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浦 上 財団 研究 報 告書Vol.6(1998)

脳 にお け るニ ュー トロ フ ィンの合 成 を促 進 す る
食 品成分 の検 索 とその作 用機構 の解 析
中野紀 和 男(名 古屋大学生物分子応答研究センター助教授)

成分(植 物 の二 次代 謝産 物),各 種 ア ミノ酸 や ト序

リプ トフ ァン関連化 合物 を添加 し,24時 間培 養 し

わが 国の アル ツハ イマ ー症患者 は60万 人に も達す る。近年 神 経 成長 因子(NGF)が前 脳基 底 核

た の ち上清 を取 り,NGF生成 量 をELISA法

コ リン作動性 神経 の成長 因子で ある ことがわ かっにRNAをて くる と1),ま さに この部分 に顕 著 な神経 細胞 の量 をノーザ ンプ ロッ ト法 で測定 した。

脱落 が認 め られ る2)本症 の 原 因 と して,NGF生成の低 下が 原因で ある可能 性が でて きた。事実,によ って定量 した。 ついで4時 間 あるい は8時 間 後
抽 出 し,NGFおよ びBDNFmRNA

結果 と考察アル ツハイ マー症 患者の脳 で は脳 由来神 経栄 養因1.NGF生成に対 す る各 種植物成 分の効 果子(BDFNF)の(1)植物 の二次 代謝産 物の効果:カ フ ェイン,濃 度 が低 下 して い る との報 告3)が ある。 さ らに,一 女性 患者 の脳 内 にNGFを投

カフ ェイ ン酸,ク ロ ロゲ ン酸,ク マ リ ンは与す る と,知 能 の低 下 を含 めた い くつ かの症状 の0.010‑3mMの改善 が み られ た との 報告4>もあ る。 しか しNGFる効 果 は見 られ なか った.の脳 内投与 は実用 的で はない。 そ こで筆 者 らは こ(2)ア

濃 度範 囲でNGF生成 に対 す

ミノの酸 の効果:ま ず トリプ トファン

れ まで脳の アス トロ グリア細胞 の初代培 養系 を用に は0.03‑0.1mMのいて,主 に薬理学 的観 点か らNGF生

生 成促進 作用 が認 め られ た.そ こで 次 に ト成 を促進 す

範 囲 で明 らか なNGF

る食 品成分 をス ク リー ニングす る方法 を開発 してリプ トフ ァン関連 化合 物の 作用 につ いて 検きた。 その 結果,カ テ コール化 合物や レクチ ン,討 した.ま ず キ ヌ レ ン酸 に は0.1‑3mMのポ リフ ェ ノ ール 類 が 有効 で あ る こ とが わ か っ広 い範 囲 に亘 ってNGF合た5,6)。
実 は これ らの関連 化 合物 は植 物 性食 品 にられ た.キ ノ リン酸 には1mM以は広 く,し か もかな りの量含 まれて いる。 そこで的 高い濃 度で トリプ トフ ァン に匹敵 す る促

本研 究で はまず,(1)植進 作用 が見 られ た.特 に注 目 され るの はキ物の種 々の二 次代謝 産物

中の有 効成 分の検 索お よび,(2)各種 ア ミノ酸おヌ レニ ンで,0.03mM付成 促進 効果 が 見
上 の比 較

近 の低 い 濃 度 でよび トリプ トファン代謝 産物の効 果の検 討,つ いNGF生で,(3)そニ ン,グ ル タ ミン,フ ェニ ル アラ ニ ン,そBDNF遺れ ら に よ るNGFおよび 関 連 の伝子 発現調 節機構 の解析 を行 なった。

成 を強 く促 進 した.そ の他 メチ オ

して神経 伝達 物質 で ある グル タ ミン酸 には0.01‑3mMの方法

C57BL/B6マった(図1)。
ウス新生 児の脳 よ り調製 した アス

トログ リア細 胞 の初代培 養系 に種々の植 物性 食品

範 囲で は効 果 は 見 られ な か11

脳 にお け るニ ュー トロ フ ィン の合 成 を促進 す る食 品成 分 の検 索 と その作 用機 構 の解 析

図1マウ ス 脳 ア ス トロ グ リ ア細 胞 初 代 培 養 系 に よ る神 経 成長 因子(NGF)生合 物(右)の成 に 対 す る 各 種 ア ミノ 酸(左)およ び ト リ プ ト フ ァ ン関 連 化

効果

Gln:グル タ ミ ン,Met:メチ オ ニ ン,Phe:フェ ニ ル ア ラ ニ ン,Glu:グ

Qui:キノ リ ン酸,Kyn:キヌ レニ ン,KyA:キヌレン酸

ル タ ミ ン 酸,Trp:トリ プ トフ ァ ン,Ser:セロ トニ ン,

2.NGF,BDNF遺伝子 発現 に対 す る各種 アミノ酸および トリプ トフ ァン関連化合 物の効 果
トリプ トファ ンお よびキ ヌ レニ ンに は10‑6M
を ピー ク に,明 らか な濃度 依 存 的NGFおBDNFmRNA生よび

