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中薬有効成分のプロバイオティクスによる代謝の研究の進展(その2)

2018年5月29日

戴 承恩: 浙江亜林生物科技股份有限公司

中級エンジニア。分子薬理と機能性食品の研究に主に従事。

李 海竜: 浙江亜林生物科技股份有限公司シニアエンジニア

何 小平: 中国林業科学研究院 亜熱帯林業研究所

鄭 芬芬,竺 画柳,劉 良豊,杜 偉: 浙江亜林生物科技股份有限公司

その1よりつづき)

2 腸内プロバイオティクスに対する中薬有効成分の調節作用の研究

 疾病の治療の過程で腸内の微生物生態バランスを維持する重要性に人々はますます気づき始めている。大量の研究は、中薬有効成分の薬理活性に対して腸内プロバイオティクスが重要な作用を発揮すると同時に、中薬の有効成分も、腸内細菌叢の失調の調節や善玉菌の生長の促進、有害菌の過度の繁殖の抑制などで顕著な作用を発揮することを示している。『神農本草経』には「大黄可蕩滌胃腸,推陳致新,通利水谷,調中化食,安和五臓」(大黄は胃腸をきれいにし、新陳代謝を促し、飲食物の通りを良くし、消化する胃の閉塞を和らげ、五臓を安和する)との記載がある。伝統的な中薬はすでに、腸内の微生物生態環境を調節することで胃腸にかかわる疾病を治療していた。単味中薬の主要活性成分と複方製剤の多くの種類の有効成分による腸内プロバイオティクスの調節に関する研究はすでに多くの報告があり、現在は、中薬のいくつかの種の主要活性成分による調節の研究が中心となっている。

 中薬の有効成分は非常に豊富で、フラボノイド系、配糖体系、テルペン系、アントラキノン系、アルカロイド系、有機酸などの生物活性成分を含むほか、タンパク質やビタミンなどの多くの栄養成分を含む。そのうち中薬の多糖類成分は、プレバイオティクスの役割を果たす。これらのプレバイオティクスは、基質としてプロバイオティクスに利用されるか、栄養成分や生長条件などの作用を改変し、腸内プロバイオティクスの生長を促進する。Nowak Rら[57]は、53種類のレンチナンのスクリーニング試験を通じて、これらの成分が乳酸桿菌の生長を促進し、作用効果は、典型的なプレバイオティクスであるイヌリンよりも明らかに強いことを発見した。研究の結果、レンチナン成分は機能性食品と健康食品の開発に用いれることがわかった。石林林ら[58]の研究は、異なる投与量のジャノヒゲ抽出多糖類(MDG-1)がマウスの腸内プロバイオティクスとりわけ台湾ラクトバチルスとラクトバチルス・ムリヌスの増殖を一定程度促進し、高濃度の増加作用とともに増強することを発見した。同時に、腸内細菌叢の多様性を改善した。別の研究は、MDG-1が、肥満マウスの腸内プロバイオティクスの増殖を促進し、菌叢の多様性を高め、フィルミクテスとバクテロイドの比(F/B)を正常な範囲に調節できることを証明した。同時に腸内の乳酸菌はMDG-1を代謝転換し、その生物学的利用能を高めることもわかった[59]

 多糖類成分が腸内プロバイオティクスの微生物生態環境を調節できるだけでなく、その他の成分も類似の作用を持つ。ある文献は体外実験を通じて、紅参(コウジン)と薏苡仁(ヨクイニン)の抽出物がいずれも、乳酸菌とビフィズス菌の生長を促進し、菌叢構造を最適化し、潰瘍性大腸炎の症状を軽減できると報告している。両者を比べると、紅参抽出物の作用の効果の方が際立った。紅参抽出物はさらに、一部の病原菌の生長を抑制することもできた[60]。腸内のビフィズス菌や乳酸桿菌などの善玉菌は、ポリフェノール系化合物を栄養物質として利用し、自身の細胞にエネルギーを提供できる[61]。張蔚ら[62]の実験は、オノニンが病原菌の腸球菌と大腸菌の生長を抑制し、善玉菌のビフィズス菌と乳酸桿菌の繁殖を促進し、さらに腸内細菌叢中のさまざまな細菌がオノニンの代謝転換作用を完了させることを発見した。

 塩酸ベルベリンの血糖値の引き下げや血中脂質の引き下げ、抗肥満の作用機序の研究では、謝偉東ら[63]が、塩酸ベルベリンが腸内細菌叢の生長を抑制し、F/Bの比を調節できることを発見した。体外での嫌気実験では、黄連素は、乳酸菌の増殖を顕著に抑制することができる。腸内プロバイオティクスの生長を緩和することで、食物中の多糖の分解を低減し、糖分の吸収を減らすことができる。同時にエネルギー代謝関連遺伝子(AMPK1a,PGC1a,UCP2,CPT1a,Hadhb)の発現を増強し、その薬理活性を発揮した。Chang C Jら[64]の研究は、肥満グループ中では、ガノデリン酸とレイシ多糖体をプレバイオティクスとして、腸内プロバイオティクスの繁殖を促進し、腸内細菌叢の乱れを調節できると論じた。レイシの抽出物は、高脂肪の飲食によってもたらされたF/B比と、内毒素を生むプロテオバクテリアの水準を引き下げられるだけでなく、腸障壁の完全性を保持し、代謝性エンドトキシン血症の発生を減少させることができる。Wang J Hら[65]の研究は、金銀花の抽出物と金銀花の発酵産物が菌叢の失調と腸透過性を調節でき、とりわけAkkermansia spp.菌の数量に影響することを発見した。

