・アルツハイマー病において脳の各部位、特に海馬のDHA含有量が1/2以下に減少	
Lipids 26,421 (1991 )Soderberg,M., et al脂質ヒドロペルオキシドによるアミノ基修飾機構	

DHAlysineNε-(Propanoyl) lysine (PRL)

dopamine?

Nε-(Succinyl) lysine (SUL)

Arachidonic Acid (AA)Nε-(Hexanoyl) lysine (HEL)

Nε-(Glutaroyl) lysine (GLL)DHAAA

O2
Lipid hydroperoxides

dopamine

HRESIMS (pos.) found m/z 252.1594 [M+H]+,
calcd for C14H22NO3 252.1594

HRESIMS (pos.) found m/z 254.1023 [M+H]+,
calcd for C12H16NO5 254.1018

HRESIMS (pos.) found m/z 268.1180 [M+H]+,
calcd for C13H18NO5 268.1178

HRESIMS (pos.) found m/z 210.1125 [M+H]+,
calcd for C11H16NO3 210.1124

050
Cell Viability ( % )(100µΜ, 24 hr treatment)

100Brain Research in press

Astaxanthin inhibits reactive oxygen species-mediated cellular toxicity
in dopaminergic SH-SY5Y cells via mitochondria-targeted protective mechanism
Xuebo Liua, Takahiro Shibataa, Shinsuke Hisakaa and Toshihiko Osawa , a,aLaboratory of Food and Biodynamics, Graduate School of Bioagricultural Science,
Nagoya University , Furo-cho, Nagoya 464-8601, Japan
Accepted 17 November 2008.
Available online 3 December 2008.

Abstract
Astaxanthin is a powerful antioxidant that occurs naturally in a wide variety of living organisms. The aim of this study isto investigate the effect and the mechanism of astaxanthin on reactive oxygen species (ROS)-mediated apoptosis
in dopaminergic SH-SY5Y cells. The treatment with DHA hydroperoxide (DHA-OOH) or 6-hydroxydopamine (6-OHDA),
either of which is ROS-inducing neurotoxin, led to a significant decrease in viable dopaminergic SH-SY5Y cells
by MTT assay, whereas a significant protection was shown while the cells were pretreated with astaxanthin.
Moreover, 100 nM astaxanthin pretreatment significantly inhibited apoptosis, mitochondrial abnormalities
and intracellular ROS generation occurred in either DHA-OOH- or 6-OHDA-treated cells. The neuroprotective effectof astaxanthin is suggested to be dependent upon its antioxidant potential and mitochondria protection; therefore,
it is suggested that astaxanthin may be an effective treatment for oxidative stress-associated neurodegeneration.
Keywords: Astaxanthin; Parkinson's disease; Neuronal apoptosis; Reactive oxygen specie; Mitochondria protection
Abbreviations: AST, Astaxanthin; ROS, Reactive oxygen species; PD, Parkinson's disease; DHA-OOH,Docosahexaenoic acid hydroperoxide; 6-OHDA, 6-hydroxydopamine; MTT, 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)2,5-diphenyltetrazolium bromide

Brain Research vol.1254, 13 February 2009, pp.18-27 	

scheme	ω-6 PUFA	

ω-3 PUFA	HEL; Kato et al., J. Bio. Chem. 274, 20406-20414 (1999)
AZL: Kawai et al., J. Lipid. Res. 44, 1124-1131 (2003)
SUL: Kawai, et al., J. Lipid. Res. 47, 1386-1398 (2006)
PRL and GLL: Hisaka, et al.,Free Radic Biol Med., 46(11), 1463-1471 (2009).	

B ; Residual DHA

252Peak area (DHA/PA)TBARS (µmol/g protein)

A ; TBARS

201510501.510.506W

17 M

26 M

6W

17 M

では、酸化DHAは増加しているのだろうか？	
酸化DHAは細胞毒性をもつのだろうか？	

26 M

DHA＋	lysine
Nε-(Propanoyl) lysine (PRL)

Nε-(Succinyl) lysine (SUL)DHA 由来の脂質ヒドロペルオキシドによるアミノ基修飾機構	
SUL: Kawai et al., J. Lipid Res., 47: 1386-1398 (2006)
PRL: Hisaka et al., submitted

26 Month-old%00.12*	**	0.080.04

PRL(m/z 203→84)
26 Month-old
1000051015

Retention time (min)PRL (µmol/g protein)0%

Relative intensity100

SUL (µmol/g protein)

SUL(m/z 247→84)

0.03

*	

0.02
0.01
06W

17 M

26 M

*P＜0.05 vs.6 W , **P ＜0.01 vs.6 W

特徴	
好中球、単球、マクロファージ、ミクログリアで発現	
Nauseef et al. 1988, Daugherty et al. 1994, Reynolds et al. 1999

