ヒアルロン酸

ヒアルロン酸（ヒアルロンさん、英: hyaluronic acid）は、直鎖状のグリコサミノグリカン（ムコ多糖）の一種。学術上はヒアルロナン（英: hyaluronan）と呼ぶ。保水性が高く水分保持により粘性を持つ。生体内に広く分布し、皮膚、軟骨、眼球では重要な役割を持つ。ヒアルロン酸の分子量は多いと200万に達する可能性があるが、最小のでは411となる。
変形性関節症や成人の美容を目的とした注射はFDAによる医療承認がある。保湿成分として化粧品に添加される。健康食品では膝の違和感や乾燥肌に対する機能性表示がある。

物性

N-アセチルグルコサミンとD-グルクロン酸 (GlcNAcβ1-4GlcAβ1-3) が直鎖上に連結している。二糖単位が連結した構造をしている。極めて高分子量であり、分子量は80万から120万とされる。最大で200万に達する可能性がある。コンドロイチン硫酸など他のグリコサミノグリカンと異なり、硫酸基の結合が見られず、またコアタンパク質と呼ばれる核となるタンパク質にも結合していない。
ヒアルロン酸の基本構造はグルクロン酸とN-アセチルグルコサミンの2糖が直鎖上に交互に結合した繰り返し構造であり、その結合はβ-1,3グリコシド結合およびβ-1,4グリコシド結合で、ヒアルロニダーゼによって加水分解されることが知られている。1934年に初めて牛の目の硝子体から分離された、高分量のムコ多糖である。
1グラムのヒアルロン酸は、約6リットルの水を保持することができる。
2010年代には特許された詳細が明かされていない技術によって、ヒアルロン酸が低分子化されている。方法によって低分子化されたヒアルロン酸は、分子量411から8万となる。411というのは、N-アセチルグルコサミンとグルクロン酸が1分子ずつ結合した最小単位となる。プロテアーゼを含む酵素で分解処理することで、分子量がおおよそ1520と5000の物質が多いヒアルロン酸が得られた。

生体

ヒトや脊椎動物では広く分布し、皮膚、関節、眼球の硝子体に多い。ヒトではヒアルロン酸の半分は皮膚に存在する。脳など広く生体内の細胞外マトリックスに見られる。
皮膚では水を保水する能力によって乾燥を防ぐ。細胞組織を保護する。また水分保持によって粘性を示し、関節の摩耗をなくす。関節軟骨では、アグリカン、リンクタンパク質と非共有結合し、超高分子複合体を作って、軟骨の機能維持に極めて重要な役割をしている。ある種の細菌も同様な構造を持つ糖鎖を合成している。
ヒアルロン酸は、悪性胸膜中皮腫の腫瘍マーカーであり、胸水でのヒアルロン酸の検出はこれを示唆する。早老症において尿中ヒアルロン酸濃度が高くなる。肝硬変では血清中のヒアルロン酸濃度が上昇する。
紫外線によって皮膚中のヒアルロン酸やコラーゲンが損傷するとされ、75歳の人間の皮膚のヒアルロン酸は19歳の人間のおよそ25%の量にまで減少する。老化によって表皮からヒアルロン酸が減少し、真皮ではまだヒアルロン酸は残っている。このことが、加齢による皮膚の水分低下、弾力性の低下や萎縮に貢献する。
ヒアルロン酸はCD44受容体に結合する。

工業生産

産業用の工業生産では、主に鶏冠（とさか）からヒアルロン酸が単離されるが、乳酸菌が生産するヒアルロン酸の利用も行われている。医療用途では、レスチレインというブランドのように動物由来ではないコラーゲンが使われる。