 複方中薬は、多くの種類の生物活性成分を備え、多方面の薬理活性を発揮し、作用機序はより複雑である。彭穎ら[66]の研究は、中・高分量の四君子湯と理中湯、補中益気湯がいずれも、脾気虚ラットの腸内細菌叢の失調に顕著な調節と改善の作用を持つことを示した。この3種の健脾補気の薬は、腸内細菌叢の調節において、脾気虚の治療の作用機序の一つとなる。このため単味の中薬活性成分も複方中薬の多種類の有効成分も、腸内の微生物生態系統の平衡を保護する作用を果たし、腸内細菌叢の構造に直接的または間接的な調節作用を及ぼす。

3 プロバイオティクスの中薬における応用の研究

 プロバイオティクスは、中薬有効成分の代謝を通じて、生体小分子を形成するか、もしくは既存の構造を修飾して、新たな活性成分を産出し、活性成分の薬理作用を増強し、生体内の吸収を高め、活性物質の生物学的利用能を高めることができる。プロバイオティクスを利用した中薬有効成分の代謝転換は、非常に安全で効率的、低コストの方法であり、今後、中薬の現代化研究の焦点となり、幅広く応用される見込みだ。

 フラボノイド中では、立体配置を変えることによってアグリコン形式をつくり人体内での吸収率を高めることができる。Kim H Sらは、安全の認められた乳酸菌からβ-グルクロニダーゼ遺伝子を分離し、大腸菌中にクローンして発現させ、バイカリンとワゴノシドをアグリコン形式に有効に転換することができた[67]。遺伝子組み換えの安全性に疑念が示されていることから、Ku Sら[68]は、デルブリュッキ菌Rh2中のβ-グルクロニダーゼ活性の発酵条件を最適化(pH 5.0,50℃)し、オウゴン中のバイカリンとワゴノシドを代謝し、食品材料の使用に適した、90%以上のアグリコン産物のバイカレインとワゴニンを獲得した。Malashree Lら[69]は、5株の高β-グルコシダーゼ活性を持つラクトバチルス・ラムノサスを選び出し、研究を通じて、この酵素が大豆イソフラボンをアグリコン形式に代謝することができ、酵素の活力は転換率とは正の比をなさず、機能性豆類食品の開発に用いることができることを発見した。

 プロバイオティクスの代謝するサポニン系化合物は主に、ジンセノサイドとカンゾウサポニンで、すでに実際に生産に応用されている。Kim B Gら[70]は研究で、ラクトバチルス・プランタルムM-2の発酵を経た朝鮮人参の抽出物はより高い免疫力を持ち、発酵を経ていない朝鮮人参の抽出物に比べて、その抗肺腫瘍転移能力は14.2%高まったことを発見した。朝鮮人参の代謝産物は4日目にピークを迎え、プロバイオティクスによる発酵は朝鮮人参の免疫学的活性の向上に役立った。Cho Kら[71]は、多糖分解酵素を用いて、朝鮮人参の根と茎、葉を酵素分解し、乳酸菌の発酵作用と結びつけると、ジンセノサイドの代謝産物はいずれも明らかに増加した。その原因は、酵素分解作用によって乳酸菌の生長が促進され、代謝活動が加速したことと考えられる。この発見は、生産の参考となる。全林虎ら[72]は、ラクトバチルス・パラリメンタリウスの菌株1株を分離し、ジンセノサイドRb1をジンセノサイドcompound Kに転換し、72時間以内に転換率は88%に達した。健康食品中のジンセノサイドcompound Kの生産に用いることができる。Zhong F Lら[73]は、選び出したラクトバチルス・ブレビスからβ-グルコシダーゼ遺伝子を獲得し、大腸菌にクローンして発現し、ギペノシド17を有効に加水分解してジンセノサイドcompound Kを生成した。この菌は実際の生産に潜在的な価値を持っている。

 GAMGの工業化生産においては、β-グルクロニダーゼ生物転換性能を持つアオカビや酵母、コウジカビなどが応用されている。呂波ら[74]は、ペニシリウム・パープロゲナム(penicillium purpurogenum Li-3)を由来としたβ-D-グルクロニダーゼが高い化学結合選択性を持ち、GLを加水分解してGAMGをほぼ志向的に生成することを発見した。発酵条件の最適化と工法の改良を通じて、最終的に獲得されるGAMGの純度は95.79%に達し、GAMGの工業生産への応用価値を示した。現在、日本のMamzen社は、Cryptococcus magnus MG27 + 菌株の産出したグリコシラーゼを用いて18β-GLを加水分解し、すでに18β-GAMGの工業化生産を実現している。