59 kDa と 13.5 kDa のヘテロ4量体	
活性部位に鉄イオンを有するヘムタンパク	Van Dalen et al. 1997

宿主防御	
Klebanoff and Clark 1978; Hurst and Barrette 1989; Gaut et al. 2001

NADPH oxidase
O2O2

H2O2NO2-

Van Dalen et al. 1997

Cl-Myeloperoxidase( MPO )
Neutrophils

様々な基質 (Cl-、Br-、I-、NO2-、CN-) を用い、鉄イオンの酸化還元を利用することで HOCl ,HOBr , NO2・ などを生成する反応を触媒	
NO2･, HOCl, HOBr
Tissue Damage

Host Defense

Protein
LipidDNAヒトの老化脳神経細胞のリポフスチン中に「ジチロシン」が存在する	

B	

A	+ Ab	

C	+ Dityr + Ab	- Ab	

↑茶色に色づいているところが、ジチロシンの有る場所！	 
Kato et al., FEBS Lett.（1998）439, 231-2

抗ジハロゲン化チロシン抗体の活用など	
• 抗体はジクロロチロシン、ジブロモチロシンなど、２分子のハロゲンが導入されたチロシンと反応する。	
• 炎症を起こしたマウスの肺や肝臓、皮膚において陽性染色像が認められる。	

+LPS Liver

コントロール	
Liver+LPS Liver
吸収実験	

HOBr処理	
Liver切片	Kato et al., Free Rad. Biol. Med., 38: 24 (2005)

外	内	N

α-secretaseγ-secretase

Cβ-secretaseγ-secretase

DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA
Oxidative Modification etc…
細胞内に存在	・プロテアソーム、ミトコンドリアの機能破壊	
・シナプス障害、ROS生成	

oligomer（可溶性）	

凝集	

protofibril（可溶性）	
fibril（不溶性）	

細胞外に	沈着	老人斑	

Aβ (10µM)+ HOBr or NBS
37℃, 1hAβ + HOBr

BrBr BrAβ + NBS

Br

Br Br

3000

40004514.134529.59
4608.514687.435000 (m/z)+16 O+79 Br

LC-MS/MS
MALDI-TOF MS

LC-MS/MS
1.0(mol/mol Tyr)intensity (%)

Aβ

DBY0.5+79 Br

BY0010050
HOBr (µM)

アルツハイマー症患者（AD）と非アルツハイマー症の認知症患者（No-AD）の脳髄液中のジブロモチロシンの測定値	

(nmol/mg protein)

400
200
1000No-AD
No-ADpatient 1 Patient 2AD
patient

Oxidative Damage Caused by ROS	UV irradiation, Drugs, Metal ion, and Stress etc.
Reactive Oxygen Species(1O2, O2-, H2O2, ・OH, LO・, ONOO-,HOCl)
AntioxidativeFood Factors

DNACleavage of DNA Chain
Modification of Base

Mutation

Cancer and Other Age-related Diseases

Inhibitory Effect of Halogenation by Antioxidative
Food Factors by Quantification of N-CldC+	 HOCldC

chlorination

N-CldC	
80.0	
60.0	
40.0	
20.0	
0.0	

dC 2 mM
antioxidant 100 µM
HOCl 1 mM
37℃, 1 h	HPLCinhibitor effect (%)

100.0*antioxidant 100 µM

好中球由来のHOClによるDNA酸化傷害機構	
thymidine glycol
8-hydroxy-2’-deoxyguanosine(8-OHdG)oxidation
chlorination

HOCl

chloramine R-NHCl	Cｌ	

5-chloro-2’-deoxycytidine
N,5-dichloro-2’-deoxycytidine(5-CldC)（N,5-diCldC)	
N-chloro-2’-deoxycytidine(N-CldC)

Kawai, Y., et al. J. Biol. Chem. 279, 51241-51249 (2004)

Proposed Inhibitory Mechanism of Tea Catechins on DNA Halogenation
HOCl
chloramine

ECg

EGCg

N-CldC

chlorination	

chlorinated ECg	chlorinated EGCg	

dC

Kawai Y et al (2008)
Galloylated Catechins
as Potent Inhibitors of
Hypochlorous Acidinduced DNA Damage,Chem. Res. Toxicol, 21,1407-1414 	Curcumin (U1) とTetrahydrocurcuminn (THU1)の�
生理機能の比較�抑制効果�����
脂質過酸化������������＜���皮膚がん�������������＞�
大腸がん�������������＜�乳がん��������� ��＋����NT����
腎臓がん������� �����＜�動脈硬化�� ����������＜�U1

THU1

発表論文�
Osawa et al., Biosci. Biotech. Biochem., 59,1609-1612 (1995)
Sugiyama et al., Biochem. Pharmacol., 52,519-525 (1996)
Nakayama et al., Food Sci. Technol. Int.
Tokyo. 3, 74-76 (1997)
Conney et al., Proc. Soc. Exp. Biol. Med.,
216, 234-245 (1997)
Nakamura et al., Jpn. J. Cancer Res., 89,361-370 (1998)
Kim et al., Carcinogenesis, 19, 81-85(1998)
Inano et al., Carcinogenesis, 20, 1011-1018(1999)
Inano et al., Carcinogenesis, 21, 1836-1841(2000)
Okada et al., J. Nutrition, 131, 2090-2095(2001)
Naito et al., J. Atehroscler. Thromb., 9,243-250 (2002).

