ビタミンＥの高機能化とさらなる有効利用を目的とした
新規化粧品素材の酵素・化学複合的分子創製
大分大学医学部化学講座

下 田恵Vitamin E functions as a chain-breaking antioxidant that prevents the propagation of free radical reactions. Recently,
vitamin E has attracted much attention clinically because of its potential to be a very useful drug, and has been widely studied
for its anticancer, anti-atherosclerosis, and anticarcinogenesis effects. On the other hand, vitamin E is unstable against lightand heat. Chemical modifications such as esterification of unstable organic compounds are characteristic reactions, which
improve their stability, bioavailability, and pharmacological properties, e.g., the esters of aromatic compounds have beenused in folk medicines. To overcome the shortcomings of vitamin E, several efforts have been made to synthesize vitamin
E derivatives by chemical methods. However, little attention has been paid to the biocatalytic modification of vitamin E
by cultured plant cells. We attempted the functionalization of vitamin E by its modification through both biocatalytic andchemical procedures.

１．緒待がかけられている。今日までに利用された主な生体触媒

言は、微生物、菌体、酵母、動物細胞、植物細胞、およびそ近年、資源の大量消費による有用機能性物質の枯渇にもれらの酵素系である。

伴い、天然由来の生薬化合物や生理活性化合物の価値が見本研究では、ビタミン E の化粧品としてのさらなる有効直されてきた。これらの機能性化合物の中で、ビタミン関活用を目的として、リパーゼおよび植物培養細胞を生体触

連化合物は、抗菌作用、抗酸化作用やラジカル消去能など媒とする酵素的合成法と化学的合成法を活用した、ビタミを有し、さらには免疫力の向上効果、抗ウイルス作用や制ン E の「アシル化」を中心とした化学修飾を行った。即ち、癌作用などの様々な有用生理機能を示すことから、最近で本研究において、ビタミン E を高機能化するため、酵素的は、化粧品および医薬品などとしても注目されている。ビ合成法と化学的合成法を利用し、新規かつ安定な化粧品素

タミン関連化合物でも特に、ビタミン E は、血管系疾患の材の複合的分子創製法を開発した。

予防効果、制癌効果、血行促進作用などの生理機能を示し、２．実

医薬品はもとより、化粧品として利用されている 1– ３）。
一方、天然植物生薬成分は、ある種の植物細胞中におい2. 1.

験

酵素的手法によるビタミンE のプロピオニル化て、その構造の一部が様々なアルキルもしくは脂肪酸によリパーゼは本来エステル加水分解反応を触媒する酵素でりエステル化された「アシル化合物」として、光や熱に対あるが、有機溶媒中で反応させると、逆加水分解反応すなして安定に存在し、抗酸化性を始めとした有用な生理機能わちエステル化を触媒する。このことを利用して、有機溶を発揮していると考えられている４, ５）。

媒中におけるビタミン E の酵素触媒を活用した化学修飾をまた近年、生体触媒が行う反応を合成プロセスの一過程目的として、リパーゼによるエステル化を行った。酵素反に組み込んだ有用物質生産の試みが盛んに行われ、その成応には、有機溶媒として 1, 2- ジクロロプロパンとヘキサン

果は医薬品や香料、嗜好品、などのファインケミカルズのの混合溶液を使用した。基質ビタミン E を 50 ml の有機溶生産へ利用されるに及んでいる６）。有機合成に生体触媒を媒が入った酵素反応用フラスコへ入れ、全体が均一の溶液利用するメリットのひとつとして、その選択性の高さがあとなるまで加温した。溶液を室温まで冷却後、プロピオンげられる。生体触媒による反応では、必要とする位置に酸とリパーゼをフラスコへ加え、40℃、120 回転 / 分の条必要な立体を持ち、化学的に合成した場合には煩雑な行程件で振盪インキュベーションを行った。

を要する化合物についても、一段階の酵素的反応で得られ24 時間反応させた後、有機溶媒を減圧下において留去る。このことから、生体触媒の有機合成化学への利用に期し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製を行い、反応生成物を得た。

Functionalization of vitamin E togenerate new cosmetics by biocatalytic
and chemical methodology
Kei Shimoda
Department of Chemistry, Faculity ofMedicine, Oita University

2. 2. 酵素的手法によるビタミンE のゲンチオビオシル化、ルチノシル化
タバコおよびユーカリ植物培養細胞を用いる酵素的手法
により、ビタミン E のゲンチオビオシル化、ルチノシル化を行った。植物培養細胞は主に筆者らの研究室において誘−2−ビタミンＥの高機能化とさらなる有効利用を目的とした新規化粧品素材の酵素・化学複合的分子創製導し、継代培養したものを変換実験に用いた。植物培養細テル交換反応について、有機溶媒として 1, 2- ジクロロプロ