 プロバイオティクスは、自らが持つ内在的特徴から、各種中薬の有効成分の代謝に幅広く用いることができる。Bel-Rhlid Rら[75]の研究は、ラクトバチルス・ジョンソニがエステラーゼと脱炭酸酵素の活性を持ち、クロロゲン酸を代謝して4-ビニルカテコール(4vinylcatechol)を生成できることを発見した。この2つの酵素は、独特な風味を持つ化合物の生産や植物フェノール化合物の生物活性の向上に良好な使用価値を備えている。Kim J Aら[76]は、ラクトバチルス・ブレビス(GABA 100)とビフィドバクテリウム・ビフィドゥム(BGN4)の共培養を用いて、中薬の天麻の濃縮γ-アミノ酪酸を発酵させ、条件の最適化を通じて高収量の代謝産物を獲得し、食品または薬品の開発要求を満たした。張儒ら[77]は、選び出したビフィドバクテリウム・ブレーベからα-L-ラムノシダーゼ遺伝子を分離し、工学菌の構築を通じて、ルチン(rutin)の効率的な特異的転換に用い、イソクェルシトリン(isoquercitrin)を生成し、ルチンの生物学的利用率を高めた。この菌は、イソクェルシトリンの工業化生産に応用できる。Bhat Rら[78]は、グアバの抽出物のラクトバチルス・プランタルムの発酵の研究によって、その代謝産物が高い抗酸化活性を持ち、そのフェノール類含有物と中短鎖脂肪酸が機能性食品の製造に使えることを発見した。同様に本研究開発センターは、松花粉と松資源の研究と開発に一貫して取り組み、プロバイオティクスのラクトバチルス・パラカゼイの最適化による松花粉の発酵の実験研究を通じて、松花粉の栄養成分が十分に放出され、より容易に吸収され、生物活性が高まり、風味が良くなることを発見した。関連製品はすでに産業化されている[79]。センターの研究者はまた、プロバイオティクス発酵技術の鉄皮石斛(テッピセッコク)の精密加工への応用の研究を展開し、すでに一部の成果を取得し、関連データは整理中である。

4 展望

 近年、プロバイオティクスによる中薬有効成分の代謝の研究は大きく進歩したが、多くの解决の必要な問題もある。第一に、安全性の問題。菌株の安全性と遺伝子組み換え工学菌の安全性が中心となる。第二に、理論知識体系。これまでの研究では、大量の生物活性物質が分離され、多くの化合物の構造も鑑定されたが、大部分の化合物の薬理活性やシグナル経路、作用機序などは一層の研究が待たれる。第三に、研究のモデル。多くの研究者は、単一菌株による単一中草薬の発酵代謝に取り組んでおり、混合菌株または複方中草薬の合同作用の研究が不足している。第四に、整った技術体系。厳格な操作体系と整った技術プラットフォームの構築は、研究における大きな難題の一つである。第五に、調節機序の研究。中薬の有効成分による腸内プロバイオティクスの調節の研究は多く報告されているが、腸内細菌叢系の調節機序の研究とりわけ複方製剤の研究はほとんど空白である。第六に、自前の知的財産権を持つプロバイオティクス株。中国の特色ある自前の知的財産権を持つプロバイオティクス株のスクリーニングと研究、産業化は重大な価値を持つ。プロバイオティクスによる中薬有効成分の代謝では独特の優位性があり、中薬の革新と中薬の現代化の研究の新たな経路となる。

 中国医学と西洋医学の多くの学者は、微生物生態学の平衡理論と中医薬学の「調整陰陽,扶正駆邪」の理論とは一致すると考えている。これはつまり善玉菌叢の人体内での繁殖を助けることで、病原菌と病原因子を抑制し、人体の双方向の調節能力を高め、人体の免疫機能増強という目的を達するということである。中国と米国の研究機関は現在、EFB(有益微生物発酵菌集落)プロバイオティクス中薬製品を共同で開発・普及する協力合意を達成している。プロバイオティクスと中薬の強みを結びつけ、巨大な発展の潜在力を示している。近年は、薬品でも健康食品でも、中国内外の関連報道は増え続け、治療効果と安全性はすでに多くの人々によって確かめられており、プロバイオティクス製品の市場需要は激増している。このため中国の特色に合ったプロバイオティクス中薬製品の掘り起こしは広大な発展の見通しを備えており、プロバイオティクスを通じた中薬有効成分の代謝産品の研究と開発は重大な意義を持っている。国家はすでに、中薬発酵プロジェクトを第12次5カ年計画(2011~2015)に盛り込み、プロバイオティクスによる中薬有効成分代謝の研究は今後、急速に発展するものとみられる。

(おわり)

参考文献:

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※本稿は戴承恩,李海竜,何小平,鄭芬芬,竺画柳,劉良豊,杜偉「益生菌代謝中薬有効成分的研究進展」(『中国中薬雑誌』2018年第43巻第1期、pp.31-38)を『中国中薬雑誌』編集部の許可を得て日本語訳/転載したものである。記事提供:同方知網(北京)技術有限公司


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