U1 , THU1 は抗炎症作用を有している 	
しかしながら、その抑制機構については明らかとなっていない 	

脳内老化の発症要因に炎症反応が関与していることが示唆されている 	

Food factor

HOCl

タンパク質のクロル化	

直接反応	

HOClAmine(RNH2)

TyrLysine

チロシンのクロル化	

ClHN�

KProtein

クロラミン(RNHCl)
リジンクロラミン	

Y
Tyr
間接反応	

ProteinHematopoietic
Stem cellin vitroin vivo

Neutrophil

THU1②
THU1

MPO

Compound C

HOCl①
Chloramine (RNHCl)
Compound B

3-ClTyr

3,5-diClTyr

Compound B

Survival (%)!

C57BL/J6マウスへのテトラヒドロクルクミン�
投与による生存率の変化�

Kitani, K., Yokozawa, T. and Osawa, T., Ann. N.Y. Acad. Sci., 1019: 424 (2004)

レスベラトロールは、 in vitro 系で SIRT1 活性を高めるが、クルクミン（U1）とテトラヒドロクルクミン（THU1）は増強しない 	***SIRT1 activity(F350/450) counts

40

***
30

****

20100Cont 10 50 100 10 50 100 10 50 100
Resveratrol

U1

THU1(µM)ショウジョウバエの系における レスベラトロールとテトラヒドロクルクミン（THU1 ）の寿命延長の効果は、FOXO とSir2 の発現に依存する�
Sir-2 K/O drosophila

1001008080
Survival viability (%)

Survival viability(%)

FOXO K/O drosophila

6060
Forkheadfamiy の転写因子であるFOXOの発現は、4040テトラヒドロクルクミン（THU1）の効果に関連している。
20002040Days

Control (yw M)

Control (FOXO-/-)

Res-50 (yw M)

Res-50(FOXO-/-)

THU-50 (yw M)

THU-50(FOXO-/-)60

2000204060Days

Control (yw M)
Res-50 (yw M)
THU-50 (yw M)

Control (Sir2-/df M)
Res-50 (Sir2-/df M)
THU-50 (Sir2-/df M)

FOXO ( forkhead box O )◆Fork head とよばれる約100アミノ酸からなる特徴的なDNA結合ドメインを有する転写因子群のサブファミリーの一つ。	
FOX A、B、C ・・・・O、・・S→ FOXO1、FOXO3a、FOXO4、FOXO6◆

哺乳類における FOXO◆

FOXO1、FOXO3a、FOXO4 は機能的に高い相同性をもつ。	

標的遺伝子	FOXO

・ GADD45 ↑	・ MnSOD

・・・ DNA 修復	

↑・ catalase ↑	・・・ 活性酸素除去	

ストレス応答性遺伝子	Insulin / IGF-1

Insulin /IGF-1
receptor

PI3K

細胞質P PP FOXOPKB/AktFOXOAc

FOXO

SIRT1

Ac

核Ac

＝	脱リン酸化状態

FOXO
FOXO

老化に関連した遺伝子群

FOXO遺伝子のターゲット

Differentiation

Glucose Metabolism

p21

BTG-1

G6PasePEPCK

Cell Death
Bim-1
FasL

FOXO
DBE

catalase

GTAAA(C/T)
A

MnSOD
GADD45

p21

G1 Arrest

p27

GADD45Cyclin G2G2 Delay

ROS
Detoxification

DDB1

DNA Repair

Type 2糖尿病と高血糖症は、アルツハイマー症発症のリスクファクターである。

Haan MN. Therapy insight: Type 2 diabetes mellitus and the risk of late-onset Alzheimer’s disease.
Nat. Clin. Pract. NEUROL. 2006; 2: 159-166
Ott A, Stolk RP, van Harskamp F, et al. Diabetes mellitus and the risk of dementia: The Rotterdam
Study. Neurology 1999; 53: 1937-1942
Peilla R, Rogriguez BL, Lauer LJ. Type 2 diabetus, APOE gene, and the risk for dementia and related
pathologies: The Honolulu-Asia Ageing Study. Diabetes 2002; 51: 1256-1262
Xu WL, Qiu Cx, Wahlin A, et al. Diabetes mellitus and risk of dementia in Kungsholmen project: 6year follow-up study. Neurology 2004; 63: 1181-1186
Luchsinger JA, Tang MX, Shea S, Mayeux R. Hyperinsulinemia and risk of Alzheimer disease.
Neurology 2004: 1187-1192

まとめ
IGF1

PI-3K

IGFR
PTENP

THU1

AktP

P

FOXO

GADD45Inactive

THU1 はIGF-PI3K-Akt のシグナリングを抑制しMnSOD
FOXO
p27kip1
FOXOを活性化することで老化抑制遺伝子群の発言
Bim-1, etc…
を増加させる。	
ActiveNucleus
THU1 の持つ神経保護作用によりアルツハイマー症発症予防が期待できる。

現在、「抗体チップ」化を進めているモノクローナル抗体のリスト