成促進作 用が 見 られ た。 とくにキ ヌレニ ンの作用 が強か った。 これ らの作用 は添加後 一時 間か ら見 られ,4時間 で ピー クに達 した。

またキ ノ リン酸,キ ヌレン酸 およびセ ロ トニ ンは
僅 かにBDNF遺NGF遺伝子 の発 現 を促進 し た。 しか し

伝 子 の 発 現 に対 して は効 果 が なか った(図2)。

本 研究 を遂行 する にあた り,研 究助成 金 を賜 りました,浦 上食 品 ・食文化 振興 財団 に心よ り感 謝
図2マ ウス脳アス トログ リア細胞初代培養系によ る神経成長因子(NGF)遺伝子発現 に対す るトリプ トファン関連 化合物 の効果
Trp:ト リブ トファ ン,Kyn;キ ヌレニン,KyA:キヌレン酸,Qui:キ ノ リン酸,Ser:セ ロ トニン
各1μM添 加 し,4時 間後RNAを 抽 出しノーザン解析 を行なった。の意 を表 し ます。

文献1)Hefti,F.,Hartikka,J.andKnusel,B.,Nezcrobiol.Aging

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浦 上財 団 研究 報 告書Vol.6(1998)

10,515‑533(1989)
2)Mufson,E.J.,Bothwel1,M.andKordower,J.H.,E.rp.
Neurol.10,221‑232(1989)
3)Phillips,H.S.,Hains,J.M.,Armanini,M.,Lamamee,G.
R,Johnson,S.A.andWinslow,J.W.,Nertron7,695‑702(1991)

一1)Olson,L.,Nordberg,A.,vonHolst,H.,etal.,J.Neural.

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Pharmacol.,39,1813‑1816(1990)
6)Takeuchi,R.,Murase,K.FurukawaY.,Furukawa,S.
andHayashi,K.,FEBSLetf.,261,63‑66(1990)

StimulationofGeneExpressionofNerveGrowthFactorandBrain‑DerivedNeurotrophicFactorb}‑
TryptophananditsMetabolitesinCulturedMouseAstroglialCells13

StimulationofGeneExpressionofNerveGrowthFactorand
Brain‑DerivedNeurotrophicFactorbyTryptophanandits
MetabolitesinCulturedMouseAstroglialCells
KiwaoNakano(NagoyaUniversityBioscienceCenter)

Mountingevidenceindicatesthatnervegrowthfactor(NGF)andbrain‑derived
neurotrophicfactor(BDNF)actastrophicfactorsforbasalforebraincholinergicneur‑ons,lossofwhicharebelievedtobecriticalforneuronaldeteriorationassociatedwith
Alzheimer'sdiseases(AZ).TheseobservationshaveledtothehypothesisthatNGFand
BDNFareinvolvedintheetiologyofthediseases.Indeed,atopicalapplicationofNGF
intothebrainofaAZpatientrelievedthesymptoms,includingdementia.However,its
clinicalutilityislimitedbyitsinabilitytopassacrosstheblood‑brainbarrierfollowing
systemicadministrationorbytheneedofinvasiveneurosurgicalprocedures.Hence,
substanceswithlowmolecularweight,whichenterthebrainandstimulatetheresynthesis
ofNGFandBDNFwhenadministeredperos,maybepowerfultherapeutictools.The
presentstudywasdonetosearchtheeffectivecompoundsinfoods.Tothisend,wefirstevaluatedtheeffectsofvariousaminoacidsincludingL‑tryptophananditsmetabolitesonproductionofNGF,usingtheprimarycultureofmouseastroglialcells.Theresults
obtainedshowedthatL‑tryptophananditsmetabolites,especiallyL‑kynurenine,profound‑lystimulatedthesynthesisofNGFinthecells.WethenevaluatedtheeffectsofL‑
tryptophananditsmetabolitesonexpressionofNGFandBDNFgenesincultured
astroglialcells.TheresultsobtainedshowedthatL‑tryptophananditsmetabolites,
especiallyL‑kynurenine,stronglystimulatedaccumulationofmRNAsforbothNGFand
BDNFinthecells.
L‑tryptophanisanaminoacidcommonlycontainedindiversedietaryproteinsand
easilyentersthebrainaftertheproteinsbeingdigested.Itispossible,therefore,thatL‑tryptophanand/orL‑kynureninestimulateproductionofNGFandBDNFinthebrain
ofAZpatients.Sincebothofthesecompoundsnaturallyoccurinthebrain,theirtoxic
effectsmaybeleast,ifany,evenwhentheyareadministeredperostothepatientsat
relativelylagedoseandforalongtime.