胞は培養用フラスコ内の新鮮な寒天培地に植え継いで、３パンとヘキサンを使用して、ビタミン E（図１、化合物１）週間ごとに継代培養を行った。変換実験に用いるため、培とプロピオン酸、リパーゼを振盪インキュベーションする養細胞の一部を、寒天を含まない液体培地に移植し、振ことにより、ビタミン E のプロピオニルエステル体（図１、盪培養器内において 25℃、120 回転 / 分の条件で培養する化合物２）を得た。と、２週間ほどで均一なサスペンション状態の培養細胞が以上、「化粧品素材」としてのビタミン E の安定化と高得られた。この培養細胞（約 50 グラム）を新鮮な液体培地

機能化を目的に、リパーゼのエステル交換反応を応用して、（100 ml）に移植して、同じ培養条件で１週間前培養を行っビタミン E の有機アルキル酸による酵素的エステル（アシた。培養細胞への基質の投与はクリーンベンチ内においてル）化を可能にした。

無菌状態で行った。基質を前培養した細胞に投与し、一定ル浸漬し、メタノール抽出物を有機溶媒と水で分配し、培3. 2. 酵素的手法によるビタミンE のゲンチオビオシル化、ルチノシル化

地部分は有機溶媒で抽出した。変換生成物をシリカゲルカ

生体触媒としてタバコ植物培養細胞を使用して、ビタミ

ラム、イオン交換カラム、TLC、HPLC を用いる各種クロン E と振盪インキュベーションすることにより、ビタミンマトグラフィーにより単離・精製した後に、スペクトル測E の変換生成物を得た。HPLC 分析の結果、変換生成物は、定により構造解析を行った。変換反応の経時的追跡は、上細胞部分のメタノール浸漬画分に含まれることが明らかと記と同様にインキュベートさせた複数のフラスコについて、なった。メタノール抽出物をシリカゲルカラム、イオン交

一定時間ごとにフラスコ一本から反応物を抽出することに換カラム、TLC、HPLC を用いる各種クロマトグラフィーより行った。生成物の相対量は、抽出物の高速液体クロマによる精製を行った。反応生成物を単離し、スペクトル測トグラフィー（HPLC）分析により求めた。

定により構造解析を行ったところ、ビタミン E のゲンチオ

期間、同じ振盪条件で反応を行った。細胞部分はメタノービオシド体（図１、化合物３）が得られた。

2. 3.

化学的手法によるビタミンE のステアリン化

また、ユーカリ植物培養細胞を生体触媒として用いる酵ビタミン E のエステル化による高機能化を目的として、素的手法により、ビタミン E の変換を行った。上記と同様揮発性の機能性成分を創製するため、ビタミン E のステアに、タバコ植物培養細胞による変換の場合にも、細胞のメリン化を行った。ビタミン E をピリジンに溶解した後、70タノール浸漬画分に反応生成物が含まれることが明らかと℃に加温した。これに、ピリジンに溶解したステアリン無なった。メタノール抽出物をシリカゲルカラム、イオン交水物を加え、３時間加温した。さらに、３時間の還流を行

換カラム、TLC、HPLC を用いる各種クロマトグラフィー

った。TLC によるチェック後、蒸留水による希釈を行った。

を利用した精製を行い、反応生成物を単離し、スペクトル30 分の静置の後、ヘキサン抽出を行った。ヘキサン抽出測定により構造解析を行ったところ、ビタミン E はユーカ物を減圧下で濃縮後、シリカゲルカラムクロマトグラフィ

リ植物培養細胞により、ルチノシド体（図１、化合物４）ーによる精製を行い、反応生成物を得た。に変換されることが明らかとなった。
次に、タバコ培養細胞およびユーカリ培養細胞の各種

2. 4.

化学的手法によるビタミンE のメリビオシル化

植物培養細胞のビタミン E に対する変換様式を調べるため、

ビタミン E のメリビオシル化による、ビタミン E の化学

ビタミン E 変換の経時変化を調べた。その結果、図２に示修飾を行った。ビタミン E をアセトニトリルに溶解した後、したように、タバコ植物培養細胞は、ビタミン E と振盪イ

2, 2’ , 3, 3’ , 4, 4’ , 6 - ヘプタアセチルアルファメリビオシル

ンキュベーションを開始した後、ビタミン E のゲンチオビフルオライド、1, 1, 3, 3 - テトラメチルグアニジン、およオシド体に変換する能力があることが分かった。これに対び３フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体の混合物へ加えた。

して、ユーカリ植物培養細胞とビタミン E を振盪インキュ

２時間、室温において攪拌後、有機物を酢酸エチルによりベーションした場合には、図３に示したように、ビタミン抽出を行った。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにE のゲンチオビオシド体に加えて、ビタミン E のルチノシ

よる精製後、ビタミン E 2, 2’ , 3, 3’ , 4, 4’ , 6 -ヘプタアセチド体に変換されることが分かった。
以上の結果から，タバコ培養細胞とユーカリ培養細胞は、ルメリビオシドを得た。これらを加水分解することにより、外来基質として加えられたビタミン E を、それぞれ対応すビタミン E メリビオシドを反応生成物として得た。

３．結3. 1.