利用

食品としてのヒアルロン酸は1942年に、医薬品としては1960年に、配合化粧品には1979年に使われ、水分保持のために加工食品に使われてきた歴史が最も長い。栄養補助食品としては日本では1992年以降となる。皮膚への注射では、痛みを伴い即効だがその効果は徐々に失っていき、高額な治療費となる傾向にある。2000年以降、外科的でない侵襲性の低い美容処置の人気が高まっているため、2020年以降にヒアルロン酸注入剤の市場はより大きくなる可能性がある。従来の外科手術に代わる審美的な若返り目的で、眼周囲、鼻などに利用されるようになってきたためである。ヒアルロン酸の注入は、新生血管の再生を刺激することでも皮膚をふっくらさせる可能性がある。

医療

ヒアルロン酸の注射は変形性関節症 (OA) の治療法のひとつ。追加して、21歳以上での、顔のシワや唇への注射がFDAによって承認されており、この使用法では若々しい外観の維持に使われている。
膝関節ではランダム化比較試験 (RCT) 20研究のメタアナリシスから、初期の変形関節症でも偽薬よりも痛みの緩和が見られた。肩の上腕骨関節炎では、2019年のメタアナリシスがRCTが5研究とそれ以外の12研究から、痛みの軽減はヒアルロン酸に関係のない偽薬効果の可能性を発見した。変形性関節症では、より低分子にするよりも分子量160万の高分子ヒアルロン酸の方が炎症誘発性が低く、よりよい治療結果になることを示唆する基礎研究がある。
牛由来コラーゲンの注入剤が先にFDAに承認され、続いてヒアルロン酸の注入剤が承認されたが、共に徐々に生分解され減少する性質があり、牛由来コラーゲンとは異なりヒアルロン酸では理論的にアレルギーの危険性はない。コラーゲン注入では肉芽形成の点強い反応を長く生じるため、ヒアルロン酸注入の方が炎症反応が弱く理想的である。比較のために言及すると、分解されにくいシリコンでは重篤な副作用を起こし使用方法が制限されてきた過去がある。こうした美容目的のヒアルロン酸の注入剤で人気のブランドは、ジュビダーム（Juvederm）を中心に、ボルベラ（Volbella）、レスチレン（Restylane）、テオシアル（Teosyal）であり、ヒアルロン酸が過剰となった場合にもヒアルロニダーゼによって分解することができる。
2019年の調査では、唇をふっくらさせる目的ではRCTが9研究あり効果的で安全だとされる。2018年の調査では鼻唇ヒダでRCTが12研究があり、ヒアルロン酸単独と麻酔のリドカインを追加した注射とに有効性や副作用に有意な差はなかった。2013年の調査では、鼻唇ヒダではRCTが10研究あり、ほかに眉間、唇、手への使用を支持していたが、上瞼や鼻などその他の部位ではより信頼性が低い研究デザインの証拠が出版されており、また重篤な有害事象は約0.2%に発生していた。浸透圧保護剤などと組み合わせて、ドライアイに有効とされる。
非生分解性で非可逆性になるため、長く持つように加工した注入剤では肉芽や炎症が発生する可能性が高いと考えられている。針の痛み、一時的な赤味、アザ、数日の腫れ、ニキビ様の湿疹は施術に伴い起こりやすく、真の過敏症は注射後数日から数か月後にも起こる可能性がある。注入量が過剰であった場合、ヒアルロニダーゼによって簡単に分解することができる。重大な障害としては、不用意に動脈へと注射された場合に、皮膚組織の壊死が眉間、目の下、鼻、唇で起こりやすく、また眼血管系に注入されることによる失明は、額、眉間、目の上下、鼻への注入で起こりやすい。脂肪の注入では報告されているが、理論的には強い圧力で注入すると頸動脈に入り込み脳卒中が起こることがある。
創傷の治癒。分子量の記載のない1996年と古い研究ではケガの回復を遅らせており、偽薬として設けられたグリセリンの方が治癒が早かった。歯科領域では2016年の調査で、歯周炎で13研究、歯科手術に関する使用で7研究、歯肉炎で3研究、口腔潰瘍に使われており、大半は肯定的な結果である。口腔潰瘍では広く使われている抗菌剤などにも弱い証拠しかなく、ヒアルロン酸ジェルなどで4研究があり有望な選択肢となりうる。
また角結膜上皮障害の治療薬、白内障・角膜移植手術時における前房保持剤として利用するほか、過酸化水素水と混ぜ合わせたものをがんの放射線治療の増感剤として用いる。
子宮頸がんの放射線治療による膣萎縮と炎症出血その他の関連症状を抑えるための、低分子ヒアルロン酸とビタミンA（パルミチン酸レチノール）、ビタミンEを配合した膣坐薬があり、欧州の医療機器CE認証が取得されている。萎縮性膣炎に対してヒアルロン酸は副作用が少ないが、エストロゲン（女性ホルモン）より有効であるかはさらなる試験が必要であり、2019年時点では差がない3研究と、ヒアルロン酸の結果が良かったというバイアスのリスクがある研究、エストロゲンのほうがよかったという研究の合計5研究がある。大陰唇を大きくするために使われるが、使用を裏付けるためのランダム化比較試験が必要である。

保湿

化粧品などに保湿成分として添加され皮膚表面での保湿作用がある。分子量が80万から120万と極めて多いため、塗布では吸収は難しいと考えられてきた。それでも分子量が5万から200万までの5種類のヒアルロン酸を塗布することで、どの分子量でも肌の水分量や弾力性は、偽薬を使用するよりも改善される。表皮の保水性が低下すると俗に「ちりめんシワ」と呼ばれる細かなシワができるが、保湿はこうした乾燥性の小ジワを防ぐと考えられているがヒアルロン酸もその保湿力から化粧品に多用されている。ヒアルロン酸は水分を保持し親水性なため、皮脂に弾かれにくく加工するといった工夫を行う化粧品会社もある。テオシアルを製造するテオキサンは化粧品も作っており、盲検試験によって顔面半面に塗ることで塗らない面よりも水分量や質感が改善されていた。ヒアルロン酸入り化粧水を利用したシャボン玉液がある。これはヒアルロン酸の保水力や粘性の大きさに着目したもので、割れにくいシャボン玉になる。毛糸の手袋や軍手を使用すると、弾ませることができる。
2008年に異なる分子量で皮膚からの浸透性を調査した初の研究では、計測できるようトリチウム化したヒアルロン酸を豚の耳に塗布し、5時間後より22時間後の方が浸透しており、5万分子のヒアルロン酸では75フラックス前後、30万分子では25フラックス前後、80万分子で10前後となり、150万分子ではさらに少なく、低分子化されているほど浸透性が高いことが明らかとなった。さらに5万、13万、30万でのヒトでの偽薬対照の試験を実施し、8週間後には分子量が少ないほど顕著に皮膚のザラツキを減少させ、シワを緩和していた。前述の200万分子量までの偽薬対照の試験は2011年に実施され、5万と13万にシワの有意な減少が観察され、低分子による浸透性の違いが原因だと考えられた。2014年のランダム化比較試験では、1千、5千、5万、20万、200万の分子量のヒアルロン酸を配合したもの（フィレリーナ）を使い、唇の体積は塗布し3時間後に約8%、毎日使用し30日後に約14%増加、シワの量は30日で約27%減少、深さでは約22%減少した。ヒアルロン酸は日本の技術によってナノ化すると5nmにまで分子量を小さくでき、細胞間の隙間より小さくでき皮膚バリアを通過することができる。
マイクロニードルの技術を使って肌への浸透性を高めている化粧品もある。以前は、痛みを伴う注射でしかヒアルロン酸の皮膚への投与は難しかったが、ヒアルロン酸を微細な針の形状へと加工することで、痛みを感じることなく皮膚から吸収することができる。ヒアルロン酸の溶解型マイクロニードルそれ自体は以下のような化粧品として市販され、ほかに薬効成分を吸収させる目的の、医療用のパッチ型ワクチンにも使用が考えられている。
韓国人女性を対象としたランダム化研究では、週に2回、溶解型マイクロニードルのヒアルロン酸をあてることで8週間後に目尻のシワを改善しており、皮膚刺激も痛みも生じておらず安全であった。