るゲンチオビオシド体、ルチノシド体にまで変換する能力果があることが明らかとなった。また，ビタミン E をルチノ酵素的手法によるビタミンE のプロピオニル化シド体へ変換する機能は，ユーカリ培養細胞にみられる特プロピオン酸を有機酸として用いたリパーゼによるエス徴的な変換であることが明らかとなった。

−3−

コスメトロジー研究報告 Vol.18, 2010

R1
O

R2

R5

R3 O
R4
1：R1, R2, R4=CH3, R3=H, R5=［（CH2）
3CH
（CH3）
］
3CH3
2：R1, R2, R4=CH3, R3=CH3CH2CO, R5=
［
（CH2）
3CH
（CH3）
］
3CH3
3：R1, R2, R4=CH3, R3=β-Glc（1-6）-β-Glc, R5=［（CH2）
3CH
（CH3）
］
3CH3
4：R1, R2, R4=CH3, R3=α-Rham（1-6）-β-Glc, R5=［（CH2）
3CH（CH3）］
3CH3
5：R1, R2, R4=CH3, R3=CH（CH32）
16CO, R5=［（CH2）
3CH
（CH3）
］
3CH3
6：R1, R2, R4=CH3, R3=α-Gal（1-6）-β-Glc, R5=［（CH2）
3CH（CH3）］
3CH3

Conc. of products（μg/g fr. wt of cells）

図１

化学的および酵素的手法により合成されたビタミン E 誘導体

80

4024

Conc. of products（μg/g fr. wt of cells）

図２

Time (h)48

タバコ植物培養細胞によるビタミン E ゲンチオビオシドの合成▲：ビタミン E グルコシド、■：ビタミン E ゲンチオビオシド

80

4024
図３Time (h)48ユーカリ植物培養細胞によるビタミン E ルチノシドの合成▲：ビタミン E グルコシド、■：ビタミン E ゲンチオビオシド、X：ビタミン E ルチノシド−4−ビタミンＥの高機能化とさらなる有効利用を目的とした新規化粧品素材の酵素・化学複合的分子創製

3. 3.

化学的手法によるビタミンE のステアリン化

５．総ビタミン E を、ステアリン無水物をエステルドナーとし括て使用してピリジン中で還流することにより、ビタミン E

以上、ビタミン E を高機能化するための植物培養細胞なのステアリン化に成功し、ヘキサン抽出、シリカゲルカラ

どの生体触媒を利用した合成法と化学的合成法による、ビムクロマトグラフィーにより、ステアリルビタミン E（図タミン E の「アシル化」を中心とした化学修飾を行い、新１、化合物５）を反応生成物として得た。

規かつ安定な化粧品素材の複合的分子創製法を構築した。

以上、ビタミン E のエステル化による高機能化を目的として、化学的合成手法により、ビタミン E のステアリン化

謝を可能にした。

辞本研究にご助成頂きました財団法人コスメトロジー研究振興財団に深謝申し上げます。

3. 4.

化学的手法によるビタミンE のメリビオシル化

化 学 的 合 成 手 法 に よ り、1, 1, 3, 3 - テ ト ラ メ チ ル グ ア（引用文献）

ニ ジ ン 存 在 下、 ア セ ト ニ ト リ ル 中 で、 ビ タ ミ ン E の１）Rimm ER, Stampfer MJ, Ascherio A, et al., :Vitamin2, 2’, 3, 3’, 4, 4’ , 6 - ヘプタアセチルメリビオシル化すること

E consumption and the risk of coronary heart diseaseに成功した。ビタミン E 2, 2’ , 3, 3’ , 4, 4’ , 6 - ヘプタアセチル

in men, N. Engl. J. Med., 328, 1450-1456, 1993.

メリビオシドの加水分解は定量的に進行し、対応するビタ２）Stampfer M, Hennekens C, Manson J, et al., :Vitamin
E consumption and the risk of coronary disease in

ミン E メリビオシド（図１、化合物６）を得た。

women, N. Engl. J. Med., 328, 1444-1449, 1993.

以上、ビタミン E の化学的合成手法によるメリビオシル

３）Brigelius-Flohe R, Traber MG, :Vitamin E: function

化を可能にした。

４．考and metabolism, FASEB J., 13, 1145-1155, 1999.

察４）Subbaiah PV, Horvath P, Achar SB, :Regulation

ビタミン E を高機能化することを目的として、新規な化of the activity and fatty acid specificity of lecithin-粧品素材としてビタミン E 誘導体の合成を行った。各種のcholesterol acyltransferase by sphingomyelin and

化学的修飾は、それぞれの反応に適した合成手法により行

its metabolites, ceramide and ceramide phosphate,った。すなわち、リパーゼによる酵素的手法によるビタミ

Biochemistry, 45, 5029-38, 2006.

ン E のプロピオニルエステル化（アシル化）、植物培養細５）T o s i M R , T u g n o l i V , : C h o l e s t e r y l e s t e r s i nmalignancy, Clin. Chim. Acta, 359, 27-45, 2005.

胞を生体触媒として用いる酵素的手法によるビタミン E のゲンチオビオシル化、ルチノシル化、化学的合成法を活用

６）Ishihara K, Hamada H, :Biotransformation using

したビタミン E のステアリン化（アシル化）、およびメリplant cultured cells, J. Mol. Catal. B: Enz., 23, 145-170,

ビオシル化に成功した。

2003.

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